无线射频识别系统中的碰撞问题研究

论文摘要

无线射频识别技术(Radio Frequency Identification,RFID)是一种以空间电磁波为传输媒介进行非接触双向数据通信的数据自动采集技术。RFID技术具有广泛的应用前景,现已被应用于生产、医疗、物流、跟踪、交通、防伪、设备和资产管理等需要收集和处理数据的应用领域。随着大规模集成电路技术的进步和印刷业的发展,RFID技术应用领域将越来越广泛。在RFID技术中,如何准确快速地识别电子标签是RFID系统中防碰撞算法要解决的主要问题,也是RFID系统的关键技术之一,它直接影响标签成本、读写器识别能力和算法实现程度,甚至影响RFID系统读写器之间兼容性。为解决RFID系统中标签碰撞问题,实现对标签的快速识别,本文提出了基于碰撞位跟踪的RFID防碰撞算法,并在此算法基础上,针对成本要求和应用环境的不同,经过改进得到另外两种算法:基于并行处理的RFID防碰撞算法和分洪式RFID防碰撞算法。基于碰撞位跟踪的RFID防碰撞算法是在分析经典二进制算法类基础上,提出的一种新算法。为减少识别次数、数据传输量和数据交换时间,在碰撞处理中,算法采用栈存储、后退策略和碰撞位跟踪技术。测试及分析表明新算法与经典二进制算法类相比,减少了识别次数、数据传输量和数据交换时间。该算法简单实用,适合于少量标签环境。基于并行处理的RFID防碰撞算法是在基于碰撞位跟踪的RFID防碰撞算法基础上,增加了队列和并行处理技术,以便适合大量标签的特定环境。模块间并行处理,减少了碰撞处理时间;读/写操作与碰撞处理并行,节省了单独读/写时间。与经典算法进行对比和分析,该算法减少了数据传输量、发送的请求命令数、无效命令数、识别次数和数据交换时间,利用模块并行处理,使读写器具有双模块并行处理能力,性能得到了提高。分洪式RFID防碰撞算法是在分析经典的Aloha算法和二进制算法基础上并结合两者优点,结合基于并行处理的RFID防碰撞算法,增加了标签估计和分洪模式理念。对标签数估计后,进行分洪式并行处理,使读写器具有多模块并行处理能力,无论标签数目多或少,都能快速地识别。测试及分析表明该算法能有效地减少传输数据量、识别次数和识别时间,显著优于经典二进制算法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 发展历程
• 1.2 RFID 技术应用实例
• 1.3 与其它识别系统的区别和联系
• 1.4 RFID 技术存在的问题
• 1.5 国内外现状
• 1.5.1 国内应用现状
• 1.5.2 国外应用现状
• 1.5.3 国内外防碰撞算法研究现状
• 1.6 本文工作内容
• 第2章 RFID 系统概述
• 2.1 技术基础
• 2.1.1 系统构成
• 2.1.2 基本工作流程
• 2.1.3 系统性能的仿真模型
• 2.2 物理学原理
• 2.2.1 数据传输原理
• 2.2.2 通信方式
• 2.2.3 多路存取
• 2.2.4 信号编码
• 2.3 系统标准
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于碰撞位跟踪的 RFID 防碰撞算法
• 3.1 经典算法分析
• 3.1.1 ALOHA 算法类
• 3.1.2 二进制算法类
• 3.2 算法思想
• 3.3 算法实现
• 3.3.1 命令设定
• 3.3.2 设置标签状态
• 3.3.3 算法流程
• 3.3.4 问题说明
• 3.4 测试及性能分析
• 3.4.1 实验数据
• 3.4.2 图表分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于并行处理的 RFID 防碰撞算法
• 4.1 算法思想
• 4.2 算法实现
• 4.2.1 命令设定
• 4.2.2 设置标签状态
• 4.2.3 问题说明及名词解释
• 4.2.4 算法流程
• 4.3 测试及性能分析
• 4.3.1 实验数据
• 4.3.2 图表分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 分洪式 RFID 防碰撞算法
• 5.1 算法思想
• 5.2 名词解释、算法要求和命令设定
• 5.3 设置标签状态
• 5.4 标签估计
• 5.5 算法实现
• 5.5.1 只启用模块1
• 5.5.2 只启用模块1 和模块2
• 5.6 问题说明
• 5.7 测试及性能分析
• 5.7.1 只启用模块1
• 5.7.2 图表分析
• 5.7.3 只启用模块1 和模块2
• 5.7.4 图表分析
• 5.8 本章小结
• 第6章 结论
• 6.1 论文总结
• 6.2 论文展望
• 参考文献
• 附录A 实验数据
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果