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关键词： Internet of things  

摘要： The Industry 4.0 with smart manufacturing, Industrial Internet, Internet of Things (IoT) and Cloud based Manufacturing Productivity and efficiency are achieved through Automation. In this paper, ultra-high Radio frequency (UHF RFID) identification technique is reviewed with dielectric resonator antenna to perform vital tasks such as identifying, locating, authenticating and engaging with other IoT devices. The dielectric resonator UHF RFID antennas are deployed in industries at the end points for facilitating automation. They meet the requirement of high durability to handle thermal shocks and vibrations without effecting performance. Evidently, a highly optimized antennas are required that meet the characteristics in terms of radiation efficiency, bandwidth and low losses. It has been elaborated here, that dielectric resonator antenna (DRA) most suitable candidate for UHF RFID application requirements. The paper presents most UHF RFID appropriate DRA structures and their performance have been evaluated with characteristic parameters such as size, shape, substrate material, bandwidth, feeding mechanism and their peak gain. © 2023

关键词： ESIA   仓储作业   流程优化   RFID  

摘要： 仓储作业流程优化是企业管理领域的重要前沿研究问题与实践问题,仓储作业流程改善可以提高制造业企业原料存储作业效率。本文旨在通过结合仓流程优化方法、仓储作业优化相关信息技术以及仓储作业优化相关算法,提出仓储作业流程的优化方案并对应用效果进行分析。 本文以TL公司的仓储作业流程优化为研究对象,通过对研究对象相关人员的访谈,收集研究对象当前作业中存在的问题。在此基础上,应用5W1H分析法分析当前仓储作业活动中存在的问题和原因。为了实现入库库位分配和出库任务分批的自动决策,以最小化拣选路径长度为目标,通过分析对象小规模定制化生产模式的仓库存储特点和拣选路径策略,使用动态规划方法对入库库位分配策略建立模型并求解,实现了入库库位分配的自动决策;基于每批出库任务的原料种类和拣选需要搬运的货架信息,建立混合整数规划模型并进行求解,实现了出库任务的分批自动决策。随后通过ESIA分析方法,结合信息技术及模型求解算法,提出了仓储作业流程优化的改进建议。最后对优化建议的应用效果进行了分析。 经过以上分析,本研究得出以下结论:(1)TL公司仓储作业流程存在三大问题:冗余、关键决策依赖主观判断以及资源浪费;(2)这些问题源于小批量定制生产模式及缺乏信息化技术应用;(3)本研究提出结合RFID、无线网络等技术应用ESIA流程优化方法,实现自动化最佳决策方案。研究结果为TL公司及类似企业提供参考和借鉴。本研究的创新之处在于,通过将实际数据应用于建立的模型并使用计算机程序求解,实现了入库库位分配和出库任务分批的自动化最佳决策方案。本研究的结论为优化TL公司的仓储作业流程提供了具体可行的建议,也同时为其他类似的小规模定制化生产模式的制造业企业的原料存储作业流程优化提供了一定的参考和借鉴。

关键词： Radio frequency identification (RFID)  

摘要： In order to improve the effect of logistics information traceability, this paper designs an industrial product logistics information traceability method based on RFID middleware. Firstly, RFID module is constructed and connected with SSH architecture to monitor the logistics transportation process in real-time by using GPS technology. Based on this, the fractal box dimension of the location range of RFID middleware is determined to form a location update strategy. Finally, the logistics location traceability candidate area is constructed, and then the RF card location estimation method is constructed through probability statistics, taking the path with the largest probability value as the traceability path. The experimental results show that the average traceability success rate of this method is 93.54%, the location information acquisition time is less than 1.50 min, and the logistics location information matching accuracy can reach 95.1%, indicating that this method realises the design expectation. Copyright © 2023 Inderscience Enterprises Ltd.

