物联网rfid反碰撞问题研究

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1、摘要物联网(InternetofThings)是最近刚刚提出来的利用EPC(ElectronicPmductCode)、RFID(RadioFrequencyIdentification)通信技术实现全球物品信息共享的一个建立在Internet上的全球网络。其目的是实现“物与物”之间互联。在物联网众多关键技术中，附有EPc代码信息的电子标签识别问题是其最首要的一环。当阅读器信号作用范围内存在多个标签，同一时刻有两个或者以上的标签向阅读器返回信息时，将产生冲突，称为标签冲突。另外，当一个标签同时处于两个或

2、多个阅读器的问询区，同一时间有两个或以上阅读器试图与这个标签通信时，也将产生冲突，称为阅读器冲突。解决冲突的算法称为反碰撞算法。传统的无线电技术已有空分多路法、频分多路法、时分多路法以及码分多路法来解决类似问题。但是物联网的电子标签由于成本限制，其功能是有限的。在和阅读器通信的过程中既不能区分不同的阅读器，也不能在和阅读器的通信过程中发挥一定的辅助作用，不支持复杂的通信协议，所使用的工作频带有限制。另一方面，阅读器只影响和它相毗邻的通信媒体；标签内包含的信息量很少，阅读器与标签之间的通信时间很短。因此，

3、物联网中射频识别问题与传统的无线信道多路访问问题有很多不同之处。本论文主要对物联网中RFID反碰撞问题进行理论和应用方面的研究，其贡献在于：一、论文从电磁耦合的角度介绍了射频识别技术中的通信实质，指出射频识别系统中的反碰撞问题仍属于多路信道访问的范畴。根据射频识别系统的特点，最适合的多路信道访问方式主要为时分多路访问。二、针对解决标签冲突的随机ALOHA类消解方案其效率较低，特别是随着标签数量的扩大，性能均激剧恶化的特点。本文创造性提出双向二进制指数索引算法协议，根据阅读器每次识别的结果，标签以递增或递

4、减方式修改其应答概率。其识别过程可以用马尔可夫吸收链理论进行刻划描述。最终实验结果表明：该算法识别效率在最好时为O．42，在动态以及标签数量急剧增大的情况广东工业大学工学博士学位论文下也可以稳定地达到0．322，性能极其稳定。三、为了降低标签的成本，文中进一步分析了双向二进制指数索引算法在识别效率能初步达到最优的情况下，标签可以取的极小状态级别数☆=4；标签应答概率动态变化时，递增或递减的幅度x=1．5时性能更加合理。四、解决标签冲突的确定性方案主要是树型类算法，已存在的算法协议缺陷在于阅读器未充分利用

5、以前的识别信息。本文分析碰撞时的特点，提出基于后退式索引的二进制树型反碰撞算法：①、碰撞发生时，根据碰撞的最高位，跳跃式向前搜索；②、无碰撞时，采取后退策略，最终能够快速地识别所有标签。实验结果及数学归纳法证明表明：识别n个标签，阅读器共需要问询2，z一1次，平均问询次数2次。同时采用数据拟合的方法得到标签的平均应答次数为1．227+1．004l092n。五、对后退式索引树型反碰撞算法的进一步分析表明，阅读器与标签之间传递的EPC数据具有互补性，算法协议可以作进一步改进。所传输的EPC参数采用不定长方式

6、动态进行，信息吞吐量可进一步提高，所节省的通信量在32．5％以上。六、频率干扰和标签干扰是阅读器冲突中主要存在的问题。根据染色理论可以将阅读器冲突的问题抽象模型化为图的染色问题。然而，由于图的全染色问题是一个NP难题，本文给出其的图形化解决公式。针对具体的RFD阅读器网络应用，其阅读器和标签一般采用同一频率通信，需要解决的主要是标签干扰，采用色度波算法能够在各阅读器之间动态地分配工作时隙，避免多个阅读器对同一标签在同～时间的识别冲突。该算法尤其适合阅读器网络环境变化的需求。七、未来射频识别系统工作环境各

7、异，考虑到有些场合无法采用有线方式对标签进行实时数据采集传输，论文最后提出了一种采用cDMA无线数据传输的RFID阅读器软件体系结构设计。根据现场标签数据量及操作方式CDMA模块可采用文件数据包方式或者以扩展短消息方式进行传输。同时阅读器支持对多种类型的标签进行读写操作。关键字：物联网RFID技术EPC代码反碰撞标签冲突阅读器冲突ⅡAbstractTheIntemetofThingswhichbasesonIntemetwillbeusillgElectmnicProductCodeandRadioFr

8、equencyIdentificationtorealizeinterconnectionbetweenproductandproduct．ToidentifytagthatinvolvesElectronicPmductCodeistheflrstimponantquestion锄ongmanykeytechniquesofIntemetof111ings．TherearetagcoⅡisionandreadercollisioninRF