RFID阅读器的波束切换自适应控制算法

摘要

随着物联网的发展，射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)技术具有战略性的重大意义。目前，无源UHF RFID系统主要存在以下问题:
　　(1)RFID阅读器的最大读写距离只能达到10米，这极大地制约了RFID技术的广泛应用。
　　(2)很难达到100％识别率，即存在丢失标签的问题。
　　(3)目前解决防碰撞的方法主要从软件算法来考虑。单纯依靠软件实现的防碰撞，很难实现高效的结果，如果有了硬件方面的支持，可使防碰撞更加有效。
　　针对以上问题，本文将智能天线应用到无源UHF RFID阅读器系统中。智能天线能够利用多个天线阵元的组合进行信号处理，自动调整发射和接收方向图，并提出适用于无源UHF RFID阅读器的波束切换自适应控制算法。
　　本文首先介绍了RFID系统的组成和工作原理，之后详细介绍了智能天线的分类，通过比较阐述了在无源UHF RFID系统中使用波束切换型智能天线的原因。根据波束切换型智能天线的工作原理，并结合波束切换型智能天线的阅读器与标签通信的信道模型，依据阅读器的最大识别距离、有效识别区域，参考标签密度对防碰撞的影响，首先提出固定驻留时间波束切换自适应控制算法。针对固定驻留时间波束切换自适应控制算法中驻留时间无法匹配待识别标签数目，会造成时隙浪费的情况，进一步提出动态驻留时间波束切换自适应控制算法。这两种算法已经能够满足大部分RFID阅读器的需求。
　　针对无源UHF RFID系统中阅读器一直处于全功率识别状态，耗能较多，间接影响阅读器寿命的问题，本文通过构建基于功率控制的波束切换自适应模型，提出基于功率控制的波束切换自适应算法。通过控制阅读器的发射功率，来将识别区域划分成多个块状区域，并通过红黑树来管理这些块状区域的调度切换问题。可以有效地降低能量的消耗，使系统性能始终稳定在一个较高的水平。
　　利用MATLAB仿真本文所设计的各种算法，仿真结果表明，将波束切换型智能天线技术应用到RFID系统中，同时结合波束切换自适应控制算法，可以有效地通过控制波束的切换来达到扩展识别区域和减小碰撞的目的，并能够降低阅读器识别所消耗的时问和能量，无需修改现有的标准和协议，可以使系统的最大识别距离增加一倍。对促进无源超高频RFID系统的大规模应用产生积极的影响。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 RFID技术发展历程

1．3 国内外研究现状

1．4 论文的主要工作和章节安排

第二章 无源UHF RFID系统工作原理

2．1 无源UHF RFID系统组成

2．1．1 阅读器

2．1．2 电子标签

2．1．3 PC管理系统

2．2 RFID的耦合原理

2．3 本章小结

第三章 智能天线应用于RFID的原理及防碰撞算法

3．1 智能天线应用于RFID的原理

3．1．1 机械扫描天线和抛物线反射面天线的工作原理

3．1．2 电子扫描阵列天线

3．1．3 自适应波束追踪型智能天线

3．1．4 波束切换型智能天线

3．2 自适应波束跟踪型智能天线与波束切换型智能天线的比较

3．3 波束切换型智能天线在RFID系统中的具体实现

3．4 波束的性能指标

3．5 RFID防碰撞算法概述

3．5．1 纯ALOHA算法

3．5．2 时隙ALOHA算法

3．5．3 帧时隙ALOHA算法(BFSA)

3．5．4 动态帧时隙ALOHA算法(DFSA)

3．6 本章小结

第四章 无源UHF RFID阅读器的波束切换自适应控制算法

4．1 固定驻留时间的波束切换自适应控制算法

4．1．1 算法思想

4．1．2 算法流程

4．1．3 算法实施步骤

4．1．4 仿真结果与分析

4．2 动态驻留时间的波束切换自适应控制算法

4．2．1 算法思想

4．2．2 算法流程

4．2．3 算法实施步骤

4．2．4 仿真分析

4．3 本章小结

第五章 RFID阅读器基于功率控制的波束切换自适应算法

5．1 算法思想

5．2 算法流程图

5．3 算法思想实施步骤

5．4 仿真结果与分析

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