基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的超級(jí)RFID系統(tǒng)

1 引言

　　射頻識(shí)別(Radio Frequency Identification,RFID ),又稱電子標(biāo)簽(E-Tag) , 是一種利用射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)信息的技術(shù)?；趥鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)的超級(jí)RFID 系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱超級(jí)RFID系統(tǒng)) 綜合了RFID和傳感器網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)特點(diǎn), 它繼承了RFID利用射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)的特性, 同時(shí)實(shí)現(xiàn)了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)主動(dòng)感知與通信的功能?；趥鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)的超級(jí)RFID不是被動(dòng)的卷標(biāo)技術(shù), 它能夠主動(dòng)對(duì)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)并記錄相關(guān)數(shù)據(jù), 必要的時(shí)候能夠主動(dòng)發(fā)出警報(bào)。

　　2　RFID與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)融合

　　2.1 傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)簡(jiǎn)介

　　微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)、無(wú)線通信和微電子技術(shù)的進(jìn)步, 使得設(shè)計(jì)和開發(fā)低成本、低功耗、多功能的微型傳感器成為可能。這些微型傳感器體積小,具有傳感、數(shù)據(jù)處理和通信部件, 在今后幾年, 甚至?xí)霈F(xiàn)超低功耗SoC, 在單片上集成無(wú)線通信、微處理器和MEMS傳感和作動(dòng)部件。眾多具有通信、計(jì)算能力的傳感器(或作動(dòng)器) 通過(guò)無(wú)線方式連接,相互協(xié)作, 同物理世界進(jìn)行交互, 共同完成特定的應(yīng)用任務(wù), 稱為傳感器網(wǎng)絡(luò)(Sensor Network)。

　　傳感器網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)的傳感器相比, 易于部署, 即傳感器節(jié)點(diǎn)位置不需要事先確定或精心設(shè)計(jì), 允許任意放置, 部署維護(hù)成本低, 具有較高的靈活性; 傳感器網(wǎng)絡(luò)由大量廉價(jià)節(jié)點(diǎn)組成, 可放置在物理現(xiàn)象作用范圍內(nèi), 從而獲得較高的觀察精度性, 具有較高的性價(jià)比; 傳感器網(wǎng)絡(luò)具有大量冗余節(jié)點(diǎn), 即使部分節(jié)點(diǎn)失效, 也不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的功能, 因而具有較好的健壯性; 傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)具有計(jì)算能力, 可以相互協(xié)作, 能夠完成傳統(tǒng)傳感器所不能完成的任務(wù)。

　　2.2 RFID與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)融合

　　RFID 技術(shù)與傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合, 可能是將來(lái)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。傳感器網(wǎng)絡(luò)一般不關(guān)心節(jié)點(diǎn)的位置, 因此對(duì)節(jié)點(diǎn)一般都不采用全局標(biāo)識(shí), 而RFID技術(shù)對(duì)節(jié)點(diǎn)的標(biāo)示有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì), 將兩者結(jié)共同組成網(wǎng)絡(luò)可以相互彌補(bǔ)對(duì)方的缺陷, 既可以將網(wǎng)絡(luò)的主要精力集中到數(shù)據(jù)上, 當(dāng)需要具體的考慮到某個(gè)具體節(jié)點(diǎn)的信息的時(shí)候, 也可以利用RFID的標(biāo)識(shí)功能輕松的找到節(jié)點(diǎn)的位置。

　　3　超級(jí)RFID系統(tǒng)的組成

　　超級(jí)RFID系統(tǒng)采用層次型的組成結(jié)構(gòu), 分為末梢節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)和上層用戶三個(gè)層次, 如圖1所示。

圖1 超級(jí)RFID的組成

　　末梢節(jié)點(diǎn)由兩部分組成, 分別是數(shù)量眾多的普通傳感器節(jié)點(diǎn)和超級(jí)RFID標(biāo)簽, 超級(jí)RFID節(jié)點(diǎn)除了具備基本的RFID無(wú)線標(biāo)記功能外, 在節(jié)點(diǎn)上還配置了微型傳感器, 可以主動(dòng)感知節(jié)點(diǎn)標(biāo)記對(duì)象的溫濕度、位置移動(dòng)、煙霧、電磁環(huán)境、聲音等信息,并且可以主動(dòng)上報(bào)感知信息。

