融合無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )的長(cháng)距離射頻識別系統

2 無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )(Wireless Sensor Network，WSN)是由部署在監測區域內大量的微型傳感器節點(diǎn)構成，通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信形成一個(gè)多跳的自組織網(wǎng)絡(luò )系統，網(wǎng)絡(luò )中各傳感器節點(diǎn)具有數據收集和將數據路由到協(xié)調器的功能。其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò )覆蓋區域中被感知對象的信息，并發(fā)送給觀(guān)察者。傳感器、感知對象和觀(guān)察者構成了無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的3個(gè)要素。傳感器節點(diǎn)一般由采集信息、信號的傳感器單元、處理與存儲單元、收發(fā)單元、電源單元、相關(guān)支持軟件等功能模塊組成。自組織網(wǎng)絡(luò )是一種沒(méi)有預定基礎設施支撐的可重構的多跳網(wǎng)絡(luò )，網(wǎng)絡(luò )拓撲、信道環(huán)境、業(yè)務(wù)模式隨節點(diǎn)的移動(dòng)而動(dòng)態(tài)改變。WSN也是一項有著(zhù)廣闊應用前景的技術(shù)，它能夠實(shí)現數據采集，處理融合和傳輸。因此，該技術(shù)可以實(shí)時(shí)監測、感知和采集網(wǎng)絡(luò )分布區域內各種環(huán)境或監測對象的信息，并且其商業(yè)化進(jìn)程還在不斷發(fā)展。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )和RFID技術(shù)的不斷發(fā)展，在技術(shù)方面具有越來(lái)越多的相似性?？梢?jiàn)，將無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )技術(shù)RFID相結合具有實(shí)際應用意義，會(huì )為即將到來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代提供更多的機會(huì )和空間，有著(zhù)巨大的經(jīng)濟效益和社會(huì )意義，如RFID和溫度、濕度或加速度傳感器聯(lián)合使用，不僅可以監控物品的運輸，而且還可將運輸過(guò)程中貯存溫度不達標、食品過(guò)期等信息通過(guò)信息網(wǎng)絡(luò )送至監控中心；載送物品貨車(chē)行駛速度過(guò)快的相關(guān)信息也會(huì )被加速度傳感器捕捉到，監控中心在接收到信息后會(huì )對貨車(chē)司機發(fā)出警報，甚至通過(guò)控制信息自動(dòng)控制貨車(chē)速度達到正常水平。

3 融合WSN的RFID系統
當前對RFID技術(shù)的深入研究主要集中在標簽、閱讀器和RFID中間件3個(gè)方面。前兩個(gè)方向主要涉及硬件開(kāi)發(fā)，而RFID中間件是目前的一個(gè)研究熱點(diǎn)。RFlD中間件技術(shù)扮演了閱讀器和應用層面中介的角色，提供對原始信息的分析、過(guò)濾與傳輸；還提供安全管理、資源定位、錯誤處理和沖突解除等功能。由于RFID閱讀器只是簡(jiǎn)單地將原始標簽信息從射頻標簽中讀出，并不進(jìn)行處理和傳送；如果要與應用層面進(jìn)行交互，必須由其他設備和軟件完成。如何將上層應用與閱讀器連接是部署RFID應用的關(guān)鍵問(wèn)題。在實(shí)際工作中，閱讀器對標簽進(jìn)行讀寫(xiě)，然后將采集到的識別數據傳送給服務(wù)器，在各種RFID規范當中，絕大多數是對信息采集過(guò)程的定義，對信息如何傳送給服務(wù)器的環(huán)節并沒(méi)有很多限制，即RFID中間件如何實(shí)現，這個(gè)環(huán)節是無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )融合入RFID系統的研究重點(diǎn)，完全可以讓W(xué)SN與RFID系統協(xié)同工作，使RFID閱讀器充當WSN節點(diǎn)的角色，即構建“智能節點(diǎn)”，將識別到的標簽信息通過(guò)WSN進(jìn)行傳輸，這種應用既有RFID系統的功能，又具有WSN成本低、部署方便、傳輸距離遠等特點(diǎn)，即WSN作為RFID中間件實(shí)現數據向RFID服務(wù)器或其他網(wǎng)絡(luò )傳送，以此來(lái)擴展RFID系統的應用范圍。對于目前RFID系統中的閱讀器來(lái)說(shuō)，只能在本地控制系統的控制下工作，它龐大的體積，昂貴的價(jià)格限制了移動(dòng)和大量布置。而且，RFID閱讀器的天線(xiàn)必須仔細設計，以便可以覆蓋到范圍內所有的標簽，還要防止不同閱讀器天線(xiàn)之間的碰撞。這些不利因素都限制了RFID的進(jìn)一步應用。如果能夠削減RFID閱讀器的部分功能，可以使得閱讀器成本降低且容易布置。因此，一種分布式智能節點(diǎn)的構建如圖2所示。

該方案將RFID閱讀器融人到了WSN的節點(diǎn)中，建立了“智能節點(diǎn)”，可看作融合前WSN的路由器節點(diǎn)，智能節點(diǎn)很小，可以較密散布在待測區域，每個(gè)智能節點(diǎn)讀取少量標簽。由于標簽數據的相似性，智能節點(diǎn)可以獲得較高的數據壓縮率。智能節點(diǎn)自動(dòng)工作，最終識別數據以自組網(wǎng)多跳的方式傳輸到匯聚節點(diǎn)(Sink Node)，也稱(chēng)協(xié)調器節點(diǎn)。智能節點(diǎn)工作示意圖，如圖2所示。
每個(gè)智能節點(diǎn)包括傳感部分、RFID讀寫(xiě)部分、中央控制部分和通信部分。智能節點(diǎn)可以布置到一個(gè)自組織的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )中，自主運行，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳送數據給后臺服務(wù)器。所有智能節點(diǎn)是同構的，因此可以使用簡(jiǎn)單高效的數據壓縮方法。最后，一個(gè)靈活的傳輸協(xié)議是必須的，目前常用的是ZigBee協(xié)議。