移动RFID系统标签识别技术的研究

发布时间：2017-03-30 13:20

  本文关键词：移动RFID系统标签识别技术的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：射频识别(RFID)技术是一种类似于条码的信息录入技术,但该技术能够非接触、远距离、快速地录入标签的信息,且具有较高的安全性、无方向性、穿越障碍物和广泛的环境适应能力等优点,因此被越来越多地应用到物流、零售、交通运输和工业生产等领域中。目前,RFID技术仍存在很多技术问题,包括RFID标签快速识别问题、RFID系统安全问题以及RFID大数据分析等问题。本文主要研究标签快速识别问题。一个RFID系统通常由一个阅读器和多个标签组成,阅读器信号区(阅读器应答区)内的标签通过共享的无线信道和阅读器通信。为了降低标签的生产成本,标签硬件设计通常是非常简单的,这导致了标签之间是不能通信的,因此,在标签识别过程中,会出现多个标签同时响应阅读器,这导致了标签碰撞问题,此时,阅读器不能识别任何标签。如果阅读器信号区内的标签数量非常多的时候,这种碰撞问题将非常严重,大量碰撞将会大大降低标签识别的效率。因此,标签防碰撞是标签识别技术的重要研究内容。目前,已经有非常多的标签识别协议(也被称作防碰撞算法),绝大多数这些协议都假设在识别标签的过程中,阅读器和标签都是静止不动的,并且标签都处在阅读器的应答区内,这种场景在本文中被称作普通RFID系统(NRS:Normal RFID Systems)。这类场景下的标签识别协议已经非常成熟,且能够达到很高的标签识别效率。然而,在现实生活中还有另外两种非常常见的标签识别场景：一种是阅读器识别沿固定路径移动的RFID标签,在本文把该场景称作标签移动RFID系统(TMRS:Tag Movement RFID Systems);另一种是单阅读器移动识别中小型场景内的RFID标签,在本文把该场景称作单阅读器移动RFID系统(SRMRS:Single Reader Movement RFID Systems)。本论文主要研究这两类移动RFID系统。标签移动RFID系统(TMRS)主要出现在物流、仓库、交通运输等场所的出入口。这些场所的出入口通常装备有阅读器,目的是能够快速的读取进出这些场所附着在商品上标签的信息。在这类移动RFID系统中,如果使用已有的防碰撞协议,标签的丢失率(未读标签和所有标签之比)会很高。这是因为在标签移动RFID系统中,会出现随机后识别现象(RLI:Random Later Identification)。本文详细讲述了随机后识别现象,然后给出了标签移动RFID系统的先来先服务(FCFS:First Come First Served)机制用于解决随机后识别现象,该机制包括标签组顺序化方法以及相关的存储结构等内容。随后,对两种现有的且具有代表性标签识别算法进行改进,使这些改进后的协议具有先来先服务的功能且能很好的解决随机后识别现象和提高标签的识别效率。单阅读器移动RFID系统(SRMRS)主要运用于很多中小型区域的标签识别,如：中小型仓库、零售商店等场所,这些场所中,阅读器的信号区不能覆盖该场所内的所有标签,通常,这种场景的标签识别采用多个阅读器机制。这将导致成本增加、标签识别算法复杂等问题。在本文中,这种中小型区域内的标签可以通过移动一个阅读器的方式来识别。这种方式具有很多优点：(1)节约成本,这是因为单个阅读器的成本必然少于多个阅读器的成本；(2)算法设计简洁高效,这是因为所给的方法不用考虑多阅读器带来的多阅读器干扰问题和隐藏终端等问题；(3)较好的适应性,这是因为增加标签的相邻的存放位置,只需要移动阅读器到新增加的地点,而不用多增加阅读器。然而,为节约标签的生产成本,很多标签没有静态存储设备,因此这样的标签是无记忆性。对于原有的标签识别算法,这种标签的无记忆性使得移动的单阅读器在识别中小型区域里的标签时,不可避免的出现标签的多次识别现象MIOT (Multiple Identification of Tags),这导致标签识别效率的大幅度下降。在本文中,一种尾码控制标签多次识别的机制被给出,该机制能很好控制标签的多次识别。随后,带有尾码控制标签多次识别机制的标签识别协议被给出,该协议在普通标签识别场景下能够保持原有的性能,又能在阅读器移动RFID系统上取得很好的标签识别效率。
