射频识别技术原理、协议及系统设计
作者：陆桑璐，谢磊 编著
出版时间：2014年版
内容简介
本书从射频识别的原理、协议以及系统设计三个方面入手，系统、全面地介绍了RFID 相关的基础知识、关键技术、研究进展以及实践应用等方面的内容。全书共分为六篇。第1 篇结合物联网的背景概述了RFID 的发展历史、主要特点与核心技术。第2 篇从原理层面对RFID 的无线通信原理、系统组件进行详细的阐述，剖析了RFID 的实现机理。第3 篇从协议层面介绍了RFID 的防冲突算法与协议，对超高频射频识别（UHF RFID）协议标准EPC C1G2 进行了具体的阐述，并对其设计思路进行分析与探讨。第4 篇从系统设计层面出发，介绍了系统设计时需要权衡考虑的关键因素，并且对实际环境下系统性能的测试与评估结果进行了详细的阐述与剖析。第5 篇介绍了当前RFID 的研究与进展，从RFID 识别与轮询、标签数目估算、RFID 定位等方面对相关研究成果进行了重点介绍。第6 篇介绍了RFID 方面的实践与应用，对RFID 的多种应用模式进行了综述，并针对几个典型的应用案例进行了分析。本书适合高等院校计算机、电子和物联网相关专业作为专业教材使用，也适合其他专业作为选修教材使用。本书也可作为对射频识别、物联网感兴趣的研究人员和相关企业人员等各类读者的参考用书。
目录
第1章 RFID概述 003
1.1 自动识别技术 005
1.1.1 指纹识别技术 005
1.1.2 人脸识别技术 006
1.1.3 语音识别技术 006
1.1.4 一维码识别技术 007
1.1.5 二维码识别技术 007
1.1.6 自动识别技术小结 008
1.2 RFID的主要特点 009
1.3 RFID的核心技术 010
1.4 RFID的历史与现状 013
1.4.1 RFID的发展历史 013
1.4.2 RFID的现状 014
1.5 RFID的发展趋势 015
1.6 RFID与物联网 017 第1章 RFID概述 003
1.1 自动识别技术 005
1.1.1 指纹识别技术 005
1.1.2 人脸识别技术 006
1.1.3 语音识别技术 006
1.1.4 一维码识别技术 007
1.1.5 二维码识别技术 007
1.1.6 自动识别技术小结 008
1.2 RFID的主要特点 009
1.3 RFID的核心技术 010
1.4 RFID的历史与现状 013
1.4.1 RFID的发展历史 013
1.4.2 RFID的现状 014
1.5 RFID的发展趋势 015
1.6 RFID与物联网 017
第2章 RFID系统组件原理 021
2.1 阅读器 021
2.1.1 阅读器的功能 021
2.1.2 阅读器的分类 022
2.1.3 阅读器的操作规范 025
2.1.4 阅读器的组成 027
2.1.5 信号处理与控制模块 028
2.1.6 射频模块 029
2.2 射频标签 031
2.2.1 标签的功能 031
2.2.2 标签的分类 032
2.2.3 标签的操作规范 036
2.2.4 标签的组成 036
2.2.5 标签天线 037
第 2 篇 感 知 识 别
第 1 篇 概 述
vi 射频识别技术——原理、协议及系统设计
2.2.6 标签芯片 039
2.2.7 标签唤醒电路 041
2.2.8 标签的制造 041
2.3 软件系统组成 043
2.3.1 概述 043
2.3.2 工作流程 043
2.3.3 Alien RFID Java中间件 045
2.3.4 阅读器使用完整示例 051
2.4 小结 053
第3章 RFID的无线通信原理 056
3.1 射频频谱与电磁信号传输 058
3.2 信号的电压与能量 059
3.3 阅读器信号的调制与复用 061
3.4 反向散射机制与标签编码 063
3.5 链路预算 066
3.5.1 阅读器传输能量 067
3.5.2 路径损耗 068
3.5.3 标签激活能量 069
3.6 天线增益与极化对传输范围的影响 071
3.6.1 天线增益的影响 071
3.6.2 线性极化与圆极化 078
3.7 真实环境下的信号传输 079
3.8 小结 083
第4章 RFID的标签识别协议 089
4.1 基于ALOHA的防冲突算法 090
4.1.1 纯ALOHA算法 090
4.1.2 时隙ALOHA算法 090
4.1.3 基于帧的时隙ALOHA算法 091
4.2 基于二进制树的防冲突算法 094
4.2.1 基于随机二进制树的防冲突算法 094
4.2.2 基于查询二进制树的防冲突算法 097
4.3 防冲突算法的性能分析 099
4.4 小结 100
第 3 篇 协 议
第5章 超高频RFID协议标准 102
5.1 EPCglobal Class 0 102
5.2 EPCglobal Class 1 Generation 1 104
5.3 EPCglobal Class 1 Generation 2 105
5.3.1 物理层的通信机制 105
5.3.2 标签的状态机 106
5.3.3 读取标签 110
5.3.4 选择指定的标签 115
5.3.5 性能的权衡 117
5.4 小结 120
第6章 系统设计的关键因素 125
6.1 应用系统配置 125
6.1.1 应用系统硬件配置 125
6.1.2 应用系统软件配置 126
6.1.3 应用系统其他配置 127
