射频识别技术(RFID)防碰撞问题的研究

摘要

射频识别技术(Radio Frequency Identification，RFID)作为一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。RFID具有条形码无可比拟的优点：无需接触，直接读取信息；可在恶劣环境下工作；穿透能力强；可同时处理多个目标等。但作为一种新兴的应用技术，RFID技术尚不成熟，还存在一些不足，如识别准确率不高；标准化进程缓慢等等。其中，由于复杂环境下标签碰撞和读写器碰撞带来的系统工作效率低下问题成了RFID技术应用推广的瓶颈。因此，研究快速、准确、可靠的防碰撞问题解决方案，对于RFID技术的发展有着至关重要的意义。 本文核心内容是关于RFID系统防碰撞算法的研究，包括标签的算法和读写器的算法。针对单读写器作用范围内，多标签通讯的防碰撞问题，文中结合RFID标准(主要是UHF频段的EPC Gen2和ISO18000-6标准)，详细研究了已有的ALOHA算法和二进制树搜索算法及其改进算法，深入分析每种算法的性能、优缺点及适用场合。在此基础上，本文提出了一种基于动态帧时隙的改进算法，当标签数量很多时，通过分组限制响应标签个数可达到较高的识别效率。仿真结果表明，当标签数达到1000时，本文提出的算法相对于传统的时隙算法可以使时隙利用率提高80％以上。 另外，对于多读写器环境下的防碰撞问题，尽管它类似于移动通讯中蜂窝网的频率分配问题，但RFID系统也有它自身的特性，如低效的标签引发的标签干扰和读写器在实际工作中的限制等等。本文参考相关国内外文献，定义和分析几种读写器碰撞类型，并利用图论中的着色理论建立读写器碰撞模型。接着研究分析了Color-wave和HiQ这两种解决读写器碰撞问题的算法，为今后研究多读写器与多标签通讯以及移动读写器的通讯过程这些复杂问题打下了基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪 论

1.1选题的背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3论文的内容及组织结构

第2章 RFID系统原理与技术研究

2.1RFID系统结构

2.2与射频识别相关的电磁场理论

2.3 RFID系统工作原理

2.3.1数据交换原理

2.3.2能量传递原理

2.4 RFID关键技术

2.4.1工作频率选择

2.4.2RFID天线研究

2.4.3防碰撞技术研究

2.4.4安全与隐私问题

2.5本章小结

第3章 RFID标准研究

3.1RFID标准现状

3.1.1EPC Global

3.1.2ISO

3.1.3日本UID

3.2标准间的比较

3.3 ISO/IEC 18000-6中的防碰撞协议

3.3.1Type A防碰撞协议

3.3.2Type B防碰撞协议

3.4EPC Gen2中的防碰撞协议

3.4.1标签的状态及其状态转移过程

3.4.2碰撞仲裁通信流程

3.4.3Q值计算方法

3.5本章小结

第4章 标签的防碰撞算法

4.1防碰撞问题的提出

4.2二进制树算法

4.2.1二进制树搜索算法

4.2.2改进二进制树搜索算法

4.3 ALOHA

4.3.1时隙Aloha算法

4.3.2帧时隙Aloha算法(BFSA)

4.3.3动态帧时隙Aloha算法(Dynamic FSA)

4.4改进型动态帧防碰撞算法(Improve-DFSA)

4.4.1算法描述

4.4.2算法分析及数学模型

4.4.3标签估算

4.4.4仿真结果

4.5本章小结

第5章 读写器的防碰撞问题

5.1读写器碰撞问题

5.1.1碰撞的基本形式

5.1.2读写器碰撞的特点

5.2基于图形着色理论的读写器防碰撞模型

5.2.1图形着色理论基础

5.2.2模型的假设与前提

5.2.3读写器防碰撞模型

5.3 Colorwave算法

5.3.1分布式颜色选择(DCS)

5.3.2最大颜色可变的分布式颜色选择(VDCS)

5.3.4Colorwave算法特点

5.4 HiQ学习算法

5.4.1 HiQ层次结构

5.4.2 Q-学习算法原理

5.4.3 Q-学习系统特点

5.4.4 Q-学习算法应用于读写器碰撞问题

5.5本章小结

结论及展望

参考文献

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

致 谢