RFID系统中防碰撞算法的改进

论文摘要

射频识别技术（Radio Frequency Identification，RFID）在识别目标对象时无须接触，获取目标内存储的数据是通过电磁波信号完成的。RFID技术具有可靠性高，读取速度快，非接触识别，可重复使用，同时识别多张PICC和防伪性好等许多优点。RFID技术开始于1940年，1990年开始大发展。目前已广泛应用于物流、交通、医疗、军事、食品、服装业、汽车、图书馆等领域，是当今最重要的自动识别技术之一。RFID技术发展迅速，但是仍然有许多问题，如成本、抗干扰性等，成为其发展的瓶颈。抗干扰能力决定了一个RFID系统性能优劣。抗干扰性主要指系统的防碰撞能力。RFID系统中的碰撞问题分为PCD（Proximity Coupling Devices）碰撞和PICC（ProximityCards）碰撞，相应的解决方法就是防碰撞算法。PCD处理数据能力强，碰撞问题相对容易解决；PICC功能相对较弱，其碰撞问题较难解决。PICC碰撞是指在PCD的工作范围内出现多张PICC，并且它们同时与PCD进行通信时，其发送的数据信号将会互相干扰，PCD将不能识别出PICC。同时识别多张PICC是RFID技术要解决的一个难题。本文主要对RFID系统中的防碰撞算法进行了深入研究。在介绍了RFID系统的发展历程、应用情况、基本组成和工作原理等相关内容后，深入分析了两大类防碰撞算法--非确定性防碰撞算法和确定性防碰撞算法。非确定性算法主要分析了纯ALOHA算法、时隙ALOHA算法和帧时隙ALOHA算法；确定性算法主要分析了二进制树搜索算法、动态二进制树搜索算法和二叉树堆栈算法。比较了各类算法的优缺点后，介绍了RFID系统硬件工作平台中的PCD（MFRC522）和PICC（Mifare One-S50）的特点、结构和工作原理等。提出了改进的防碰撞算法，用MATLAB进行仿真，验证了此算法的优越性，并在MFRC522上进行编程实现。最后，对全文研究工作做了总结，并对RFID系统中的防碰撞算法的进一步研究提出了展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题提出的背景
• 1.1.1 RFID 系统
• 1.1.2 RFID 系统中的碰撞问题
• 1.1.3 RFID 系统中识别多标签的防碰撞算法
• 1.2 本课题的研究意义
• 1.3 本课题的主要研究内容
• 2 RFID 相关技术与原理
• 2.1 RFID 识别技术概述
• 2.1.1 RFID 技术的发展
• 2.1.2 RFID 技术在国内外的应用情况
• 2.1.3 RFID 技术的分类
• 2.2 RFID 系统组成
• 2.2.1 RFID 系统的硬件组件
• 2.2.2 RFID 系统中的软件组件
• 2.3 射频系统的工作原理
• 2.3.1 电感耦合 RFID 系统
• 2.3.2 反向散射耦合 RFID 系统
• 2.4 调制和编码
• 3 RFID 系统防碰撞算法
• 3.1 纯 ALOHA 算法
• 3.2 时隙 ALOHA（Slotted ALOHA）算法
• 3.3 帧时隙 ALOHA（Frame-Slotted ALOHA）算法
• 3.4 二进制树搜索算法（BS）
• 3.5 动态二进制树搜索算法（DBS）
• 3.6 二叉树堆栈（ID-BTS）算法
• 4 RFID 系统硬件开发平台
• 4.1 MFRC522 介绍
• 4.1.1 MFRC522 的特点
• 4.1.2 MFRC522 的内部结构
• 4.1.3 MFRC522 的电路图
• 4.1.4 MFRC522 的三种接口
• 4.1.5 MFRC522 的工作原理
• 4.2 PICC 介绍
• 4.2.1 PICC 结构
• 4.2.2 PICC 的功能模块
• 4.2.3 PICC EEPROM 存储区
• 4.2.4 PICC 的状态
• 4.2.5 命令集
• 5 改进算法的实现及其仿真
• 5.1 改进算法描述及实现
• 5.1.1 防冲突和选择
• 5.1.2 硬件编程实现
• 5.2 改进算法的仿真结果
• 6 总结与展望
• 6.1 全文研究工作总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的学术论文目录
• 致谢