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关键词： RFID   portable   phase   localization   tracking  

摘要： In this paper we design and construct a mobile handheld human operated device used to guide the user towards the desired RFID-tagged target, and at the same time provide estimations of the distance and the angle from the user to the target. The main components of the device are a UHF RFID reader operating with one antenna and an Inertial Measurement Unit (IMU), used to measure rotation angles. During the movement of the operator, phase of arrival and rotation angle data are collected by the RFID reader and the IMU respectively. A particle filter algorithm leverages the collected data to estimate the distance and angle of the operator, with respect to his/her current pose. As more iterations are completed, the fusion of multiple measurements improves the estimation performance. Experimental results show a mean angle estimation error of similar to 6 degrees, and distance estimation error less than 0.5m when the user approaches the target after few iterations. Recorded computational time is small-enough to enable real time tracking-applications.

关键词： 光电技术   激光测距   深度学习   图像匹配   RFID系统  

摘要： 射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)作为一种非接触式的自动识别技术,因其具有远距离读取、高储存量、可大批量读取等优点,已成为物联网(The Internet of Things,Io T)的核心技术。RFID技术一个重要的优点就是多目标同时识别。超高频RFID系统可以实现多标签同时被远距离读取,但针对RFID标签的三维分布测量方面还有许多问题尚待解决。标签的几何分布、标签和天线的方向等都会影响标签的最小激活功率,最大的问题在于,多个标签在同一信道内被读取时存在冲突,也就是存在标签碰撞情况,这会导致RFID系统读取效率低,产生漏读或误读的现象。为了提高标签识读性能的问题,研究标签几何分布对标签识读性能的影响是关键。本文针对RFID系统标签存在碰撞情况导致读取效率降低的问题,基于RFID动态测试系统,将光电技术与深度学习相结合,基于图像匹配和深度学习两方面对多标签定位进行研究,研究成果对提高RFID系统的读取性能有着重要的意义。 本文以提高RFID系统读取性能为出发点,将UHF RFID标签和光电传感器相结合,设计并搭建双CCD的RFID动态测试系统,获得了多标签的三维分布,并采用脉冲激光测距的方法获得多标签被同时读取时的读取距离,再通过学习和优化算法分析得到多标签的最优分布。本文从两个方面来获得多标签的三维分布。首先,利用RFID动态测试系统的光电成像子系统进行标签图像采集,将获取的图像进行匹配,找到多标签的三维坐标,为快速获得多标签的三维坐标组提供了一种有效方法;其次,基于深度学习算法对多标签图像进行检测与定位,实时且准确地获得多标签的位置信息,为研究标签的几何分布提供了前提条件;最后,实现了多标签的最优分布预测。 论文的研究内容主要如下: 1.设计并搭建了基于光电技术的RFID多标签动态测试系统,该系统主要分为三个部分:射频识别子系统、激光测距子系统和光电成像子系统。射频识别子系统用来模拟应用场景中的RFID系统运行过程;激光测距子系统测量RFID标签的读取距离;光电成像子系统用来获得多标签图像,采用基于图像匹配和深度学习两种定位方法获得多标签三维坐标。通过以上构建的动态测试系统,实现RFID多标签系统的读取性能优化。 2.面向RFID多标签识别与分布优化的实际场景,针对传统算法在多标签定位方面存在匹配精度低,复杂度高的问题,提出了一种结合最小特征值算法提取特征点和方向梯度直方图计算描述向量的改进图像匹配算法。该算法具有较高的匹配准确性和实时性,有效提高了RFID多标签定位系统的定位精度,为后续RFID多标签三维性能优化提供了一种有效途径。 3.研究了基于YOLOv5s算法的RFID多标签系统的读取性能优化方法。通过将YOLOv5s与其他目标检测方法的m AP5.0@、精度和召回率,三个评价指标值进行对比,发现在综合检测精度与检测速度两方面,YOLOv5s算法显示出最好的性能。该方法使系统能更快速准确地找到多标签的位置,提高了多标签的定位精度。最后,基于以上研究内容对RFID系统进行了性能优化研究,结果表明,YOLOv5s算法有效地提高了多标签的读取能力,达到了优化RFID系统性能的目的。

关键词： Feature extraction   Security   Hardware   Authentication   Protocols   Encryption   Costs   Cross validation   feature selection   radio frequency identification (RFID)   security  

