检索结果-内蒙古大学图书馆

太原理工大学学报 2021年第1期52卷 70-75页

作者：呼风赵菊敏李灯熬太原理工大学信息与计算机学院山西晋中030600 太原理工大学大数据学院山西晋中030600 太原理工大学山西省空间信息网络工程技术研究中心山西晋中030600

为了提升可计算射频识别(computational radio frequency identification,CRFID)系统通信性能,提出快速响应方案和数据重传机制。针对CRFID标签响应阅读器速率较慢导致通信失败问题,利用预计算RN16、固定标签句柄方法简化通信过程,提升... 详细信息

为了提升可计算射频识别(computational radio frequency identification,CRFID)系统通信性能,提出快速响应方案和数据重传机制。针对CRFID标签响应阅读器速率较慢导致通信失败问题,利用预计算RN16、固定标签句柄方法简化通信过程,提升了标签响应速率;针对CRFID标签数据出错重传方案效率低、能耗大的问题,采用将标签数据和数据地址相结合的数据格式进行传输。阅读器通过出错数据的地址,可精确定位出错数据并重新请求标签数据,提高了大块数据传输成功率,降低出错重传的能耗。最终通过实验验证可知,该方案有效提高了无源CRFID系统通信性能。

关键词：物联网无源感知可计算射频识别快速响应数据重传

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无源感知系统反向散射链路吞吐量优化机制研究

无源感知系统反向散射链路吞吐量优化机制研究

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作者：李彦霞太原理工大学

学位级别：硕士

物联网作为沟通物理世界与信息世界的重要桥梁,越来越趋于物理世界数字化、网络连接泛在化以及信息感知智能化。无源感知由于其无源、免维护、兼具感知计算通信与组网等功能而受到世界范围内的关注,为物联网的应用多样化提供了实现可能... 详细信息

物联网作为沟通物理世界与信息世界的重要桥梁,越来越趋于物理世界数字化、网络连接泛在化以及信息感知智能化。无源感知由于其无源、免维护、兼具感知计算通信与组网等功能而受到世界范围内的关注,为物联网的应用多样化提供了实现可能性,数据量的剧增将不可避免。随着可计算射频识别平台、多能量源的环境反向散射等技术的发展,无源感知平台逐步大规模应用。其中,吞吐量优化问题日趋重要,在大规模物联网节点应用或实时性要求高的场景中,当标签端有大量传感器数据需要传输或当其处于快速移动状态时,其收集到的传感器数据信息需尽快传输至阅读器端。本文针对目前无源感知系统应用于大量数据传输和突发式数据传输时吞吐量受限的问题,基于目前无源感知系统探测信道开销较大、时隙有效利用率低和并行解码算法鲁棒性差的瓶颈,分别从协议优化设计和多标签并行解码两方面对无源感知系统反向散射链路吞吐量优化问题展开研究。本文首先在协议优化层面进行研究,物理层引入标签IQ域信号簇的相关指标,以更细粒度的信号IQ域簇的聚集程度和歧义码元概率指标表征当前信道状态,从而实现物理层数据传输速率的自适应,使得数据传输速率以信道状况相匹配,实现不同信道状况下吞吐量的最大化;其次,MAC层协议设计结合碰撞时隙和空闲时隙的概率、持续时间以及当前碰撞时隙中簇的个数,优化直接决定时隙数的Q值选取算法,使Q值尽快调整至与标签个数匹配,提高时隙利用率。此外,多标签并行解码方面,本文以时钟同步和多模盲均衡算法为基础,从源头上尽可能减小由于环境动态变化而造成的码间干扰及误码,使信号呈现出结构化特征,对信号IQ域码元采样点做一阶绝对差分,利用大概率情况下IQ域信号簇流作绝对差分后簇的个数比标签个数多一的规律,针对大概率下的预期情况和小概率下的非预期情况,通过差分且结合概率特性实现多标签并行解码,进一步成倍地提高无源感知系统反向散射链路的吞吐量,扩大无源感知系统应用场景。最后,本文以典型的可计算射频识别应用平台——无线感知与识别平台为实验平台,利用通用软件无线电外设搭建阅读器和监测器,实时监测物理层信息并在此基础上实现和评估本文提出算法,最终的实验结果显示本文所提算法吞吐量优化效果明显,且在动态环境和标签个数较多的场景下鲁棒性提升效果显著。

