• 农业物联网RF技术

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农业物联网RF技术

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作者张国锋 等

出版社机械工业出版社

ISBN9787111718758

出版时间2023-01

装帧平装

开本16开

定价49元

货号29508322

上书时间2024-12-18

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商品描述
前言
物联网是新一代信息技术的重要组成部分,已经应用在工业、农业、环境、交通、物流、安保等基础设施领域,有效地推动了行业的智能化发展,使得有限的资源得到了更加合理的使用分配,从而提高了行业效率、效益。2021年7月,中国互联网协会发布了《中国互联网发展报告(2021)》,物联网市场规模达1.7万亿元,可见其市场潜力巨大。射频识别技术(Radio Frequency Identification,RFID)作为物联网技术的关键技术之一,已经在畜牧养殖行业中得到广泛研究及应用,但如何控制成本、保证安全性、实现高通量识别技术仍是制约其高质量发展的关键问题。
本书的主要内容是研究智慧畜牧RFID高效安全技术,包括植入式RFID芯片设计技术、高通量RFID防碰撞算法、轻量级安全认证协议、畜牧养殖RFID编码及应用等,全书共分为9章。
第1章农业物联网与智慧畜牧:主要阐述本书的研究背景及意义,论述我国畜牧业现状及智慧化发展趋势,从破解产业发展瓶颈、规范畜牧行业健康发展、解决智慧畜牧核心技术“卡脖子”隐忧、打造智慧畜牧云平台和安全可信的智慧畜牧区块链平台五个方面,对我国自主安全可信智慧畜牧发展进行展望。
第2章智慧畜牧RFID技术:对智慧畜牧RFID技术、基于RFID的智慧畜牧系统、无源植入式RFID芯片进行分析研究,重点对可注射式应答器、RFID集成温度传感器、RFID安全认证协议、RFID防碰撞算法的研究现状进行了综述分析。
第3章无源植入式RFID芯片架构及数字基带:对无源植入式芯片架构及数字基带进行设计研究,重点对与集成温度传感器相关的数字基带功能与接口、芯片应用编码及温度读取方案、安全认证协议、防碰撞算法进行研究,以实现“一畜一码”的芯片应用为目标,对芯片应用编码方案进行研究设计。
第4章超轻量级RFID双向安全认证协议:主要针对UHF RFID技术在农业物联网系统中兼顾成本与安全的认证协议进行研究,重点研究并提出了一种适用于无源植入式芯片的超轻量级RFID双向安全认证协议,并讨论分析了超轻量级计算、协议模型、安全性、抗攻击性等。同时,从通信成本、存储成本和计算成本三个方面,与相关同类协议进行了对比分析。
第5章面向静态场景的RFID高效防碰撞算法:以无源植入式芯片在静态场景下的快速识别为研究对象,分析研究了静态防碰撞算法模型、低计算成本芯片数量估计模型、动态自适应帧长调整策略,设计提出了一种基于子帧和效率优先的防碰撞算法,并采用MATLAB软件进行了仿真验证。
第6章面向动态场景的RFID高效防碰撞算法:以无源植入式芯片在动态场景下的快速识别为研究对象,对动态场景下的芯片数量估计模型、到达率模型、系统效率模型进行研究,基于DFSA算法优化设计了帧结构、识别过程、指令结构及帧长划分策略,设计提出了一种适用于动态场景的高效防碰撞算法,并采用MATLAB软件进行了仿真验证。
第7章RFID防碰撞算法RTL级仿真验证:对设计的芯片应用编码及温度读取方案、安全认证协议、防碰撞算法采用硬件描述语言Verilog HDL进行行为级建模,并用ModelSim仿真软件进行了仿真验证,验证了算法在数字集成电路RTL级的正确性。
第8章基于无源植入式RFID芯片的智慧畜牧典型案例:将无源植入式RFID芯片应用于猪只体温及饮水行为监测,建立了智慧猪舍监控系统。同时,设计了系统的实验方案,对实验结果进行了详细介绍。
第9章结论与展望:对本书取得的研究成果与创新点进行了总结,并展望了未来研究问题及方向。
张国锋编写了本书的第3~8章,陈晓编写了本书的第1、2章,冯斌编写了本书的第9章,陈晓与冯斌对本书内容进行了全面整理和校对。本书内容主要是作者近年来在国内外同行理论研究的基础上获得的一些新的研究进展,可作为物联网及相关领域研究生及学者的参考用书。本书的出版列为“泰山学院学术著作出版基金资助”项目,同时得到了山东省自然科学基金项目“许可链中共享数据的隐私保护及访问控制机制研究(项目批准号:ZR2021QF056)”、山东省重点研发计划(软科学项目)(项目批准号:2021RKL02002)、泰山学院引进人才科研启动项目“基于区块链的可信农业物联网系统研究及示范(项目批准号:Y-01-2020017)”的资助。
在本书撰写过程中,得到了国内很多学者的支持和帮助,特别是科学技术部火炬高技术产业开发中心贾敬敦主任、中国农业大学高万林教授、中国科学院半导体研究所肖宛昂研究员等,他们对各项技术、研究内容、实验方案等都给予了热情指导和帮助,提出了宝贵的建设性意见,在此深表感谢。另外,书中参考了很多文献资料及经典算法,在此对算法的提出者及文献资料的原作者表示深深的感谢。山东省数据安全与隐私保护青年创新团队负责人、泰山学院各级领导对本书的出版给予了很大的支持和鼓励,在此表示衷心的感谢。后,要感谢我的家人们,你们为家庭全方位的付出,才使我有精力全身心地投入到本书的撰写中。你们辛苦了!
由于作者研究水平有限,掌握知识存在局限性,本书中难免有错误或不足之处,恳请读者朋友多提宝贵意见,共同探讨物联网技术、RFID技术在智慧农业、智慧畜牧中的应用。