摘要： Since radio frequency identification (RFID) tags are easily cloned, tag anticounterfeit is an important issue for RFID security. Physical-layer identification is a feasible method for the anticounterfeit, and it introduces machine learning to train classification on tag physical-layer signals. However, there are still some problems further investigated for the method, such as features of tag and cross validation. For this, this article proposes a new learning method, which extracts time- and frequency-domain statistics not only from the raw tag responding signal but also from its expected, noise, and normalized signals and adopts feature selection to classify authentic and counterfeit tags. In addition, this article also proposes a new cross validation to objectively test the performance of the physical-layer method. This experiment uses a software-defined radio to collect data from 140 tags of seven classes from three manufacturers. The results show that the classification accuracy of this new method is 4%-5% higher than that of the traditional method. Besides, under the new cross validation, the classification accuracy of all the physical layer methods will drop by 8%-10%. From this, we get an important conclusion that the performance of the physical-layer methods will depend on whether a training set has attacking tag data.

关键词： 物联网   无线射频识别   双向认证   隐私保护   所有权转移   区块链  

摘要： 无线射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)作为物联网(Internet of Things,Io T)感知层中的关键技术之一,以其无需物理接触和自动识别等特点,在无线通信应用中发挥独特的优势。然而,由于RFID标签与阅读器之间的无线信道是不安全的,攻击者容易通过开放信道发起多种恶意攻击,导致RFID系统面临巨大的安全威胁。由于RFID标签资源受限的特点造成其存储能力和计算能力受到制约,难以采用传统的密码技术保障RFID系统的安全性。RFID系统的安全性、隐私性和代价效率的平衡问题是影响RFID技术在物联网中进一步扩展应用的关键因素。因此,设计面向物联网的RFID隐私保护协议是保障RFID系统通信安全的重要方式。 本文针对面向物联网的RFID系统所面临的安全隐患以及隐私保护技术展开研究,主要取得了以下四个方面的研究成果: 1.提出一种基于双物理不可克隆函数(Physical Uncloneable Function,PUF)的RFID认证协议DPRAP,实现了双PUF模型下的轻量级RFID安全双向认证机制。通过对文献[22]中基于双PUF的无线射频识别认证协议进行分析发现其存在安全隐患,不能抵抗重放攻击、去同步攻击、标签伪造等恶意攻击。DPRAP协议通过多次哈希和异或运算对种子的值进行加密隐藏,保证协商种子的机密性;使用时间阈值防止攻击者恶意阻塞通信信道引发去同步攻击;在认证过程中增加使用标签假名对标签的合法性进行验证,防止标签假冒攻击。利用BAN(Burrows-Abadi-Needham,BAN)逻辑和Vaudenay模型对DPRAP协议进行安全性分析和验证,结果表明DPRAP协议满足不可追踪性,能够抵抗去同步攻击、标签假冒攻击等多种恶意攻击。性能对比分析表明DPRAP协议降低了标签端和服务器端的存储开销,适用于供应链环境下轻量级RFID双向认证场景。 2.提出一种基于位翻转运算的轻量级RFID双向认证协议SDRLAP,解决了现有RFID认证协议由于密钥更新而带来的去同步攻击问题。SDRLAP协议使用伪随机数生成器(Pseudo-Random Number Generator,PRNG)设计了一种新的共享密钥更新方法,伪随机数种子由标签和服务器协商生成,避免了传统RFID认证模型由于密钥更新不同步而造成的去同步攻击;利用新设计的位翻转FLIP运算构建标签和阅读器间轻量级的双向认证过程,降低了标签端的计算成本。利用BAN逻辑模型和Scyther形式化验证工具对SDRLAP协议进行安全性分析和验证,结果表明SDRLAP协议能够抵抗重放攻击、伪造攻击等多种恶意攻击。与现有典型轻量级RFID双向认证协议进行性能对比,结果表明SDRLAP协议在确保RFID系统安全性和隐私性的同时,降低了RFID标签端的计算代价和存储开销,适用于供应链环境下低功耗、低代价RFID标签的双向认证场景。 3.提出一种基于多等级门限秘密共享(Hierarchical Threshold Secret Sharing,HTSS)技术的RFID群组标签所有权转移协议HHRTP,解决了供应链场景下的群组同步认证和群组标签所有权转移问题。HHRTP协议使用多等级门限秘密共享技术进行群组标签的同步认证和分等级验证;利用二次剩余定理和同态加密技术对通信消息进行加密,确保隐私信息不被泄露;HHRTP协议无需引入可信第三方,减少了通信实体的数量。利用GNY(Gong-Needhamm-Yahalom,GNY)逻辑模型和Scyther形式化验证工具对HHRTP协议进行安全性分析和验证,结果表明HHRTP协议能够保证所有权转移过程中标签和所有者的隐私安全。与现有典型RFID群组标签所有权转移协议进行性能对比,结果表明HHRTP协议在没有增加标签端存储开销的同时,降低了通信代价和标签端的计算代价,适用于供应链环境下无可信第三方的RFID群组所有权转移场景。 4.提出一种基于区块链的RFID供应链隐私保护协议BRSP,解决了传统集中式数据库容易引发单点故障的问题,并实现了区块链上的RFID标签所有权转移。BRSP协议使用区块链技术实现分布式去中心化数据存储结构,确保数据的公开可信;采用Paillier同态加密算法对标签的敏感信息进行加密处理,并以密文形式写入区块链,从而解决了由于区块链上的数据透明化而带来的交易数据隐私信息泄露的问题。利用BAN逻辑模型和Scyther形式化验证工具对BRSP协议进行安全性分析和验证,结果表明BRSP协议能够保证数据的机密性和完整性以及区块链上数据的隐私性。性能对比分析结果表明BRSP协议在没有增加通信代价的同时,降低了标签端的计算开销和存储代价,适用于供应链环境下可溯源的RFID群组所有权转移场

