中心議題：

• 傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)簡介
• RFID與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)融合特點
• 超級RFID系統(tǒng)的組成

解決方案：

• 超級RFID系統(tǒng)采用層次型的組成結(jié)構(gòu)
• 末梢節(jié)點由普通傳感器節(jié)點和超級RFID標簽組成
• 帶有傳感器器件的智能處理節(jié)點則充當網(wǎng)關(guān)節(jié)點

射頻識別(RadioFrequencyIdentification,RFID),又稱電子標簽(E-Tag),是一種利用射頻信號自動識別目標對象并獲取相關(guān)信息的技術(shù)?；趥鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)的超級RFID系統(tǒng)(以下簡稱超級RFID系統(tǒng))綜合了RFID和傳感器網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)特點,它繼承了RFID利用射頻信號自動識別目標的特性,同時實現(xiàn)了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)主動感知與通信的功能?；趥鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)的超級RFID不是被動的卷標技術(shù),它能夠主動對環(huán)境進行監(jiān)測并記錄相關(guān)數(shù)據(jù),必要的時候能夠主動發(fā)出警報。

RFID與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)融合

1傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)簡介

微電子機械系統(tǒng)(MEMS)、無線通信和微電子技術(shù)的進步,使得設(shè)計和開發(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,在單片上集成無線通信、微處理器和MEMS傳感和作動部件。眾多具有通信、計算能力的傳感器(或作動器)通過無線方式連接,相互協(xié)作,同物理世界進行交互,共同完成特定的應(yīng)用任務(wù),稱為傳感器網(wǎng)絡(luò)(SensorNetwork)。

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)點位置不需要事先確定或精心設(shè)計,允許任意放置,部署維護成本低,具有較高的靈活性;傳感器網(wǎng)絡(luò)由大量廉價節(jié)點組成,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,具有較高的性價比;傳感器網(wǎng)絡(luò)具有大量冗余節(jié)點,即使部分節(jié)點失效,也不會影響整個系統(tǒng)的功能,因而具有較好的健壯性;傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點具有計算能力,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)。

2RFID與無線傳感器網(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,可能是將來的一個發(fā)展趨勢。傳感器網(wǎng)絡(luò)一般不關(guān)心節(jié)點的位置,因此對節(jié)點一般都不采用全局標識,而RFID技術(shù)對節(jié)點的標示有著得天獨厚的優(yōu)勢,將兩者結(jié)共同組成網(wǎng)絡(luò)可以相互彌補對方的缺陷,既可以將網(wǎng)絡(luò)的主要精力集中到數(shù)據(jù)上,當需要具體的考慮到某個具體節(jié)點的信息的時候,也可以利用RFID的標識功能輕松的找到節(jié)點的位置。

超級RFID系統(tǒng)的組成

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


圖1超級RFID的組成
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末梢節(jié)點由兩部分組成,分別是數(shù)量眾多的普通傳感器節(jié)點和超級RFID標簽,超級RFID節(jié)點除了具備基本的RFID無線標記功能外,在節(jié)點上還配置了微型傳感器,可以主動感知節(jié)點標記對象的溫濕度、位置移動、煙霧、電磁環(huán)境、聲音等信息,并且可以主動上報感知信息。

而帶有傳感器器件的智能處理節(jié)點則充當網(wǎng)關(guān)節(jié)點,網(wǎng)關(guān)節(jié)點擔負兩方面的功能:(1)讀取、匯聚超級RFID節(jié)點和傳感器節(jié)點的信息(2)對讀取的信息進行分析,實時監(jiān)控環(huán)境信息。有源的網(wǎng)關(guān)節(jié)點在必要時讀取RFID標簽的信息,通過傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給上層用戶;當然,RFID節(jié)點的信息也能夠被手持式閱讀器隨時讀取。

上層用戶主要是指與智能網(wǎng)關(guān)節(jié)點直接通信的外部網(wǎng)絡(luò),如Internet網(wǎng)絡(luò)或GSM網(wǎng)絡(luò)等。另外,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)有的無線通信終端(如手機)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不錯的選擇。

體系結(jié)構(gòu)

超級RFID系統(tǒng)融合了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和RFID技術(shù),因此在設(shè)計系統(tǒng)體系構(gòu)架時,要綜合考慮到兩者的特點,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軟件是處理從一個或多個解讀器獲得的標簽或傳感器數(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),安裝在等級式、分布式的服務(wù)器上。本系統(tǒng)的Savant有三種數(shù)據(jù)來源,可以按傳統(tǒng)的方式從閱讀器而來,可以接受傳感器節(jié)點的信息,也可以接收超級RFID主動發(fā)出的信息?；赟avant的樹型等級結(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標準委員會的定義,Savant應(yīng)該包括三個必需的標準模塊:事件管理系統(tǒng)(EMS)、實時內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(RIED)和任務(wù)管理系統(tǒng)(TMS)。其它一些可選標準程序模塊可以根據(jù)用戶定義。圖3是Savant的體系結(jié)構(gòu)。


圖3Savant的體系結(jié)構(gòu)

在圖3中,事件管理系統(tǒng)應(yīng)用在EdgeSavant(ES)上采集標簽解讀事件,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”可看作一個通用的接口,對于EdgeSavant來講,由于解讀適配器直接或間接的與解讀器進行通訊,并收集解讀器探測到的事件,然后將這些事件寫入解讀器接口。對于InternalSavant來講,它是Edgesavants的父節(jié)點或上級,IS從他的下屬EdgeSavant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)訪問接口。

RIED是一個用來保存EdgeSavant信息的內(nèi)存數(shù)據(jù)庫。EdgeSavant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)庫中。數(shù)據(jù)庫處理大量事件時,RIED提供了與數(shù)據(jù)庫同樣的接口,但實時性要好。應(yīng)用程序可以通過JDBC或本地Java接口訪問RIED。

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

本文綜合RFID和無線傳感器網(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)的融合可能是一個新的發(fā)展趨勢。