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关键词： 射频识别   载波相位   室内定位   VIRE算法  

摘要： 射频识别技术(Radio Frequency Identification,RFID)由于其读写效率高、易部署、成本低等特点,在仓储物流、资产管理、电子票证和生产自动化控制等领域得到了广泛应用。对已部署无源RFID标签识别通信的同时实现定位一体化将进一步显著提升RFID技术的实用价值。目前射频标签的识别通信技术已经发展成熟,但无源标签准确位置信息的获取仍缺乏可靠有效的解决方案。由此,无源超高频RFID高精度定位技术成为了射频识别系统的一个研究难点和热点。本文通过提取标签反向散射信号的载波相位实现测距及定位,为无源RFID精确测距定位提供了有效技术途径。本论文主要研究工作和贡献如下:1.对比分析了常见室内定位技术的优缺点,深入研究了基于RFID的定位技术的工作原理,进一步对基于测距、非测距的两种RFID定位经典算法的优点与局限性进行了研究分析。2.系统研究了无源超高频RFID系统反向散射信号载波相位的提取和测距原理,对传统测距系统进行了研究分析,针对其局限性,提出了一种基于载波相位的改进型测距系统,该系统通过改变天线位置获取多组相位差数据,使用聚类算法从多组相位差中求解标签的距离信息,然后通过权重算法计算出标签具体坐标,经实验验证,改进型系统在保证测距范围的前提下,具有厘米级的测距精度。3.仿真分析了经典的VIRE定位系统,针对该系统存在的问题,提出了一种基于载波相位的改进型VIRE定位系统。该系统通过标签的RSSI信息对标签进行粗定位并利用动态阈值算法提高了定位准确性,根据标签的到达相位差计算标签的精确位置,该算法充分利用了RFID反向散射信号的信号特征,显著提高了系统的定位精度。4.设计开发了驱动R420平台以获取标签载波相位的上位机程序,并对R420获取到的相位数据有效性和精确度进行了评估,根据评估结果对相位数据进行校正;搭建了基于载波相位的测距和定位实验验证系统,结果表明,本论文提出的测距系统的平均误差为0.0928m,定位系统的平均误差为0.2947m。经仿真与测试验证,对比传统的定位方法,本文所研究设计的基于载波相位的超高频RFID测距与定位系统性能优势明显。

关键词： Efficiency  

摘要： In order to overcome the problems of low efficiency, low precision and high load of heterogeneous spatial data cleaning methods, this paper proposes a heterogeneous spatial RFID data cleaning method based on linear probabilistic motion state model. Combining with the infinity of RFID data stream, this method uses sliding window technology to smooth the spatial tag data, and effectively removes the noise in the data. The Bernoulli binomial distribution is used to model the RFID data stream. At the same time, a probabilistic motion model for RFID tags is introduced. The transformation relationship between RFID initial data and tag motion state information is established. The vulnerability data of heterogeneous space is filled by tag motion state information, and heterogeneous spatial data cleaning is realised. The experimental results show that the operation efficiency is always above 95%, the highest data cleaning accuracy is 99.01%, and the lowest operating load is 0.038%. Copyright © 2022 Inderscience Enterprises Ltd.

关键词： Wireless communication   Wireless sensor networks   Wireless fidelity   Transceivers   Phasor measurement units   Hybrid power systems   Radio frequency   5G communication   energy harvesting   power divider and combiner   passive RFID tags   Wi-Fi   satellite  

