面向物聯(lián)網(wǎng)的多層次無(wú)線感知和識(shí)別系統(tǒng).pdf

1、物聯(lián)網(wǎng)成為通信和網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)。我國(guó)“十二五”規(guī)劃中已明確將物聯(lián)網(wǎng)作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)來(lái)培育發(fā)展。本文圍繞如何構(gòu)建面向物聯(lián)網(wǎng)的多層次無(wú)線感知和識(shí)別系統(tǒng),在理論分析、仿真方法、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)上進(jìn)行了深入的討論,從四個(gè)方面開(kāi)展了研究:
　　 (1)在多層次RFID網(wǎng)絡(luò)的物理層和媒體訪問(wèn)控制層的協(xié)議設(shè)計(jì)方面
　　 (a)提出了基于多層多讀寫(xiě)器無(wú)源RFID網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)架。提出了嶄新的不對(duì)稱無(wú)線連接,即使用超高頻做為

2、前向連接,使用時(shí)跳脈沖相位調(diào)制IR-UWB做為反向連接。詳細(xì)分析了消耗在各個(gè)通信階段的時(shí)間在整個(gè)通信過(guò)程中所占比例,提出了縮短系統(tǒng)延時(shí)的各種策略,并對(duì)時(shí)跳序列長(zhǎng)度和讀寫(xiě)器數(shù)目進(jìn)行了優(yōu)化。
　　 (b)提出了在反射調(diào)制中使用碼分多址,但不增加標(biāo)簽的時(shí)鐘頻率,且讀寫(xiě)器采用單用戶檢測(cè)的方法僅接收最強(qiáng)的標(biāo)簽信息。提出了新的防沖突算法,即一種嶄新的動(dòng)態(tài)幀時(shí)隙ALOHA算法和標(biāo)簽數(shù)目估計(jì)算法,并對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行了理論分析。對(duì)Gold碼序列長(zhǎng)度

3、和讀寫(xiě)器數(shù)目進(jìn)行了優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文提出的協(xié)議比EPC Class-1 Generation-2標(biāo)準(zhǔn)在性能上有顯著的提升。
　　 (2)在面向物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的仿真平臺(tái)和仿真方法方面
　　 (a)提出了基于OMNeT++的對(duì)多個(gè)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)仿真的方法。通過(guò)對(duì)多個(gè)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議棧的詳細(xì)劃分和建模,以及對(duì)支持多標(biāo)準(zhǔn)的多無(wú)線電模塊的構(gòu)建實(shí)現(xiàn)了對(duì)多個(gè)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)仿真,并以基于IEEE802.11和IEEE802.15.4a的雙層網(wǎng)

4、絡(luò)為例,展示了該方法的有效性。
　　 (b)提出了基于MATLAB和OMNeT++的聯(lián)合仿真平臺(tái)COSMO(Co-Simulationwith MATLAB and OMNeT++)。COSMO平臺(tái)支持精確的信道模型和物理層模型,提供了三維模型,并具有自驗(yàn)證的功能。它融合了MATLAB和OMNeT++各自的優(yōu)勢(shì),將MATLAB中功能強(qiáng)大的函數(shù)或模型編譯成頭文件和庫(kù)文件并集成到OMNeT++中,無(wú)需MATLAB和OMNeT++之間

5、的同步。通過(guò)對(duì)基于無(wú)源RFID網(wǎng)絡(luò)的物體定位的仿真實(shí)例,并與現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)仿真平臺(tái)進(jìn)行比較,COSMO可以極大的縮短仿真模型的建立和調(diào)試時(shí)間,展現(xiàn)出強(qiáng)大的功能。
　　 (3)在感知節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)方面
　　 提出了面向新鮮食物物流管理的物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。構(gòu)建了一個(gè)雙層的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng):上層網(wǎng)絡(luò)采用GSM／GPRS用于服務(wù)器和主節(jié)點(diǎn)的通信；底層網(wǎng)絡(luò)使用半IR-UWB來(lái)做為主節(jié)點(diǎn)和輔助節(jié)點(diǎn)的連接。編寫(xiě)了服務(wù)器上的控制平臺(tái)、設(shè)

6、計(jì)了智能讀寫(xiě)器的硬件并提出了打印標(biāo)簽的模型。采用GSM中的小區(qū)識(shí)別碼來(lái)追蹤整個(gè)物流過(guò)程。實(shí)現(xiàn)了一體化的感知節(jié)點(diǎn),并通過(guò)實(shí)地測(cè)試檢驗(yàn)了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的有效性和系統(tǒng)的可靠性。
　　 (4)在視頻傳感編解碼插值加速器設(shè)計(jì)方面
　　 提出了面向物聯(lián)網(wǎng)視頻傳感編解碼的可編程插值加速器的體系結(jié)構(gòu)和專用的加速指令集。該加速器采用一種基于超長(zhǎng)指令字和單指令流多數(shù)據(jù)流的混合指令體系結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)各種視頻標(biāo)準(zhǔn)插值過(guò)程中的共同操作進(jìn)行總結(jié),設(shè)計(jì)了專用