RFID定位方案中的Wi-Fi運用

隨著(zhù)移動(dòng)通信需求的日益增長(cháng)，允許訪(fǎng)問(wèn)特定位置信息在普適計算及應用方面表現出廣泛的重要性。在室外環(huán)境下，基于全球衛星導航系統（GNSS）的全球定位系統（GPS）或者北斗星定位系統已經(jīng)可以滿(mǎn)足一定的室外定位需求。然而，這些技術(shù)并不能很好的運用在室內定位系統中，必須采用一些替代技術(shù)。

為了實(shí)現這個(gè)目標，基于IEEE802.11無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)（Wi-Fi）的技術(shù)提供了一個(gè)高性?xún)r(jià)比的解決方案。實(shí)際應用中也已經(jīng)提出了許多算法方案，包括測量接收信噪比（SNR），以及使用更廣泛的接收信號強度指示（RSSI）。室內定位問(wèn)題必須要考慮室內環(huán)境所表現出的傳輸信道特性，由于墻壁和障礙物的影響，會(huì )帶來(lái)多徑衰弱、吸收以及遮蔽等一系列問(wèn)題。因此，基于幾何角的測量技術(shù)，比如到達角（AOA）、到達相位（POA）、到達時(shí)間（TOA）或者到達時(shí)間差（TDOA）不能很好的應用在室內定位系統中。

近幾年，隨著(zhù)射頻識別技術(shù)（Radio FrequentlyIdentification,RFID）的不段完善和推廣，并且憑借其重量輕、功耗低和識別能力強等獨特優(yōu)勢，逐步運用在各種場(chǎng)合中，如身份標識、工程控制和定位追蹤等領(lǐng)域。本文的研究重點(diǎn)是將研究Wi-Fi無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)與RFID識別技術(shù)相結合，通過(guò)RFID標簽來(lái)實(shí)現Wi-Fi系統定位的解決方案。據初步檢索，國內對基于Wi-Fi的RFID定位技術(shù)研究工作尚不多見(jiàn)，本文的工作是將對基于Wi-Fi的RFID定位系統的定位方案進(jìn)行探討。

1 定位系統的硬件結構

射頻識別技術(shù)（RFID）是20世紀90年代起新興的一項自動(dòng)識別技術(shù)，它主要通過(guò)標簽對應的唯一ID號識別標志物。與傳感器技術(shù)類(lèi)似，RFID技術(shù)被認為是物聯(lián)網(wǎng)（The Internetof Things）一項支撐技術(shù)。某些人認為，前者只是識別，沒(méi)有處理的能力，而后者可以對感知到的物品進(jìn)行處理。和傳統的磁卡、IC卡相比，射頻卡最大的優(yōu)點(diǎn)就在于非接觸，因此，識別工作無(wú)須人工干預，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識別高速運動(dòng)物體并可同時(shí)識別多個(gè)標簽，操作快捷方便。

RFID是一種簡(jiǎn)單的無(wú)線(xiàn)系統，只有兩個(gè)基本器件，該系統用于控制、檢測和跟蹤物體。系統由一個(gè)閱讀器和多個(gè)標簽組成。

RFID技術(shù)利用無(wú)線(xiàn)射頻方式在閱讀器和標簽之間進(jìn)行非接觸雙向傳輸數據，已達到目標識別和數據交換的目的。最基本的RFID系統由三部分組成：電子標簽（Tag）、讀寫(xiě)器（Reader）和在標簽與讀卡器間傳遞射頻信號的微型天線(xiàn)（Antenna）。

我們下面將要研究的定位測試平臺主要由多個(gè)支持RFID讀寫(xiě)器功能的Wi-Fi接入點(diǎn)和內置有RFID標簽的Wi-Fi終端組成，圖1所示為定位系統的硬件框圖設計。

圖1 系統硬件框圖

2 定位方案

基于Wi-Fi的RFID定位方案我們將考慮采用以下兩種解決方案：（1）基于信號強度和到達時(shí)間差復合定位方案；（2）基于位置距離和角度的定位方案。

2 . 1 基于信號強度和到達時(shí)間差復合定位方案

對室內Wi-Fi終端進(jìn)行定位前，首先根據室內實(shí)際情況規劃出室內的終端分布圖，存入信息處理數據庫；然后根據室內分布情況設置AP接入點(diǎn)，同時(shí)我們需要設置一個(gè)位置固定的參考標簽，作為測量基準點(diǎn)來(lái)幫助進(jìn)行位置校準， 設置的接入點(diǎn)數量根據具體的室內情況而定。

當Wi-Fi終端進(jìn)入室內后，AP接入點(diǎn)內的RFID讀寫(xiě)器被喚醒，再由讀寫(xiě)器發(fā)出一個(gè)無(wú)線(xiàn)喚醒信號，喚醒Wi-Fi終端內的RFID標簽。標簽接收到喚醒信號后，從休眠模式中喚醒，然后比較自身ID號與接收信號中的ID號是否一致，ID號不相符的標簽再次進(jìn)入休眠模式，而ID相符的標簽則進(jìn)入接收模式，接收信號并定位解算出其位置數據，并將位置數據送到處理器進(jìn)行處理。文獻[4]中已經(jīng)研究了基于RFID的停車(chē)場(chǎng)無(wú)線(xiàn)定位方案，而我們提出了一種基于Wi-Fi的RFID定位方案，通過(guò)多個(gè)Wi-Fi AP接入點(diǎn)內的讀寫(xiě)器分別讀取待定位Wi-Fi終端內的RFID標簽，將獲得的位置數據進(jìn)行融合，最終得到RFID標簽的位置信息。如圖2給出了基于該定位算法的結構化框圖。

圖2 基于信號強度的定位算法框圖