摘要： This paper presents three- and five-ports radio frequency (RF) hybrid power divider combiner (HPDC) designs with multiband characteristics operating at 2.4 GHz (ISM, IEEE 802.11b,g);5.8 GHz (IEEE 802.11n, a and 802.11ac);and 6 GHz (IEEE 802.11ax) wireless standards for energy-efficient 5G-enabled passive Internet of Things (IoT) sensors;energy harvesting (E.H);passive radio frequency identification (RFID) tags;multiple-input multiple-output (MIMO) antenna beamforming;and data communication applications spanning DC to the 6-GHz frequency range. The presented HPDC designs operate at a centre-design frequency of 3 GHz on a Rogers RO4350 substrate. The designed novel HPDC demonstrates a good match between the ports, high isolation between the output ports, and equal power distribution between the output ports. Furthermore, the obtained return and isolation losses are less than -10 dB for the Wi-Fi 6E standards. The reported findings hold an excellent promise for RF energy harvesting and utilisation, adaptive intelligent energy-efficient data communication, and seamless ubiquitous satellite-cellular convergence connectivity applications.

关键词： 公共餐厅   RFID   无线传输   PC端管理系统   中间件   移动端APP  

摘要： 在新冠疫情影响下,学校和企事业单位公共餐厅就餐人数飙升,伴随着这种情况,公共餐厅就餐人员就餐效率低、就餐结算流程繁琐、就餐人员之间及其与工作人员之间接触过于密切等根源性问题日益突出。为了解决这些问题,本文以RFID作为主要技术手段,设计了一款针对公共餐厅的就餐系统。该就餐系统主要分为两部分,一是下位机系统,负责数据的采集和传输;二是上位机系统,负责数据的处理、存储、展示,具体内容如下:首先设计由餐具和与餐盘一体的RFID系统组成的下位机系统。为满足应用场景的需求,RFID阅读器选择austriamicrosystems公司出产的AS3992阅读器模组;阅读器天线采用UHF近场天线;标签选用对应阅读器和天线频率的无源UHF标签,并依据EPC编码规范设计非开放的FKFCJ-96编码方案,对阅读器模块进行二次开发,利用GPRS模块传输数据。在设计完成下位机系统后对RFID系统的读写性能和GPRS模块数据传输的可靠性进行了测试,测试结果表明下位机系统可完成数据采集和传输的功能。其次对负责数据处理存储展示的上位机系统运用Java Web技术进行设计,其可分为PC端管理系统和移动端APP账单查询支付系统。PC端管理系统采用三层B/S架构开发,应用html界面与用户交互,Java语言实现业务逻辑,使用My SQL数据库实现数据存储,其功能主要包括用户管理、角色管理、权限管理、厨师管理、就餐者管理、就餐信息、餐盘管理七部分以及系统数据库;中间件通过socket通信和多线程技术接收下位机数据并处理,将处理后的数据发送给上位机;移动端APP账单查询支付系统采用C/S架构开发,主要功能包含登录模块与就餐信息模块。最后对该公共餐厅的就餐系统进行软硬件联调和测试。测试时模拟系统工作的实际环境,该系统的运行过程为:餐盘中的阅读器读取位于天线正上方的餐具标签,读取命令由中间件以无线传输方式通过TCP/IP协议发出,阅读器接收命令,读取标签并回传标签数据,中间件接收回传信息进行分析处理,将属于系统内的标签数据存入数据库,上位机管理系统刷新显示对应餐具信息及消费信息,就餐者可通过手机APP查看对应信息并支付。测试结果表明,该系统完成了设计目标,可在一定程度上提高公共餐厅就餐人员的就餐效率与安全性,同时减少工作人员工作量。

