远距离射频身份识别技术的研究

论文题目: 远距离射频身份识别技术的研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 信号与信息处理

作者: 钟子果

导师: 胡爱群

关键词: 远距离射频身份识别,射频标签,识读器,随机退避

文献来源: 东南大学

发表年度: 2005

论文摘要: 射频身份识别技术是一种非接触式的自动识别技术,其基本原理是利用射频信号空间耦合或传输的特性,实现对静止或移动物体的自动识别。近距离射频身份识别系统在国内外已经大量投入运用。作用距离大于10m甚至大于20m的远距离射频身份识别系统则较为少见。对于人员和物品的识别和检测定位而言,远距离射频身份识别系统在系统检测效率,支持移动检测,识读器安装便捷性以及系统自动化程度方面较近距离射频身份识别系统有着不可比拟的优势,具有非常大的实用意义。本文工作的项目背景是实现基于煤矿井下人员与设备远距离射频识别与检测系统。本文工作覆盖远距离射频身份识别系统的物理层设计、MAC层协议制定、MAC层协议关键参数研究和协议初步软件实现四个方面。本文首先介绍了射频身份识别系统的原理与系统组成,在讨论了目前广泛应用的射频身份识别系统分类的基础上,分析了本文项目背景下系统的特点和要求,指出了远距离射频识别系统的五点关键技术。在比较了多种远距离射频身份识别系统物理层硬件设计方案和现有短距离无线通信标准的基础上,选择CC1010实现了工作于868MHZ的射频标签和识读器样机。通过搜索、阅读相关文献以及计算机仿真和频谱分析仪实验测量,设计和实现了可用于本文射频标签的PCB天线。并给出了点对点的物理层数据通信测试结果。MAC协议是无线通信系统高效运行的基础和关键技术之一。本文针对远距离射频身份识别系统的典型工作模式,设计了专门应用于本文项目背景的MAC协议,包括帧格式定义,SPY and Re-contention MAC以及Sleep backoff MAC两种射频标签/识读器状态机。分析和推导给出了两种状态机中的相关时间参数的数学约束关系,并使用MATLAB建立了SPY and Re-contention MAC协议软件仿真平台。利用计算机辅助的数学建模的方法对SPY and Re-contention MAC的关键设计参数——最佳退避窗口数CWoptimal进行了深入研究,得出了其数学表达式。通过MATLAB仿真平台验证了本文给出的CWoptimal数学表达式的正确性。为下一步设计和完善CW动态伸缩高效MAC协议奠定了理论基础。最后本文介绍了基于CC1010硬件平台的射频标签和识读器软件实现框架,给出了SPY and Re-contention MAC的初步代码实现。并且针对工作中出现的问题以及将来系统进一步的完善提出了几点建议。

论文目录:

摘要

Abstract

目录

第一章 绪论

1.1 射频身份识别概述

1.2 国内外应用与研究动态

1.3 本论文的研究背景

1.4 本论文研究内容与组织结构

第二章 远距离射频身份识别系统

2.1 RFID 原理与系统组成

2.2 射频身份识别系统分类

2.2.1 按射频标签电源供给方式分类

2.2.2 按系统作用的距离分类

2.2.3 按射频标签工作频率分类

2.3 项目背景下的远距离射频识别系统

2.4 远距离射频识别关键技术

第三章 物理层方案设计与硬件实现

3.1 物理层设计需求

3.2 物理层设计方案

3.2.1 射频标签/识读器硬件结构

3.2.2 短距离无线通信协议方案研究

3.2.3 SDR 射频方案选择

3.2.4 射频标签处理器系统方案

3.2.5 电源供给与管理

3.3 物理层实现

3.3.1 射频标签/识读器硬件实现

3.3.2 天线设计问题

3.4 物理层传输测试

3.5 物理层主要电器参数

第四章 MAC 协议设计

4.1 MAC 层作用与工作原理

4.2 两类防碰撞接入算法

4.2.1 二叉树搜索算法

4.2.2 802.11 DCF CSMA/CA 接入机制

4.2.3 防碰撞接入机制选择

4.3 MAC 工作要求与设计要点

4.4 MAC 协议帧格式定义

4.5 MAC 状态机与接入流程设计

4.5.1 SPY and Re-contention MAC

4.5.2 Sleep Backoff MAC

4.5.3 两种策略讨论与比较

第五章 MAC 退避算法仿真研究

5.1 远距离RFID 系统数学模型

5.2 退避算法综述与分析

5.2.1 退避算法分类介绍

5.2.2 本文系统退避算法问题

5.3 仿真平台建立

5.4 SPY and Re-contention MAC 建模与仿真

5.4.1 碰撞概率分析

5.4.2 CW/SUB_CW 参数优化建模

5.4.3 E{CW_(first_slot_ncol)}/E{CW_(first_slot_col)}/E{SUB_CW_(first_slot_ncol)} 建模分析

5.4.4 P_(col) 建模分析

5.4.5 最佳竞争窗口CW_(optimal)(n)

5.4.6 仿真结果比较与误差分析

5.4.7 结论与小结

第六章 MAC 协议初步软件实现

6.1 系统软件框架

6.2 识读器MAC 状态机实现

6.3 标签MAC 状态机实现

6.4 系统初步测试

第七章 全文总结

7.1 本文工作小结

7.2 下一步工作展望

7.3 结束语

缩略语

插图目录

表格目录

参考文献

攻读硕士期间发表论文与其他科研成果

致谢

发布时间: 2007-03-02

参考文献

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