1 引言

射頻識別（RFID）技術，是一種利用射頻通信實現(xiàn)的非接觸式自動識別技術（以下通稱RFID技術）。RFID是利用射頻信號自動識別目標對象并獲取相關信息的，它是自動識別領域的一個重要分支。RFID具有一次處理多個標簽并可將處理狀態(tài)寫入標簽、不受大小及形狀限制、耐環(huán)境性強、穿透性強、數(shù)據(jù)的記憶容量大、可重復利用等許多優(yōu)點。因此，近年來RFID技術已經(jīng)被廣泛應用于社會、經(jīng)濟、國防等眾多領域，在制造業(yè)、服務業(yè)等諸多行業(yè)中顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿εc應用空間，并將對整個社會信息化水平的提高，以及加強國防安全等產(chǎn)生廣泛的影響，其前景是非?？捎^的［1］［2］。

盡管RFID也會經(jīng)常被描述成一種基于標簽的，并用于識別目標的傳感器，但是相對于通常意義上的傳感器，RFID讀寫器還是有很多缺點。因為一個標簽所能存儲的僅僅是一個唯一的識別碼，并不能實時感應當前環(huán)境的改變。而且，RFID系統(tǒng)的讀寫范圍也受到讀寫器與標簽之間距離的影響。因此提高RFID系統(tǒng)的感應能力，擴大RFID系統(tǒng)的覆蓋能力是亟待解決的問題。

無線傳感器網(wǎng)絡（WSN）是由大量功率低、體積小、價格便宜、具有通信與計算能力的微小傳感器節(jié)點構成的“智能”自治測控網(wǎng)絡系統(tǒng)，一般密集布設在無人值守的監(jiān)控區(qū)域，能夠根據(jù)環(huán)境自主完成指定任務，其目的是協(xié)同地感知、采集、處理網(wǎng)絡覆蓋范圍內的信息并將其提供給用戶（以下簡稱WSN）。目前WSN已經(jīng)受到了全世界的大范圍關注，成為了熱門的研究領域。WSN整合了傳感器技術、嵌入式計算、自動控制技術、無線通訊技術，并且能夠實時的檢測、感應、收集周圍的環(huán)境信息［3］［4］。

隨著RFID和WSN技術的發(fā)展以及各領域應用越來越高的需求，RFID和WSN整合和集成已成為必然的發(fā)展趨勢。其一，新一代RFID標簽，尤其是主動RFID標簽通常已經(jīng)嵌入了傳感功能。此外，基于傳感器網(wǎng)絡的應用中，常常需要對個體傳感器或目標對象進行發(fā)現(xiàn)和識別。傳感和識別技術集成，加上全局IT和通信系統(tǒng)的配置，能讓人們對物理世界的狀態(tài)有更深刻的認識，并用以指導或改變人們與物理環(huán)境的交互方式，實現(xiàn)對許多領域更為有效的交互和管理，如后勤管理、遠程醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)控、住宅管理與控制、安全維護以及工業(yè)應用等領域。

RFID和WSN的應用領域有所不同。大部分的WSN都是應用在有計劃的對物理環(huán)境進行監(jiān)控的系統(tǒng)中，而RFID則是應用在供應鏈中的單品識別。盡管RFID和WSN在很多方面都有不同，但是兩者都是通過信息技術與物理世界相聯(lián)系，具備相結合的條件。

本文在充分研究了RFID和WSN技術的基礎上，提出了將RFID讀寫器與傳感器網(wǎng)絡相整合的RFID傳感器網(wǎng)絡。這一網(wǎng)絡不僅可以擴大RFID系統(tǒng)的覆蓋范圍并且可以擴展RFID信息系統(tǒng)的信息種類。我們還初步將這一RFID傳感器網(wǎng)絡應用于目標跟蹤問題的解決，得到了較好的實驗結果。

2 RFID傳感器網(wǎng)絡

2.1 RFID 系統(tǒng)

典型的RFID系統(tǒng)如圖1所示，是由電子標簽（Tag）、讀寫器（Read/Write Device）、天線（Antenna）以及負責數(shù)據(jù)交換、管理的計算機系統(tǒng)等組成［5］。

圖1 典型RFID系統(tǒng)組成

電子標簽分為有源和無源兩種，存儲著需要被識別物品的相關信息，通常被放置在需要識別的物品上，它所存儲的信息通常可被讀寫器通過非接觸方式獲取。讀寫器由無線收發(fā)模塊、天線、控制模塊及接口電路等組成，由讀寫器讀出的標簽信息可以通過計算機以及網(wǎng)絡系統(tǒng)進行管理和信息傳輸。RFID天線就是閱讀器和標簽用來發(fā)送能量的裝置，目標是傳輸最大的能量進出標簽芯片。計算機系統(tǒng)通常用于對數(shù)據(jù)進行管理，完成通信傳輸?shù)裙δ堋Ｗx寫器可以通過標準接口與計算機通信網(wǎng)絡連接，以便實現(xiàn)通信和數(shù)據(jù)傳輸功能。