【关键词】：射频身份识别 随机后识别 先来先服务 标签多次识别 尾码控制标签多次识别
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP391.44
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-10
• 目录10-14
• 第1章 绪论14-28
• 1.1 研究背景和意义14-21
• 1.2 国内外研究进展21-25
• 1.2.1 普通RFID系统的研究进展22-23
• 1.2.2 标签移动RFID系统的研究进展23-25
• 1.2.3 单阅读器移动RFID系统的研究进展25
• 1.3 论文主要研究内容与创新25-26
• 1.4 论文结构和章节安排26-27
• 1.5 本章小结27-28
• 第2章 RFID系统标签识别技术的简介28-45
• 2.1 RFID系统组成28-31
• 2.1.1 标签28-29
• 2.1.2 标签的分类29-30
• 2.1.3 阅读器30-31
• 2.2 RFID系统原理31
• 2.3 RFID通信基础31-35
• 2.3.1 RFID系统的通信过程32
• 2.3.2 RFID的工作频段32-33
• 2.3.3 RFID系统常用编码33-35
• 2.3.4 RFID系统信号调制35
• 2.4 RFID系统的碰撞、碰撞检测和防碰撞协议35-39
• 2.4.1 碰撞检测方法35-36
• 2.4.2 标签碰撞36
• 2.4.3 阅读器碰撞36-39
• 2.4.4 多路访问的解决机制39
• 2.5 RFID系统几种经典防碰撞协议介绍39-44
• 2.5.1 基于ALOHA协议40-44
• 2.5.2 基于树的协议44
• 2.6 本章小结44-45
• 第3章 标签移动RFID系统的先来先服务策略45-61
• 3.1 标签移动RFID系统介绍45-47
• 3.2 随机后识别现象(RLI)47-48
• 3.3 随机后识别(RLI)现象的弱化——标签组的先来先服务机制48-60
• 3.3.1 标签组顺序化策略49-56
• 3.3.2 标签组的先来先服务56-59
• 3.3.3 标签组的先来先服务策略的总结59-60
• 3.4 本章小结60-61
• 第4章 先来先服务机制在标签移动RFID系统的实现61-86
• 4.1 带有先来先服务特征的帧时隙ALHOA协议61-76
• 4.1.1 FSA-FCFS协议设计思路61
• 4.1.2 FSA-FCFS标签状态图61-63
• 4.1.3 FSA-FCFS协议流程图63-65
• 4.1.4 FSA-FCFS协议主要步骤65-67
• 4.1.5 FSA-FCFS的仿真和分析67-76
• 4.1.6 FSA-FCFS协议总结76
• 4.2 带有先来先服务特征的EPC C1G2协议76-85
• 4.2.1 EPC-FCFS协议主要步骤77-79
• 4.2.2 EPC-FCFS的仿真和分析79-85
• 4.2.3 EPC-FCFS协议总结85
• 4.3 本章小结85-86
• 第5章 单阅读器移动RFID系统标签识别技术86-129
• 5.1 单阅读器移动RFID系统介绍86-89
• 5.2 单阅读器移动RFID系统的标签多次识别问题89-90
• 5.3 尾码控制标签多次识别机制90-96
• 5.4 一种单阅读器移动RFID系统的标签识别协议96-120
• 5.4.1 SMRTI协议的标签状态图96-98
• 5.4.2 SMRTI协议的流程图98-100
• 5.4.3 尾码表存储结构和操作100-102
• 5.4.4 SMRTI协议的主要步骤102-104
• 5.4.5 SMRTI协议的理论评估、仿真分析和结果104-120
• 5.5 单阅读器移动RFID系统的再次确认子系统120-127
• 5.5.1 单阅读器移动RFID系统漏读标签集合的获取阶段122-124
• 5.5.2 漏读标签的轮询阶段124-127
• 5.6 本章小结127-129
• 结论和展望129-133
• 致谢133-134
• 参考文献134-148
• 攻读博士学位期间取得的学术成果14

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