关键词： Industry 4.0   inventory management   IoT   leaky coaxial cable  

摘要： Structures to improve the RF properties of leaky coaxial cables (LCX) are proposed. These resonator structures are optimized for UHF RFID frequency of 866 MHz;however, they are applicable also to other frequencies of interest by redimensioning with corresponding data. Simulations of leaky coaxial cables with resonators (denoted "RCX") show to improve the antenna gain, which is verified also by measurements. Compared to traditional LCX, RCX have increased radiating power capability while the shape of the propagated wave is also controlled. Cables are simulated with lengths 2.1 m and 6.4 m where the number of radiating slots and resonators is varied. RCXs exhibit a much higher radiation capability than LCXs. The radiation efficiency for RCXs is between 40% ... 60% whereas an LCX has only 0.2% efficiency. Simulations are complemented with measurements of the 2.1 m cables. A 30x improvement of the read range of passive RFID tags are reported in tests, from 0.05 m to 1.5 m along the resonator cable. The cable length can be extended so that the signal is carried to the radiating point of the cable using conventional, i.e., non-radiating coaxial cable.

关键词： 冷链物流   RFID挂钩   机器学习   温度场模型  

摘要： 2018年以来,非洲猪瘟疫情爆发,疫情的蔓延对猪肉的产量造成了巨大冲击。猪肉消费占中国肉制品消费总量的70%以上,是中国人主要消费肉品,猪肉价格的波动严重影响了中国人的“菜篮子”安全。为防控猪瘟疫情,农业农村部发布了《农业农村部关于进一步加强生猪及其产品跨省调运监管的通知》,全面限制活猪跨省调运。我国的猪肉生产地较为集中,绝大多数猪肉供给需要依靠跨省调运。《通知》禁止了活猪的跨省调运,因而的运输方式由活猪常温运输转为了白条猪肉的冷链运输。当前我国冷链运输仍较为落后,冷链运输环节中仍存在着管理粗放,信息阻塞等问题。冷链物流企业低下的管理和运输监控能力已经无法匹配日益增长的食品冷链运输的需要,其主要原因在于冷链监控设施设备的落后。设计并制作冷链温度监控的相关设施设备,有助于保障冷链运输安全,助力保障疫情下的猪肉质量安全,为有关部门执行监管提供抓手。本文关键部分如下:(1)基于RFID的冷链运输车挂钩的设计应用。基于实地调研得出的肉制品冷链调运现状,形成相关需求文档,依据实际需求设计配套软硬件,实现了运输流程中的温度实时监控。(2)基于XGBoost算法的冷链车厢温度场监控。由于传感器需要充电、装卸等维护操作,因此需要减少传感器数量来提高设备易用性。本文通过温度场建模的方式,利用两个传感器采集的温度数据及时间特征,实现了对于车厢内另外四个关键温度点的拟合,实现了对车厢内各关键节点的温度实时监控,提升了保障食品安全的能力。

