射頻識別系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用研究.pdf

1、近幾年來，隨著大規(guī)模集成電路、無線通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、信息安全等技術(shù)的發(fā)展，RFID（射頻識別，Radio Frequency Identification）技術(shù)進(jìn)入實(shí)用化應(yīng)用階段。由于其具有非接觸識別、多目標(biāo)識別和高速移動物體識別等特點(diǎn)，RFID技術(shù)已經(jīng)顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿εc應(yīng)用空間，被認(rèn)為是21世紀(jì)最有發(fā)展前途的信息技術(shù)之一，已得到全球業(yè)界的高度重視。當(dāng)前面對實(shí)際應(yīng)用中存在的問題和新需求的不斷涌現(xiàn)，RFID技術(shù)仍處在高速發(fā)展中，本文在

2、分析國內(nèi)外相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合我們的研究興趣和實(shí)際情況，有重點(diǎn)地選取RFID中幾類關(guān)鍵技術(shù)和實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行研究，包括RFID概括性的技術(shù)介紹和國內(nèi)外技術(shù)進(jìn)展情況、標(biāo)簽的防碰撞、讀寫器側(cè)自動增益控制、系統(tǒng)安全性和實(shí)際應(yīng)用等關(guān)鍵問題。 論文的主要貢獻(xiàn)包括以下幾個(gè)方面： （1）針對實(shí)際應(yīng)用對解決標(biāo)簽碰撞問題的需求，在現(xiàn)有時(shí)隙ALOHA算法的基本思想和理論結(jié)果的基礎(chǔ)上，提出了引入碼分思想的CS－ALOHA算法。該算法主要思想

3、是：每個(gè)標(biāo)簽中存有兩組數(shù)據(jù)：其自身的ID號和在生產(chǎn)時(shí)隨機(jī)寫入的某一正交碼，標(biāo)簽實(shí)際發(fā)送的信號為經(jīng)該正交碼擴(kuò)頻的信號，讀寫器通過解擴(kuò)得到標(biāo)簽真正的lD號并利用擴(kuò)頻碼的正交性來杜絕一部分的標(biāo)簽碰撞以提高系統(tǒng)的吞吐量。理論和仿真試驗(yàn)均表明，該算法的最大的吞吐量可以達(dá)到原時(shí)隙ALOHA算法的N倍（N為擴(kuò)頻碼的階數(shù)）；同時(shí)該算法的系統(tǒng)穩(wěn)定范圍要大于時(shí)隙ALOHA系統(tǒng)。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)對現(xiàn)有系統(tǒng)的硬件改動很小，實(shí)現(xiàn)過程將會非常簡單，有利于實(shí)際應(yīng)用。該算法

4、已申請國家發(fā)明專利并已得到批準(zhǔn)與公告。 （2）同樣針對標(biāo)簽碰撞問題，提出了選用Gold序列進(jìn)行碼分的防碰撞算法的工作機(jī)制及實(shí)現(xiàn)方法。該工作機(jī)制包括讀寫器側(cè)和標(biāo)簽側(cè)工作機(jī)制的狀態(tài)機(jī)，并對讀寫器側(cè)的實(shí)現(xiàn)方法作了詳細(xì)的說明，通過在不同碼長和標(biāo)簽數(shù)目的條件下對碰撞次數(shù)和識別耗時(shí)的仿真。仿真試驗(yàn)表明：在同時(shí)待識別的標(biāo)簽數(shù)目較少的情況下，采用小的碼長可以節(jié)約耗時(shí)，而在標(biāo)簽數(shù)目較多的情況下，采用較大的碼長可以減少碰撞次數(shù)而節(jié)約耗時(shí)。在標(biāo)簽數(shù)目

5、為1500～1900左右的情況下，采用1024bit的Gold序列比較合適。機(jī)制中還允許讀寫器對于標(biāo)簽的碼長進(jìn)行設(shè)置，能夠比較靈活地適應(yīng)當(dāng)前存在的標(biāo)簽數(shù)目。該機(jī)制與實(shí)現(xiàn)方法已申請國家發(fā)明專利并已得到批準(zhǔn)與公告。 （3）針對射頻識別系統(tǒng)讀寫器中接收機(jī)的自動增益控制問題，提出了一種適用于實(shí)際應(yīng)用的工程算法FAGC，該算法克服了常用的LMS算法的缺陷，其中的收斂因子的選擇并不依賴與對接收信號性質(zhì)（例如其自相關(guān)的特性）的事先掌握，其收斂

6、速度為指數(shù)級，而且可以及時(shí)地在迭代中進(jìn)行幅值調(diào)整，經(jīng)過有限的幾次迭代即可使接收信號收斂到設(shè)定值。優(yōu)點(diǎn)在于其可以達(dá)到很大的動態(tài)增益范圍，使得該算法對接收信號幅值的較大變化具有一定的魯棒性，其數(shù)字化的設(shè)計(jì)使得在數(shù)字電路中易于實(shí)現(xiàn)。 （4）針對射頻識別系統(tǒng)中的“綁定檢驗(yàn)”（Binding Proof）問題，在前人研究工作的基礎(chǔ)上提出了解決此類問題的基于單向散列函數(shù)的雙向綁定檢驗(yàn)協(xié)議。在此協(xié)議中引入了公鑰的思想，以保證在認(rèn)證標(biāo)簽的綁定關(guān)

7、系的同時(shí)也能對讀寫器進(jìn)行認(rèn)證。該協(xié)議無需事先已知待檢驗(yàn)的兩個(gè)標(biāo)簽的密鑰，減少了標(biāo)簽密鑰的預(yù)先獲取的過程，能有效地抵抗各種形式的攻擊，重點(diǎn)分析和說明了包括竊聽攻擊、重放攻擊、中間人攻擊和偽裝攻擊等安全攻擊的情況。 （5）研制開發(fā)了一個(gè)基于RFID技術(shù)的應(yīng)用系統(tǒng)，并已投入實(shí)際應(yīng)用。該系統(tǒng)用于企事業(yè)單位出入管理，整個(gè)研制過程經(jīng)歷了需求分析、技術(shù)考察、模型建立、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)（包括設(shè)備選型、控制器硬件設(shè)計(jì)和軟件實(shí)現(xiàn)、應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)）、系統(tǒng)