张国锋

导语摘要
本书共9章,对智慧畜牧中RFID的相关知识、关键技术、应用现状进行了详细介绍。第1章主要阐述本书的研究背景及意义,论述我国畜牧业现状及智慧化发展趋势,对我国自主安全可信智慧畜牧发展进行展望;第2章介绍了智慧畜牧RFID相关技术现状;第3章对无源植入式芯片架构、数字基带及应用编码方案进行了设计研究;第4章研究并提出了一种适用于无源植入式芯片的超轻量级RFID双向安全认证协议;第5章设计提出了一种基于子帧和效率优先的适用于静态场景的RFID高效防碰撞算法;第6章设计提出了一种适用于动态场景的RFID高效防碰撞算法;第7章对设计的芯片应用编码及温度读取方案、安全认证协议、防碰撞算法进行了仿真验证;第8章基于无源植入式RFID芯片建立了智慧猪舍监控系统;第9章对本书取得的研究成果与创新点进行了总结。
本书由浅入深、循序渐进地描述了理论知识及具体应用方法,可作为物联网及相关领域的研究生及学者的参考用书。

目录
前言
第1章  农业物联网与智慧畜牧1
 1.1  研究背景及意义1
 1.2  我国畜牧业现状及智慧化发展趋势2
     1.2.1  智慧畜牧核心技术2
     1.2.2  智慧畜牧现状及趋势3
     1.2.3  智慧畜牧概念4
 1.3  自主安全可信智慧畜牧展望4
1.3.1  加强新型畜牧业智能装备研发,
破解产业发展瓶颈4
1.3.2  制定智慧畜牧行业标准,规范
畜牧行业健康发展5
1.3.3  研制畜牧专用芯片,解决智慧
畜牧核心技术“卡脖子”隐忧5
1.3.4 “云+端”,打造立体智慧畜牧云
平台5
1.3.5  自主可控发展,打造安全可信智慧
畜牧区块链平台5
 1.4  小结6
第2章  智慧畜牧RFID技术7
 2.1  智慧畜牧RFID技术概述7
 2.2  基于RFID的智慧畜牧系统7
 2.3  无源植入式RFID芯片8
 2.4  无源植入式芯片技术研究现状8
     2.4.1  可注射式应答器8
     2.4.2  RFID集成温度传感器10
     2.4.3  RFID安全认证协议12
     2.4.4  RFID防碰撞算法13
 2.5  小结14
第3章  无源植入式RFID芯片架构及
数字基带15
 3.1  芯片架构研究15
     3.1.1  芯片整体架构15
     3.1.2  芯片功能模块16
 3.2  芯片数字基带设计18
     3.2.1  芯片数字基带架构及功能18
     3.2.2  芯片应用编码及温度读取方案21
     3.2.3  芯片安全认证协议22
     3.2.4  芯片防碰撞算法22
 3.3  芯片参考技术标准分析23
     3.3.1  UHF RFID空中接口标准23
     3.3.2  动物射频识别—代码结构标准25
3.3.3  农业农村部畜禽标识和养殖档案
管理办法27
 3.4  芯片应用编码方案研究与设计27
3.4.1  基于畜禽标识的国家动物代码
可行性分析28
3.4.2  基于GB/T标准的芯片应用编码
扩展性分析28
     3.4.3  芯片应用编码优化方案设计29
 3.5  小结30
第4章  超轻量级RFID双向安全认证
协议31
 4.1  引言31
 4.2  超轻量级计算及协议安全性分析31
     4.2.1  超轻量级计算31
     4.2.2  IoT-UMAP协议分析33
 4.3  协议模型研究与设计37
     4.3.1  协议设计理念38
     4.3.2  模型定义38
     4.3.3  超轻量级双向安全认证协议设计38
 4.4  协议安全性及性能评价40
     4.4.1  安全性能评价40
     4.4.2  抗攻击性能评价41
     4.4.3  通信性能评价42
     4.4.4  存储性能评价43
     4.4.5  计算性能评价43
 4.5  小结44
第5章  面向静态场景的RFID高效
防碰撞算法45
 5.1  引言45
 5.2  算法基础模型研究45
     5.2.1  标准Q防碰撞算法45
     5.2.2  帧长调整策略46
     5.2.3  芯片数量估计模型46
     5.2.4  时间效率和系统效率模型48
