中心議題：

• 傳感器網絡技術簡介
• RFID與無線傳感器網絡的技術融合特點
• 超級RFID係統的組成

解決方案：

• 超級RFID係統采用層次型的組成結構
• 末梢節點由普通傳感器節點和超級RFID標簽組成
• 帶有傳感器器件的智能處理節點則充當網關節點

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並獲取相關信息的技術。基於傳感器網絡的超級RFID係統(以下簡稱超級RFID係統)綜合了RFID和傳感器網絡的技術特點,它繼承了RFID利用射頻信號自動識別目標的特性,同時實現了無線傳感器網絡主動感知與通信的功能。基於傳感器網絡的超級RFID不是被動的卷標技術,它能夠主動對環境進行監測並記錄相關數據,必要的時候能夠主動發出警報。

RFID與無線傳感器網絡的技術融合

1傳感器網絡技術簡介

微電子機械係統(MEMS)、無線通信和微電子技術的進步,使得設計和開發低成本、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、數據處理和通信部件,在今後幾年,甚至會出現超低功耗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,相互協作,同物理世界進行交互,共同完成特定的應用任務,稱為傳感器網絡(SensorNetwork)。

傳感器網絡與傳統的傳感器相比,易於部署,即傳感器節點位置不需要事先確定或精心設計,允許任意放置,部署維護成本低,具有較高的靈活性;傳感器網絡由大量廉價節點組成,可放置在物理現象作用範圍內,從而獲得較高的觀察精度性,具有較高的性價比;傳感器網絡具有大量冗餘節點,即使部分節點失效,也不會影響整個係統的功能,因而具有較好的健壯性;傳感器網絡節點具有計算能力,可以相互協作,能夠完成傳統傳感器所不能完成的任務。

2RFID與無線傳感器網絡的技術融合

RFID技術與傳感器網絡技術相結合,可能是將來的一個發展趨勢。傳感器網絡一般不關心節點的位置,因此對節點一般都不采用全局標識,而RFID技術對節點的標示有著得天獨厚的優勢,將兩者結共同組成網絡可以相互彌補對方的缺陷,既可以將網絡的主要精力集中到數據上,當需要具體的考慮到某個具體節點的信息的時候,也可以利用RFID的標識功能輕鬆的找到節點的位置。

超級RFID係統的組成

超級RFID係統采用層次型的組成結構,分為末梢節點和網關節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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末梢節點由兩部分組成,分別是數量眾多的普通傳感器節點和超級RFID標簽,超級RFID節點除了具備基本的RFID無線標記功能外,在節點上還配置了微型傳感器,可以主動感知節點標記對象的溫濕度、位置移動、煙霧、電磁環境
、聲音等信息,並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點則充當網關節點,網關節點擔負兩方麵的功能:(1)讀取、彙聚超級RFID節點和傳感器節點的信息(2)對讀取的信息進行分析,實時監控環境信息。有源的網關節點在必要時讀取RFID標簽的信息,通過傳感器網絡發送給上層用戶;當然,RFID節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關節點直接通信的外部網絡,如Internet網絡或GSM網絡等。另外,無線傳感器網絡和現有的無線通信終端(如手機)還不能很好的通信,利用現有的網絡將處理好的信息發送到用戶終端是一個不錯的選擇。

體係結構

超級RFID係統融合了無線傳感器網絡和RFID技術,因此在設計係統體係構架時,要綜合考慮到兩者的特點,係統體係結構如圖2所示。


圖2係統體係結構圖

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據(事件數據)流的“中間件”,是一種企業通用的數據管理架構,安裝在等級式、分布式的服務器上。本係統的Savant有三種數據來源,可以按傳統的方式從閱讀器而來,可以接受傳感器節點的信息,也可以接收超級RFID主動發出的信息。基於Savant的樹型等級結構,並根據其分類,定義了一種統一的層次化的Savant體係架構。依據Auto-ID標準委員會的定義,Savant應該包括三個必需的標準模塊:事件管理係統(EMS)
、實時內存數據結構(RIED)和任務管理係統(TMS)。其它一些可選標準程序模塊可以根據用戶定義。圖3是Savant的體係結構。


圖3Savant的體係結構

在圖3中,事件管理係統應用在EdgeSavant(ES)上采集標簽解讀事件,它與解讀器應用程序通信,管理解讀器發送的事件流。EMS體係結構中的“解讀適配器”和“解讀器接口”可看作一個通用的接口,對於EdgeSavant來講,由於解讀適配器直接或間接的與解讀器進行通訊,並收集解讀器探測到的事件,然後將這些事件寫入解讀器接口。對於InternalSavant來講,它是Edgesavants的父節點或上級,IS從他的下屬EdgeSavant中采集EPC數據,因此“解讀適配器”和“解讀器接口”可看作是通用的網絡數據訪問接口。

RIED是一個用來保存EdgeSavant信息的內存數據庫。EdgeSavant保存和組織解讀器發送的事件。事件管理係統(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據庫中。數據庫處理大量事件時,RIED提供了與數據庫同樣的接口,但實時性要好。應用程序可以通過JDBC或本地Java接口訪問RIED。

Savant軟件根據用戶定製的任務進行數據管理、數據監控。TMS負責管理由上級Savant或企業應用程序發送到本級Savant的任務。SavantTMS使分布式Savant的維護變得簡單,寫入TMS的任務可以獲得Savant的所有屬性。

本文綜合RFID和無線傳感器網絡技術,提出了一種基於傳感器網絡的超級RFID係統,介紹了該係統的組成與體係結構及該係統對Savant的新要求。指出RFID技術與傳感器網絡融技術的融合可能是一個新的發展趨勢。