教学课程资源库 更多>>

关键词： Laser ranging   radio frequency identification (RFID)   three-dimensional (3-D) position measurement   deep neural network (DNN)   reading distance prediction  

摘要： With the large-scale application of radio frequency identification (RFID) tags in warehousing and logistics, it becomes crucial to study the factors that affect the reading performance of RFID tags. To address this issue this paper builds an experimental testing system to deeply study the influence of tag position distribution on the tags' reading performance;however, in tag position measurement process, due to the complex electromagnetic interference in the dynamic state, normal tag position measurement by using antenna may cause errors or even mistakes. So in this paper the image processing non-contact method is adopted to replace the antenna to realize tags' position measurement. After that, the newly emerged deep neural network (DNN) is developed to deeply explore the complex nonlinear relationship existing between the tag position distribution and corresponding reading distance. The established DNN is used to predict the reading distance of tag group. By analysing the predicted reading distance, we may find the optimal three-dimensional (3-D) position distribution corresponding to the maximum reading distance. The method proposed in this paper can be used to guide the position distribution of tags in practical scenarios and thus improve the reading performance of RFID system.

关键词： RFID   Mutual Authentication   (MA)   XTEA   FPGA   NFC   EPC   Encryption   Reader   Tag   CBC Mode  

摘要： RFID systems are one of the essential technologies and used many diverse applications. The security and privacy are the primary concern in RFID systems which are overcome by using suitable authentication protocols. In this manuscript, the costeffective RFID-Mutual Authentication (MA) using a lightweight Extended Tiny encryption algorithm (XTEA) is designed to overcome the security and privacy issues on Hardware Platform. The proposed design provides two levels of security, which includes secured Tag identification and mutual authentication. The RFIDMA mainly has Reader and Tag along with the backend Server. It establishes the secured authentication between Tag and Reader using XTEA. The XTEA with Cipher block chaining (CBC) is incorporated in RFID for secured MA purposes. The authentication process completed based on the challenge and response between Reader and Tag using XTEA-CBC. The present work is designed using Verilog-HDL on the Xilinx environment and implemented on Artix-7 FPGA. The simulation and synthesis results discussed with hardware constraints like Area, power, and time. The present work is compared with existing similar approaches with hardware constraints improvements.

关键词： 室内定位   射频识别技术   参考标签   阈值  

摘要： 近几年随着网络的发展,基于位置的信息服务在商城、港口、仓库等场景的运用越来越多。射频识别技术以射频信号通过交变磁场实现信息交换,通过所获取的信息完成目标自动识别。其在室内定位中显示出良好的性能,具有多目标识别、目标间无接触、目标识别快等优点,因此对基于RFID定位技术进行研究,对于我国室内定位的完善、发展有着重要意义。本文首先描述了射频识别系统原理,对基于信号强度值定位技术中的LANDMARC定位算法和VIRE定位算法进行研究。通过从参考标签的布局、虚拟标签信号强度值计算方法、阈值大小、待定位标签的坐标计算等方面的分析,总结传统VIRE定位系统存在的不足。其次提出了NVIRE和D-NVIRE两种定位算法。NVIRE算法在标签布局和虚拟标签信号强度值的计算两部分中做出了改进。在边界区域增加真实参考标签与虚拟参考标签。虚拟标签信号强度值的计算采用分段式Newton插值法,解决高次插值导致插值结果偏离实际情况过多的问题。D-NVIRE定位算法对筛选标签和坐标计算这两部分做出了改进。采用动态阈值筛选标签,改进阈值的初始值设置,减少标签筛选过程中的迭代次数,来提高定位效率;对待定位标签的坐标计算中,删除传统VIRE定位方法中使用的两个权重因子,以减少复杂室内环境对坐标计算过程的影响。对获得的参考标签集通过参考坐标排列组合的方式利用质心算法计算出初步坐标,对初步坐标采用泰勒级数展开法进行迭代,减少定位误差,以获得更加准确的定位。最后通过实验仿真对本文提出的改进方法进行分析验证。结果表明,NVIRE算法相较于传统的VIRE算法,在边界定位区域和中心定位区域的定位误差都有所降低,提高了定位稳定性。具有偏差矫正的动态阈值的D-NVIRE定位算法的平均定位误差降低,定位效率提高,稳定性相较于VIRE定位算法明显提高。

