本文關(guān)鍵詞：基于UHF RFID與WSN的集成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)與部署策略研究

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【摘要】：射頻識(shí)別(RFID)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)技術(shù)應(yīng)用廣泛,RFID與WSN集成的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以便捷地傳送和處理關(guān)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(luò)相融合,但是該方案中專用的集成RFID讀寫芯片價(jià)格較高,不利于低成本場合的應(yīng)用;此外,當(dāng)前的集成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的部署大都以人工隨機(jī)部署的策略進(jìn)行,部署效率低,資源成本高,而高效的集成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署有利于進(jìn)一步降低系統(tǒng)應(yīng)用成本,提高通信效率。綜上所述,研究集成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的低成本實(shí)現(xiàn)方案和部署策略具有重要的科學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值。本文工作的主要研究內(nèi)容包括:首先,本文介紹了射頻識(shí)別技術(shù)、無線傳感器技術(shù)的通信協(xié)議,然后對(duì)當(dāng)前RFID和WSN的融合技術(shù)進(jìn)行分析。針對(duì)傳統(tǒng)集成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)實(shí)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(luò)節(jié)點(diǎn)實(shí)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(shè)計(jì),基于Nios II處理器完成了RFID系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)層、協(xié)議層和應(yīng)用層的設(shè)計(jì);數(shù)字基帶信號(hào)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(duì)數(shù)字基帶信號(hào)的調(diào)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(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行功率放大。然后,本文針對(duì)傳統(tǒng)集成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)人工隨機(jī)部署、覆蓋效率低的缺陷,提出了一種基于改進(jìn)人工蜂群算法的集成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署算法。該算法通過引入交叉機(jī)制對(duì)基本人工蜂群算法的缺陷進(jìn)行改進(jìn),在部署算法中,首先基于集成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的信號(hào)傳輸模型將節(jié)點(diǎn)部署問題轉(zhuǎn)化為在保證節(jié)點(diǎn)高覆蓋率與低干擾目標(biāo)下的優(yōu)化問題,然后利用改進(jìn)人工蜂群算法對(duì)節(jié)點(diǎn)部署目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。仿真結(jié)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(luò)節(jié)點(diǎn)對(duì)射頻標(biāo)簽最大覆蓋率的前提下,有效地降低節(jié)點(diǎn)間的干擾,提高集成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的部署效率。最后,本文對(duì)集成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了多階段測試以驗(yàn)證集成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性,測試結(jié)果表明:本文所提出的基于FPGA的集成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)架構(gòu)有效可行,硬件算法具有高效、高速、移植性好的優(yōu)點(diǎn),在未來的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代具有巨大的市場潛力。
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP212.9;TN929.5;TP391.44

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本文編號(hào)：1151661