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面向物联网的RFID技术研究

张航

  “物联网”(Internet of Things)是信息技术进入新世纪以来一次重要的突破,被誉为继个人电脑和互联网技术之后,信息产业的第三个浪潮。自从1999年首次被提出以来,物联网的相关理论研究得到快速发展。RFID是一种较为成熟的无线数据采集技术,其应用十分广泛,特别是在物流、货物收发、仓储,以及制造行业供应链管理等领域,RFID技术具有广阔的应用前景。然而,对于在物联网背景下的数据采集,RFID技术面临着诸多问题,如大量标签的防碰撞问题、安全与隐私问题、能耗问题等,这些挑战无疑从技术上制约了物联网快速发展的步伐。 本文在分析物联网的体系结构和技术特点的基础上,深入研究了物联网的关键技术,并以物联网的感知层为切入点,重点探讨了在物联网背景下的RFID技术,分别提出了一种新的防碰撞算法和一种新的安全认证算法,并通过搭建实验平台证明新算法切实可行。 首先,本文分析了物联网的基本概念、背景意义和体系结构,针对现有的模糊的物联网体系结构分类,从产业化的角度阐述物联网的三层模型结构(感知层、网络层、应用层)和其主要的关键技术,如RFID、Zigbee、LTE、云计算等。 其次,通过深入研究分析传统服装产业的特点,根据其发展要求,设计了一个应用于服装产业的物联网模型,并对其关键技术(RFID)在物联网环境下所面临的问题做了简要分析。 然后,探讨了在物联网环境中RFID技术的防碰撞问题。通过研究分析表明,现有的基于修剪枝的二进制树型防碰撞算法和类二进制防碰撞算法已经无法满足大规模标签和海量数据处理的应用需求。针对这种挑战,本文提出了一种新的适用于物联网的RFID返回式二进制防碰撞算法。仿真实验结果表明,本文所提出的改进算法在时间效率方面和搜索次数方面都有很大的提高,特别是在标签数量增加时性能优化更加明显,适用于物联网应用背景下大量标签的识别。 接着,探讨了在物联网环境中RFID技术面临的另一个挑战—隐私与安全问题。分析比较了几种典型的RFID安全认证协议,如Hash-Lock协议、Hash链协议、随机化Hash-Lock协议、分布式问询-应答协议、基于杂凑的ID变化协议、T2MAP协议等,这些协议有的安全性无法满足需求,有的复杂度较高,无法满足物联网环境下的应用要求。基于这些问题,本文提出了一种新的适用于物联网的RFID轻量级安全认证协议。通过定理证明,新协议在保持标签低成本的基础上,可抵抗包括重传、跟踪、阻断和篡改、内部攻击在内的多种攻击手段,并引入密钥更新机制,具有较高的安全性和实用性。 最后,本文采用单片机搭建RFID软硬件平台,并在上位机上编程实现提出的防碰撞算法和安全认证协议,通过实例验证了新算法和新协议的可行性。 本文主要研究了物联网及其环境下的RFID技术,本文的研究对物联网的关键技术做了有益的探索,对物联网的发展具有一定的参考价值。……   
[关键词]:物联网;RFID;防碰撞;安全与隐私
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:东华大学2011年