RFID與WSN技術(shù)融合理論研究

2 WSID關(guān)鍵技術(shù)分析
RFID與WSN的三種融合方式解決的是兩者融合結構的問(wèn)題，但是兩者融合技術(shù)層面的問(wèn)題也是關(guān)鍵。在融合過(guò)程中所涉及的關(guān)鍵技術(shù)有路由技術(shù)、中間件技術(shù)以及數據融合等。
2．1 路由技術(shù)
路由協(xié)議的作用是尋找從源節點(diǎn)到目的節點(diǎn)的最佳路徑，將數據分組沿著(zhù)最佳路徑進(jìn)行轉發(fā)。路由協(xié)議的功能主要有兩個(gè)方面：一是搜索滿(mǎn)足條件的從源節點(diǎn)到目的節點(diǎn)的優(yōu)化路徑：二是轉發(fā)資料分組。目前，研究人員根據路由協(xié)議自身的特點(diǎn)以及應用類(lèi)型等，將路由協(xié)議分為以下幾個(gè)類(lèi)型。
2．1．1 以數據為中心的路由協(xié)議
該協(xié)議設計主要考慮用戶(hù)是否能夠方便決捷地查詢(xún)數據。在實(shí)際應用中，終端用戶(hù)往往只關(guān)心所采集的數據，而不關(guān)心這些數據具體是從哪一個(gè)節電傳送的，用戶(hù)(查詢(xún)節點(diǎn))只需向網(wǎng)絡(luò )發(fā)出一條查詢(xún)命令，網(wǎng)絡(luò )就將所查詢(xún)的數據反饋給用戶(hù)。
2．1．2 基于層次結構的路由協(xié)議
該協(xié)議將整個(gè)網(wǎng)絡(luò )中的節點(diǎn)劃分為多個(gè)級別，同級節點(diǎn)間可以相互交換數據。在路由選擇中，低一級節點(diǎn)將數據傳輸至簇頭節點(diǎn)(高一級節點(diǎn))，簇頭節點(diǎn)進(jìn)行數據融合，減少冗余數據在網(wǎng)絡(luò )中的傳輸。
2．1．3 基于地理信息的路由協(xié)議
網(wǎng)絡(luò )中的節點(diǎn)利用GPS設備、三角定位系統等獲知自身所在的地理坐標。在進(jìn)行路由選擇時(shí)，節點(diǎn)合理利用這些地理信息，從而將數據分組轉發(fā)給一個(gè)特定區域而不是整個(gè)網(wǎng)絡(luò )，減少網(wǎng)絡(luò )能耗。
2．1．4 基于多路徑的路由協(xié)議
在數據傳輸過(guò)程中，通過(guò)增加傳輸的路徑數，可以增加網(wǎng)絡(luò )的等效帶寬，縮短傳輸時(shí)延。對于WSID網(wǎng)絡(luò )，多路徑路由協(xié)議可以提高網(wǎng)絡(luò )的可靠性，并且可以將傳輸能耗分攤在更多的節點(diǎn)上。
在WSID網(wǎng)絡(luò )中，節點(diǎn)計算能力有限，對能耗和QoS有一定的要求，因此WSID的路由協(xié)議優(yōu)化尤為重要。李陶深等在選播通信被規定為IPv6中的一種標準通信模型的背景下，提出了一種選播通信服務(wù)模型，設計實(shí)現了一種新的基于遺傳算法的網(wǎng)絡(luò )選播路由算法。該算法能以較短的時(shí)延達到局部最優(yōu)，較好地平衡網(wǎng)絡(luò )負載，提高了網(wǎng)絡(luò )搜索速度和網(wǎng)絡(luò )資源的利用率，改善了網(wǎng)絡(luò )服務(wù)質(zhì)量。凌啟東等則認為上述算法較為復雜，需要較高的計算能力，在WSID網(wǎng)絡(luò )的環(huán)境中也存在缺陷。他們在此基礎上建立了基于WSID網(wǎng)絡(luò )路由算法的問(wèn)題模型，提出了兩種基于遺傳算法的不同編碼的路由算法，分析了各自的特點(diǎn)。經(jīng)過(guò)仿真實(shí)驗表明，基于實(shí)數編碼的路由優(yōu)化方法更適合在WSID網(wǎng)絡(luò )中應用。
2．2 中間件技術(shù)
WSID網(wǎng)絡(luò )中間件的作用主要是按照一定的規則篩選過(guò)濾數據(刪除冗余數據)，將真正有效的數據發(fā)送到上層的應用程序，以供用戶(hù)查詢(xún)使用?；诖?，WSID網(wǎng)絡(luò )中間件的功能要求主要包括三點(diǎn)：第一是能夠將底層的大量原始數據經(jīng)過(guò)層層過(guò)濾最終得到對上層應用有意義的數據；第二是采用分層的過(guò)濾方式并能夠得到不同層次的有意義數據；第三是用戶(hù)可以針對具體的應用需求，在不同層次設置數據的過(guò)濾條件。
中間件技術(shù)的核心是如何獲得有意義的數據，即數據處理。數據處理以數據挖掘、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )、復雜事件處理等理論為基礎，針對原始數據規模大和原始數據包含的語(yǔ)義信息少兩個(gè)問(wèn)題，有效地減少數據冗余，從而為上層應用提供適合的語(yǔ)義信息。圖8給出了典型的數據處理的過(guò)程。

