RFID系统读写器防碰撞协议研究

摘要

无线射频识别(Radio Frequency Identification Technology,简称RFID)是一种非接触性自动识别技术，是物联网感知技术的核心。RFID以其独特的优势，已经广泛应用在众多领域。随着RF I D技术的不断发展以及需求的不断增加，其应用区域也在不断扩大。所以，越来越多的读写器和标签被部署在系统内，形成密集型环境。
　　在密集型RF I D系统的应用场合中，例如大型仓库和超市，部署了数量庞大的读写器和标签。为了确保系统内部没有信号盲区，所有的标签都能够被读写器成功探测到，RF I D系统会紧密部署读写器。这种紧密部署会使大部分读写器的阅读范围出现重叠。如果多个读写器同时工作，就会发生信号的碰撞。碰撞分为标签碰撞和读写器碰撞两种。碰撞的发生，容易导致标签被漏读，给系统带来识别精度和阅读效率低下等问题。不仅是由固定式读写器构成的静态网络，信号碰撞的现象比较严重，还有移动型读写器参与的动态网络，碰撞会加剧。如果有更多的读写器或者更多的标签加入到网络，碰撞会变得更糟糕。而碰撞导致的经济损失是不可估量的，必须解决RFID系统内部信号碰撞的问题。
　　目前标签防碰撞技术已经成熟。研究出一种有效的读写器防碰撞算法是本文的重点。为了解决上述问题，本文深入分析了读写器信号碰撞的原理以及读写器防碰撞技术的解决思路和解决方法。主要的研究内容如下：
　　首先，为了避免发生碰撞，采用分布式协调策略。应用双信道协调机制，设定合适的协调范围，解决无线网络中的隐藏节点和暴露节点问题。让读写器之间进行有效通信，达到提高识别精度和提升阅读速度的目的。
　　其次，提出自适应功率控制策略。其中的功率控制算法会根据信道衰落特性，实时地调整读写器的发射功率，降低相邻读写器之间的碰撞，允许多个读写器同时工作，提高了系统的吞吐量。
　　再次，提出退避时间随退避次数平滑递减的退避策略，辅助功率控制策略。该退避策略避免了后期出现的“饥饿”现象，体现了算法的公平性和系统的弹性。
　　最后，设计一种读写器工作状态机，配合上述三种策略，提出新的读写器防碰撞协议APC-EDica。新协议与3种经典的防碰撞算法APAA、PPC、EDica在最小信噪比、信噪比标准差、吞吐量以及识别精度等指标上进行仿真比较。
　　仿真结果表明，在密集型 RFID系统中，无论是静止的还是移动型网络， APC_EDica协议都有很高的识别精度和吞吐量；并且具有双信道协调型算法的共同优点：几乎不会产生碰撞。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 论文研究背景

1.2 论文研究意义

1.3 国内外研究现状及发展趋势

1.3.1 国内外研究现状

1.3.2 发展趋势

1.4 主要研究内容及论文结构

第二章 RFID系统防碰撞技术

2.1 RFID系统

2.1.1 RFID系统组成

2.1.2 RFID系统工作原理

2.2 读写器碰撞机理

2.2.1 读写器之间碰撞

2.2.2 读写器-标签-读写器碰撞

2.3 读写器防碰撞算法

2.3.1 基于有效范围的读写器防碰撞算法

2.3.2 基于调度的读写器防碰撞算法

2.3.3 混合型读写器防碰撞算法

2.4 本章小结

第三章 RFID读写器防碰撞协议APC-EDica

3.1 协议的提出

3.1.1 两类算法存在弊端

3.1.2 RFID移动问题

3.1.3 新协议的引入

3.2 协议设计方案

3.2.1 分布式协调策略

3.2.2 自适应功率调整策略

3.2.3 公平竞争退避策略

3.3 协议的实现

3.3.1 协议实现的条件

3.3.2 读写器工作状态机

3.3.3 协议运作机制

3.4 本章小结

第四章 仿真与实验结果数据分析

4.1 仿真系统

4.2 仿真实验参数

4.3 仿真结果及结论

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果