基于RFID的情境感知關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、情境感知服務(wù)旨在對(duì)普適環(huán)境中的情境參數(shù)自適應(yīng)地進(jìn)行感知、獲取、處理和反饋，使計(jì)算設(shè)備感測(cè)情境，適應(yīng)情境，提供最靈活的計(jì)算服務(wù)，實(shí)現(xiàn)一種人與計(jì)算機(jī)、環(huán)境的自然交互。其中，準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地獲取位置及身份信息是情境感知服務(wù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)和保障。而采用不同的信息獲取技術(shù)將直接影響整個(gè)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)及相關(guān)功能實(shí)現(xiàn)。目前，在眾多無線技術(shù)中，只有RFID技術(shù)能夠在對(duì)用戶及實(shí)體進(jìn)行身份識(shí)別的基礎(chǔ)上，同時(shí)兼顧位置信息獲取，因此是情境感知服務(wù)系統(tǒng)對(duì)“情境”信息獲取的

2、首選技術(shù)。
　　 在RFID識(shí)別過程中，當(dāng)多個(gè)標(biāo)簽同時(shí)對(duì)閱讀器應(yīng)答時(shí)，會(huì)發(fā)生多標(biāo)簽沖突，這將會(huì)造成能量及帶寬的巨大浪費(fèi)，并導(dǎo)致識(shí)別時(shí)間大大增加。因此，有效的防沖突算法是保證RFID系統(tǒng)高效識(shí)別的關(guān)鍵。而在位置信息獲取方面，鑒于RFID技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，不同的應(yīng)用環(huán)境，尤其是需要自主定位、移動(dòng)定位及實(shí)時(shí)追蹤等特殊應(yīng)用場(chǎng)合，對(duì)系統(tǒng)成本、定位精度、定位時(shí)間的要求均會(huì)有所不同，因此，針對(duì)不同應(yīng)用背景構(gòu)建相應(yīng)的RFID定位方案是一項(xiàng)

3、十分復(fù)雜的研究課題。
　　 本文針對(duì)情境感知服務(wù)系統(tǒng)中情境信息獲取的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)-RFID防沖突算法及定位算法進(jìn)行了深入研究，主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下：
　　 突破已有基于時(shí)分多址防沖突算法的瓶頸，將智能天線概念引入RFID系統(tǒng)中。通過對(duì)均勻線陣和平面陣列輸入矢量及波束形成原理進(jìn)行深入分析，給出了適用于RFID系統(tǒng)的數(shù)字多波束形成算法。在此基礎(chǔ)之上，提出了一種基于均勻線陣的標(biāo)簽防沖突算法。該算法充分考慮標(biāo)簽的空間分布特性，將空間劃

4、分成多個(gè)波束方向，使處于不同波束內(nèi)的標(biāo)簽可以被分配相同的時(shí)隙和頻率而彼此不會(huì)發(fā)生沖突，并提出二次波束形成策略，以有效解決波束間重疊區(qū)域的閱讀器沖突問題。同時(shí)，不同波束可采用不同的內(nèi)部防沖突算法，以靈活適應(yīng)實(shí)際情況需求。理論和仿真實(shí)驗(yàn)表明，該算法實(shí)現(xiàn)了對(duì)大量密集分布標(biāo)簽的快速準(zhǔn)確識(shí)別，大幅提高了識(shí)別效率并顯著減少了系統(tǒng)通信量。此外，還將平面陣列應(yīng)用于RFID系統(tǒng)中，對(duì)三維空間下的多標(biāo)簽問題提出了解決方案，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的空分多址的防沖突

5、概念。
　　 針對(duì)現(xiàn)有RFID定位系統(tǒng)中大面積鋪設(shè)閱讀器造成成本昂貴的問題，提出大范圍鋪設(shè)無源標(biāo)簽網(wǎng)絡(luò)對(duì)持有閱讀器的待定目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)定位的思想，最大限度的降低系統(tǒng)成本。根據(jù)無源標(biāo)簽信號(hào)穩(wěn)定性不高的特點(diǎn)，提出了一種基于接近策略的RFID多跳鄰域定位算法。該算法僅通過判斷標(biāo)簽是否在閱讀器的識(shí)別范圍內(nèi)進(jìn)行定位，避免了增加額外設(shè)備，在減低閱讀器成本的同時(shí)保證系統(tǒng)具有魯棒性。文中對(duì)影響算法性能的主要因素從理論上進(jìn)行了詳細(xì)分析，并通過仿真實(shí)

6、驗(yàn)及實(shí)際測(cè)試對(duì)系統(tǒng)構(gòu)建及參數(shù)選擇進(jìn)行了深入研究。研究表明，該定位系統(tǒng)在靜止條件或移動(dòng)環(huán)境下均具有較高的定位精度，且不易受環(huán)境、障礙物等因素的干擾。
　　 將多普勒頻移這一物理量引入RFID定位算法中，對(duì)移動(dòng)閱讀器接收信號(hào)特性進(jìn)行了詳細(xì)分析，給出了由閱讀器同標(biāo)簽之間相對(duì)移動(dòng)所引起的多普勒頻移隨時(shí)間的變化特性。根據(jù)參數(shù)設(shè)定不同，將該頻移劃分成不同形式，并針對(duì)每種形式提出了相應(yīng)的頻移估計(jì)方法，以滿足移動(dòng)RFID系統(tǒng)復(fù)雜度低、計(jì)算量小及