关键词： 无源UHF RFID信道   室内定位   间隔距离   标签天线干扰  

摘要： 无源UHF RFID(Ultra High Frequency Radio Frequency Identification)作为物联网的重要组成部分,凭借其成本低、体积小、易铺设等优势在室内定位领域中受到越来越多的关注。由于射频信号极易受复杂室内信道环境中多径传播和噪声的影响,基于参考标签的场景分析算法成为目前研究的热点之一。场景分析算法通过对比待定位标签与参考标签的反向散射信号相似性,利用模式匹配的方式完成位置估计。但随着标签部署密度的增加,邻近标签天线干扰引入新的挑战,即信号波动问题,使得邻近标签之间反向散射信号的相似性降低,影响进一步降低定位误差。对此,本文深入分析密集部署环境下射频信号的传播特点,建立密集部署信道模型,为多标签最优部署密度提供理论依据,具体研究工作包括: 1.搭建实测RFID系统,收集多场景中标签反向散射信号波动数据,从间隔距离,相对方向以及标签数量三方面深入分析远场区天线耦合对射频信号的影响,为信道建模提供实测依据。 2.结合微波传输线理论,将邻近标签天线之间传播信道视为没有物理导线的传输线,根据驻波特性提出密集部署环境下RFID信道模型Timing,通过定量分析可知,Timing模型的仿真结果与RFID系统实测结果一致,说明Timing模型有效。 3.搭建六种不同参考标签部署密度,基于Timing模型对其间隔距离分类为稳定状态和不稳定状态,通过定位结果表明,参考标签部署间隔距离为稳定状态有助于提高场景分析算法的定位精度,说明Timing对场景分析算法中参考标签部署密度的设置具有重要作用。因此,Timing模型不仅有助于分析射频信号特征,对多标签优化部署也具有重要理论意义。

关键词： Inpatient management system   XOR Arbiter PUF   QR code   RFID   ProVerif  

摘要： In recent years, Physical Unclonable Functions (PUFs) have played a major role in providing low-cost physical security for IoT devices such as Radio Frequency Identification (RFID) tags. PUFs take advantage of the physical properties of the device to build unique security primitives that can be used by authentication mechanisms. Meanwhile, the security and convenience of QR codes for device authentication on mobile devices has been widely recognized. The point-to-point communication makes it less vulnerable to interception and analysis by adversaries. In this article, we propose a new RFID-based secure inpatient management system for identifying a legitimate patient. Our proposed system uses an XOR Arbiter PUF to generate a secret key-stream and then uses the key-stream to construct a secure QR code for secure identification. Also, since PUFs are vulnerable to machine learning attacks, we propose a modeling attack resilience obfuscation framework to enhance the security of the proposed protocol. Security analysis of the proposed scheme using ProVerif shows that the scheme is effective against a variety of imperative attacks on RFID devices. To show the applicability of the proposed scheme, we also provide a case study of an inpatient management system in hospitals.

