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RFID关键技术研究与实现

丁治国  
【摘要】: RFID(Radio Frequency Identification)射频识别技术是一种利用无线电射频信号进行通信的非接触式自动识别技术。它具有高效、快速、可靠、非视距读取和可工作于恶劣环境等优点,被广泛应用在数据采集和商品识别领域。目前,标签防碰撞算法和安全认证协议设计是RFID领域最炙手可热的研究课题。 有源标签的出现和RFID技术在高速移动物体中的应用,迫切需要读写器在有限时间内高效快速地识别大量标签。标签防碰撞算法就是要解决在读写器有效通信范围内,多个标签同时与读写器进行通信的问题。在保持一定复杂度和成本的条件下,最大限度的减少搜索时间,提高识别效率,是标签防碰撞算法研究的方向和趋势。随着RFID技术的发展和广泛应用,安全认证协议的设计与完善对于保护信息安全和用户隐私变得更加重要。设计安全、高效、低成本的RFID安全协议是RFID领域具有挑战性的研究课题之一。 本文针对防碰撞算法和安全认证协议这两项关键技术,进行了系统性研究。文章的特色和创新点包括: 1、提出了一种基于搜索矩阵的自适应防碰撞算法。算法有效地利用了碰撞信息,通过构造搜索矩阵,克服了二进制碰撞算法逐位搜索效率低的缺点,同时提出碰撞堆栈的概念,用于根据时隙状态,自适应得调整搜索路径,从而减少碰撞和空闲时隙数以及传输的比特量。理论和仿真实验表明,算法有效实用,可有效的减少识别时间,提高搜索效率。 2、提出了一种基于二叉树分解的自适应防碰撞算法。算法利用标签EPC的唯一性,通过时隙分配估计标签的分布情况,对发生碰撞的时隙进行二叉树搜索,从而将一个庞大且复杂的二叉树分解成多个简单的小子二叉树,简化了搜索流程。理论和仿真实验证明了算法的有效性,即在待识别的标签数量较多时,可有效的减少识别时间,提高搜索效率。 3、提出了一种自适应多叉树防碰撞算法。算法在动态二叉树和四叉树搜索算法的基础上,利用曼彻斯特编码可以准确识别碰撞位的特性,通过计算碰撞因子,估计标签数量,从而自适应地调整搜索叉数。算法在标签数较多的分支内选择动态四叉树搜索,反之选择动态二叉树搜索。理论和仿真分析表明:算法克服了动态二叉树和四叉树搜索算法的缺点,在减少碰撞时隙数的基础上,又减少了空闲时隙数,可大幅度地提高了搜索效率和时隙的吞吐率,具有一定的创新性和实用性。 4、针对现有安全认证协议中常常忽略的来自系统内部合法读写器之间的伪造和篡改问题,提出一种新的基于密钥阵列的安全认证协议。它通过增加密钥更新标记,有效地解决了标签和数据库之间的同步更新问题。理论和分析表明:协议可抵抗包括重传、跟踪、阻断和篡改等多种攻击手段,尤其针对来自系统内的安全威胁,具有较高的安全性和实用性。 5、利用码分多址技术的保密性、抗干扰性和多址通信能力,结合认证密钥和循环冗余效验,提出了一种适用于低端RFID系统的具有防碰撞功能的安全认证协议。理论和分析表明:协议在保证一定复杂度和标签成本的基础上,不仅能有效地解决标签的碰撞问题,而且可抵抗多种攻击手段,具有一定的安全性和实用性。


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