　　而帶有傳感器器件的智能處理節(jié)點(diǎn)則充當(dāng)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn), 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)擔(dān)負(fù)兩方面的功能: (1) 讀取、匯聚超級(jí)RFID節(jié)點(diǎn)和傳感器節(jié)點(diǎn)的信息(2) 對(duì)讀取的信息進(jìn)行分析, 實(shí)時(shí)監(jiān)控環(huán)境信息。有源的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)在必要時(shí)讀取RFID標(biāo)簽的信息, 通過(guò)傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給上層用戶; 當(dāng)然, RFID節(jié)點(diǎn)的信息也能夠被手持式閱讀器隨時(shí)讀取。

　　上層用戶主要是指與智能網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)直接通信的外部網(wǎng)絡(luò), 如Internet網(wǎng)絡(luò)或GSM網(wǎng)絡(luò)等。另外,無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)有的無(wú)線通信終端(如手機(jī)) 還不能很好的通信, 利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)將處理好的信息發(fā)送到用戶終端是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。

　　4　體系結(jié)構(gòu)

　　超級(jí)RFID系統(tǒng)融合了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和RFID技術(shù), 因此在設(shè)計(jì)系統(tǒng)體系構(gòu)架時(shí), 要綜合考慮到兩者的特點(diǎn), 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖

　　Savant 軟件是處理從一個(gè)或多個(gè)解讀器獲得的標(biāo)簽或傳感器數(shù)據(jù)(事件數(shù)據(jù)) 流的“中間件”, 是一種企業(yè)通用的數(shù)據(jù)管理架構(gòu), 安裝在等級(jí)式、分布式的服務(wù)器上。本系統(tǒng)的Savant有三種數(shù)據(jù)來(lái)源,可以按傳統(tǒng)的方式從閱讀器而來(lái), 可以接受傳感器節(jié)點(diǎn)的信息, 也可以接收超級(jí)RFID主動(dòng)發(fā)出的信息?；赟avant的樹型等級(jí)結(jié)構(gòu), 并根據(jù)其分類, 定義了一種統(tǒng)一的層次化的Savant體系架構(gòu)。依據(jù)Auto-ID標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)的定義, Savant應(yīng)該包括三個(gè)必需的標(biāo)準(zhǔn)模塊: 事件管理系統(tǒng)(EMS)、實(shí)時(shí)內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(RIED)和任務(wù)管理系統(tǒng)(TMS)。其它一些可選標(biāo)準(zhǔn)程序模塊可以根據(jù)用戶定義。圖3是Savant的體系結(jié)構(gòu)。

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圖3 Savant 的體系結(jié)構(gòu)

?　　在圖3中, 事件管理系統(tǒng)應(yīng)用在Edge Savant(ES)上采集標(biāo)簽解讀事件, 它與解讀器應(yīng)用程序通信, 管理解讀器發(fā)送的事件流。EMS體系結(jié)構(gòu)中的“解讀適配器”和“解讀器接口”可看作一個(gè)通用的接口, 對(duì)于Edge Savant 來(lái)講, 由于解讀適配器直接或間接的與解讀器進(jìn)行通訊, 并收集解讀器探測(cè)到的事件, 然后將這些事件寫入解讀器接口。對(duì)于Internal Savant 來(lái)講, 它是Edge savant s 的父節(jié)點(diǎn)或上級(jí), IS從他的下屬Edge Savant 中采集EPC數(shù)據(jù),因此“解讀適配器”和“解讀器接口”可看作是通用的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口。

　　RIED是一個(gè)用來(lái)保存Edge Savant 信息的內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)。Edge Savant 保存和組織解讀器發(fā)送的事件。事件管理系統(tǒng)(EMS)提供過(guò)濾和記錄事件的框架, 記錄器可以將事件保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中。數(shù)據(jù)庫(kù)處理大量事件時(shí), RIED提供了與數(shù)據(jù)庫(kù)同樣的接口,但實(shí)時(shí)性要好。應(yīng)用程序可以通過(guò)JDBC或本地Java接口訪問(wèn)RIED。

　　Savant 軟件根據(jù)用戶定制的任務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)監(jiān)控。TMS負(fù)責(zé)管理由上級(jí)Savant或企業(yè)應(yīng)用程序發(fā)送到本級(jí)Savant的任務(wù)。Savant TMS使分布式Savant的維護(hù)變得簡(jiǎn)單, 寫入TMS的任務(wù)可以獲得Savant的所有屬性。

　　5　結(jié)　語(yǔ)

　　本文綜合RFID 和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù), 提出了一種基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的超級(jí)RFID系統(tǒng), 介紹了該系統(tǒng)的組成與體系結(jié)構(gòu)及該系統(tǒng)對(duì)Savant 的新要求。指出RFID 技術(shù)與傳感器網(wǎng)絡(luò)融技術(shù)的融合可能是一個(gè)新的發(fā)展趨勢(shì)。