关键词： 超高频RFID   FPGA   嵌入式处理器   ISO/IEC 18000-6C  

摘要： 射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)是一种利用无线电信号空间传输与耦合特性进行目标识别与跟踪的技术。物联网技术的出现促进了各频段RFID技术的发展,其中超高频RFID技术由于具有远距、广域、快速等优势而适用于许多领域,因此关于该频段的研究成为重中之重。然而,我国超高频RFID技术发展起步较晚,该领域技术研究、标准制定、应用发展相对滞后,所需核心器件易受国际环境影响,而在核心技术提升与产业安全需求的双重驱动下,我国RFID产业自主可控的紧迫性愈加凸显。因此,研究基于国产芯片的超高频RFID读写器基带信号处理电路设计方法具有广泛的工程应用前景。本文基于自主可控的国产嵌入式处理器与FPGA芯片,设计研制了国产化超高频RFID读写器基带信号处理电路,并对其进行了功能测试与应用验证。本文主要研究工作及成果如下: 1.在对比分析多种国产嵌入式处理器、FPGA等芯片功能及性能等特性基础上,择优选择了瑞芯微公司的RK3399Pro多核处理器、紫光同创公司的PG2T390H FPGA芯片作为嵌入式信息主控平台,在此基础上研究制定出国产化超高频RFID读写器基带信号处理电路系统方案,其具有资源丰富、拓展性强、应用领域广等优点。 2.设计、加工制作了国产化嵌入式信息主控平台电路,开发了初始化程序及UART、RJ45等有线通信接口程序,移植了Linux操作系统及相应的驱动程序。调试实现了DDR4数据读写、ADC模数转换等模块功能及UART、RJ45、Wi-Fi等有线/无线通信接口功能。达到了RJ45以太网通信速率944Mbps、Wi-Fi通信速率96.4Mbps的性能参数。 3.基于研制的国产化嵌入式信息主控平台电路及ISO/IEC 18000-6C超高频RFID技术标准,开发了超高频RFID读写器基带信号处理及控制程序,集成应用超高频RFID读写器射频前端电路搭建起超高频RFID读写器原型样机,进行了读写器的功能测试研究。 本文研究产生的国产化超高频RFID读写器基带信号处理电路设计方法有益于推动国产化超高频RFID读写器技术发展,其在供应链管理、物品质量溯源等领域应用前景广泛。

关键词： Livestock   farming   rfid   mimo   precision   agriculture   multi-antenna   anti-collision  

摘要： Precision Agriculture (PA) techniques employing Internet of Things (IoT) can significantly improve crop yields and enhance productivity. Radio frequency identification (RFID) based IoT systems can enhance precision livestock farming by enabling livestock traceability and identification in large farms, but congestion is a major challenge. In such conditions, livestock estimation using RFID is a complex task because of high chances of tag collision due to significant increase in interference at the gates. Several anti-collision algorithms have been explored in recent past to address this issue with the aid of a single antenna. However, the throughput gains from a single antenna are limited particularly for dense scenarios like gates at a small ruminant farm. Therefore, we propose a multi-antenna RFID reader system with a dynamic frame slotted ALOHA (DFSA) anti-collision algorithm to address the tag collision problem by exploiting the spatial diversity of the multiple inputs and multiple outputs (MIMO) backscattering channel. The proposed technique is simulated in MATLAB for several tag population figures both with and without interference actions of various intensities. Results have shown that significant throughput gains can be achieved, in comparison with gains attained by anti-collision algorithms based on a single antenna. The simulation testbed enables us to evaluate the proposed technique for multiple receive antenna configurations.

关键词： 图书档案管理   RFID技术   射频标签  

摘要： 通过RFID技术的引入，不仅可以解决现代图书馆中的管理问题，还能为读者提供更多便捷性的自主服务，提升管理人员的工作效率。本文论述了RFID技术在图书档案管理中的运用，旨在通过RFID技术改变图书档案管理中现有服务的窘境。

关键词： 射频识别   多阅读器   独立集   灰狼算法  

摘要： 射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)是一种无线通信技术,能够通过发射或者接收射频信号,在不直接接触的情况下对物体进行识别,具有无接触、无可视、完全自动识别的优点。然而,在大规模多RFID阅读器系统中,阅读器之间的信号在标签识别过程中会相互干扰,导致阅读器识别效率的降低。为此,本文通过频分多址和时分多址相结合的方式,控制各个阅读器接入信道的时机来避免碰撞,提高RFID多阅读器系统的标签读取数量。主要工作如下: (1)基于独立集提出了一种多RFID阅读器信道接入算法(Multiple RFID Readers Anti-collision Algorithm for RFID Tags Identification based on Independent Set Theory,MRIST)。该算法为RFID阅读器网络建立一个干扰图,用于选择RFID阅读器集,通过为不同的阅读器集安排不同的通信识别轮次和信道来避免多个阅读器之间的碰撞。仿真结果表明,与经典邻居友好防碰撞算法(Neighbor Friendly Reader Anti-Collision Protocol,NFRA)和分布式颜色选择算法(Distributed Color Selection,DCS)相比,MRIST算法平均每秒的活跃阅读器数分别增加了6.4%和11.56%,标签读取数量也分别提高了83%和358%,因此MRIST算法的系统效率和标签识别率均优于NFRA和DCS算法。 (2)基于加性干扰模型对灰狼算法进行改进提出了一种多RFID阅读器信道接入算法(Improved Grey Wolf Optimization Resource Allocation,IGWO-RA)。该算法从资源调度的角度出发,建立了多阅读器间的防碰撞模型。通过重新设计灰狼个体编码格式和种群更新策略,得到适合各个阅读器的工作时隙、信道以及发射功率,有效避免了阅读器碰撞,增大了所有阅读器的总读取范围来提高对标签的覆盖范围从而提高标签的读取数量,仿真实验测试了时隙数、信道数和最大发射功率对标签读取数量的影响,实验结果表明,增加时隙数、信道数或者最大发射功率均能够提高标签读取数量,与随机算法RM-RA和遗传算法GA-RA相比,使用IGWO-RA能够使得单位时隙内标签读取数量分别平均提高了269.48%和117.56%。

