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.pdf

1、射頻識(shí)別(RFID)和無(wú)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(chǎng)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)

2、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?jī)?nèi)容包括：
　　首先，本文介紹了射頻識(shí)別技術(shù)、無(wú)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

3、帶信號(hào)通過(guò)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(guò)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(wèn)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

4、優(yōu)化問(wèn)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(cè)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(cè)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(lái)的物聯(lián)