【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ................................. 49 數(shù)據(jù)的編解碼與格式編排 ............................................................................................................... 49 III 數(shù)據(jù)的編解碼 ............................................................................................................................ 49 數(shù)據(jù)的格式編排 ........................................................................................................................ 52 串口通信程序設(shè)計(jì) ........................................................................................................................... 54 讀寫器程序流程 ............................................................................................................................... 56 防碰撞算法分析 ............................................................................................................................... 57 本章小結(jié) ............................................................................................................................................ 58 第 8 章 全文總結(jié)與展望 ........................................................................................................................... 59 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................................................... 60 致謝 ............................................................................................................................................................... 62 畢業(yè)設(shè)計(jì)小結(jié) .............................................................................................................................................. 63 附錄 一 ........................................................................................................................................................... 66 附錄二 ........................................................................................................................................................... 68 中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第 1章 緒論 課題的研究背景 隨著現(xiàn)代信息技術(shù)和超大規(guī)模集成電路的發(fā)展， RFID 技術(shù)在服務(wù)領(lǐng)域、貨物銷售與后勤分配、商業(yè)部門、生產(chǎn)企業(yè)和材料流通領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。 物聯(lián)網(wǎng) 技術(shù)簡(jiǎn)介 物聯(lián)網(wǎng)是在計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用射頻識(shí)別、無(wú)線數(shù)據(jù)通信、計(jì)算機(jī)等技術(shù)，構(gòu)造一個(gè)覆蓋世界上萬(wàn)事萬(wàn)物的實(shí)物互聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)每個(gè)產(chǎn)品都有一個(gè)唯一的產(chǎn)品 電子 碼 ，叫做 EPC, 通常 EPC 碼被存入硅芯片做成的電子標(biāo)簽內(nèi)，附在被標(biāo)識(shí)產(chǎn)品上，被高層的信息處理軟件識(shí)別、傳遞、查詢，進(jìn)而在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上形成專為供應(yīng)鏈企業(yè)服務(wù)的各種信息服務(wù)，就是物聯(lián)網(wǎng)。 作為條形碼的無(wú)線版本， RFID 技術(shù)具有條形碼所不具備很多優(yōu)點(diǎn)。特別是電子標(biāo)簽與產(chǎn)品電子編碼 EPC、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合，孕育出被稱為下一代互聯(lián)網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)。 物聯(lián)網(wǎng)與其說(shuō)是網(wǎng)絡(luò)，不如說(shuō)是應(yīng)用。對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的定義、內(nèi)涵及特征的梳理讓我們認(rèn)識(shí)到，物聯(lián)網(wǎng)是一整套立體的、豐富的、適應(yīng)性很強(qiáng)的概念體系。在推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的時(shí)候，需要依據(jù)不同時(shí)期不同的出發(fā)點(diǎn)， 規(guī)劃一條既符合科技創(chuàng)新規(guī)律，又適應(yīng)我國(guó)工業(yè)、信息通信業(yè) 等 當(dāng)前發(fā)展水平和一個(gè)時(shí)期的發(fā)展?jié)摿?