RFID二进制树防碰撞算法研究与设计

摘要

近年来，物联网因为其广阔应用前景和巨大的市场潜力，被冠以第三次信息产业浪潮，有望成为下一个重要的信息产业引擎。作为“物联网”关键技术之一的RFID(Radio Frequency Identification)射频识别技术也得到了飞速的发展，但是，还有一些技术问题制约着RFID技术的发展，例如成本问题、碰撞问题，标准问题、中间件问题、安全协议问题等。其中碰撞问题又分为读写器碰撞和标签碰撞，相应的解决碰撞的方法就称为防碰撞算法。读写器的功能很强大，且相互之间能够进行通信，因此读写器的碰撞问题很容易解决。与之相反，由于标签的结构、体积和功能都比较简单，他们之间发生的碰撞问题就成为了RFID系统需要解决的技术难题。
　　 本文主题就是围绕RFID系统中多标签防碰撞问题展开的。主要研究工作包括:
　　 1.对物联网的相关知识及其关键技术(—)RFID射频识别技术进行综述性介绍，内容包括RFID的基本组成及工作原理、分类、特点及用途、工作方式和标准划分。
　　 2.本文的重点内容是介绍RFID系统的多标签防碰撞问题，对RFID多标签防碰撞算法的原理、模型以及常见的多标签防碰撞算法的原理和过程进行阐述和分析。
　　 3.在已有的相关知识基础上进一步对二进制树搜索算法进行改进，本文介绍的新算法是在退避式二叉树搜索的基础上进行的改进，主要的改进方向是每次查询的传输数据量和查询树路径的选择。通过缩短每次发送的查询指令的长度和根据碰撞位的信息自适应选择二叉树或是四叉树进行搜索两个方面提高算法的效率和系统的吞吐率。
　　 4.论文的最后通过数学理论分析和Matlab软件仿真对改进后的算法进行验证和分析。通过分析可以得出新算法在数据传输量、查询次数和系统吞吐率三个方面都明显优于现有的几种常见的防碰撞算法。
　　 论文的创新之处包括:1）利用曼彻斯特编码确定发生碰撞的位置，然后根据碰撞位的连续性动态选择是使用二叉树搜索还是使用四叉树搜索，这样可以减少查询的总次数。特别是当标签数量比较大时，更能体现其优越性。2）读写器发送查询命令时利用二进制来表示碰撞位的信息，不需要发送标签的全部ID码，通过这种方法减少每次查询的数据量，提高查询速率，提升整个RFID系统的吞吐率。

目录

摘要

CONTENTS

第一章 绪论

1．1 物联网简介

1．1．1 物联网定义

1．1．2 物联网架构

1．1．3 物联网的特征

1．2 RFID技术简介

1．2．1 RFID技术的发展过程

1．2．2 RFID电子标签的特点

1．3 标签防碰撞算法的国内外研究现状

1．4 本课题的研究意义和发展趋势

1．5 研究内容和结构安排

1．5．1 研究内容

1．5．2 结构安排

第二章 射频识别(RFID)系统

2．1 RFID系统的基本组成

2．1．1 电子标签

2．1．2 读写器

2．1．3 天线介绍

2．2 RFID系统工作原理

2．2．1 RFID的编码和转换

2．2．2 RFID工作方式

2．3 RFID系统的标准

2．3．1 RFID的标准体系

2．3．2 RFID标准化组织

2．4 本章小结

第三章 RFID防碰撞算法研究

3．1 数据的完整性

3．1．1 校验和法

3．1．2 多路存取法--防碰撞法

3．2 防碰撞算法原理与模型

3．3 常见的防碰撞算法

3．3．1 基于ALOHA机制的防碰撞算法

3．3．2 基于二进制树机制的防碰撞算法

3．3．3 各种常用防碰撞算法比较与总结

3．4 本章小结

第四章 改进型防碰撞算法研究

4．1 改进方向

4．2 基本概念

4．2．1 曼彻斯特编码

4．2．2 工作状态及命令

4．3 算法思路

4．4 实例演示

4．5 本章小结

第五章 改进型防碰撞算法的性能和仿真分析

5．1 算法性能分析

5．1．1 发送数据量分析

5．1．2 系统效率分析

5．2 新算法Matlab仿真与分析

5．2．1 仿真平台介绍

5．2．2 Matlab特点

5．2．3 Matlab语言的工具箱

5．2．4 仿真结果分析

5．3 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文

声明

致谢