关键词： 射频识别   椭圆曲线加密体制   标量乘   安全协议   双向认证  

摘要： 近年来,各国结合本国国情的大力推动物联网的发展。我国对物联网的研究发展也高度重视,物联网产业保持高速增长,物联网行业渗透率持续提高。与此同时,由于物联网的开放性、可扩展性和资源受限等特性,其数据隐私和安全问题较为突出。射频识别(Radio Frequency Identificaton,RFID)是物联网感知层自动识别和采集目标物体数据的关键技术。由于RFID系统大多是在开放的无线网络中进行传输,使得传输数据极易被截获和破解,是保障物联网安全的一个薄弱环节。因此,迫切需要一套可靠的安全方案来保证其信息采集和传输的安全。现有的RFID安全方案主要分为基于物理技术的硬件安全策略和基于加密算法的安全协议2类。硬件安全策略只提供简单信息保护,可扩展性较差,主要针对不适合执行密码操作的设备或一次性电子标签。与之相对的,基于加密算法的安全协议灵活性更高且更安全,成为当前RFID系统安全问题的最佳解决方案。低成本标签的存储和处理能力有限,为了隐私和安全而使用计算密集型加密算法是不可行的。因此,RFID系统认证协议不仅应设计为解决隐私和安全威胁,还应考虑到RFID标签有限的计算能力。椭圆曲线密码体制(Elliptic Curve Cryptography,ECC)是同时兼具高安全性和易轻量化特性的公钥加密体制,对其进行轻量化改进以适应RFID系统可以作为解决这个问题一个可行方案。本论文围绕RFID系统轻量级加密技术与双向认证协议设计展开研究,其研究内容和具体创新如下:(1)椭圆曲线加密算法及其轻量化调研物联网RFID系统的安全问题,研究分析发现物联网RFID系统中现有数据加密算法安全性与适用性不平衡,因此选择ECC进行轻量化改进以适应RFID系统。标量乘法是ECC中最耗时的部分,因此针对ECC标量乘法进行优化和改进,以降低ECC的执行时间。本文在研究并行标量乘法基础上,结合非邻接(Non-Adjacent Form,NAF)多位生成算法和直接计算4P的4倍点快速计算公式,改进基于互补的重编码技术(Complementary Recoding Technique,CRT)标量表示的椭圆曲线并行标量乘法(Parallel ECC Scalar Multiplication based on CRT,PECC-CRT),设计一种新的基于NAF标量表示的并行标量乘法(Parallel Scalar Multiplication based on NAF,PSM-NAF),以此来解决RIFD系统硬件资源受限和高安全性需求之间的矛盾。实验表明本算法的计算效率及安全性与其他算法相比更适用于资源受限的RFID系统。(2)基于改进ECC设计RFID双向认证协议本文基于加密安全性和性能都十分优越的ECC设计RFID认证协议,在协议设计过程中,同时考虑协议安全性和协议执行效率。协议使用的ECC经过标量乘优化,同时与Hash函数结合,进一步提升协议执行性能。通过BAN(Burrows-Abadai-Needham,BAN)逻辑验证本文协议的安全性,安全性分析表明本文系统有能抵抗各种常见的攻击。并且对协议的性能分析表明,降低了计算、存储和通信开销,协议执行效率有所提高。

关键词： 柔性传感器   歌手养成   可穿戴   RFID  

摘要： 市场对声乐特长的培养需求越来越大,但传统教学存在成本高、专业师资不足等问题。本文提出了一种低成本高效率的智能歌手养成系统。本系统基于柔性传感器,通过将液态金属传感器贴在用户胸喉部、麦克风上的方式,获取用户歌唱时的震动发声位置以及吐字湿度,并以直观的数据模式通过RFID信号用LabView在终端展示,使用户直观了解唱歌发声的错误并根据终端数据指示进行改正。实验表明,该系统能够使用户达到歌手养成的目的。