关键词： RFID   多标签识别   防碰撞   水果溯源系统  

摘要： 随着国民经济水平不断提高,人们对水果的消费需求越来越大。然而,在利益的驱使下,少数不法生产者超量使用化肥、农药,导致部分果品出现质量问题。因此,建立一个合理、高效、稳定、规范化的果品质量保障系统已经成为一种迫切需求。近几年物联网技术飞速发展,研究者们在食品追溯体系的研究和建立已经取得了很大的进步。但现有技术大多是以条形码或二维码作为识别商品的手段,这类方法存在诸多问题。比如,商品流通过程中条形码或二维码容易发生破损、扫码时要求扫码设备和识别码之间不能有遮挡、不能批量识别等。基于以上问题,本文引入具有无源、无接触、超视距和批量识别等显著优点的射频识别(RFID)技术,开发了水果溯源系统。将水果溯源信息和RFID标签进行绑定,较好地解决了上述基于条形码或二维码识别商品所存在的问题,并将RFID技术与商品流通、仓储、自动分拣等相结合,极大提高溯源系统管理效率。在溯源系统信息录入环节,大量商品信息需要录入,RFID标签批量识别技术可大大提高信息录入效率。由于RFID系统采用无线方式进行通信,多个标签同时响应读写器时,就会发生信号碰撞,降低系统识别效率。为此,本文对水果溯源系统中RFID多标签识别技术和防碰撞问题进行深入研究。在对ALOHA防碰撞算法、碰撞树算法的研究基础上,对碰撞树算法进行补充和完善,提出并设计了一种改进型碰撞树(ICT)算法。改进后的算法显著提高了批量识别效率,提升了系统效率,提高了溯源系统的可靠性。最后,在对水果溯源系统功能和性能需求进行深入分析的基础上,搭建了基于RFID批量标签识别的硬件系统,设计了基于SQL Server的数据库结构,采用C#语言开发了基于RFID批量标签识别的水果溯源系统。实现水果在生产、加工、流通、销售各环节信息进行批量快速录入和检索的功能,并对RFID多标签识别水果溯源系统各个模块进行测试,验证了系统的有效性和先进性。

关键词： RFID   超轻量   双向认证   权限转移  

摘要： 传感、网络以及大数据技术的成熟与进步极大地降低了信息收集、传输和处理的成本,使得物联网技术在社会生活中运用愈发广泛。RFID是物联网核心识别技术之一,低成本RFID标签由于其性价比高、体积小、适用性高等优点,被广泛应用于医疗、物流、自动支付等各个领域。RFID系统安全性直接影响采集信息的真实性,从而影响整个物联网架构的稳定。为满足低成本RFID标签存储、计算资源的限制,相关研究者提出了众多轻量级以及超轻量级安全协议。但现有超轻量级安全协议存在以下问题:一是计算复杂度低的超轻量操作难以保证秘密参数的机密性和完整性;二是现有协议框架难以应对某些特定攻击,如多次重放攻击;三是现有协议依赖于某些特定条件,如可信第三方(TTP),适用性低。如何在满足RFID标签低成本需求的前提下保证RFID系统的安全,是产业界和学术界均关注的问题。本文针对现有安全协议的不足,提出新的超轻量混淆操作并以此设计超轻量安全协议,主要研究成果如下:(1)通过分析现有超轻量安全协议的弱点,针对现有超轻量级混淆操作的不足,提出新的超轻量级混淆操作Mix Per(*,*),该操作具有不可逆性、非线性性、高敏感性以及低复杂性。(2)基于混淆操作MixPer(*,*)提出超轻量级双向认证协议MPIA,利用巧妙的截取操作降低了协议通信开销;通过记录并校验上次成功的双向认证所用的随机数,能有效的抵抗多次重放攻击;讨论针对UMAP协议族的复杂去同步攻击的可能改进方案。(3)基于混淆操作MixPer(*,*)提出超轻量级权限转移协议MPPT,该协议不依赖于TTP以及PUF函数。在保证安全性的前提下,该协议具有良好的适用性以及较少的通信量。(4)对本文安全协议进行理论分析与仿真实验。仿真实验表明,基于本文协议的仿真RFID系统对常见攻击具有良好检测能力并能应对常见异常情况,验证了本文安全协议具有良好的有效性以及可用性。

关键词： Sensors   Integrated circuits   Radiofrequency identification   Antennas   Fingerprint recognition   Reliability   Codes   Auto-tuning antennas   body-area Internet of Things   epidermal sensors   flexible electronic   radiofrequency identification  