关键词： 物联网   超低功耗   模拟前端   射频识别   亚阈值  

摘要： 在移动通信技术和互联网技术的不断进步下,物联网技术进入了快速发展阶段,其工作方式从早期的有源转化为现在的无源化。当前,无源物联网技术以其低能耗、低成本等优点应用于物流管理、智能识别、环境监测等领域中,随着无源化技术的进一步发展,未来的应用前景十分广阔。然而,无源物联网节点受能量传输和芯片功耗的约束,相对有源技术通信距离大幅降低。因此,本文从物联网节点的系统方案和电路设计两方面进行探究,旨在设计一款超低功耗模拟前端电路,研究解决无源物联网技术在实际应用中通信距离受限的关键技术问题。 首先,鉴于射频识别技术高灵敏度、低功耗的特性,本文基于采用反向散射技术通信的射频识别低功耗系统架构,将其应用到无源物联网节点,通过对能量传输进行深入推导和分析,给出通信距离受限的关键因素,以此来确定模拟前端电路的功耗指标。 其次,基于MOS管的亚阈值特性,本文设计了一个电流模求和方式的基准电路和一个LDO电路,以实现超低功耗电源管理特性,基于二极管连接的MOS管的有源高阻特性,采用二级管连接的MOS管替代无源电阻作为LDO电路中的反馈网络,节省版图面积的同时实现n A级的负载漏电流,在保证超低功耗的条件下,给LDO电路增加了一个相位超前补偿结构,提高了环路稳定性。此外,本文设计的基准电路和LDO电路具有较高的PSRR特性。 此后,考虑ISO/IEC＿CD 18000-6C等无源通信协议的要求,芯片内部需要提供频率误差不超过±10%的时钟信号,但常规的超低功耗片内时钟振荡器产生的时钟无法满足频率误差要求。为了解决时钟信号的精度问题,本文设计了一个时钟校准电路,其在芯片每次通信前,通过读写器发送一个query导引头,便能直接将时钟频率校准到320k Hz,校准后的时钟频率误差不超过±3%,时钟校准电路功耗保持在n A级,符合超低功耗的设计要求。 最后,本文完成了射频前端电路以及集成温度传感器电路的设计。在射频前端电路中,整流电路通过采集射频能量为芯片提供工作电源,采用动态阈值消除技术,以降低电压损失,提高整流效率;解调电路采用非相干解调的方式,完成对ASK调制信号的解调。温度传感器利用双极型晶体管采集温度,通过双压控振荡器结构抵消电源和工艺对温度精度的影响,实现-20℃～80℃的温度测量,温度精度为±1℃。 本文设计的无源物联网节点芯片前端电路涵盖了电源管理、射频前端及温度传感等模块,模拟前端电路整体仿真功耗仅1.3μW,在TSMC 180nm CMOS工艺下流片,并完成测试。测试结果表明,本文时钟校准电路校准后的时钟频率为320.6k Hz,模拟前端电路的功耗为2.03μW。