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《浙江大学》 2012年
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面向物联网的多层次无线感知识和识别系统

张智  
【摘要】:物联网成为通信和网络领域中的研究热点。我国“十二五”规划中已明确将物联网作为战略性新兴产业来培育发展。本文围绕如何构建面向物联网的多层次无线感知和识别系统,在理论分析、仿真方法、节点设计和系统实现上进行了深入的讨论,从四个方面开展了研究: (1)在多层次RFID网络的物理层和媒体访问控制层的协议设计方面 (a)提出了基于多层多读写器无源RFID网络的物联网系统构架。提出了崭新的不对称无线连接,即使用超高频做为前向连接,使用时跳脉冲相位调制IR-UWB做为反向连接。详细分析了消耗在各个通信阶段的时间在整个通信过程中所占比例,提出了缩短系统延时的各种策略,并对时跳序列长度和读写器数目进行了优化。 (b)提出了在反射调制中使用码分多址,但不增加标签的时钟频率,且读写器采用单用户检测的方法仅接收最强的标签信息。提出了新的防冲突算法,即一种崭新的动态帧时隙ALOHA算法和标签数目估计算法,并对系统性能进行了理论分析。对Gold码序列长度和读写器数目进行了优化。实验结果表明,本文提出的协议比EPC Class-1 Gen-eration-2标准在性能上有显著的提升。 (2)在面向物联网应用的仿真平台和仿真方法方面 (a)提出了基于OMNeT++的对多个网络标准同时仿真的方法。通过对多个网络标准协议栈的详细划分和建模,以及对支持多标准的多无线电模块的构建实现了对多个网络标准同时仿真,并以基于IEEE 802.11和IEEE 802.15.4a的双层网络为例,展示了该方法的有效性。 (b)提出了基于MATLAB和OMNeT++的联合仿真平台COSMO (Co-Simulation with MATLAB and OMNeT++)。COSMO平台支持精确的信道模型和物理层模型,提供了三维模型,并具有自验证的功能。它融合了MATLAB和OMNeT++各自的优势,将MATLAB中功能强大的函数或模型编译成头文件和库文件并集成到OMNeT++中,无需MATLAB和OMNeT++之间的同步。通过对基于无源RFID网络的物体定位的仿真实例,并与现有的网络仿真平台进行比较,COSMO可以极大的缩短仿真模型的建立和调试时间,展现出强大的功能。 (3)在感知节点的设计和网络服务方面 提出了面向新鲜食物物流管理的物联网的设计与实现。构建了一个双层的无线网络系统:上层网络采用GSM/GPRS用于服务器和主节点的通信;底层网络使用半IR-UWB来做为主节点和辅助节点的连接。编写了服务器上的控制平台、设计了智能读写器的硬件并提出了打印标签的模型。采用GSM中的小区识别码来追踪整个物流过程。实现了体化的感知节点,并通过实地测试检验了网络服务的有效性和系统的可靠性。 (4)在视频传感编解码插值加速器设计方面 提出了面向物联网视频传感编解码的可编程插值加速器的体系结构和专用的加速指令集。该加速器采用一种基于超长指令字和单指令流多数据流的混合指令体系结构。通过对各种视频标准插值过程中的共同操作进行总结,设计了专用加速指令;利用这些专用指令实现了H.264和AVS标准中的插值算法,并统计了几种基准视频流不同像素位置计算插值所需的平均指令数目。完成了该加速器的硬件设计。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TP391.44;TN929.5

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