摘要： Radiofrequency finger augmentation devices (R-FADs) are a recently introduced class of epidermal radiofrequency identification (RFID) sensor-tags attached to the fingers, communicating with a body-worn reader. These devices are promising candidates to enable Tactile Internet (TI) applications in the short term. R-FAD based on auto-tuning RFID microchips can be used as dielectric probes for the material of touched objects. However, due to the nearly unpredictable intrinsic variability of finger-object interaction, a single sensorized finger (single-channel device) is not enough to guarantee reliable data sampling. These limitations can be overcome by exploiting a multi-channel R-FAD sensorizing multiple fingers of the hand. In this paper, the dielectric-sensing performance of a multi-channel R-FAD, composed of sensors encapsulated into soft elastomers, is numerically and experimentally characterized, involving a set of volunteers. The inter-sensor coupling is negligible, thus enabling simultaneous independent dielectric measurements. The multi-sensor configuration allows for 100% reliability of the on-hand communication link for touched objects in a wide range of permittivity. Experiments moreover demonstrate that multi-channel measurements can halve the measurement uncertainty of the single-channel case. The achievable precision is suitable to discriminate among low-, medium-, and high-permittivity materials.

关键词： 极化可重构   阅读器天线   堆叠运动标签检测   射频识别(RFID)率  

摘要： RFID(Radio Frequency Identification)技术作为万物互联的关键技术之一得到了广泛的重视,并且在包括无人超市智能管理、仓储物品智能管理等场景中得到应用。但对于堆叠式运动多物品的检测方面,由于标签灵敏度受到极化失配、环境失配等影响,标签漏读时有发生,影响了其应用的进一步推广。本文针对堆叠式运动无源RFID标签漏检率高的问题,通过建模仿真分析和实验研究相结合,在探究极化损失的影响机理基础上,提出阅读器天线的不同极化方式组合工作以提高检测成效的设计思路,设计出一款高效的极化可重构阅读器天线,并搭建RFID检测平台分别对静止和运动标签检测成效开展实验研究,实验验证了有效利用所设计的可重构多极化阅读器天线可以降低多标签漏检率,并提高了对RFID标签的检测成效。具体工作如下:(1)针对标签漏读问题从数学模型法和电磁仿真法两个方面开展RFID标签检测机理研究。首先分析RFID系统识别过程并总结标签漏读的可能原因;然后通过将标签极化方向变化、环境失配等影响检测率的因素等效为相应的随机参数,修正传输公式,并用蒙特卡洛法进行建模分析,总结极化对检测成效的影响规律;接着利用电磁仿真软件,将不同极化阅读器天线与不同方位部署的标签进行联合仿真,利用得到的S参数进行极化对检测成效影响规律的分析与总结。数学模型和仿真模型两种结果均表明,如采用多极化天线组合工作可以比单极化天线工作时具有更好的检测效果。(2)针对运动堆叠式标签应用场景设计一款多极化阅读器天线。根据前面的理论分析结论,本文设计了一款能用于RFID多极化检测的平面型四极化可重构天线,该天线由改进型加载对称印刷振子天线单元以及射频控制电路组成。论文首先在仿真设计改进型加载对称印刷振子天线单元的基础上,设计了水平、垂直线极化和正交放置双极化天线;然后给出了射频控制电路的设计与实现,该电路由一个3dB耦合器定向耦合器、一切四射频开关以及单片机系统组成。最后完成了实物制作、相关控制程序的设计以及天线性能的测试,结果表明:该天线具有良好的多极化重构特性。(3)在搭建RFID检测平台的基础上,设计静止和运动标签检测方案以验证多极化检测方案的可行性。论文给出了具体系统搭建以及相关测试过程,并通过遥控载有多标签的运动小车来模拟商品结算场景下堆叠式运动标签的检测,实际检测结果表明,阅读器天线的多极化组合工作能够有效提升标签检测成效,与前面的理论研究结果吻合,这为无源RFID的更广应用提供理论和技术支撑。总之,本文针对诸如无人超市应用中堆叠式运动无源标签漏读问题,从检测机理和检测实验两方面开展研究,分析了标签检测率影响因素,设计了多极化可重构阅读器天线,实现了不同极化天线的切换识别,通过静态、运动多标签检测实验,验证了多极化天线的检测能力,为RFID技术在无人零售等领域应用提供参考。