面向物聯(lián)網(wǎng)的多層次無線感知和識別系統(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。我國“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)的多層次無線感知和識別系統(tǒng),在理論分析、仿真方法、節(jié)點設(shè)計和系統(tǒng)實現(xiàn)上進(jìn)行了深入的討論,從四個方面開展了研究:
　　 (1)在多層次RFID網(wǎng)絡(luò)的物理層和媒體訪問控制層的協(xié)議設(shè)計方面
　　 (a)提出了基于多層多讀寫器無源RFID網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)架。提出了嶄新的不對稱無線連接,即使用超高頻做為

2、前向連接,使用時跳脈沖相位調(diào)制IR-UWB做為反向連接。詳細(xì)分析了消耗在各個通信階段的時間在整個通信過程中所占比例,提出了縮短系統(tǒng)延時的各種策略,并對時跳序列長度和讀寫器數(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)簽的時鐘頻率,且讀寫器采用單用戶檢測的方法僅接收最強的標(biāo)簽信息。提出了新的防沖突算法,即一種嶄新的動態(tài)幀時隙ALOHA算法和標(biāo)簽數(shù)目估計算法,并對系統(tǒng)性能進(jìn)行了理論分析。對Gold碼序列長度

3、和讀寫器數(shù)目進(jìn)行了優(yōu)化。實驗結(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)用的仿真平臺和仿真方法方面
　　 (a)提出了基于OMNeT++的對多個網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)同時仿真的方法。通過對多個網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議棧的詳細(xì)劃分和建模,以及對支持多標(biāo)準(zhǔn)的多無線電模塊的構(gòu)建實現(xiàn)了對多個網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)同時仿真,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COSMO(Co-Simulationwith MATLAB and OMNeT++)。COSMO平臺支持精確的信道模型和物理層模型,提供了三維模型,并具有自驗證的功能。它融合了MATLAB和OMNeT++各自的優(yōu)勢,將MATLAB中功能強大的函數(shù)或模型編譯成頭文件和庫文件并集成到OMNeT++中,無需MATLAB和OMNeT++之間

5、的同步。通過對基于無源RFID網(wǎng)絡(luò)的物體定位的仿真實例,并與現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)仿真平臺進(jìn)行比較,COSMO可以極大的縮短仿真模型的建立和調(diào)試時間,展現(xiàn)出強大的功能。
　　 (3)在感知節(jié)點的設(shè)計和網(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)計與實現(xiàn)。構(gòu)建了一個雙層的無線網(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)點的通信；底層網(wǎng)絡(luò)使用半IR-UWB來做為主節(jié)點和輔助節(jié)點的連接。編寫了服務(wù)器上的控制平臺、設(shè)

6、計了智能讀寫器的硬件并提出了打印標(biāo)簽的模型。采用GSM中的小區(qū)識別碼來追蹤整個物流過程。實現(xiàn)了一體化的感知節(jié)點,并通過實地測試檢驗了網(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)。通過對各種視頻標(biāo)準(zhǔn)插值過程中的共同操作進(jìn)行總結(jié),設(shè)計了專用