超高频RFID读取防碰撞算法研究与实现

论文摘要

无线射频识别技术（RFID）是一种非接触的自动识别技术,具有识别距离远、穿透能力强、多物体识别等优点,现已广泛应用于自动化、交通运输、控制管理、产品服务、证件防伪等领域,成为当前物联网研究热点技术之一。当阅读器作用范围内存在多个标签,同一时刻有两个或以上的标签向读写器返回信息时,将产生冲突,其结果会导致传输失败。因此需要制定防碰撞算法,尽量避免或减小碰撞,从而提高RFID系统的标签读取效率。目前,RFID防碰撞算法的研究主要集中在Aloha时隙防碰撞算法和二叉树搜索防碰撞算法。但Aloha时隙防碰撞算法存在某个标签始终无法被识别的现象;二叉树搜索算法可以避免这个问题,但当标签数量比较大时,识别周期长,影响了RFID读写器的效率。本文内容分为两部分,第一部分主要是对广泛应用的Intel R1000超高频读写器进行组网测试,该读写器固有算法以ISO/IEC 18000-6C标准算法为基础,但并未完全实现该标准。论文分析了固有算法的缺陷,并通过NS2对标准算法进行仿真,对固有算法提出一些改进方法。第二部分是基于ISO/IEC 18000-6C超高频RFID标准,提出了一种新型时隙不完全竞争防碰撞算法（SPC:Slot-based Partial Competitive Anti-collision Algorithm）,该算法首次将动态二叉树搜索技术引入竞争性冲突避免机制,并加入了对空闲时隙和碰撞时隙的特殊处理策略。本文还基于ns-2平台建立了多标签读取仿真模型,分析对比了动态二叉树搜索算法,ISO/IEC 18000-6C标准算法和SPC算法三种算法的多标签读取性能,仿真结果表明SPC算法识别时间分别比动态二叉树搜索算法和18000-6C标准算法缩短约30%和20%,识别率比18000-6C算法提高约35%,具有良好的应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 主要研究内容
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 论文组织结构
• 第二章 ISO/IEC 18000-6C 标准算法概述及应用
• 2.1 时隙防碰撞算法
• 2.1.1 时隙Aloha 算法
• 2.1.2 帧时隙Aloha 算法
• 2.1.3 动态帧时隙Aloha 算法
• 2.2 ISO 18000-6C 标准算法分析
• 2.2.1 调制与数据编码
• 2.2.1.1 读写器至标签通信
• 2.2.1.2 标签至读写器通信
• 2.2.2 命令约定
• 2.2.3 ISO/IEC 18000-6C 协议流程分析
• 2.3 Intel R1000 超高频读写器组网方案
• 2.3.1 单天线读写器组网
• 2.3.2 多天线读写器组网
• 2.3.3 多读写器组网
• 2.4 Intel R1000 超高频读写器测试
• 2.4.1 单天线测试
• 2.4.2 多天线测试
• 2.5 本章小结
• 第三章 ISO/IEC 18000-6C 标准算法性能仿真
• 3.1 算法固有缺陷
• 3.2 高误码率环境下18000-6C 仿真与分析
• 3.2.1 Select 丢失造成的漏读
• 3.2.2 Query 丢失造成的漏读
• 3.2.3 NAK 丢失造成的漏读
• 3.3 本章小结
• 第四章 RFID 系统时隙不完全竞争防碰撞算法
• 4.1 ISO/IEC 18000-6C 算法缺陷
• 4.2 二叉树搜索机制的引入
• 4.2.1 曼彻斯特编码技术
• 4.2.2 二叉数搜索算法流程分析
• 4.3 SPC 防碰撞算法描述
• 4.3.1 命令约定
• 4.3.2 空闲时隙处理技术
• 4.3.3 碰撞时隙处理技术
• 4.4 RFID 系统时隙不完全竞争算法流程分析
• 4.4.1 命令检测阶段
• 4.4.2 Aloha 机制识别阶段
• 4.4.3 碰撞时隙内识别标签
• 4.5 算法特点
• 4.6 本章小节
• 第五章 仿真与性能分析
• 5.1 NS2 网络仿真平台
• 5.2 仿真模块设计
• 5.2.1 仿真结点构造
• 5.2.2 MAC 层模块设计
• 5.2.3 分组头管理
• 5.3 网络场景设置
• 5.4 协议仿真分析
• 5.4.1 平均碰撞次数分析
• 5.4.2 标签识别率分析
• 5.4.3 传输延时分析
• 5.5 本章小节
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文工作总结
• 6.2 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果