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1、超高频射频识别UHFRFID系统抗干扰策略的研究 天津大学博士学位论文超高频射频识别(UHF RFID)系统 抗干扰策略的研究Research on Anti-interference StrategyOf UHF RFID System(申请博士学位) 一级学科:信息与通信工程 学科专业:信号与信息处理 研 究 生:白 煜 指导教师:滕建辅 教授天津大学电子信息工程学院 二零零九年六月- 1 - 独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果,除了文中特别加以标注和致谢之处外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得 天津大学 或其他教
2、育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名: 签字日期: 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解 天津大学 有关保留、使用学位论文的规定。特授权 天津大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 (保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名: 导师签名:签字日期:年 月 日 签字日期:年 月 日- 3 -中文摘要工作在 UHF 频段的 RFID 系统,具
3、有识别距离远、数据传输快等优点,是目前应用和研究的重点。然而,超高频射频识别(UHF RFID)系统在实际应用环境中,会受到各种干扰的影响,使得误码率增大、识别速度变慢、识别距离减小,难以满足物联网等应用。因此,对 UHF RFID系统抗干扰策略进行研究具有重要的理论意义和实用价值。本论文以工作在 UHF 频段的 RFID 系统为对象,对其受到的部分干扰进行了分类,在此基础上提出了相应的抗干扰策略。 首先,详细分析研究了 UHF RFID系统受到的干扰,并且根据干扰产生的原理不同,将其划分为四类,即安全隐私问题、多径干扰、冲突干扰和同频段设备干扰,并对已有的抗干扰方法进行了研究。 其次,针对
4、UHF RFID系统的安全隐私问题,提出了基于 Hash锁的同步强化 RFID 验证协议。该协议基于 Hash 函数和密钥刷新机制,实现了双向认证、动态密钥刷新。并且通过在数据库中添加保护同步密钥解决了密钥刷新机制可能导致“数据同步问题”,实现了数据同步加强。同时,该协议具有防止信息泄露、防止位置跟踪和健壮性的安全要求,且计算复杂度低。 再次,针对多径干扰问题,首次将 Bussgang 盲均衡算法引入高性能 UHF RFID系统。Bussgang 类盲均衡算法中的恒模盲均衡算法(CMA)具有计算复杂度低、适于实时信号处理、收敛性能好、代价函数仅与接收信号的幅度有关而与其相位无关等特点。恒模盲均
5、衡算法的上述特点使其适用于 RFID系统。通过对Reyleigh 衰落信道与 Rician衰落信道的仿真,证明该方法能有效降低 UHF RFID系统的误码率。 昀后,针对 RFID读写器冲突干扰问题,提出了三种读写器防冲突算法,即基于分布式功率控制的防冲突算法、基于 SAQ 学习的防冲突算法和基于神经网络图着色的防冲突算法。由于三种算法分别基于空分复用、频分复用和时分复用机制,因此对于不同的应用场合,在算法的选择上具有较强的灵活性。上述协议和算法为 UHF RFID系统提出一个较为完整的抗干扰策略,在一定程度上解决了干扰恶化系统性能的问题。仿真实验结果证明了上述算法的有效性。关键词:超高频射频
6、识别;隐私安全;多径干扰;读写器冲突;- I - ABSTRACTThe UHF RFID system has the advantage of farther identification distance, faster data rate etc, which make it be the current focus of application and research. However, the interference from the real application environment increases the bit error rate (BER), reduce
7、the identification rate and space of the UHF RFID system, and makes it fail to satisfy the capability requirement of the internet of things. So the research on anti-interference strategy of UHF RFID system has great theoretical significance and practical value. In this paper, we chose the UHF RFID s
8、ystem as study object, and classified and analyzed the interference, based on which corresponding anti-interference strategy was put forwardFirst, the interference to UHF RFID system was analyzed detailedly. According to the occur principle, interference was divided into four categories, security an
9、d privacy, multipath interference, collision interference and the interference from ISM deviceBesides, the anti-interference method in existence was researchedSecond, the hash lock-based strengthen synchronization RFID authentication protocol was put forward for the security and pricacy problem of U
10、HF RFID systemThe RFID authentication protocol based on one-way hash lock and key updating mechanism realized two-way authentication and dynamic key update. Furthermore, the protocol satisfied the anti-desynchronization requestment by adding anti-desynchronization key K into the database. Analysis a
11、nd simulation shows that pthe new scheme realizes the requestment of anti-information leakage, intractability and synchronization with a low computer load Third, the constant modulus algorithm(CMA)as one of Bussgang blind equalization algorithm was introduced into UHF RFID systems to solve multipath
12、 interference problem. The constant modulus algorithm is low in computational load, fit for real-time signal processing, fast in convergence rate and the cost function is just relared with the amplitude of received signal not its phase, which adapt it to the UHF RFID system. Computer simulation illu
13、strates that constant modulus blind equalization algorithm can reduce the BER of UHF RFID system effectivelyFinally, we put forward three RFID reader anti-collision algorithms, namely the RFID anti-collision algorithm based on distributed power control, the anti-collision algorithm based on neural n
14、etwork graph coloring and the anti-collision algorithm - III -based on simulated annealing Q-learning. These algorithms are based on space division multiple access(SDMA), time division multiple access(TDMA)and frequency division multiple access(FDMA)separately, so these algorithm can apply flexiblel
15、y to diverse occasionThe protocol and algorithms given forms an integrated anti-interference strategy, solves the problem that interference deteriorate system performance. By different combinations, these algorithms are extremely flexible in practical applications KEY WORDS:UHF RFID, security privacy, multipath interference, reader collision,- IV -目 录 第一章 绪论.1 1.1射频识别技术概述1 1.2研究背景与意义.3 1.3国内外研究现状.4 1.3.1安全隐私问题的研究.4 1.3.2防冲突干扰的研究6 1.3.3防止多径干扰的研究.8 1.4本论文的结构安排及创新点.8 第二章 射频识别系统的干扰分析.11 2.1射频识别技术基础.11 2.1.1系统组成与特点.11 2.1.2耦合方式.13 2.1.3通信方式.16 2.1.4通信模型.16 2