关键词： Localization   RFID   chipless tag   coverage   infrastructure  

摘要： Indoor localization based on asynchronous and chipless radio frequency identification (RFID) infrastructure has a wide potential for real-world emerging applications like simultaneous localization and mapping (SLAM) systems and mobile material characterization transceivers. Effective deployment of chipless tags within the indoor environment as infrastructure plays an important role to attain connectivity between the infrastructure and the objects of interest at any time and position in the room. As an example, assuming an indoor localization system, a moving or flying robot should be connected to k reference chipless tags in order to enable self-localization. From system design point of view, the reference tags should be deployed in the room to guarantee that each point in the room is covered by at least k tags, which is denoted as 3D k-coverage. In this paper, we propose to formulate the reference chipless tags placement as a binary integer programming to ensure achieving 3D k-coverage with the minimum number of tags considering system and propagation constraints. Since mm-localization accuracy could be prevailed at Terahertz (THz) band, the optimization problem considers the chipless tags limited distance and angle coverage at this band as optimization constraints. Since discretization of the optimization domain might cause blank areas that are not covered, we propose an iterative method aiming at filling those blank areas and assuring their k-coverage. Performance evaluation is performed to examine the performance of the proposed algorithms. Results show that the proposed algorithms achieve desirable performance by promoting 3D k-coverage with minimum number of tags.

关键词： Antennas   Metals   Bandwidth   Substrates   Eigenvalues and eigenfunctions   Surface impedance   Permittivity   Characteristics mode analysis   harsh metallic environments   platform-tolerant   radio frequency identification (RFID)   tag antenna design   impedance matching  

摘要： This paper presents a wideband, long-range RFID tag antenna design with platform tolerant features using characteristic mode analysis (CMA). The proposed design consists of a two-layer structure, that are separated by an air gap. The upper layer consists of T-match and dual loop-based meandered antenna optimized for achieving long read range characteristics in free space/low permittivity dielectrics. The second layer consists of multi-resonant strips printed on a grounded substrate carefully designed using CMA for producing multi-resonant modes in the required UHF RFID band. The multi-resonant strips help in achieving wide bandwidth and isolation between different environment surfaces. This tag antenna provides a wide bandwidth ranging from 900 - 940 MHz that covers both the US UHF RFID band (902 - 928 MHz) and the upper European UHF RFID band (915 - 921 MHz). Moreover, this design achieved a read range of 14.7 m in free space, 14 m on a metal plate, and 13 m on wood, and glass. Furthermore, the proposed antenna was also tested in harsh metal environments such as car number plates and cargo metallic containers. Therefore, the proposed tag can be used for tagging metallic containers, wood containers, and other harsh platforms for cargo management, Asset tracking, supply chain visibility, and Internet of Things (IoT) Applications.

关键词： 物联网   射频识别系统   高安全网关   入侵检测  

摘要： 射频识别技术(Radio Fkquency Identification，RFID)通过无线电波进行数据交互，从丽完成对RFID标签非接触、非视距的自动化识别，其被认为是21世纪最具发展潜力的信息技术之一。如今，RRD技术已被广泛运用到农业、工业、军事、运输、能源等众多领域。然而随着RFID技术在各个领域的广泛应用，其安全问题也日渐突出。在实际应用中，RFID读写器作为物联网感知层设备，主要功能是对RFID数据进行采集、预处理和传输，通常分散部署于无人值守的监测位置处，其计算能力有限，且自身安全防护能力薄弱，RFID读写器面临着被恶意入侵、数据窃取与设备替换等安全风险，是RFID系统安全中极为薄弱的节点，极易受到入侵者攻击，导致数据机密性、完整性遭到破坏，影响RFID业务系统对监测事件的判断和决策，造成相应财产损失。　　为应对RFID技术在实际应用中面临的风险，对RFID系统进行安全防护，本课题研究并实现了匿向RFID系统的高安全网关。该网关部署于RFID读写器与应用系统之间，一方面用于汇聚、预处理下层感知节点数据，实现对感知层节点的统一控制;另一方面为RFID系统提供安全防护服务，有效检测与阻断外部对感知节点的入侵攻击，增强RFID系统的安全性。本文围绕RFID高安全网关展开的主要工作及创新点主要有:　　(1)提出一套基于网关的RFID系统安全防护方案。本文基于RFID系统应用架构，对架构中感知层、网络层和应用层的安全风险进行分析，提出了对应的安全防护策略，设计了基于网关的RFID系统安全防护方案。　　(2)本文针对非授权读写器通过空口入侵访问的安全风险，提出了基于标签充电持续时间特征的RFID空口入侵检测方法。检测方法由数据采集、模型构建和实时检测三个模块组成，实现了实时的空口入侵检测，避免RFID电子标签数据遭到窃取或篡改，通过多组对照实验验证，检测准确率平均可达到99.0％。与其他检测方法相比，该方法不仅具有较高准确率，而且可基于商用RFID读写器设备实现，无需专用型检测设备的支持。　　(3)结合上述安全防护方案和RFID空口入侵检测方法，设计并实现了面向RFID系统的高安全网关原型系统。该系统依据基于网关的RFID系统安全防护方案，实现了对RFID读写器的控制、空口入侵检测、设备与用户的身份认证、网络隔离和流量加密等功能。经系统功能与性能测试，测试结果表明该系统可有效实现对RFID系统的安全防护。