关键词：无源感知可计算射频识别反向散射链路吞吐量优化

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无源感知系统数据快速传输方案研究

无源感知系统数据快速传输方案研究

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作者：呼风太原理工大学

学位级别：硕士

物联网技术作为将现实世界和信息世界相互联系的纽带正逐步占据各个重要领域。无源感知技术作为物联网的关键技术,得到迅速发展,其应用规模不断扩大,感知数据量激增。目前无源感知系统吞吐量较低,无法满足大量感知数据快速传输,已经成... 详细信息

物联网技术作为将现实世界和信息世界相互联系的纽带正逐步占据各个重要领域。无源感知技术作为物联网的关键技术,得到迅速发展,其应用规模不断扩大,感知数据量激增。目前无源感知系统吞吐量较低,无法满足大量感知数据快速传输,已经成为影响无源感知技术大规模应用的瓶颈。针对大规模无源感知系统数据传输速率较慢问题,本文以提升无源感知系统数据传输速率进行研究,主要工作如下:(1)设计了一种无源感知系统快速响应方案。针对传统无源感知标签生成16位随机数方式较慢无法快速响应阅读器的问题,提出使用模数转换器采样电压值作为生成16位随机数种子,减少了标签生成随机数时间;利用固定标签句柄方式降低数据传输协议复杂度,提升了访问标签数据速率和无源感知系统的稳定性。(2)设计了一种基于数据地址的出错重传方案。数据传输过程中由于数据量、环境干扰等问题产生错误传输,现有方案无法精确定位出错数据以进行重传,阅读器只能将出错数据包整个丢弃并重新请求。针对目前出错数据无法快速准确重传的问题,提出大数据量分组传输,将数据和数据地址相结合构成新的数据格式,可以做到精确定位错误数据进行出错重传,大大降低了数据出错重传的代价。(3)提出了一种基于EPC格式的批量数据快速传输方法。针对无源感知标签传输大数据量成功率低的问题,采用将感知数据嵌入96比特EPC消息代替阅读器使用Read命令请求数据,并设置合理占空比优化标签能耗;改进了冲突避免方案,将碰撞时隙和碰撞标签数量相结合,使多标签进行快速数据传输时有效减少了碰撞时隙和空闲时隙,有效提高了系统吞吐量。

关键词：物联网无源感知可计算射频识别快速识别能量优化

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WISP系统中能量优化与任务规划的研究

WISP系统中能量优化与任务规划的研究

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作者：郭茹茹太原理工大学

学位级别：硕士

在物联网的发展中,物联网设备的能量供给问题是制约物联网大规模发展的关键问题之一。传统的有源物联网节点体积大、成本高、寿命短、维护困难,而无源感知的提出,解决了这一问题。无线射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)标... 详细信息

在物联网的发展中,物联网设备的能量供给问题是制约物联网大规模发展的关键问题之一。传统的有源物联网节点体积大、成本高、寿命短、维护困难,而无源感知的提出,解决了这一问题。无线射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)标签的出现是无源感知发展的起点,但无源RFID标签只可以进行简单的识别,其功能比较单一,而可计算射频识别(Computational RFID,CRFID)标签的出现打破了这一限制,可计算射频标签的原型是无线识别和感知平台(Wireless Identification and Sensing Platform,WISP),内置微处理器,自身集成传感器以及可以外接任何传感器的功能使得WISP能够将感知与计算同时嵌入到物理世界中,为物联网的发展带来了新的研究思路。作为无源标签,WISP存在与无源标签发展相同的问题,即能量问题。目前WISP主要是通过反向散射技术收集到邻近阅读器的能量并存储在电容中,又由于WISP内置微处理器和其自身集成的多个传感器等特点,WISP将消耗比传统RFID标签更多的能量。因此,对于WISP的发展,能量是需要解决的关键问题。为了解决WISP能量的问题,本文首先在WISP平台上,通过实验的方法进行了能耗的分析,建立了详细的充耗电模型。将能量进行了量化,可以实时的知道标签中收集的能量值、消耗的能量值以及剩余的能量值,从而可以更好的对能量进行管理与规划。其次,在能量模型建立的基础上,提出了指数加权移动平均算法,针对WISP执行不同的任务动态的调整充电时间与起始电压,解决了WISP固定睡眠机制造成的能量浪费,优化了能量,保证了通信质量。最后,在能量优化的基础上对WISP标签进行了任务的规划,根据不同位置所具有的能量值不同,动态的进行任务的规划,提出一种改进的贪婪算法D-Greedy,使得执行完所有任务时达到能量的最大化利用,并保证了通信的质量。实验结果表明,本文算法提高了WISP的能量利用率,保证了通信质量,同时又节省了通信时间。很好的解决了WISP中能量问题。