关键词： SMT   数据采集   RFID   上料防错   生产制造管理系统  

摘要： 随着电子产品对小型化、高度集成化以及高质量低成本需求的逐渐提升,表面组装(Surface Mounted Technology,SMT)产品组装密度不断升高,物料体积不断减小,PCB(Printed Circuit Board,印制电路板)板表面上需贴装的元器件种类和数量不断增加。SMT产线生产流程速度快,生产工序复杂繁多,在整个SMT产品生产制造周期中不但涉及较多的工艺数据,而且还包含各种物料信息数据,因此需要一个信息化的智能生产制造管理系统来辅助生产。为了提高产品质量,减少生产过程中出现的错料及数据采集不及时问题,结合射频识别技术(Radio Frequency Identification,RFID),本文提出了基于RFID的SMT生产制造管理系统,具体研究内容如下:首先构建基于RFID的SMT生产制造管理系统总体结构框架。通过分析RFID技术构成与工作原理,对RFID设备进行部署,构建了SMT智能对象,使生产制造环境智能化;通过Zig Bee无线技术,搭建了RFID读写系统硬件结构,使数据能够通过无线技术进行传输;分析SMT车间生产制造流程和需求,针对分析结果建立了基于RFID的SMT生产制造管理系统的整体结构框架。然后设计基于RFID的SMT生产制造管理系统功能与数据库。根据对SMT车间生产制造流程及需求的分析,从能够改善生产问题点进行着手,确定系统主要功能,并采用模块化思想将基于RFID的SMT生产制造管理系统划分为六大功能模块,包括人员管理模块、仓库管理模块、工艺制造管理模块、业务管理模块、质量追溯查询模块以及RFID设置模块,并对各个模块的相关功能进行介绍与设计;分析数据库结构,通过E-R图法对数据库进行概念模型的设计,并利用Powerdesigner16.5软件与范式建模法将数据库概念模型转化为数据库逻辑模型,接着又根据数据库逻辑模型建立了数据库物理模型;通过RFID读写器对智能对象中标签的识别来对工艺数据采集和仓库管理数据采集进行采集过程分析设计。最后对基于RFID的SMT生产制造管理系统进行开发实现与测试。借助Microsoft Visual Studio 2012平台,通过C#语言对基于RFID的SMT生产制造管理系统功能进行编程开发;接着结合SMT实际生产线,在生产车间对RFID设备进行部署,构造模拟智能生产环境;对基于RFID的SMT生产制造管理系统的工艺数据采集功能、上板印刷防错功能、贴片上料防错功能、库存及出入库记录信息查询等相关功能进行相应测试验证。本文提出基于RFID数据采集的SMT物料信息识别方法,通过RFID技术间接实现对SMT物料的识别,将RFID技术融合于SMT生产制造流程中,实现生产制造过程防错。通过测试验证,本系统实现了对SMT产品生产制造数据的实时采集,并有效减少错误物料流入产线,验证了基于RFID的SMT生产制造管理系统功能的可行性。通过本系统的使用,能够减少错料事件的发生,从而提高了企业生产效率,保证了产品质量。

关键词： RFID安全认证   RFID群组认证   轻量级   SKINNY   布隆过滤器   GNY逻辑  

摘要： 无线射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)技术是物联网中信息传感技术之一,是利用无线射频信号实现的非接触式自动识别技术。因为RFID抗污染性好和穿透性强等优势,其已被广泛应用于商业、交通和医疗等场景。然而,由于RFID的非接触通信方式,RFID系统存在各类安全威胁,通常采用安全认证协议来保证RFID系统的安全性。同时,对于低成本的无源标签,现有的安全认证协议难以适应计算和存储资源受限的情况。因此,本文针对RFID系统中安全性难以保障、标签存在的资源受限情况和认证效率较低的问题,提出新型的RFID安全认证协议和RFID群组认证协议,本文的研究内容如下:1.针对低成本标签难以容纳复杂加密算法和超轻量级的逻辑位运算难以保证数据加密的安全性问题,提出一种新的基于SKINNY的轻量级RFID安全认证协议。首先,对轻量级分组密码SKINNY的轮函数进行扩展,使其S盒能够符合EPC标准的96位编码标签进行数据加密。然后,将协议分为初始化阶段、标签识别阶段、相互认证阶段和更新阶段进行设计,并用GNY逻辑证明本协议能够实现标签与阅读器的双向认证。安全分析表明,本协议能够抵抗重传攻击、去同步攻击和跟踪攻击等常见的RFID系统安全威胁。最后,通过性能分析和仿真实验表明本协议在保证安全性的前提下具有较低的性能开销和较高的运行效率。2.针对大量标签逐个认证效率较低和群组标签无法高效动态分配群组ID的问题,提出一种新的基于布隆过滤器的轻量级RFID群组认证协议。首先,本协议引入状态标记机制和布隆过滤器来对标签高效地分配群组ID,以解决轮询机制和单播传输群组ID造成的信息重复传输问题,并矫正在标签状态转移中由于布隆误报率而导致的误标记问题。然后,阅读器收集标签的所有响应来生成用于验证的群组证明,以保证群组认证协议的可伸缩性,并用攻击者模型证明本协议能够保证认证的安全性。最后,给出分组时间开销关于布隆过滤器参数的最优解推导公式,通过性能分析表明本协议在满足可伸缩性和安全性下具有较低的性能开销和较高的运行效率。3.本文结合以上两种轻量级安全认证协议,设计并实现了RFID安全认证原型系统。首先,构建系统设计方案以满足要求:1)在商品的生产,加工和销售环节中采用单标签认证模式;2)在商品的仓储和运输环节中采用群组标签认证模式。然后,对本文提出的两种认证协议进行实现。最后,通过系统测试,表明本系统能够实现对单个标签和群组标签的安全认证。