RFID與WSN技術(shù)融合形成WSID網(wǎng)絡(luò )是推動(dòng)構建泛在計算世界的重要一步，而中間件技術(shù)為交互雙方動(dòng)態(tài)的感知上下文信息提供了便利。中間件技術(shù)能將數據采集與業(yè)務(wù)處理系統分離，使應用系統專(zhuān)注于交互業(yè)務(wù)的流程和處理，而不再局限于修改以適應各種不同的數據采集方式。
2．3 數據融合
WSN的基本功能是收集并返回傳感器節點(diǎn)所在監測區域的各種各樣的信息，RFID數據則總是和時(shí)問(wèn)、空間相聯(lián)系，兩種技術(shù)融合構建的新網(wǎng)絡(luò )的原始數據規模很大且精度不高。
數據融合技術(shù)利用節點(diǎn)的本地計算和存儲能力去除冗余信息，對多份相關(guān)數據進(jìn)行綜合，為上層應用提供更有效、更符合用戶(hù)需求的信息。
數據融合技術(shù)可以與WSN的多個(gè)協(xié)議層進(jìn)行結合：減少MAC層的發(fā)送沖突和頭部開(kāi)銷(xiāo)可以達到節省能量的目的；路由層結合數據融合機制，以期減少數據傳輸量；應用層利用分布式數據庫技術(shù)，對采集到的數據進(jìn)行逐步篩選，可以達到融合的效果。
數據融合的功效可以用以下幾個(gè)指標來(lái)衡量：
(1)準確性。在匯聚節點(diǎn)得到的值和真實(shí)值之差，準確度可以表示為差、比值、統計數據，或其他根據特定的情況所得到的值。
(2)等待時(shí)間。因為中間節點(diǎn)可能會(huì )等待數據，所以數據融合會(huì )延長(cháng)報告的等待時(shí)間。
(3)信息開(kāi)銷(xiāo)。數據融合最重要的優(yōu)點(diǎn)就是能減小信息開(kāi)銷(xiāo)，從而提高能量效率和延長(cháng)網(wǎng)絡(luò )的生存期。
目前，數據融合的方法有很多，大概包括統計和估計類(lèi)融合方法、采用信息論的融合方法以及其他融合方法。但是，物聯(lián)網(wǎng)感知層在感知多源信息時(shí)，尚沒(méi)有一種很好的融合方法。針對這一問(wèn)題，李杰等通過(guò)引入數據融合器，提出了一種將電子產(chǎn)品編碼和環(huán)境參數建立映射關(guān)系的方法。將該方法應用于超市倉儲管理系統，對其編碼并且構建原型系統，該方法能夠明顯提高數據傳輸的有效率。

3 WSID存在問(wèn)題及展望
毫無(wú)疑問(wèn)，RFID與WSN融合形成的WSID網(wǎng)絡(luò )將推動(dòng)更多的技術(shù)改進(jìn)，促進(jìn)新的業(yè)務(wù)和應用的產(chǎn)生。WSID網(wǎng)絡(luò )不僅能夠揭示監測對象的位置和身份，而且能夠顯示對象當前所處的環(huán)境狀態(tài)。然而，要將WSID應用于環(huán)境控制和工業(yè)生產(chǎn)中，我們必須要付出更多的努力。綜合起來(lái)講，RFID與WSN融合形成的WSID網(wǎng)絡(luò )目前還存在以下幾方面的問(wèn)題：
(1)RFID系統中的通信接口遵循EPCGlobal定制的C1G2協(xié)議或者ISO18000；標簽內的數據編碼遵循EPC編碼標準；而WSN通信接口和網(wǎng)內數據格式遵循802．15．4或者Zigbee等協(xié)議。RFID與WSN采用了兩種不同的協(xié)議，會(huì )引發(fā)數據格式、通信協(xié)議的不兼容等問(wèn)題。IntelliSense RFID方案在這一方向具有首創(chuàng )精神，它的目標是發(fā)展RFID設備的多重協(xié)議，使得設備能夠與不同的通信協(xié)議工作在不同的頻率帶寬下。
(2)WSID要想獲得廣泛應用，對于解決一些公開(kāi)的問(wèn)題和挑戰是非常重要的。例如，在閱讀器與WSN節點(diǎn)的融合方式中，當發(fā)生閱讀器讀寫(xiě)碰撞時(shí)，RFID系統會(huì )根據防碰撞協(xié)議向閱讀器發(fā)出控制命令。但是，閱讀器會(huì )因為節點(diǎn)之間的端到端時(shí)延而無(wú)法及時(shí)做出響應，從而使閱讀器的碰撞問(wèn)題更加嚴重。另外，WSID網(wǎng)絡(luò )中的無(wú)線(xiàn)設備數量越多，潛在的安全性等隱患就越大，如何解決這些問(wèn)題對于WSID的推廣應用具有至關(guān)重要的作用。
(3)WSID能夠廣泛使用的一個(gè)重要步驟是部署工具、方法和方式，它們必須能夠普遍使用在大部分應用中。同時(shí)，當配置這些工具方法和標準時(shí)還要重點(diǎn)考慮有限資源的限制問(wèn)題。此外，由于市場(chǎng)受到成本的驅使，WSID網(wǎng)絡(luò )將很大程度上依靠最低的原料成本和簡(jiǎn)單有效的制造過(guò)程。

4 結語(yǔ)
WSID繼承了RFID利用射頻信號自動(dòng)識別目標的特性，同時(shí)實(shí)現了WSN主動(dòng)感知與通信的功能。WSID能夠主動(dòng)對環(huán)境進(jìn)行監測并記錄相關(guān)數據，必要的時(shí)候能夠主動(dòng)發(fā)出警報?？梢?jiàn)，將WSN與RFID技術(shù)融合來(lái)構建WSID網(wǎng)絡(luò )的應用前景不可限量。