本文關鍵詞：基于UHF RFID與WSN的集成網(wǎng)絡節(jié)點的實現(xiàn)與部署策略研究

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【摘要】：射頻識別(RFID)和無線傳感器網(wǎng)絡(WSN)技術應用廣泛,RFID與WSN集成的網(wǎng)絡節(jié)點可以便捷地傳送和處理關鍵數(shù)據(jù)和信息。在集成方式上,傳統(tǒng)方案是將專用集成RFID讀寫芯片與WSN網(wǎng)絡相融合,但是該方案中專用的集成RFID讀寫芯片價格較高,不利于低成本場合的應用;此外,當前的集成網(wǎng)絡節(jié)點的部署大都以人工隨機部署的策略進行,部署效率低,資源成本高,而高效的集成網(wǎng)絡節(jié)點部署有利于進一步降低系統(tǒng)應用成本,提高通信效率。綜上所述,研究集成網(wǎng)絡節(jié)點的低成本實現(xiàn)方案和部署策略具有重要的科學意義和實用價值。本文工作的主要研究內容包括:首先,本文介紹了射頻識別技術、無線傳感器技術的通信協(xié)議,然后對當前RFID和WSN的融合技術進行分析。針對傳統(tǒng)集成網(wǎng)絡節(jié)點實現(xiàn)方案高成本的缺陷,本文提出了一種基于FPGA搭建的低成本集成網(wǎng)絡節(jié)點實現(xiàn)方案。該方案基于FPGA完成了RFID系統(tǒng)數(shù)字基帶電路的設計,基于Nios II處理器完成了RFID系統(tǒng)驅動層、協(xié)議層和應用層的設計;數(shù)字基帶信號通過SPI接口加載到射頻收發(fā)芯片上,由射頻收發(fā)芯片完成對數(shù)字基帶信號的調制,考慮到射頻收發(fā)芯片發(fā)射功率有限,采用了功率放大器對射頻信號進行功率放大。然后,本文針對傳統(tǒng)集成網(wǎng)絡節(jié)點人工隨機部署、覆蓋效率低的缺陷,提出了一種基于改進人工蜂群算法的集成網(wǎng)絡節(jié)點部署算法。該算法通過引入交叉機制對基本人工蜂群算法的缺陷進行改進,在部署算法中,首先基于集成網(wǎng)絡節(jié)點的信號傳輸模型將節(jié)點部署問題轉化為在保證節(jié)點高覆蓋率與低干擾目標下的優(yōu)化問題,然后利用改進人工蜂群算法對節(jié)點部署目標函數(shù)進行優(yōu)化。仿真結果表明該算法不但能夠較為快速精確地尋找全局部署最優(yōu)位置,而且還能夠在保證集成網(wǎng)絡節(jié)點對射頻標簽最大覆蓋率的前提下,有效地降低節(jié)點間的干擾,提高集成網(wǎng)絡節(jié)點的部署效率。最后,本文對集成網(wǎng)絡節(jié)點進行了多階段測試以驗證集成網(wǎng)絡節(jié)點設計的準確性,測試結果表明:本文所提出的基于FPGA的集成網(wǎng)絡節(jié)點實現(xiàn)架構有效可行,硬件算法具有高效、高速、移植性好的優(yōu)點,在未來的物聯(lián)網(wǎng)時代具有巨大的市場潛力。
【學位授予單位】：蘭州理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP212.9;TN929.5;TP391.44

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本文編號：1151661