面向物聯(lián)網的多層次無線感知和識別系統(tǒng).pdf

1、物聯(lián)網成為通信和網絡領域中的研究熱點。我國“十二五”規(guī)劃中已明確將物聯(lián)網作為戰(zhàn)略性新興產業(yè)來培育發(fā)展。本文圍繞如何構建面向物聯(lián)網的多層次無線感知和識別系統(tǒng),在理論分析、仿真方法、節(jié)點設計和系統(tǒng)實現上進行了深入的討論,從四個方面開展了研究:
　　 (1)在多層次RFID網絡的物理層和媒體訪問控制層的協(xié)議設計方面
　　 (a)提出了基于多層多讀寫器無源RFID網絡的物聯(lián)網系統(tǒng)構架。提出了嶄新的不對稱無線連接,即使用超高頻做為

2、前向連接,使用時跳脈沖相位調制IR-UWB做為反向連接。詳細分析了消耗在各個通信階段的時間在整個通信過程中所占比例,提出了縮短系統(tǒng)延時的各種策略,并對時跳序列長度和讀寫器數目進行了優(yōu)化。
　　 (b)提出了在反射調制中使用碼分多址,但不增加標簽的時鐘頻率,且讀寫器采用單用戶檢測的方法僅接收最強的標簽信息。提出了新的防沖突算法,即一種嶄新的動態(tài)幀時隙ALOHA算法和標簽數目估計算法,并對系統(tǒng)性能進行了理論分析。對Gold碼序列長度

3、和讀寫器數目進行了優(yōu)化。實驗結果表明,本文提出的協(xié)議比EPC Class-1 Generation-2標準在性能上有顯著的提升。
　　 (2)在面向物聯(lián)網應用的仿真平臺和仿真方法方面
　　 (a)提出了基于OMNeT++的對多個網絡標準同時仿真的方法。通過對多個網絡標準協(xié)議棧的詳細劃分和建模,以及對支持多標準的多無線電模塊的構建實現了對多個網絡標準同時仿真,并以基于IEEE802.11和IEEE802.15.4a的雙層網

4、絡為例,展示了該方法的有效性。
　　 (b)提出了基于MATLAB和OMNeT++的聯(lián)合仿真平臺COSMO(Co-Simulationwith MATLAB and OMNeT++)。COSMO平臺支持精確的信道模型和物理層模型,提供了三維模型,并具有自驗證的功能。它融合了MATLAB和OMNeT++各自的優(yōu)勢,將MATLAB中功能強大的函數或模型編譯成頭文件和庫文件并集成到OMNeT++中,無需MATLAB和OMNeT++之間

5、的同步。通過對基于無源RFID網絡的物體定位的仿真實例,并與現有的網絡仿真平臺進行比較,COSMO可以極大的縮短仿真模型的建立和調試時間,展現出強大的功能。
　　 (3)在感知節(jié)點的設計和網絡服務方面
　　 提出了面向新鮮食物物流管理的物聯(lián)網的設計與實現。構建了一個雙層的無線網絡系統(tǒng):上層網絡采用GSM／GPRS用于服務器和主節(jié)點的通信；底層網絡使用半IR-UWB來做為主節(jié)點和輔助節(jié)點的連接。編寫了服務器上的控制平臺、設

6、計了智能讀寫器的硬件并提出了打印標簽的模型。采用GSM中的小區(qū)識別碼來追蹤整個物流過程。實現了一體化的感知節(jié)點,并通過實地測試檢驗了網絡服務的有效性和系統(tǒng)的可靠性。
　　 (4)在視頻傳感編解碼插值加速器設計方面
　　 提出了面向物聯(lián)網視頻傳感編解碼的可編程插值加速器的體系結構和專用的加速指令集。該加速器采用一種基于超長指令字和單指令流多數據流的混合指令體系結構。通過對各種視頻標準插值過程中的共同操作進行總結,設計了專用