2.2 WSN系統(tǒng)

傳感器網(wǎng)絡結構如圖2所示［6］，傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)通常包括傳感器節(jié)點、匯聚節(jié)點（SINK節(jié)點）和管理節(jié)點。大量傳感器節(jié)點隨機部署在監(jiān)測區(qū)域，通過自組織方式構成網(wǎng)絡。傳感器節(jié)點監(jiān)測到的數(shù)據(jù)沿著其它傳感器節(jié)點按多跳方式進行傳輸，經(jīng)過多跳后路由到匯聚節(jié)點，最后通過互聯(lián)網(wǎng)或衛(wèi)星到達管理節(jié)點。用戶通過管理節(jié)點對傳感器網(wǎng)絡進行配置和管理，發(fā)布監(jiān)測任務以及收集監(jiān)測數(shù)據(jù)。無線傳感器網(wǎng)絡由大量微小、低功耗、低價格的傳感器節(jié)點組成，每個傳感器節(jié)點都在有限的能力和存儲空間基礎上運行具有并發(fā)操作、環(huán)境監(jiān)測、無線通信等特征的應用程序。這些節(jié)點通過各類傳感、通信裝置與其所處的環(huán)境實現(xiàn)交互。傳感器網(wǎng)絡一般具有小尺寸和低功耗、能量有限、通信和計算能力有限、動態(tài)性、分布式以及以數(shù)據(jù)為中心等特點。

圖2 傳感器網(wǎng)絡體系結構

2.3 RFID傳感器網(wǎng)絡

RFID技術和WSN技術具有不同的技術特點，WSN可以監(jiān)測四面八方感應到的各種信息，但對物品的標識能力卻有所缺乏，RFID技術強大的標識物品的能力正好可以彌補;RFID抗干擾性較差，而且無源RFID的有效讀取距離一般小于10m，如果能利用WSN長達100M的有效距離，將會拓展RFID技術的應用范圍。將RFID和WSN進行集成應用，會極大地推動兩項技術的應用。 目前國內外對RFID與WSN的集成技術研究，主要集中在集成傳感器的RFID標簽、集成的體系架構、以及集成的應用開發(fā)等方面。但是，對于將RFID讀寫器集成到傳感器網(wǎng)絡中體系架構的研究目前還只是抽象的架構設計。

RFID 的一個發(fā)展趨勢是與網(wǎng)絡集成，目前RFID網(wǎng)絡已經(jīng)開始逐步走向成熟。將傳感器節(jié)點集成到RFID系統(tǒng)中可以獲取更多所需的環(huán)境信息，并且可以擴大RFID系統(tǒng)的識別范圍。因此我們設計RFID傳感器網(wǎng)絡，網(wǎng)絡結構如圖3所示。

我們可以利用這一RFID傳感器網(wǎng)絡對移動的目標進行跟蹤定位研究。這一網(wǎng)絡擁有大量的傳感器節(jié)點和RFID讀寫器，傳感器節(jié)點可以用來精確的監(jiān)控移動目標的周圍環(huán)境，同時RFID讀寫器可以用來確定目標的移動軌跡，并防止目標進入限制區(qū)域。

圖3 RFID傳感器網(wǎng)絡體系結構

3 目標跟蹤系統(tǒng)

移動目標的跟蹤定位是最近在供應鏈領域新涌現(xiàn)出的一個研究內容。目前在這一問題中，WSN應用的比較廣泛。

典型的RFID系統(tǒng)，只能提供有限范圍內的單品目標跟蹤。例如在倉儲管理中，通常是在安全區(qū)域的大門進出口處安裝RFID讀寫器設備，經(jīng)過此處的物品可同時一次性進行識別驗證。所有安裝了標簽的托盤或者物品就在這一刻被確定了當前的位置。

由于傳感器節(jié)點體積小、價格低廉、采用無線通信方式，以及傳感器網(wǎng)絡部署隨機，具有自組織性、魯棒性和隱藏性等特點，無線傳感器網(wǎng)絡非常適合于移動目標的定位和跟蹤。但是傳感器節(jié)點存在很多硬件資源的限制，還經(jīng)常遭受外界環(huán)境的影響，無線鏈路受到干擾，網(wǎng)絡拓撲結構動態(tài)變化，而傳感器網(wǎng)絡的移動目標跟蹤應用具有很強的實時性，因此引入了RFID讀寫器的傳感器網(wǎng)絡，可以更好的解決這一問題。

現(xiàn)代的目標跟蹤問題中常常關注著目標移動的曲線，并且伴隨著大量的監(jiān)控信息，例如周圍環(huán)境的溫度，濕度等等。在RFID傳感器網(wǎng)絡中，RFID讀寫器負責探測并確定當前移動目標的位置，以及移動的方向，傳感器負責搜集目標周圍的其他相關信息，并在適當?shù)臅r候做出報警。

圖4 RFID傳感器網(wǎng)絡中目標跟蹤軌跡

4 實驗

在我們的實驗中，假設目標的移動軌跡為一條曲線，如圖4所示。我們設定一個由16個RFID讀寫器組成的4 4正方形跟蹤區(qū)域，由圖中虛心圓點標識。實心圓點代表傳感器。

當一個攜帶標簽的移動目標如圖中所示由 移動到 ，兩點之間的直線被認為是目標移動的軌跡。因此，當目標沿著圖中的曲線運動時，由相應的RFID讀寫器確定其位置，相應順序激活的RFID讀寫器為：

在目標的移動過程中，如果接近其中一個傳感器，該傳感器就會搜集該目標周圍環(huán)境的相關信息，例如溫度、濕度，并且將這些信息通過RFID傳感器網(wǎng)絡及時傳送給計算機管理系統(tǒng)。圖中傳感器的作用順序為：

5 結論

在這篇文章中，我們提出了一個將RFID讀寫器與無線傳感器網(wǎng)絡相結合的RFID傳感器網(wǎng)絡架構，這一架構可以擴大系統(tǒng)的覆蓋范圍并擴展RFID信息系統(tǒng)的信息種類。我們初步將這一架構應用在移動目標的跟蹤定位上，理論上取得一定的進展。未來的研究重點放在這一框架在供應鏈系統(tǒng)中的實際應用。

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