硕士开题报告PPT

标签运动状态下的射频识别（RFID）系统反碰撞算法研究学生：指导老师：教授领域：计算机技术硕士学位论文开题报告摘要一、前言二、国内外研究状况三、研究内容与方法四、论文主要内容及预期成果五、参考文献硕士学位论文开题报告一、前言物联网（InternetofThings）作为新一代信息技术的重要组成部分，代表了未来计算与通信技术发展的方向，被认为是继计算机、Internet之后，信息产业领域的第三次发展浪潮。因此，近年来越来越多的国家开始了基于物联网方面的发展和计划。我国将物联网发展明确写入“十二五”规划。在今年“两会”上，物联网也称为代表们热门讨论话题之一。RFID（Radiofrequencyidentification）作为物联网关键技术之一，以其识别速度快、方便、作用距离远等特点而被认为是最有发展前途的信息技术之一。硕士学位论文开题报告二、国内外研究状况概括考虑到RFID系统通信特点等因素，目前反碰撞算法主要采用的是时分多址（TDMA）的方法。主要分为两类：ALOHA算法:二进制树算法:时隙ALOHA算法、帧时隙ALOHA算法、动态帧时隙ALOHA算法等等后退式二进制树搜索算法、动态二进制树搜索算法、修剪枝二进制树搜索算法等等其中ALOHA算法由于操作简单和良好的性能，在现实中被得到广泛的应用。硕士学位论文开题报告ALOHA算法最初是由夏威夷大学的NormanAbramson及其同事在70年代提出的[1]。它是一种随机接入算法，采取“标签先发言”的方式，该算法简单，但效率较低，信息最大吞吐率为18.4%。为了提高识别效率,V.Anatharam提出了时隙ALOHA算法[2]将阅读器的问询帧分为若干个时隙，标签只能在每个时隙的开始才能发送数据，这样标签或成功发送或完全冲突，避免了部分冲突，提高了信道利用率，理论上最高识别效率达到了36.8%。Wieselthier后来提出的帧时隙ALOHA算法采用了一种确定性的调整帧长的方法[3]，这种算法在时隙ALOHA算法的基础上把N个时隙组成一帧，标签在每个帧内随机选择一个时隙发送数据。理论研究表明，当阅读区域内的标签数目n与帧长N接近时，识别效率能达到最高为36.8%，相对于时隙ALOHA算法有更好的识别效果。硕士学位论文开题报告国内早期基于随机性解决方案来研究RFID标签防碰撞问题的有浙江大学的吴春华[4]、北京邮电大学的沈宇超[5]等人，提出ALOHA算法解决多标签冲突，其思想为:通过分析阅读器的读时间和出错概率的关系，得出发生碰撞时，动态调整阅读器读标签的时间，可以降低信道出错概率，从而提高信道效率。国外的VOGTH[7-8]以及北京航空航天大学的吴晶[6]则提出的利用动态分配时间槽的方法从而达到动态调整帧长，使标签数目n与帧长N尽可能的接近，从而提高识别效率。动态帧时隙（DFSA）:系统预先通过对作用范围内的标签数目估算，动态的调整系统帧长度N，使N与标签数量n相等。从而使系统效率保持在最优状态下。硕士学位论文开题报告DFSA的关键是帧长度N与未识别标签数目n相等。因此算法需要能够准确的预测RFID作用区域内的未识别标签数目，这就是标签估算方法。目前常见的标签估算方法主要有：lowbond预测方法[7-8]、Schoute预测方法[9]、vogt预测方法[7-8]和Khandelwal预测方法[10]。近年来，国外SeungSikChoi[11]和国内邓晓[12]等学者利用碰撞因子的方法进行标签估算，相对过去的方法有了一定的改进。这种方法是利用了以碰撞时隙概率为横坐标，碰撞因子β（即碰撞时隙内平均标签数）为纵坐标时，得到的曲线与系统采用的帧长度N无关的特性。硕士学位论文开题报告由于现实应用中，系统的帧长度不可能无限增大。这使得在标签数目远大于帧长度上限时，系统无法得到最优化。