当今时代,新一轮工业革命在全球同时发生,德国“工业4.0”、日本“社会5.0”、美国“工业互联网”和“中国制造2025”等一系列国家战略的提出和实施,对下一代制造业的发展方向进行了探讨,紧紧地围绕着物联网技术,讨论如何将设备、工厂和基础设施通过互联网连接起来。物联网被誉为继计算机和互联网之后信息产业的第三次浪潮,按照约定的协议将任意物品连接入互联网,并进行通信与信息交换,实现智能识别、定位、监控和管理等功能。以物联网为典型代表的信息通讯技术,正在以前所未有的速度迅猛发展,极大地影响着世界经济格局。射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)是物联网感知层的关键技术之一,利用嵌入在物体内(或者贴于物体表面)的RFID标签将识别信息传输给阅读器,进而通过开放性的互联网实现了信息交互与共享,以及物理对象与互联网的连接,完成对任何附有RFID标签的物理对象的自动识别、跟踪、监控和“透明”管理。目前,RFID技术已被广泛应用于物流、防伪、零售、供应链管理等领域,为物联网的发展做出了巨大的贡献。在RFID系统中,阅读器通过一个共享通信信道识别RFID标签,然而标签与标签之间不能互相交换信息,标签自身无法感知其他标签的存在。当多个标签同时响应阅读器的查询时将发生碰撞,导致信息丢失,增加识别延迟,降低RFID系统效率和可靠性。如何有效识别标签避免碰撞,是RFID系统的研究重点和实现基础。针对面向物联网的RFID系统标签识别问题,本文以提高系统识别效率为目标,围绕一般应用环境和特定应用环境下的多标签识别,分别做出以下几方面的贡献:(1)根据标签ID的标识唯一性、二进制编码特征和异或运算的特点,设计位仲裁策略,定义了基于特征值的分组方法和碰撞位推断方法,采用三位仲裁的方式代替传统基于查询树算法的一位仲裁,将八种数据组合均匀地分成具有不同特征的两个组。针对静态的RFID系统应用环境,以位仲裁策略为基础,提出一种基于分组的位仲裁查询树算法,解决经典树算法系统识别效率低的瓶颈问题。如果响应标签从属于两个不同的组,那么阅读器将分时查询各组标签,利用碰撞位推断方法确定传输数据的组合,减少了空闲时隙数。对所提算法在总查询次数、识别效率、通信复杂度和平均传输时延四个方面进行理论分析与实验仿真,结果表明所提算法的性能优于对比算法,系统识别效率提升至0.54。(2)为减少基于分组的位仲裁查询树算法识别过程中的碰撞时隙,提出一种位仲裁防碰撞算法,根据传输数据的碰撞位数量,深入分析可能发生的标签碰撞情况,合理地推断传输数据的组合。如果有1个碰撞位,阅读器可通过一次查询直接推断两种传输数据;如果有2个碰撞位,那么直接推断两种或四种传输数据,由此减少阅读器搜索标签次数。实验结果表明,所提算法减少了阅读器识别标签所需的总查询次数,降低了系统的能量消耗,提高了识别效率。在总查询次数和识别效率方面,理论分析结果与实验仿真基本吻合。且所提算法性能稳定,识别效率不受标签ID长度的影响,仅与标签数量有关。(3)为解决新来标签加入RFID系统的识别问题,设计一种新型未知标签识别算法,节约了传统标签识别算法重新搜集已知标签所耗费的时间。算法主要分为两个阶段:预处理阶段和识别阶段。在预处理阶段,利用构造的指示向量表示预计碰撞时隙和非碰撞时隙,匹配预计非碰撞时隙的标签为活跃状态,其中选择预计空闲时隙的未知标签被识别或标记,选择预计可读时隙的已知标签失活。在识别阶段,采用经典的增强型动态帧时隙Aloha算法识别被标记的未知标签。理论分析设置了最优帧长和最小轮询次数,减少了识别未知标签的执行时间。并从帧长、总执行时间和识别精度三个方面对所提算法进行了仿真,实验结果表明,所提算法在时间效率方面显著优于对比算法。当识别精度为99%,已知标签数和未知标签数分别为10000时,所提算法识别未知标签平均耗时仅需6.5ms。(4)针对未知标签密度较低的大规模RFID系统应用环境,提出一种低密度未知标签识别算法,高效地识别系统内全部的未知标签。所提算法构造了两个指示向量准确地表示时隙的预计状态是空闲、可读或碰撞,并利用时隙状态的变化有效区分已知标签和未知标签,通过在标记阶段中对已知标签的失活和未知标签的标记,降低了标签碰撞的概率,减少了对未知标签识别进程的干扰。理论分析综合考虑三个系统参数:最优帧长、最小轮询次数和最佳执行时间。当系统存在10000个已知标签和100个未知标签时,低密度未知标签识别算法所需的执行时间比新型未知标签算法提高了40.7%。仿真结果表明,所提算法在大规模RFID系统稀疏未知标签环境下能快速地识别未知标签。本文提出了四种面向物联网的标签识别算法,提升了系统效率,实现了对标签信息的快速读取,为后续的标签识别算法研究与应用提供了有意义的研究成果和有价值的参考。