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本书针对构建物联网的基础技术——射频识别技术在移动场景应用中面临的识别效率和能耗问题，通过理论建模、优化求解和仿真验证提出了相应的解决方案。本书主要研究了高精度标签数量估计算法的复杂度降低问题、标签识别算法的能耗问题、多读写器环境下的功率控制问题，以及无线充电标签的协议优化问题，为解决RFID自身产业化和RFID与无线传感网络融合中的若干关键问题提供了参考和借鉴。

目 录

第1章 绪论1

1.1 射频识别技术发展概述3

1.1.1 射频识别技术的基本原理和特点3

1.1.2 射频识别技术的发展3

1.1.3 射频识别技术面临的挑战6

1.2 射频识别技术标准体系7

1.3 射频识别技术研究现状9

1.4 本书的研究内容和组织结构11

1.5 本书的主要贡献和创新点13

第2章 低复杂度标签数量估计算法研究15

2.1 引言17

2.2 标签数量估计算法研究现状18

2.3 低复杂度标签数量估计算法20

2.3.1 逐帧估计的标签数量估计算法21

2.3.2 逐时隙估计的标签数量估计算法30

2.4 小结40

第3章 标签识别算法能量有效性研究41

3.1 引言43

3.2 树分解算法原理44

3.3 标签识别算法能量有效性分析46

3.3.1 能量消耗模型47

3.3.2 标签数量为2的情况49

3.3.3 标签数量为3的情况60

3.3.4 二进制树算法的能量有效性和时间有效性71

3.3.5 M树分解算法的能量有效性和时间有效性77

3.4 仿真结果与分析80

3.5 小结89

第4章 无线充电标签MAC层协议优化研究91

4.1 引言93

4.2 无线充电标签的FSA协议96

4.2.1 无线充电标签能量损耗模型96

4.2.2 FSA协议的吞吐率97

4.2.3 无线充电标签FSA协议的吞吐率99

4.3 无线充电标签的能量利用策略106

4.3.1 无线充电标签FSA协议分析106

4.3.2 无线充电标签协议优化109

4.4 小结121

第5章 RFID多读写器自适应功率分配算法123

5.1 引言125

5.2 多读写器应用系统模型125

5.3 误包率与信噪比估计127

5.3.1 误包率估计127

5.3.2 信噪比计算130

5.4 功率分配算法131

5.4.1 问题建模131

5.4.2 问题求解132

5.5 仿真结果141

5.6 小结145

第6章 总结与展望147

6.1 本书的主要研究工作和研究成果149

6.2 进一步的工作展望150

参考文献153

王帅，1974年2月出生，博士，副教授，硕士生导师。主要研究方向为工业自动化、RFID应用以及无线通信技术。作为主要研发人员参与863国家计划1项，973国家计划项目子课题1项"，以及重大专项项目子课题１项，主持河南省高等教育重点科研项目1项，横向项目1项，在国内外期刊和重要学术会议上发表论文10余篇。

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前言

前言

射频识别（RFID）技术是构建物联网大厦的基础。在大规模集成电路技术不断革新、材料工艺水平持续提高和相关标准日趋成熟的有利环境下，RFID技术和应用得到了突飞猛进的发展。随着RFID应用领域的不断扩大，RFID系统设计正在或即将面临更为复杂的应用环境和更为苛刻的约束条件，大量实际应用中涌现的问题有待研究者探索和解决。

本书主要从标签数量估计算法、标签识别算法时间和能量有效性、无线充电标签MAC层协议优化、多读写器自适应功率分配算法4个方面进行了理论研究和实验仿真，获得了以下几个方面的独创性成果。

（1）对高精度、低复杂度标签数量估计算法进行了研究，基于线性贝叶斯理论，建立了标签数量估计问题的线性模型，在保持统计预测方法高精度优点的同时，通过线性拟合大大降低了算法的复杂度。经验证，该算法在估计精度上与目前已有的高精度算法差别很小，而计算复杂度则大幅下降。该算法能很好地满足移动应用或嵌入式应用条件下的读写器对计算复杂度降低的需求。

（2）对RFID与无线传感网融合后的能耗问题进行了较深入的研究，建立了以时间有效性和能量有效性为度量的树分解算法综合性能评估模型，导出了时间有效性和能量有效性的解析表达式。通过数值求解和仿真分析得出以下结论：存在某个发射功率范围，在该范围内能量有效性和时间有效性都能接近状态。这个结论有助于在RFID系统设计和网络规划时合理选择参数，使系统的能量和时间效率化。

（3）研究了无线充电标签MAC层协议的优化策略，基于FSA算法分析了在可用能量动态变化条件下不同的能量策略对吞吐率和能量有效性的影响，证明了能量波动条件下可实现的吞吐率的上界，运用马尔科夫模型和动态规划方法推导了能量优化利用策略。仿真验证表明，采用本书提出的优化策略可以有效抑制因可用能量变化带来的吞吐率波动现象。

（4）针对多读写器环境中的干扰问题，结合问题的特点提出了自适应权重功率分配算法。该算法对低于标称信噪比的读写器自动增加权重因子，引导读写器通过调整功率使自身的信噪比水平尽量接近标称值，满足RFID系统在应用中的实际需求。本书提出的分布式实现方法进一步提高了该算法的实用性。仿真结果表明，该算法在公平性和收敛性方面均表现出良好的性能。

本书以国家973计划项目“物联网的基础理论与实践研究”为依托，重点研究构建物联网的关键技术——RFID系统的资源管理和协议优化。该项目是我国物联网领域的个国家973计划项目，其以物联网应用特征和发展中面临的需求为背景，深入研究基于物联网的网络自治、智能决策和安全运维机理，提出一系列旨在解决复杂网络自治、异构网络融合和软件安全建模等方面问题的基础理论和相关应用技术。本书针对高精度标签数量估计算法的复杂度降低问题、标签识别算法的能耗问题、多读写器环境下的功率控制问题及无线充电标签的协议优化问题做了一系列有益的探索研究，可供RFID系统设计与应用相关专业部门和人员参考。