关键词： 阅读器天线   丝网印刷   过桥连接   阻抗匹配   读取距离  

摘要： 随着家电智能化的快速发展,基于射频识别(RFID)系统的智能冰箱受到青睐。阅读器天线是RFID系统的关键部件,直接影响着系统的可靠性与稳定性。本课题研究阅读器天线的设计及丝网印刷制备方式,可实现低成本、快速及批量生产,因此在印刷电子制造中具有重要意义。课题设计了 13.56MHz阅读器天线的结构,通过对丝网印刷工艺分析得到最优工艺参数并改进天线的连接方式,搭建具有食品监管功能的软件平台,通过对天线读取能力的测试,验证了该阅读器天线在冰箱内应用的可行性。具体研究内容如下:(1)根据现有阅读器天线设计理论,考虑冰箱实际环境,以及RFID阅读器天线在冰箱应用的局限性,选择矩形平面电感作为天线结构,确定出天线的外形尺寸;通过ADS软件对设计电感进行SP分析,得到天线感值约为1.69 μH;使用Momentum仿真工具对电感模型进行仿真验证,仿真结果与电感模型一致,从而验证了设计的可行性。(2)针对在批量制作阅读器天线时必须保证质量稳定、可控的要求,课题分析了丝网印刷工艺与固化条件对天线性能的影响,通过正交实验得到最优的工艺参数:刮胶速度300mm/s,离网间距4mm,固化时间60min,固化温度80℃;在该参数条件下,通过丝网印刷方式制作的天线具有良好的表面形貌与电性能;课题还采用喷墨印刷方式印制了阅读器天线,并对两种方式制备的天线进行性能对比,结果证明,丝网印刷方式在制备速度、导电性能以及制造成本上更具优势。(3)为提高阅读器天线与匹配电路连接的可靠性,课题研究了印刷柔性电路过桥连接的理论与方法,设计了阅读器天线的绝缘层过桥连接方案;对天线阻抗匹配电路进行设计与制备,经过史密斯原图分析,结果显示天线匹配效果良好。(4)开发了智能食品管理系统软件,对天线的读取距离、读取灵敏度、障碍物读取进行实验验证,结果表明该阅读器天线满足使用要求,解决了天线冰箱内复杂环境可能影响其工作能力的问题。

关键词： 超高频   射频识别   阅读器   收发机   频率综合器   自载波抵消  

摘要： 超高频RFID技术因其识别距离远、识别速度快以及较强的抗冲突能力而被广泛用于物流和供应链管理上,它是物联网应用中实现万物互联的一项关键技术。为了降低系统应用成本,目前学术界及工业界中关于阅读器技术的研究主要集中在低功耗、全集成的阅读器芯片实现方法上,在CMOS工艺下,实现单芯片的阅读器已经成为超高频系统的发展趋势。因此,开展高性能阅读器芯片射频前端电路关键技术研究,研制低成本、低功耗的高性能阅读器芯片,具有重要科学意义和工程应用价值。论文完成了超高频阅读器协议物理层分析、系统架构分析、链路预算、指标分解、电路设计以及最后的测试验证。在阅读器中,接收机灵敏度会受到本地载波泄露以及发射机噪声泄露的影响,阅读器设计中最大的难点在于如何降低本地载波泄露对接收机性能的影响,以及尽可能优化频率综合器相位噪声。针对这两个技术难点,论文开展了以下几方面工作:由于混频器端口的本振信号和泄露载波来源于同一个频率综合器,二者之间存在一定的相关性。论文对二者相关性进行理论分析和数学推导,得出泄露载波的相位噪声被抑制的程度与其传输路径延时呈现周期性变化的结论。在此基础上,提出了一种系统级抑制载波泄露问题的方案,通过对天线馈线长度的优化设计,改变泄露载波的传输路径延时,从而实现对泄露载波的抑制。论文设计了一款自载波抵消电路,采用矢量合成技术,生成一个与泄露载波同幅,反向的信号,用以抵消泄露载波。载波抵消电路降低了接收机射频前端对线性度的要求,从而在射频前端可以采用高增益的低噪声放大器和混频器,用以完成信号解调,解决了大功率泄露载波导致射频前端饱和以及灵敏度下降的问题。阅读器芯片中频率综合器容易受到芯片制造工艺,以及外界温度变化的影响,而出现压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator,VCO)压控电压偏离正常线性范围,导致频率综合器产生失锁。论文提出了双环路闭环补偿方案,引入一个辅助环路,采用具有极低极点的无源RC电路,采样跟踪VCO压控电压,补偿环路仅在温度发生变化时产生环路响应,抑制温漂现象,而在其它情况下不影响主环路的正常工作。受限于CMOS工艺中片上电感Q值较低的影响,传统的阅读器芯片中频率综合器VCO相位噪声性能难以提升。论文充分利用电感Q值随谐振频率变化,呈现抛物线的变化特性,提出一种新的双电感并联的VCO,提升VCO谐振腔的Q值,较大幅度改善频率综合器的相位噪声。针对频综的线性度以及调制器(Sigma-Delta modulator,DSM)噪声混叠问题,研究了各种线性化技术。并设计了一款MASH 1-1-1架构的DSM,采用对第一位累加器末位初始值置“1”的方式,消除掉输出序列的空闲音,从而取得平滑的量化噪声曲线。论文对发射机噪声进行了优化,实现了可支持SSB/DSB/PR-ASK三种调制方式的低噪声的发射机,集成了片上巴伦,减小了芯片的系统开销。以上述技术为基础,论文设计实现了一款超高频RFID阅读器收发机芯片,该芯片兼容EPC C1G2/ISO18000-6C标准及国家标准,并能够满足全球不同国家和地区的无线电管理规范的要求。芯片采用TSMC130nm MS/RF CMOS工艺实现,整个芯片面积为4.75 mm×4.75 mm,集成了射频收发机、频率综合器、数字基带处理单元、接口、电源管理模块等。测试结果显示,在920 MHz载波频率下,200 k Hz频率偏移处的相位噪声为-119 d Bc/Hz,带内噪声-48 d Bc,rms相位抖动小于1 ps。接收机在本地载波泄露功率为10 d Bm时候,取得-72 d Bm的接收灵敏度,而其工作在LBT模式下,可以取得-84 d Bm的灵敏度。论文所采用的一些设计方法及思路,并不局限于超高频RFID阅读器芯片中,也可以拓展到LTE/5G/WIFI等无线射频通信芯片设计中。

