基于无线传感器网络的射频识别系统设计与研究

摘要

无线传感器网络与射频识别分别都是目前实现物联网的关键技术手段之一。射频识别技术因其方便快捷而且信息存储量大的优势，将会在物品管理与物品身份认证方面大有作为;无线传感网络技术因其低成本、高效率的自组网特性，将会推动各种类物品批量入网的便捷性，从而为实现真正的“物”联网立下汗马功劳。
　　普通的射频识别技术，其识读距离有限。本文深入研究了无线传感器网络与射频识别技术的特点，设计了一种基于无线传感器网络技术的远距离射频识别系统。同时针对无线传感器网络的节能问题，提出了适用于本系统的数据压缩技术，并搭建了基于VC2008平台的仿真软件来验证数据压缩对于网络节能的改善效果。
　　本文主要完成了以下工作:
　　第一，研究了无线传感器网络与射频识别系统关键技术，从而确定日趋成熟的Zigbee技术来作为本系统的无线传感器网络组网方案，同时确定安全性高、成本低廉的13.56MHz射频识别系统作为本系统的射频识别传感终端。
　　第二，根据传感器网络射频识别系统架构原理，划分出每个子结构的功能需求，设计了基于TI公司的Zigbee CC2530处理器硬件平台与Z-Stack协议栈软件平台的传感器网络系统，与基于MF RC522射频识别读写单元的传感终端。
　　第三，对所设计的传感器网络射频射频系统进行了详细的功能测试。首先对所组建的网络进行测试并验证数据传输的可靠性，继而对射频识别读写终端进行测试，主要包括对读卡号、读数据、写数据和改密码四大功能的验正。
　　最后，针对无线传感器网络系统的关键性能之一的节能问题，指出了本文设计的系统所面临的问题，提出了基于霍夫曼编码的数据压缩技术，来压缩处理终端节点大容量数据的方案，以实现将无失真小容量数据进行无线传感网络传播。为此，在VC2008环境下搭建了无线传感器网络仿真平台，验证了该方案对无线传感器网络节能效果的改进。同时，研究了无线传感网络多路径路由查找与存储技术，在仿真平台上设计了多路径路由查询与记录的算法，通过与单一路由路径的数据传输对比试验，验证了所设计的多路径传输机制对于网络内路由节点负载均衡的改善效果。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 课题研究背景与意义

1．2 RFID与WSN融合系统的国内外研究状况

1．3 论文主要工作

2 无线传感器网络与射频识别技术方案选择

2．1 无线传感器网络

2．1．1 无线传感器网络构造及特点

2．1．2 无线传感器网络协议体系结构

2．2 适用于远距离射频识别系统的传感器网络技术选取

2．2．1 Zigbee无线传感网络技术

2．2．2 Zigbee网络拓扑结构

2．3 RFID射频识别系统工作原理

2．3．1 RFID射频识别系统组成

2．3．2 RFID射频识别系统基本工作流程

2．4 RFID射频识别系统频段的选取

2．5 小结

3 基于ZigBee传感器网络的RFID射频识别系统设计

3．1 基于传感器网络的射频识别系统架构分析

3．2 Zigbee传感器网络节点的硬件选型与外围电路设计

3．2．1 Zigbee芯片选型

3．2．2 ZigBee无线模块主要外围电路设计

3．3 射频识别读写单元硬件选型与设计

3．3．1 射频读写芯片选型

3．3．2 射频读写芯片电路设计

3．4 ZigBee协议栈Z-Stack与组网设计

3．4．1 Z-Stack软件架构

3．4．2 基于Z-Stack协议栈的组网设计

3．5 协调器、终端应用层程序以及射频读写单元程序设计

3．5．1 协调器、终端应用层程序设计

3．5．2 射频读写单元程序设计

3．6 小结

4 基于ZigBee传感器网络的RFID射频识别系统调试

4．1 串口配置

4．2 组网调试与数据传输调试

4．2．1 组网调试

4．2．2 网络数据传输测试

4．3 无线射频读写终端入网调试

4．4 小结

5 基于能耗优先的传感器网络射频识别系统节能设计与分析

5．1 无线传感网络的射频识别系统存在问题分析

5．2 使用数据压缩节能技术的传感器网络射频识别系统

5．2．1 数据压缩技术介绍与选择

5．2．2 霍夫曼编码设计实现

5．3 多路径路由存储设计

5．3．1 多径存储路由查找算法设计

5．3．2 基于能耗最小路由路径选取设计

5．3．3 多路径路由查询中交叉路径的避免

5．4 构建基于VC2008平台的无线传感器网络仿真平台

5．4．1 网络节点布局与显示设计

5．4．2 数据传输与辅助功能程序设计

5．4．3 仿真平台路由建立与数据传输调试

5．5 仿真平台数据传输实验与结果分析

5．5．1 有无数据压缩情况下数据传输分组对比实验

5．5．2 有无数据压缩实验结果分析与对比

5．5．3 单路径与多路径数据传输分组对比实验与分析

5．6 小结

6 结论与展望

6．1 主要工作与结论

6．2 工作展望

参考文献

作者简历