 5.3  静态高效防碰撞算法设计49
     5.3.1  算法设计思想49
     5.3.2  低计算成本芯片数量估计模型49
     5.3.3  动态自适应帧长调整策略50
5.3.4  基于子帧和效率优先的防碰撞
算法52
 5.4  仿真实验及讨论分析54
     5.4.1  优帧长仿真分析54
     5.4.2  算法性能仿真分析58
 5.5  小结61
第6章  面向动态场景的RFID高效
防碰撞算法62
 6.1  引言62
 6.2  算法基础理论及动态场景模型设计62
     6.2.1  基础理论分析研究63
     6.2.2  芯片动态到达过程模型65
     6.2.3  通信时序模型66
     6.2.4  芯片动态识别过程模型67
     6.2.5  芯片到达率模型69
 6.3  动态场景防碰撞算法设计70
     6.3.1  算法设计思想70
     6.3.2  帧结构和过程优化71
     6.3.3  指令结构优化71
     6.3.4  帧过程划分策略设计72
     6.3.5  动态场景DFSA算法73
 6.4  仿真实验及讨论分析75
     6.4.1  识别等待时间76
     6.4.2  漏读率77
     6.4.3  识别速度78
     6.4.4  系统效率79
     6.4.5  指令传输策略对比80
 6.5  小结81
第7章  RFID防碰撞算法RTL级仿真
验证82
7.1  RFID应用编码及温度读取RTL
仿真82
     7.1.1  RTL代码设计82
     7.1.2  RTL仿真验证85
 7.2  RFID安全认证协议RTL仿真86
     7.2.1  RTL代码设计87
     7.2.2  RTL仿真验证90
 7.3  RFID防碰撞算法RTL仿真91
7.3.1  RFID静态防碰撞算法RTL代码
设计92
7.3.2  RFID静态防碰撞算法RTL仿真
验证94
7.3.3  RFID动态防碰撞算法RTL代码
设计96
7.3.4  RFID动态防碰撞算法RTL仿真
验证98
 7.4  RFID芯片应答过程FPGA验证100
     7.4.1  实验环境与方案100
     7.4.2  工程编译及综合101
     7.4.3  实验结果102
 7.5  小结104
第8章  基于无源植入式RFID芯片的
智慧畜牧典型案例105
 8.1  牲畜健康监测研究105
     8.1.1  体温监测105
     8.1.2  饮水监测105
8.2  基于无源植入式RFID芯片的猪体温
及饮水监测系统106
     8.2.1  系统整体设计106
     8.2.2  系统硬件方案107
     8.2.3  系统安装与实现108
 8.3  系统测试与验证110
     8.3.1  试验材料与方案110
     8.3.2  体温及饮水监测试验111
     8.3.3  芯片植入深度试验113
     8.3.4  体温变化监测试验113
     8.3.5  饮水行为监测试验114
 8.4  小结115
第9章

内容摘要
本书共9章,对智慧畜牧中RFID的相关知识、关键技术、应用现状进行了详细介绍。第1章主要阐述本书的研究背景及意义,论述我国畜牧业现状及智慧化发展趋势,对我国自主安全可信智慧畜牧发展进行展望;第2章介绍了智慧畜牧RFID相关技术现状;第3章对无源植入式芯片架构、数字基带及应用编码方案进行了设计研究;第4章研究并提出了一种适用于无源植入式芯片的超轻量级RFID双向安全认证协议;第5章设计提出了一种基于子帧和效率优先的适用于静态场景的RFID高效防碰撞算法;第6章设计提出了一种适用于动态场景的RFID高效防碰撞算法;第7章对设计的芯片应用编码及温度读取方案、安全认证协议、防碰撞算法进行了仿真验证;第8章基于无源植入式RFID芯片建立了智慧猪舍监控系统;第9章对本书取得的研究成果与创新点进行了总结。
本书由浅入深、循序渐进地描述了理论知识及具体应用方法,可作为物联网及相关领域的研究生及学者的参考用书。

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