基于UHF RFID与WSN的集成网络节点的实现与部署策略研究

发布时间：2017-11-07 08:35

  本文关键词：基于UHF RFID与WSN的集成网络节点的实现与部署策略研究

  更多相关文章： 射频识别 无线传感器网络 FPGA 集成网络节点 人工蜂群算法 节点部署策略

【摘要】：射频识别(RFID)和无线传感器网络(WSN)技术应用广泛,RFID与WSN集成的网络节点可以便捷地传送和处理关键数据和信息。在集成方式上,传统方案是将专用集成RFID读写芯片与WSN网络相融合,但是该方案中专用的集成RFID读写芯片价格较高,不利于低成本场合的应用;此外,当前的集成网络节点的部署大都以人工随机部署的策略进行,部署效率低,资源成本高,而高效的集成网络节点部署有利于进一步降低系统应用成本,提高通信效率。综上所述,研究集成网络节点的低成本实现方案和部署策略具有重要的科学意义和实用价值。本文工作的主要研究内容包括:首先,本文介绍了射频识别技术、无线传感器技术的通信协议,然后对当前RFID和WSN的融合技术进行分析。针对传统集成网络节点实现方案高成本的缺陷,本文提出了一种基于FPGA搭建的低成本集成网络节点实现方案。该方案基于FPGA完成了RFID系统数字基带电路的设计,基于Nios II处理器完成了RFID系统驱动层、协议层和应用层的设计;数字基带信号通过SPI接口加载到射频收发芯片上,由射频收发芯片完成对数字基带信号的调制,考虑到射频收发芯片发射功率有限,采用了功率放大器对射频信号进行功率放大。然后,本文针对传统集成网络节点人工随机部署、覆盖效率低的缺陷,提出了一种基于改进人工蜂群算法的集成网络节点部署算法。该算法通过引入交叉机制对基本人工蜂群算法的缺陷进行改进,在部署算法中,首先基于集成网络节点的信号传输模型将节点部署问题转化为在保证节点高覆盖率与低干扰目标下的优化问题,然后利用改进人工蜂群算法对节点部署目标函数进行优化。仿真结果表明该算法不但能够较为快速精确地寻找全局部署最优位置,而且还能够在保证集成网络节点对射频标签最大覆盖率的前提下,有效地降低节点间的干扰,提高集成网络节点的部署效率。最后,本文对集成网络节点进行了多阶段测试以验证集成网络节点设计的准确性,测试结果表明:本文所提出的基于FPGA的集成网络节点实现架构有效可行,硬件算法具有高效、高速、移植性好的优点,在未来的物联网时代具有巨大的市场潜力。
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212.9;TN929.5;TP391.44

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