农业物联网RFID技术

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。

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 结论与展望116 　9.1 结论116 　9.2 创新点116 　9.3 展望117 参考文献118