6.1.4 实际应用系统设计要点举例 127
6.2 频带选择 131
6.3 能量与通信范围 133
6.4 链路的能量预算限制 134
6.4.1 前向链路能量预算 135
6.4.2 反向链路能量预算 135
6.5 冲突避免 138
6.5.1 单阅读器多标签间冲突 139
6.5.2 阅读器与标签间冲突 139
6.5.3 阅读器间冲突 140
6.6 标签读取的可靠性 141
6.7 标签漏读率 142
6.7.1 系统中的标签漏读现象 142
6.7.2 多标签冗余方案 143
6.7.3 多阅读器/天线冗余方案 144
6.8 移动中的标签读取 145
6.8.1 移动速度 145
6.8.2 信号传输功率 146
6.9 小结 147
第 4 篇 系 统 设 计
第7章 实际环境下系统性能的测试与分析 149
7.1 实际系统中的标签识别算法 149
7.2 发射功率对系统性能的影响 151
7.3 天线辐射角度对系统性能的影响 153
7.3.1 标签位置不变，改变天线角度 153
7.3.2 天线位置不变，改变标签角度 154
7.4 距离对系统性能的影响 155
7.5 标签部署密度对系统性能的影响 156
7.6 调整设备位置对系统性能的影响 156
7.7 影响标签识别时间的因素 157
7.8 问题与启发 158
7.8.1 实际系统与理论模型的差异 158
7.8.2 实际系统中的方针策略 159
7.9 小结 159
第8章 RFID标签识别机制研究 163
8.1 基于ALOHA的防冲突算法研究拓展 164
8.1.1 动态调整帧长 164
8.1.2 计算最优帧长 166
8.2 基于二进制树的防冲突算法研究拓展 169
8.3 复杂环境下的标签识别问题 171
8.3.1 阅读器移动时的识别机制 171
8.3.2 标签移动时的识别机制 172
8.3.3 多阅读器场景下的识别机制 173
8.4 小结 175
第9章 RFID标签轮询机制研究 177
9.1 基本的轮询机制 177
9.2 基于时隙ALOHA协议的轮询机制 178
9.3 轮询机制的应用研究 179
9.3.1 大规模标签中查找丢失的标签 179
9.3.2 实时收集主动标签的信息 182
9.3.3 大规模场景下搜索指定标签集合 185
9.3.4 基于轮询机制实现批处理认证 187
9.4 小结 188
第 5 篇 研 究 进 展
第10章 RFID的标签数目估算机制研究 190
10.1 标签数目估算的概率模型 190
10.1.1 基于二项分布的概率模型估算方法 190
10.1.2 基于几何分布的概率模型估算方法 194
10.2 标签数目估算机制的应用研究 195
10.2.1 快速查找热门标签 195
10.2.2 流量追踪 197
10.3 小结 198
第11章 基于RFID的定位机制研究 200
11.1 RFID定位技术的背景现状及趋势 200
11.2 RFID定位原理 201
11.2.1 室内无线电传播概述 201
11.2.2 RFID定位原理分类 202
11.3 当前RFID定位技术的分类详解 202
11.3.1 TOA/TDOA定位技术 202
11.3.2 AOA定位技术 205
11.3.3 基于参考标签的定位 206
11.3.4 基于空间指纹的定位 208
11.3.5 基于经验建模的定位 209
11.4 小结 211
第12章 基于RFID的移动行为识别研究 214
12.1 移动行为识别概述 214
12.2 传统的移动行为识别机制 215
12.3 基于RFID的移动行为识别 215
12.3.1 原理及挑战性问题 215
12.3.2 原理介绍与案例分析 217
12.4 小结 220
第13章 RFID的安全机制研究 222
13.1 RFID的安全现状 223
13.2 RFID的安全及隐私问题 224
13.2.1 RFID的安全问题 224
13.2.2 RFID的隐私问题 226
13.3 RFID的安全机制研究 226
13.3.1 基于物理方法的安全机制 226
13.3.2 基于对称密钥的安全机制 228
13.3.3 基于哈希函数的安全机制 230
13.3.4 主要安全机制的性能比较 233
13.3.5 其他安全机制 234
13.4 小结 236
第14章 RFID与传感网的集成研究 239
14.1 传感网简介 239
14.2 集成RFID和传感器技术的优势 241
14.3 集成RFID和传感网技术所需的条件 242
14.4 可行的集成架构 243
14.4.1 标签和传感器节点的集成架构 244
14.4.2 标签和无线传感器节点的集成架构 245
14.4.3 阅读器和无线传感器节点的集成架构 246
14.4.4 混合集成架构 247
14.5 小结 248
第15章 RFID的应用模式 253
15.1 RFID的技术特点及优势 253
15.2 RFID的应用模式 256
15.2.1 标签识别 256
15.2.2 信息检索与集成 261
15.2.3 目标定位与追踪 263
15.2.4 基于RFID的移动行为感知研究 265
15.2.5 NFC技术 267
15.3 小结 274
第16章 对RFID的新型应用模式进行研究与探索 278
16.1 以低成本方式提升现有应用模式 278
16.2 深度挖掘，探索创新的应用模式 285
16.3 小结 288
