RFID读写器系统软件结构设计以及防碰撞改进算法优化研究

摘要

RFID技术，即射频识别技术是一项21世纪以来快速发展的新技术。该技术主要采用电磁场和电磁波原理，通过无线天线和电子标签的电感耦合传输能量并进行通信。RFID技术在生产生活领域已经产生了深远的影响，并且目前已经在一些领域取得了突破性进展和广泛使用，例如高速公路收费系统、车间内物流生产系统等。但是，目前的RFID应用领域中仍存在一些显著的问题：读写器应用系统成本造价较高、容易受外界环境影响干扰信号以及多个读写器和多个电子标签之间会产生碰撞问题等。因此，如何对RFID读写器系统进行改进，降低系统的使用成本，增加系统识别的准确度和吞吐率，提高整个系统的易用性便成为近年来RFID技术研究的热点。
　　本文做了以下工作：(1)介绍了RFID技术的发展历史和课题背景等，另外对该技术的国内外研究现状做出了描述；(2)描述RFID读写器系统的工作原理和组织结构，详细描述了系统内的软件部分设计和流程，针对关键部分通信协议和读写器内存结构进行了研究，并且提出了改进型的读写器数据结构，有效提高了系统内数据的处理速度，在结果中分析了该结构下的速度比传统的链表结构下的处理速度快两倍以上；(3)探讨了读写器和电子标签中的防碰撞算法，对RFID读写器系统内的多读写器碰撞和多电子标签碰撞进行描述。
　　本文在比较了基于轮询的帧时隙算法和二进制位防碰撞算法的优劣和不同之处后，提出了改进型的帧时隙算法。该算法基于上述两者算法的优点，并且采用动态帧长的机制以及在碰撞处理问题时隙上采用二进制位算法进行甄别的机制，提高了RFID系统中读写器发送的帧长利用率，显著增加了系统的吞吐率。根据算法仿真结果可以看到，采用改进型帧时隙防碰撞算法的系统吞吐率可以保持在50％以上，并且在有大量电子标签的工作范围内吞吐率可以达到65％以上。和采用帧时隙防碰撞算法的平均36％系统吞吐率相比，改进型帧时隙算法的系统吞吐率提高了将近一倍，并且由于采用比较简单的结构，因此便于在实际应用中使用。

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第1章 绪论

1.1 课题背景及其意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文的内容与组织形式

第2章 RFID相关理论介绍

2.1 RFID读写器系统组成

2.2 RFID读写器系统基本工作原理

2.3 RFID工作机制

2.4 本章小结

第3章 RFID读写器软件部分关键设计

3.1 总体软件设计

3.2 RFID读写器系统硬件驱动模块设计

3.3 RFID读写器系统通信协议设计

3.4 大规模RFID应用下改进的T树读写器数据结构

3.5 本章小结

第四章 RFID读写器系统防碰撞问题研究

4.1 防碰撞算法原理和分类

4.2 防碰撞算法

4.3 防碰撞算法比较

4.4 改进型帧时隙算法思路与原理

4.5 改进型帧时隙算法

4.6 改进型帧时隙算法仿真分析

4.7 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 本文工作

5.2 进一步工作方向

参考文献

致谢