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基于对等计算的无线射频识别网络若干问题研究

徐鹤  
【摘要】:无线射频识别技术(Radio Frequency Identification, RFID)克服了传统二维条码技术的易受污染、需要视距读取等方面的限制,受到了学术界和产业界的双重关注。随着RFID应用系统向大规模、网络化、分布式的趋势发展,这给RFID系统架构和RFID数据管理带来了新的挑战,以往的RFID应用架构和RFID数据处理方式已经不能满足大规模、分布式的网络化RFID系统需求。由于对等计算网络(Peer-to-Peer, P2P)技术具有负载均衡、可扩展性好等优点,为了满足RFID网络化应用的需求,论文提出了基于P2P技术的RFID网络系统结构,并对其中的若干理论和方法进行了深入的研究。 首先提出了一种基于P2P的RFID阅读器网络系统架构(P2P-RFID)。新的架构通过P2P阅读器嵌入Zigbee技术,使得原有的RFID系统中的阅读器之间组成一个P2P网络。与传统的RFID系统相比,P2P-RFID阅读器网络使得终端能够方便的接入RFID网络中,同时能够延长RFID阅读器和标签之间的阅读工作距离,并利用缓存技术减少了多标签阅读碰撞的产生,因而能降低RFID系统中的多标签阅读开销。 其次,重点研究了阅读器的重叠覆盖问题和最小化RFID网络阅读器的问题。论文提出了一种基于覆盖率的RFID网络阅读器冗余消除算法(C-RRE),仿真实验结果表明:提出的C-RRE比传统的阅读器冗余消除算法(RRE)能够消除更多的冗余阅读器。另外RRE算法需要对标签进行写操作,而提出的C-RRE算法通过使用P2P阅读器后只需要对标签进行读取一次。同RRE相比,C-RRE可节省RFID网络对标签读写的时间从而能够为整个RFID提供高效的阅读器配置服务。由于RFID系统的阅读可靠性受到可信率和覆盖率的约束,选择合适的阅读器个数和位置能够使RFID阅读器网络系统的RFID系统的阅读可靠性最大,为此提出了一种基于可靠性的RFID网络阅读器模型,通过使用蚁群优化算法求解该模型,实验结果表明该模型可以较好地用来进行阅读器的部署服务。 接着构建了RFID跟踪网络模型,提出了一个新的RFID数据处理模型,并在此基础上提出了基于P2P的RFID网络跟踪算法。利用希尔伯特曲线的空间连续性,提出了一种新的分布式哈希表(H2Chord)结构。通过分析比较得出H2Chord在查找性能上比Chord具有更好的查找性能,给出了H2Chord在RFID跟踪网络中的应用。分析及实验结果表明论文提出的H2Chord可以提高RFID跟踪网络的查询效率和减轻网络负载。研究结果为在大规模分布式环境中开发可扩展性的基于P2P的RFID跟踪网络应用提供了理论基础。 为了解决传统EPC (Electronic Product Code) Network基于DNS (Domain Name System)的ONS (Object Name Service)负载均衡和单点失效问题,并支持与传统的ONS兼容,论文提出了一种基于P2P技术的EPCglobal ONS,该服务是基于超级节点的P2P网络提供RFID标签对象名称服务;以H2Chord算法为基础,提出了基于H2Chord的ONS网络中的P2P数据存储、查询算法。实验结果表明,所提的方案同EPCglobal ONS相比具有负载均衡、扩展性好和具有容忍单点失效这些优点。另外,由于P2P节点间相对自由的行为会给RFID网络带来安全隐患,论文提出了一种基于P2P的RFID网络的安全路由机制,通过使用RSA公钥加密算法对P2P路由消息进行认证和过滤,防止了虚假路由信息在P2P-RFID网络上进行传输和散播,同时可防止非授权的节点修改RFID网络中的数据记录。 最后设计和开发了一个基于P2P-RFID中间件的智能物资管理原型系统。鉴于移动代理(Agent)具有任务异步执行、减轻网络负载、健壮性、并行处理、智能路由等特性,提出了基于移动Agent的P2P-RFID中间件技术。该P2P-RFID中间件能够与现有的设备兼容,实现了物品信息的自动采集、自动交换和共享,以及物品跟踪、物品溯源,从而实现了物资的智能化、可视化和安全性管理。通过该系统的开发,并把本文的相关研究成果应用其中,较好的展示了本文的研究具有理论价值和实际应用意义。


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