射频识别技术作为物联网的基础与核心,在物联网的建设与发展过程中发挥着十分重要的作用,蕴藏着巨大的市场空间。目前,我国在射频识别关键技术、标准与核心产品上主要依赖于国外,不但需要支付巨额的专利使用费,而且存在潜在的信息安全隐患。为了实现射频识别技术的自主创新,满足我国射频识别系统应用的发展需求,需要解决一系列核心关键技术,形成具有自主知识产权、自主可控的射频识别标准体系。论文针对空中接口协议中涉及的数据编码、帧同步技术、防碰撞算法、信息安全、空中接口协议的设计实现与验证等方面内容作了深入的研究,在此基础上制定了超高频射频识别系统空中接口通信协议标准,并且针对不同平台与实现方法验证了协议的完整性、完备性与可实现性。论文的主要工作与研究成果包括以下几个方面:1、针对超高频射频识别系统空中接口协议的物理层,提出了一种有效提高无源标签能量供给效率的前向编码方法和二种改善频谱特性的反向编码方法;同时提出了一种双Barker码结构的帧同步码,有效改善了帧同步性能。前向编码方法与双Barker码结构的帧同步码都被成功应用于自主研制的空中接口协议中,取得了预期理想的效果。2、针对多标签通信竞争的应用环境,根据不同的应用需求以及不同频段的射频识别系统特征,分别提出了5种标签防碰撞算法。基于ALOHA的算法和二叉树算法,提出了一种基于标签随机分组的帧时隙ALOHA算法,解决了标签数量估计偏差较大时吞吐率急剧下降的问题;提出了基于碰撞预检和分组预览的两种高效标签防碰撞算法,有效地减少或消除了对空闲时隙和多标签占用时隙的操作次数,明显提高了识别效率;综合考虑二叉树与多叉树防碰撞算法的特点,提出了一种动态改变分叉数量的混合树防碰撞算法;结合ALOHA算法和二叉树算法的特性,提出了一种混合式的多标签防碰撞算法。根据超高频无源射频识别系统的特征,在自主研制的超高频射频识别系统空中接口协议标准中采用了分组预览的ALOHA算法。3、提出了一种基于Hash函数与密钥更新的双向安全认证协议,该协议能够满足无源电子标签芯片计算能力、存储空间与电源供给能力有限等约束条件,能够实现标签芯片的低成本生产、数据的保密通信以及读写器和标签之间的双向认证。理论分析表明,提出的安全协议能有效抵抗重放攻击、假冒攻击、跟踪攻击、阻断和篡改攻击,安全性能优越;与安全性能相当的其它协议相比,计算复杂度与空间复杂度都有不同程度的降低。4、在PC仿真、软件无线电平台上对自主研制的超高频射频识别系统空中接口通信协议进行了设计实现与验证,从多个层面、多种技术平台与多种实现方法验证了协议的完备性、完整性与可实现性,同时对核心关键技术的有效性与合理性进行了验证。论文在数据编码、防碰撞算法、信息安全、帧同步码、命令集与状态机等方面都进行了自主创新,研制和验证了基于自主核心技术的超高频射频识别系统空中接口通信协议标准,形成的自主空中接口协议标准具有重要的理论意义和应用价值,将作为军用标准颁布实施。