，并有利于在激烈的?guó)際競(jìng)爭(zhēng)中快速建立起競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的發(fā)展道路，以 便 更好地滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的總體需求。 RFID 物聯(lián)網(wǎng)一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù) RFID 技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基礎(chǔ)， RFID 產(chǎn)品大量應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)之中，越演越烈的物聯(lián)網(wǎng)及其推廣，是建立在 EFID 技術(shù)的大量應(yīng)用與 RFID 產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展的基礎(chǔ)之上。 物聯(lián)網(wǎng)要實(shí)現(xiàn)物與物之間的感知、識(shí)別、通信等功能需要有大量先進(jìn)技術(shù)的支持。目前物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵性的技術(shù)包括：感知事物的 傳感器 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，聯(lián)系事物的組網(wǎng)和互聯(lián) 網(wǎng) 技術(shù)，判別事物位置的全球定位系統(tǒng)，思考事物的智能技術(shù)，認(rèn)識(shí)事物的射頻識(shí)別技術(shù) RFID 以及提高事物性能的新材料技術(shù)。 射頻識(shí)別是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別過(guò)程無(wú)須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。 RFID 技術(shù)可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，操作快捷方便。 RFID 技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)、通訊等技術(shù)相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)物品跟蹤與信息共享。 通信行業(yè)，在 “ 2020 年中國(guó)國(guó)際信息通信展覽會(huì) ” 上，中國(guó)移動(dòng)展出了手機(jī)支付，這就是典型的物聯(lián)網(wǎng)概念應(yīng)用。手機(jī)支付實(shí)際上主要是手機(jī) SIM 卡的更換，由普通 SIM 卡更換為 RFID SIM 卡，而不需要對(duì)手機(jī)進(jìn)行更換。 隨著物聯(lián)網(wǎng)的推廣，作為其基礎(chǔ)的 RFID產(chǎn)業(yè)也將迎來(lái)新一輪的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。就目前的產(chǎn)業(yè)形勢(shì)來(lái)看， RFID 的相關(guān)市場(chǎng)將進(jìn)一步擴(kuò)大，其需求也將更加廣泛，越來(lái)越多的傳統(tǒng)行業(yè)將對(duì) RFID 產(chǎn)品產(chǎn)生需求，如傳統(tǒng)的物流、食品、印刷、服裝等行業(yè)，將是 RFID 產(chǎn)品的潛在用戶群。這些傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)目前還在使用的標(biāo)簽多為紙質(zhì)標(biāo)簽，以條碼來(lái)標(biāo)注產(chǎn)品，而 RFID 技術(shù)的發(fā)展，給 它 們提供了新的選擇，那就是 RFID 標(biāo)簽。 多協(xié)議 多協(xié)議標(biāo)簽交換（ MPLS）是一種用于快 速 數(shù)據(jù)包交換 和 路由 的體系，它 為 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù) 流量提供了目標(biāo)、路由、轉(zhuǎn)發(fā)和交換等 功能 。特殊的是，它具有管理各種 不同形式通信流的機(jī)制。 MPLS 獨(dú)立于第二和第三層協(xié)議，諸如 ATM 和 IP。它提供了一種方式，將 IP 地址映射 為簡(jiǎn)單的具有固定長(zhǎng)度的標(biāo)簽，用于不同的包轉(zhuǎn)發(fā)和 包交換技術(shù) 。它是現(xiàn)有路由和交換協(xié)議的接口，如 IP、 ATM、 幀中繼 、 資源預(yù)留協(xié)議 （ RSVP）、 開放最短路徑優(yōu)先（ OSPF）等等。 在 MPLS 中，數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生在標(biāo)簽交換路徑（ LSP）上。 LSP 是每一個(gè)沿著從源端到 終端 的路徑上的結(jié)點(diǎn)的標(biāo)簽序列?，F(xiàn)今使用著一些標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議，如標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議（ LDP）、 RSVP 或者建于 路由協(xié)議 之上的一些協(xié)議，如 邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議 （ BGP）及 OSPF。因?yàn)楣潭ㄩL(zhǎng)度標(biāo)簽被插入每一個(gè)包或信元的開始處，并且可被硬件用來(lái)在兩個(gè)鏈接間快速交換包，所以使數(shù)據(jù)的快速交換成為可能。 MPLS 主要設(shè)計(jì)來(lái)解決網(wǎng)路問(wèn)題，如網(wǎng)路速度、可擴(kuò)展性、服務(wù)質(zhì)量（ QoS）管理以及流量工程，同時(shí)也為下一代 IP 中樞網(wǎng)絡(luò)解決寬帶管理及服務(wù)請(qǐng)求等問(wèn)題。 在這部分，我們主要關(guān)注通用 MPLS 框架。有關(guān) LDP、 CRLDP 和RSVPTE 的具體內(nèi)容可以參考個(gè)別文件。 多協(xié)議標(biāo)簽交換 MPLS 最初是為了提高轉(zhuǎn)發(fā)速度而提出的。與傳統(tǒng) IP路由方式相比，它在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，只在 網(wǎng)絡(luò)邊緣 分析 IP 報(bào)文 頭，而不用在中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 每一跳都分析 IP 報(bào)文頭，從而節(jié)約了處理時(shí)間。 MPLS 起源于 IPv4（ Inter Protocol version 4） ，其核心技術(shù)可 擴(kuò)展到多種 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 ，包括 IPX（ Inter Packet Exchange）、 Appletalk、 DEC、CLNP（ Connectionless Network Protocol） 等。 “ MPLS” 中的 “ Multiprotocol”指的就是支持多種 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 。 采用的解決方案和意義 射頻識(shí)別（ RFID）技術(shù)是一種通過(guò)無(wú)線電訊號(hào)來(lái)識(shí)別并讀寫特定目標(biāo)中信息的通信技術(shù) [1]。 RFID 識(shí)別過(guò)程無(wú)需通信雙方的直接接觸，能工作在多種惡劣環(huán)境中，而且該技術(shù)能夠識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，操作方便快捷。電子標(biāo)簽存儲(chǔ)量大，存儲(chǔ)目標(biāo)信息全面。目前 RFID 系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于物流、零售、 醫(yī)療、身份識(shí)別、軍事等方面。 RFID 技術(shù)與目前廣泛使用的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)如條碼、磁卡、 IC 卡等相比，它有著很多突出的優(yōu)點(diǎn)。 RFID 技術(shù)是無(wú)線通訊技術(shù)，標(biāo)簽和讀寫器之間實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸通信，支持長(zhǎng)距離識(shí)別；由于該技術(shù)避免了接觸，無(wú)機(jī)械磨損，所以工作壽命長(zhǎng)，不受油漬、灰塵污染等各種惡劣工作環(huán)境的限制； RFID 讀寫器可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)的物體，其內(nèi)部防沖突算法的使用使得讀寫器可以同時(shí)識(shí)別多個(gè)電子標(biāo)簽；讀寫器具有不直接對(duì)最終用戶開放的物理接口，保證其自身的安全性；電子標(biāo)簽的密碼保護(hù)及加密算法的引入保證了通信的安全性；電子標(biāo)簽存儲(chǔ)量大，所含信息全面，應(yīng)用領(lǐng)域廣。 正是由于 RFID 技術(shù)的這些獨(dú)特優(yōu)勢(shì)， RFID 技術(shù)自 20 世紀(jì) 90 年代開始興起以來(lái)，就得到了廣泛關(guān)注。它逐漸 地 被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、商業(yè)自動(dòng)化和交通運(yùn)輸控制管理等領(lǐng)域 [2]?，F(xiàn)在越來(lái)越多的國(guó)家和企業(yè)在該技術(shù)的研究和應(yīng)用上投入了大量財(cái)力和物力，來(lái)推動(dòng) RFID 技術(shù)的發(fā)展 。 但是，在 RFID 標(biāo)簽的推廣應(yīng)用中，這些潛在的用戶群將對(duì) RFID 標(biāo)簽提出新的要求 ： 一是 RFID 相關(guān)產(chǎn)品應(yīng)用環(huán)境的復(fù)雜化，我們需要可靠性與穩(wěn)定性，同時(shí)還需要能高速讀取標(biāo)簽產(chǎn)品 ； 二是標(biāo)簽產(chǎn)品的低廉化要求，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中如果采用 RFID 標(biāo)簽，其需求量將是驚人的，而目前 RFID 標(biāo)簽的成本還不能如此廣泛的應(yīng)用。 目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上 ， RFID 的標(biāo)簽生產(chǎn)設(shè)備主要來(lái)自進(jìn)口，尤其以 900M 以上的標(biāo)簽來(lái)說(shuō)，幾乎完全靠進(jìn)口。德國(guó)、韓國(guó)、臺(tái)灣等國(guó)家地區(qū)的產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)的標(biāo)簽生產(chǎn)設(shè)備中占據(jù)了主流市場(chǎng)，幾乎 90%的設(shè)備均來(lái)自進(jìn)口，幾乎所有的標(biāo)簽 生產(chǎn)商均將國(guó)外引進(jìn)的設(shè)備作為其產(chǎn)品的招牌與質(zhì)量保證，這一形勢(shì)對(duì)于一個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展來(lái)說(shuō)是相當(dāng)不利的。同時(shí)，作為 RFID 標(biāo)簽的核心，其內(nèi)部的芯片目前在中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 國(guó)內(nèi)能夠有能力生產(chǎn)的企業(yè)也是寥寥可數(shù)，其生產(chǎn)規(guī)模尚不能滿足日益擴(kuò)大的市場(chǎng)需求。 要解決標(biāo)簽的成本問(wèn)題，我們主要能從兩個(gè)方面努力：一是自主開發(fā) RFID標(biāo)簽芯片，降低核心芯片的成本。二是自主研發(fā)標(biāo)簽生產(chǎn)設(shè)備，降低標(biāo)簽生產(chǎn)的成本。 從標(biāo)簽的成本問(wèn)題考慮，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)及現(xiàn)狀 RFID 技術(shù)最早出現(xiàn)在第二次世界大戰(zhàn)期間，被美軍運(yùn)用到戰(zhàn)爭(zhēng)中識(shí)別自己和盟軍的飛機(jī)。 那時(shí)德國(guó)，日本、美國(guó)和英國(guó)都在采用一項(xiàng)于 1922 年發(fā)明的新技術(shù) —— 雷達(dá)，用以預(yù)警正在接近的飛行目標(biāo)。雷達(dá)的致命弱點(diǎn)是無(wú)法分辨敵我雙方的飛機(jī)。德國(guó)人發(fā)現(xiàn)當(dāng)他們?cè)诜祷鼗氐臅r(shí)候如果拉起飛機(jī)將會(huì)改變雷達(dá)反射回的信號(hào)形狀，從而與敵軍進(jìn)攻的飛機(jī)加以區(qū)別。這種簡(jiǎn)單拙劣的方 法 可被認(rèn)為是最早的被動(dòng)式 RFID 系統(tǒng)。與此同時(shí)，英國(guó)展開了一項(xiàng)秘密項(xiàng)目，開發(fā)出能夠識(shí)別敵我雙方飛機(jī)的敵我識(shí)別器 (IFF)。敵我識(shí)別器被安裝在英國(guó)飛機(jī)上，當(dāng)接收到雷達(dá)信號(hào)以后，敵我 識(shí)別器會(huì)主動(dòng)廣播某個(gè)特定信號(hào)返回給雷達(dá)從而區(qū)分?jǐn)澄译p方的飛機(jī)。這種方法可以被看作是最早的主動(dòng) RFID 系統(tǒng)，之后也成為現(xiàn)代空中交通管制的重要工具。 IFF 技術(shù)可以看作是 RFID 技術(shù)的萌芽，其系統(tǒng)組件昂貴而龐大，只能優(yōu)先應(yīng)用在軍事和實(shí)驗(yàn)室等領(lǐng)域。 自 19 世紀(jì) 4