密集型RFID系统阅读器防碰撞算法DPC-EdiCa的提出与研究

论文摘要

射频识别（RFID,即Radio Frequency Identification）是一种非接触式自动识别的技术,是物联网的技术基础。RFID防碰撞技术是RFID技术中的关键技术之一,可简单地分为标签防碰撞技术和阅读器防碰撞技术两个方向。对于密集型RFID系统应用场合而言,系统拥有庞大的标签数目和阅读器数目,为防止标签漏读需将阅读器紧密部署,从而使阅读器阅读范围有较多的重叠部分。在这种情况下,会同时出现标签碰撞问题和阅读器碰撞问题。这时单靠标签防碰撞技术来提高阅读效率或解决所有碰撞问题是不切实际的。由于阅读器拥有较强大的数据处理能力以及通信能力,若在阅读器网络中先处理掉阅读器之间的碰撞问题,那么标签防碰撞技术就能发挥更大的应用价值。这样的阅读器防碰撞技术就是本文研究的重点内容。目前研究RFID阅读器防碰撞算法主要分为基于有效范围（coverage-based）和基于调度（scheduling-based）两大类。由于大部分学者对于阅读器的防碰撞技术都局限于某一类的方法,例如功率控制型的算法很少去考虑通过智能控制思想去改进;将调度协调型算法与功率控制型算法进行交叉运用的研究少之又少。本文将尝试把分布式功率控制思想、LBT机制与协调型算法EDiCa算法相结合,提出一种新型的阅读器防碰撞算法——DPC-EDiCa算法。该算法既应用了分布式功率控制（DPC）技术,又应用了双信道协调技术,本文对这两种技术所涉及的方面都进行了详细的描述和改进。在分布式功率控制算法上,本文提出了二分逼近功率控制算法。其优点是能够在可预测的步骤之内完成功率调整,比其他研究中采用的步进式递增或递减的算法都来得准确快速;在双信道协调能力方面,本文将协调范围的取值给出了一个比较具有可操作性的策略——协调范围略小于阅读范围的4倍。另外,DPC-EDiCa算法在EDiCa算法原先的3种状态（idle, reading, waiting）上增加了一种新的状态,调整状态（adjusting）。邻居状态信息的可能组合达到8种,本文通过分析归类法设计了4种行为决策来对应这8种状态信息的组合。最后,本文还就该算法对于阅读器防碰撞技术经常涉及的几个学术问题进行讨论以及给出模拟仿真的软件实现和仿真运行数据来分析评价DPC-EDiCa算法。在能耗方面将DPC-EDiCa与Aloha、CSMA、DiCa、Pulse相比较;在系统的平均吞吐量、最大吞吐量、最小吞吐量等方面与Aloha、DiCa、EDiCa等算法进行比较。结果显示,DPC-EDiCa算法在能耗方面表现理想;系统吞吐量与DiCa、EDiCa相比有可观的提高;最大吞吐量的比较发现,DPC-EDiCa算法更有可能在大量的标签环境中高效地读取标签;最小吞吐量的比较发现,即使在RFID系统的部署条件较差的情况下,DPC-EDiCa也能更高效地阅读标签;DPC-EDiCa算法具有双信道协调型算法共同的优点——几乎不产生冲突。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 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
• 1.4 主要研究内容
• 1.5 论文的结构
• 第二章 碰撞机理与相关防碰撞技术
• 2.1 阅读器的信号碰撞机理
• 2.2 阅读器防碰撞的相关技术及算法
• 2.2.1 基于有效范围的阅读器防碰撞算法
• 2.2.2 基于调度的阅读器防碰撞算法
• 2.3 本章小结
• 第三章 新算法的提出
• 3.1 功率控制算法的有关概念
• 3.1.1 标签与阅读器的能量功率
• 3.1.2 信号与干扰和噪声比（SINR）与误码率
• 3.1.3 SINR 门限与阅读器间的干扰
• 3.1.4 路径损耗和俘获效应（Capture Effect）
• 3.2 分布式协调算法的有关概念
• 3.2.1 协调范围
• 3.2.2 协调范围的设定与推论
• 3.2.3 阅读器的相关设定
• 3.2.4 状态信息和阅读器状态的对应关系
• 3.2.5 状态信息的集合表示
• 3.3 DPC-EDiCa 算法的实现
• 3.4 DPC-EDiCa 算法实现的进一步说明
• 3.4.1 八种状态组合的分析与行为决策
• 3.4.2 功率调整算法- 二分逼近法
• 3.4.3 公平竞争型退避算法
• 3.5 DPC-EDiCa 算法与类似算法的比较
• 3.6 本章小结
• 第四章 相关问题的讨论
• 4.1 标签漏读问题与阅读器的空间规划
• 4.2 隐藏终端和暴露终端现象
• 4.3 阅读器的能耗与记忆
• 4.4 本章小结
• 第五章 仿真与实验结果数据的分析
• 5.1 仿真实验采用的参数
• 5.2 仿真平台的选择与仿真程序的实现
• 5.3 仿真的结果及评价
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