针对这一点，华中科技大学的程文青[13]以及中科院自动化研究所的徐圆圆[14]，南京电子技术研究所的翟勇[15]、国外的LEESR[16]等学者都提出了增强型动态帧时隙ALOHA(EDFSA，EnhancedDynamicFrameSlottedAloha)算法。该算法主要是通过首先对作用范围内的标签进行估算，再在此基础上，对标签进行相应的分组，以及对帧长度进行相应的调整，并采用轮流对标签组进行读取的办法。该方法在帧长度有限时起到了很好的作用。硕士学位论文开题报告虽然上述方法在RFID反碰撞算法中取得了很好的结果、但是这些算法大都是在RFID阅读器和标签静止不动的前提下提出的。而对于在移动RFID系统中，阅读器或者带有电子标签的物品往往是处于一种运动状态。而实际应用如高铁、高速汽车、物流中，电子标签通常是保持在一定速度下通过RFID作用区域。如果在标签离开RFID作用区域之前无法对其进行成功识别，则该标签就成为了漏读标签。因此在快速运动状态下的RFID系统中，对于标签反碰撞算法有着更高的要求。硕士学位论文开题报告2011年西南交通大学的张小强[17]对我国最早应用、也是应用RFID范围最广的铁路车号自动识别系统(ATIS)在高速和超高速列车情况下的应用情况及问题进行了系统分析。文章中通过成都、南昌铁路段的调查发现，目前ATIS主要面临的问题有三个：ATIS系统很容易受到强电磁场的干扰；当有多个火车同时高速通过RFID阅读器作用区域时，系统常常无法识别标签；这很可能是由于标签碰撞或者阅读器时间过短造成的；保密性问题：为了使系统保密度更高，往往需要阅读器和标签交换更多的数据，由于标签传送数据的速度一定，这就使得系统对于传输时间有更多的要求。硕士学位论文开题报告目前ATIS采用的EPCclass1gen2标准，通过试验验证[18-19]，使用900MHZ、信息量为128bit的电子标签、RFID作用区域为0.8m时，为使单个标签成功发送标签信息，标签移动速度不能超过167.7km/h，也就是46.58m/s。目前列车在100km/h速度以下的标签漏读率小于5%。而这一漏读率在列车速度更高、或者有两辆列车，多个标签同时存在时，会因为在作用区域内停留时间过短以及发生标签碰撞而变高。图1高铁中的RFID系统示意图硕士学位论文开题报告由于以往的标签反碰撞算法是在RFID静止状态状况下提出的。目前在解决在运动状态下的标签反碰撞，主要是依靠反复试验的方法，而很少有通过理论分析的方法来解决这一问题的。对这类问题进行试验的研究最早发表于Parketal[20]在2006年，Joetal[21]在2007年两篇文章。分别对RFID标签识别率和传送带速度、标签摆放位置、发射电线种类以及阅读距离之间的关系进行了实验,试验数据证明这些因素都会对最终的标签识别有影响。同样我国上海交通大学的王东[22]在2010年发表的文章中，也通过室内试验方法，在传送带的环境下做了类似的实验。分别对摆放情况、角度以及速度在0.5-2m/s情况下的标签识别率进行了试验。硕士学位论文开题报告图2：常用的反复试验方法实验照片硕士学位论文开题报告但是这些实验将要花费很大的人力，物力和时间，并且得到的结论也只是在一定的特殊条件和特殊装备下得到的，不具有很高的普遍性。能否在理论上对该类问题给出一定的分析和结果，对于实际中RFID的应用或者实验都是具有很好的意义的。因此越来越多的学者在近几年也开始越来越多的对这一问题进行了研究。国外的MinhoJo[23]对该运动状态下的RFID进行建模分析并与实际试验结合给出了一定的算法改进。我国南京大学计算机软件新技术国家重点实验室的谢雷[24]则通过建模分析对标签运动状态下的情况进行建模分析，对EPCclass1gen2标准基础上进行了改进。硕士学位论文开题报告综上所述，在实际应用中，带有电子标签的商品常常是集中的放在一个匀速运动的传送带上通过RFID作用区域。这时候RFID阅读器和电子标签之间的通信会受到很多因素的影响，使得电子标签在通过RFID阅读器作用区域后，还有漏读标签。