基于RFID傳感器網(wǎng)絡(luò )的目標跟蹤問(wèn)題研究

RFID技術(shù)和WSN技術(shù)具有不同的技術(shù)特點(diǎn)，WSN可以監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(shù)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(wú)源RFID的有效讀取距離一般小于10m，如果能利用WSN長(cháng)達100M的有效距離，將會(huì )拓展RFID技術(shù)的應用范圍。將RFID和WSN進(jìn)行集成應用，會(huì )極大地推動(dòng)兩項技術(shù)的應用。 目前國內外對RFID與WSN的集成技術(shù)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(kāi)發(fā)等方面。但是，對于將RFID讀寫(xiě)器集成到傳感器網(wǎng)絡(luò )中體系架構的研究目前還只是抽象的架構設計。

RFID 的一個(gè)發(fā)展趨勢是與網(wǎng)絡(luò )集成，目前RFID網(wǎng)絡(luò )已經(jīng)開(kāi)始逐步走向成熟。將傳感器節點(diǎn)集成到RFID系統中可以獲取更多所需的環(huán)境信息，并且可以擴大RFID系統的識別范圍。因此我們設計RFID傳感器網(wǎng)絡(luò )，網(wǎng)絡(luò )結構如圖3所示。

我們可以利用這一RFID傳感器網(wǎng)絡(luò )對移動(dòng)的目標進(jìn)行跟蹤定位研究。這一網(wǎng)絡(luò )擁有大量的傳感器節點(diǎn)和RFID讀寫(xiě)器，傳感器節點(diǎn)可以用來(lái)精確的監控移動(dòng)目標的周?chē)h(huán)境，同時(shí)RFID讀寫(xiě)器可以用來(lái)確定目標的移動(dòng)軌跡，并防止目標進(jìn)入限制區域。

圖3 RFID傳感器網(wǎng)絡(luò )體系結構

3 目標跟蹤系統

移動(dòng)目標的跟蹤定位是最近在供應鏈領(lǐng)域新涌現出的一個(gè)研究?jì)热?。目前在這一問(wèn)題中，WSN應用的比較廣泛。

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

由于傳感器節點(diǎn)體積小、價(jià)格低廉、采用無(wú)線(xiàn)通信方式，以及傳感器網(wǎng)絡(luò )部署隨機，具有自組織性、魯棒性和隱藏性等特點(diǎn)，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )非常適合于移動(dòng)目標的定位和跟蹤。但是傳感器節點(diǎn)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(wú)線(xiàn)鏈路受到干擾，網(wǎng)絡(luò )拓撲結構動(dòng)態(tài)變化，而傳感器網(wǎng)絡(luò )的移動(dòng)目標跟蹤應用具有很強的實(shí)時(shí)性，因此引入了RFID讀寫(xiě)器的傳感器網(wǎng)絡(luò )，可以更好的解決這一問(wèn)題。

現代的目標跟蹤問(wèn)題中常常關(guān)注著(zhù)目標移動(dòng)的曲線(xiàn)，并且伴隨著(zhù)大量的監控信息，例如周?chē)h(huán)境的溫度，濕度等等。在RFID傳感器網(wǎng)絡(luò )中，RFID讀寫(xiě)器負責探測并確定當前移動(dòng)目標的位置，以及移動(dòng)的方向，傳感器負責搜集目標周?chē)钠渌嚓P(guān)信息，并在適當的時(shí)候做出報警。

圖4 RFID傳感器網(wǎng)絡(luò )中目標跟蹤軌跡

4 實(shí)驗

在我們的實(shí)驗中，假設目標的移動(dòng)軌跡為一條曲線(xiàn)，如圖4所示。我們設定一個(gè)由16個(gè)RFID讀寫(xiě)器組成的4 4正方形跟蹤區域，由圖中虛心圓點(diǎn)標識。實(shí)心圓點(diǎn)代表傳感器。

當一個(gè)攜帶標簽的移動(dòng)目標如圖中所示由 移動(dòng)到 ，兩點(diǎn)之間的直線(xiàn)被認為是目標移動(dòng)的軌跡。因此，當目標沿著(zhù)圖中的曲線(xiàn)運動(dòng)時(shí)，由相應的RFID讀寫(xiě)器確定其位置，相應順序激活的RFID讀寫(xiě)器為：

在目標的移動(dòng)過(guò)程中，如果接近其中一個(gè)傳感器，該傳感器就會(huì )搜集該目標周?chē)h(huán)境的相關(guān)信息，例如溫度、濕度，并且將這些信息通過(guò)RFID傳感器網(wǎng)絡(luò )及時(shí)傳送給計算機管理系統。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(gè)將RFID讀寫(xiě)器與無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )相結合的RFID傳感器網(wǎng)絡(luò )架構，這一架構可以擴大系統的覆蓋范圍并擴展RFID信息系統的信息種類(lèi)。我們初步將這一架構應用在移動(dòng)目標的跟蹤定位上，理論上取得一定的進(jìn)展。未來(lái)的研究重點(diǎn)放在這一框架在供應鏈系統中的實(shí)際應用。