关键词：可计算射频识别无线识别与感知平台能量优化任务规划能量最大化利用

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无源感知系统信道选择和速率自适应机制研究

无源感知系统信道选择和速率自适应机制研究

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作者：田浩太原理工大学

学位级别：硕士

物联网作为互联网技术的补充,实现了物理世界与信息网络的连接,同时实现了人与物、物与物之间的交流与通信。物联网的核心任务是无处不在的数据感知、以无线为主的数据传输以及智能化的数据处理,其中数据感知是数据传输和处理的基础,而... 详细信息

物联网作为互联网技术的补充,实现了物理世界与信息网络的连接,同时实现了人与物、物与物之间的交流与通信。物联网的核心任务是无处不在的数据感知、以无线为主的数据传输以及智能化的数据处理,其中数据感知是数据传输和处理的基础,而数据感知的主要问题是物联网节点维护困难。为了解决节点维护困难问题,并提高物联网节点的可扩展性和实用性,无源感知技术发展迅速,受到越来越多的关注与研究。无源感知节点的大规模部署预示着其传输的数据量增大,执行的感知任务日趋复杂,大规模无源感知系统对其使用的数据传输机制提出了更高的要求。对于应用无源感知技术的新型可计算射频识别(Computational Radio Frequency Identification,CRFID)平台,需要使用反向散射来进行连续和大容量的传感器数据传输,吞吐量优化日趋重要。本文针对无源感知系统进行连续和大容量的传感器数据传输时吞吐量受限问题,分别从信道预测和速率自适应两方面对无源感知系统链路吞吐量优化问题展开研究。本文首先在信道方面展开研究,前期研究发现信道具有相关性和相对稳定性以及不同环境中信道质量指标变化幅度不同,因此设置两种不同的环境,并建立信道预测框架。整体框架包括监测模块和预测模块,监测模块监测信道的实时变化,作为信道预测的基础;信道预测模块利用已获得的信道质量预测下一阶段所有信道的信道质量。本文采用可计算的射频识别标签,因此监测模块中使用加速度阈值和链路突发性阈值,预测模块采用具有较强鲁棒性的BP神经网络实现,从而实现了不同环境中吞吐量的提高。其次,在速率自适应方面,根据不同标签获得的信道质量存在差异,摒弃传统速率自适应映射方案,充分考虑上行链路和下行链路速率的影响因素,利用连续成功接收数据包与否、IQ域标签信号簇指标设计结合上下行链路的速率自适应方案,进一步提高了无源感知系统的吞吐量,为无源感知系统更加广泛的应用提供了可能。最后,本文以利用无源感知技术的主要应用平台,即无线识别和感知平台(Wireless Identification and Sensing Platform,WISP)作为标签,利用通用软件无线电(Universal Software Radio Peripheral,USRP)和商业阅读器实现整体设计。在此基础上,对本文提出的设计方案进行了实现和评估,最终实验结果显示,本文设计对无源感知系统吞吐量有明显提高。

关键词：无源感知系统可计算射频识别吞吐量优化信道预测速率自适应

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CRFID系统中能量利用率与通信吞吐量研究

CRFID系统中能量利用率与通信吞吐量研究

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作者：吴昊太原理工大学

学位级别：硕士

随着工业物联网与大数据技术的发展,计算量和数据量的重要性明显增加。传统RFID技术能够提供的服务已经逐渐不能够满足应用层的需求,因此一种新兴技术——可计算射频识别(Computational Radio Frequency Identification,CRFID)得到了国... 详细信息