关键词： 物联网   无线射频识别   防碰撞算法   定位算法  

摘要： 在国家大力推动工业化与信息化两化融合的大背景下,物联网(The Internet of Things,Io T)是继计算机、互联网与移动通信网之后世界信息产业的又一次革命,是新一代信息技术的重要组成部分,也是信息化时代的重要发展阶段。物联网是通过信息传感设备将物品的数据信息与互联网相连,实现智能化识别和管理功能的网络。物联网的数据采集涉及射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)等技术,射频识别是一种非接触式的自动识别技术,它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,是物联网应用中的关键技术之一。本文全面总结了RFID国内外研究背景及应用现状,说明了RFID系统结构组成和工作原理,详细阐述了RFID系统标签碰撞现象与定位精度问题。对解决标签碰撞问题的基于ALOHA的防碰撞算法和提高定位精度的基于RSSI的定位算法进行了深入分析,围绕算法的不足之处展开研究,提出了改进的标签防碰撞算法和定位算法。算法的具体研究工作如下:(1)以提高系统吞吐量为目标,对RFID标签碰撞现象进行了深入研究。分组动态帧时隙ALOHA算法根据标签数量对其分组,进行轮次组内读取。不过算法存在识别效率较低、系统波动性大等现状。对此设计了一种基于随机数的分组动态帧时隙ALOHA算法。改进算法采用组内单次读取方式,剩余标签重新分组进行识别。标签收到指令后依次选择多次数字形成随机数。读取时依次调用随机数以完成信息读取,从而将多数空闲时隙转化为成功时隙。同时,提出改进的帧长与标签数对应关系,降低系统识别波动性。仿真实验结果表明,改进算法的识别效率与稳定性得到显著提高。其次,通过研究RFID系统的数据帧传输过程与应用格式,确定了多级随机数的字节应用帧,验证了随机数应用的可行性。(2)以提高定位精度为目标,对RFID定位算法的标签布局与算法流程进行了深入研究。基于VIRE的RFID定位算法引入虚拟参考标签机制,可以有效降低成本,提高定位精度。不过算法存在适应复杂环境能力较弱,边缘区域定位精度低等情况。对此设计了一种面向整体区域的改进VIRE定位算法。改进算法利用分段牛顿插值法增加虚拟参考标签的数量,扩大虚拟参考标签分布范围,其次,采用动态阈值选取邻近参考标签构成“邻近地图”,在此基础上通过计算邻近参考标签间距来判断多径效应引发的数值不可信状况,最后运用误差校正法计算标签的最终位置坐标。仿真实验结果表明,改进算法更加符合实际定位模型,对定位环境拥有较强的适应能力,整体区域定位精度得到显著提高。