关键词： RFID技术   疏散标志   疏散诱导系统   仿真模拟  

摘要： 随着社会的快速发展,结构功能复杂的建筑不断涌现,建筑火灾造成的经济损失也随建筑的规模变大而变大,因而减少建筑火灾带来的损失就显得极为重要,尤其是在减少人民生命安全损失方面。本文围绕写字楼建筑案例,根据其建筑功能特点及建筑防火设计特点,引入RFID(Radio Frequency Identification)与BIM等相关技术,利用BIM、RFID、消防疏散、疏散标志、疏散诱导系统等最新科学理论。提出了一种疏散指示标志布置优化办法,设计了一种基于RFID技术的楼宇火灾疏散指示装置,构建了一种基于BIM与RFID技术的消防疏散诱导系统。利用Revit与Pathfinder软件进行火灾下写字楼人员疏散模拟分析,得出具有实际意义的相关结论。本文主要工作如下:(1)传统疏散指示标志布置规则已经不能更好的适应新型疏散指示标志,也不能更好的适应大型复杂建筑。本文对消防疏散指示标志布置规则进行研究,确定了新型疏散指示标志布置的优化思路,提出了一种新型疏散指示标志布置位置优化办法:疏散通道端头处的布置距离进行优化布置;建筑内T型路口的疏散指示标志布置位置的确定;确定新型疏散指示标志的服务半径和服务率。(2)针对消防疏散过程中人员接收疏散指示标志的指引信息问题,本文设计了一种基于RFID技术的楼宇火灾疏散指示装置。研究分析了RFID技术与消防疏散诱导系统对人员疏散的积极影响,本文设计出一种基于RFID技术的疏散诱导系统架构,结合一种基于RFID的楼宇火灾疏散指示装置,构建了一种基于BIM与RFID技术的疏散诱导系统。(3)结合某高层写字楼案例,在有疏散指示标志的情况下,利用Dijkstra算法得到建筑案例标准层的最短疏散路径,分析了人员密度及疏散出口大小对人员疏散的影响。分析在无疏散指示标志情况下,建筑防火设计不规范或者复杂的疏散通道会对人员疏散时间以及疏散路径选取产生较大影响,并得出相关结论:在无有效疏散指示标志的诱导下,不合规的建筑防火设计或过于复杂的疏散路线会影响人员疏散时决策判断能力,进而增加疏散人员选取非最优疏散路线的风险概率。因此利用本文提出的基于BIM与RFID技术的疏散诱导系统与消防疏散指示标志布置优化办法,可以帮助疏散人员对最佳疏散路线的决策选取。