随着工业物联网与大数据技术的发展,计算量和数据量的重要性明显增加。传统RFID技术能够提供的服务已经逐渐不能够满足应用层的需求,因此一种新兴技术——可计算射频识别(Computational Radio Frequency Identification,CRFID)得到了国内外研究人员的关注。CRFID标签是一种集感知计算、通信与获取能量于一体的无源设备,利用反向散射通信技术获取阅读器发出的超高频射频信号中的能量,进行自身的感知与通信。其片上加载了高性能MCU和多种传感器为CRFID标签的计算能力和感知能力提供了充足的保障,但是其功耗相对于传统RFID标签有很大增加,且会对CRFID系统整体的通信性能造成影响,因此CRFID标签的能量紧缺的问题和吞吐量低的问题成为CRFID技术发展的瓶颈。本文首先在通信协议上进行研究,重新设计了盘存阶段的时隙选择机制,让标签能够根据自身能量状态选择最合适的时隙进行上行数据传输,成功提高了CRFID标签的能量利用效率,避免处在通信范围边缘标签陷入“掉电”死循环中。其次,本文在通信访问阶段针对标签上行链路大块数据传输出现的有效吞吐量低的问题进行研究,通过将大数据包分解成小数据包的方式降低误码率,并通过数据格式的设计让标签能够快速找到出错的数据并重传。减小了数据出错重传的代价,提高了CRFID系统的有效吞吐量。此外,本文对CRFID标签的硬件重新设计,通过利用多阻抗匹配电路实现了多进制幅度调制方式,提高了频谱的利用效率,成倍地提高了CRFID标签的吞吐量。在阅读器端,由于CRFID标签的无源特性,多进制幅度调制极易发生阻抗偏移的问题,本文针还对多进制幅度调制方式的解码也提出了解决方案,利用马尔科夫原理对偏移的反射信号采样值进行修正,提高了阅读器解码的成功率。最终本文在硬件上实现了CRFID标签的多进制幅度调制方式,并通过实验验证了优化协议的有效性和优越性,实验结果表明本文的设计对CRFID标签的能量利用率和有效吞吐量都有明显的提高。

关键词：可计算射频识别反向散射有效吞吐量能量利用率

来源：评论

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无源感知系统突发数据传输方案和任务调度算法研究

无源感知系统突发数据传输方案和任务调度算法研究

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作者：刘晓娟太原理工大学

学位级别：硕士

作为新一代信息技术的重要组成部分,物联网旨在无所不在地部署传感器节点以实现大规模物联网应用。近年来,自身不配备电源设备的无源感知标签的兴起加速了物联网技术的发展。无源感知标签从周围环境的射频信号中获取能量以支持其计算、... 详细信息

作为新一代信息技术的重要组成部分,物联网旨在无所不在地部署传感器节点以实现大规模物联网应用。近年来,自身不配备电源设备的无源感知标签的兴起加速了物联网技术的发展。无源感知标签从周围环境的射频信号中获取能量以支持其计算、感知、存储和通信与组网等操作。其中,可计算射频识别平台因其体积小、无源、低功耗和永久感测的潜力备受学术界和工业界关注。为了满足大规模物联网应用的实时性和可靠性需求,如何有效地提高无源感知系统吞吐量成为当前国际前沿的热点研究问题。本文针对目前批量突发传感数据传输时系统吞吐量受限问题,基于数据传输效率低、误码率高、时隙利用率低、能量利用率不高的瓶颈,从通信协议优化和任务调度算法两方面展开研究,以提高无源感知系统吞吐量,并实现紧急任务的高效调度。本文首先在协议优化层面进行研究,提出了占用所有通信时隙进行数据传输的突发传输机制,讨论了多标签同时突发的协调传输问题,以优化标签与阅读器之间的通信过程,提高时隙利用率和突发数据传输效率;其次,引入纠删编码以减小误码重传开销,同时根据当前能量收集环境和信道条件,动态调整传输数据帧长、编码冗余度和标签充电时间,实现无源感知系统吞吐量最大化。此外,本文综合考虑传感任务的重要程度、时间属性、价值属性、任务能耗及标签能量收集水平,提出了一种基于混合优先级的高稳定性任务调度算法,该算法结合了固定优先级和动态优先级的调度优势,定义固定优先级,并利用任务截止时间、松弛时间和标签松弛能量共同分配任务动态优先级,减少任务抢占次数,提高系统稳定性,最大化能量利用率,实现紧急任务最大优先级的高效调度,扩大无源感知系统应用场景。最后,本文使用通用软件无线电外设搭建阅读器和监测器,并以典型的可计算射频识别应用平台——无线识别与感知平台作为实验平台,在此基础上实现和评估本文设计方案。最终的实验结果显示,本文所提方案使无源感知系统吞吐量提升效果明显,任务错失率显著下降。

关键词：无源感知可计算射频识别突发数据传输任务调度吞吐量优化

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