关键词： 物流系统   物料配送路径优化   遗传禁忌搜索混合算法   RFID技术   物料信息采集  

摘要： 随着制造业发展,完善生产物流系统逐渐成为企业提高经济效益的关键。作为生产物流的组成部分,车间物料的配送与管控影响着生产线运作的稳定性和高效性。优化企业车间物流系统对提高生产效率、节约物流成本及提升同行业竞争力起着决定性作用。本文以某钢制品车间为研究对象,对物流现状进行分析,总结其在物料配送和物料管控两方面存在的诸多问题,如物料跟踪困难、信息采集方式落后以及物料配送路径不合理等,结合车间实际进行需求分析,并提出定制化的解决方案。首先为提升钢制品生产车间物料配送作业的合理性和准时性,以配送总时间和时间窗惩罚成本最少为目标,构建了带有混合时间窗的双目标优化模型,并将配送时间窗和AGV最大负载量等作为模型约束,设计遗传禁忌搜索混合算法作为本文的求解方法。应用MATLAB仿真软件,先通过遗传算法对车间48个需求点的物料配送进行求解,得出的配送总时间、时间窗惩罚成本、AGV行驶路程都有所减少;再使用遗传禁忌搜索混合算法求解,并将路径相关信息数据与优化前和遗传算法求解后进行对比,其总时间、惩罚成本、行驶距离均进一步降低,且AGV数量也有所减少,证明了该求解方法的有效性,为合理安排车间物料配送提供了指导。同时,为了对车间物料进行智能化管理,实现物料信息的可采集、可追溯和物料动态的可实时获取功能,结合射频识别技术(RFID)和钢制品生产流程的特点,分析车间基于RFID的物料管控需求,提出了基于RFID的物料管控系统总体技术框架。根据车间特点确定物料信息采集节点及信息采集内容,为RFID的硬件包括读写器、标签等制定布置及绑定方案,以此实现车间物料的实时跟踪和监控。在考虑上述的RFID架构设计和功能设计基础上,应用原型设计工具Axure RP 8.0搭建钢制品车间物料管控系统各功能模块,对车间物料和物料信息的进一步管控提供一定的参考价值。

关键词： 装配式建筑   BIM+   RFID   智慧管理  

摘要： 在政府鼓励与政策文件支持的环境背景下,装配式建筑发展的步伐与规模已进入新的阶段,随之而来是业内人员良莠不齐、标准规范参差错杂、制度体系不尽完善的现状,故其管理工作与进程愈加复杂,进一步发展也受到一定制约。结合信息技术的智慧管理能使装配式建筑走出当前困境,解决各类问题,满足其数据化发展的管理需求,走向智慧化的精益方向。为研究建筑工程事故发展趋势与未来数量,本文搜集近十年的相关数据进行量化统计分析与时空分布可视化展示,搭建灰色预测模型并利用神经网络算法进行优化,得到精度可靠、结果可信的数据预测模型,利用此模型进行未来三年(2020-2022)事故数量的预测。结果显示,事故数量总体较为稳定但存在一定缓慢增长的趋势,故应对其管理手段与施工技术进行发展与创新。为促进装配式建筑供应链的健康发展,本文利用社会网络分析法建立健康影响因素网络,并进行宏观网络分析与微观节点分析。网络整体与单元参数计算的结果显示,该因素网络具有小世界效应,内部各因素的传递具有一定粘性,其中运输及时性、设计变更、信息共享充分性等处于关键位置。故装配式建筑供应链管理应结合信息技术实现全链条数据及时传递、信息真实可靠、供应链健康运行的目标,尤其是对关键因素进行重点监控。为实现装配式建筑安全事故有效监控、供应链协同健康运行,本文将建筑信息模型(Building Information Modeling,简称为BIM)与无线频射技术(Radio Frequency Identification,简称为RFID)进行集成搭建含有四个层次的装配式建筑智慧管理体系,梳理各方需求以进行体系的框架设计,对体系的运行维度与基本流程具体阐述;利用文献综述方法总结运行效果的评价指标并建立模糊综合评价模型,为体系未来优化的重点提供科学依据。此体系对降低安全事故、促进供应链畅通具有一定指导意义,促进装配式建筑的信息化管理与智慧化施工,推动管理手段与方式向着与物联网识别追踪、数据云端处理的信息化、数据化的方向发展。