本课题将针对这一问题，对标签运动状态下的RFID系统反碰撞算法进行深入研究，以提高标签识别率，减少漏读标签，这将对实际中RFID的应用具有很大的意义。硕士学位论文开题报告三、研究内容与方法在已往的射频识别算法研究中，阅读器和标签大都处在如图3所示的一种相对静止的状态。系统作用区域内的标签会不断响应阅读器的命令，直到成功发送自己的存储信息，并且在整个识别过程中，作用区域内没有标签的进入或离开。图3固定状态下的RFID标签识别系统示意图阅读器Rmax硕士学位论文开题报告而在现实应用如在物流、超市以及工业生产中、带有标签的商品往往是集中放置在传送带上、通过传送带保持一定密度和速度的状态下通过阅读器作用范围。如图4所示。阅读器RmaxhVL识别前的标签经过识别后的标签图4标签通过传送带通过RFID阅读区域的模型硕士学位论文开题报告标签在完全未被识别状态下进入阅读器作用区域后，不断向阅读器发送标签信息，如果将每一轮RFID阅读器识别时间内进入作用区域的标签看做一组、则在整个识别过程中，该组中的各个标签被识别的概率率总是一样的。如图5所示。在阅读区域内越靠近入口处的标签组，未识别率越高，随着在阅读范围内前进，经过读写器识别轮数的增多，标签组未识别概率逐渐变小。当标签离开阅读器作用范围时，还尚未被识别的标签就会成为漏读标签。p1p2p3p4漏读标签L图5标签在阅读器作用范围内的标签未识别率变化示意图硕士学位论文开题报告图中，p1、p2、p3、p4分别表示每处的标签组的未识别率。其中最后离开RFID作用区域后的未识别标签概率也就成为了RFID系统的标签漏读率。实际应用中，RFID系统不允许出现漏读标签，并且我们还通常希望在没有漏读标签的基础上，尽量的加快标签的识别速率。因此是否能够得到P4和RFID作用区域L以及传送带速度V还有标签在传送带上的密度D之间的关系也就成为了需要解决的问题。硕士学位论文开题报告对RFID系统基本统计理论的研究。在对已往静态RFID系统的研究理论基础上，进一步延伸到传送带基础上的运动状态下的RFID系统。使用Matlab为平台，进行程序的编写对传送带基础上的运动状态下的RFID系统进行模拟，分析漏读率P4与传送带速度V、作用区域长度L以及标签密度D之间的关系。对已往的标签估算方法进行学习，并使用Matlab平台，进行程序编写，模拟已往的标签估算过程，并进行各种统计分析。参考分析结果，进行不同方法之间的对比。技术路线硕士学位论文开题报告Matlab程序示意框架图图4Matlab模拟程序流程框架图手动输入L/V/D参数开始初始化设置数据内部数据RFID阅读器反碰撞算法识别运算帧长度N调整传送带运动识别率及相关统计分析标签是否传送完？NoYes硕士学位论文开题报告四、论文主要内容及预期成果1.对射频识别（RFID）系统反碰撞算法当前的研究进展及其应用进行分析。对常用的标签估算方法的比较。尝试建立一种传送带模型的标签运动状态下的RFID系统。2.对该系统进行分析研究，探寻运动状态下的RFID系统识别率与标签密度和标签运动速度之间的关系。3.拟提出一种新的标签估算方法，相对于现有的标签估算方法有着较好的估算精确度。并将该方法运用到现有的反碰撞系统中，以验证新方法的有效性。硕士学位论文开题报告通过该项研究，计算以及Matlab模拟能够得到运动状态下的RFID系统识别速度V、作用区域长度L以及标签密度D对识别效率的影响，从而为实际的工程中到达系统效率最大化起到一个理论指导的作用。并对研究结果进行归纳总结，预期在正式期刊上发表2-3篇科研论文。并撰写学位论文。硕士学位论文开题报告[1]AndrewS.Tanenbaum.计算机网络.熊桂喜，王小虎.北京：清华大学出版社，2000，186–189[2]V.Anatharam.TheStabilityRegionoftheFinite-UserSlottedALOHAProtocol.IEEE