RFID與WSN技術融合理論研究

2 WSID關鍵技術分析
RFID與WSN的三種融合方式解決的是兩者融合結構的問題，但是兩者融合技術層面的問題也是關鍵。在融合過程中所涉及的關鍵技術有路由技術、中間件技術以及數據融合等。
2．1 路由技術
路由協議的作用是尋找從源節點到目的節點的最佳路徑，將數據分組沿著最佳路徑進行轉發。路由協議的功能主要有兩個方面：一是搜索滿足條件的從源節點到目的節點的優化路徑：二是轉發資料分組。目前，研究人員根據路由協議自身的特點以及應用類型等，將路由協議分為以下幾個類型。
2．1．1 以數據為中心的路由協議
該協議設計主要考慮用戶是否能夠方便決捷地查詢數據。在實際應用中，終端用戶往往只關心所采集的數據，而不關心這些數據具體是從哪一個節電傳送的，用戶(查詢節點)只需向網絡發出一條查詢命令，網絡就將所查詢的數據反饋給用戶。
2．1．2 基于層次結構的路由協議
該協議將整個網絡中的節點劃分為多個級別，同級節點間可以相互交換數據。在路由選擇中，低一級節點將數據傳輸至簇頭節點(高一級節點)，簇頭節點進行數據融合，減少冗余數據在網絡中的傳輸。
2．1．3 基于地理信息的路由協議
網絡中的節點利用GPS設備、三角定位系統等獲知自身所在的地理坐標。在進行路由選擇時，節點合理利用這些地理信息，從而將數據分組轉發給一個特定區域而不是整個網絡，減少網絡能耗。
2．1．4 基于多路徑的路由協議
在數據傳輸過程中，通過增加傳輸的路徑數，可以增加網絡的等效帶寬，縮短傳輸時延。對于WSID網絡，多路徑路由協議可以提高網絡的可靠性，并且可以將傳輸能耗分攤在更多的節點上。
在WSID網絡中，節點計算能力有限，對能耗和QoS有一定的要求，因此WSID的路由協議優化尤為重要。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模型，設計實現了一種新的基于遺傳算法的網絡選播路由算法。該算法能以較短的時延達到局部最優，較好地平衡網絡負載，提高了網絡搜索速度和網絡資源的利用率，改善了網絡服務質量。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網絡的環境中也存在缺陷。他們在此基礎上建立了基于WSID網絡路由算法的問題模型，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。經過仿真實驗表明，基于實數編碼的路由優化方法更適合在WSID網絡中應用。
2．2 中間件技術
WSID網絡中間件的作用主要是按照一定的規則篩選過濾數據(刪除冗余數據)，將真正有效的數據發送到上層的應用程序，以供用戶查詢使用。基于此，WSID網絡中間件的功能要求主要包括三點：第一是能夠將底層的大量原始數據經過層層過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濾方式并能夠得到不同層次的有意義數據；第三是用戶可以針對具體的應用需求，在不同層次設置數據的過濾條件。
中間件技術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、神經網絡、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義信息少兩個問題，有效地減少數據冗余，從而為上層應用提供適合的語義信息。圖8給出了典型的數據處理的過程。

RFID與WSN技術融合形成WSID網絡是推動構建泛在計算世界的重要一步，而中間件技術為交互雙方動態的感知上下文信息提供了便利。中間件技術能將數據采集與業務處理系統分離，使應用系統專注于交互業務的流程和處理，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所在監測區域的各種各樣的信息，RFID數據則總是和時問、空間相聯系，兩種技術融合構建的新網絡的原始數據規模很大且精度不高。
數據融合技術利用節點的本地計算和存儲能力去除冗余信息，對多份相關數據進行綜合，為上層應用提供更有效、更符合用戶需求的信息。
數據融合技術可以與WSN的多個協議層進行結合：減少MAC層的發送沖突和頭部開銷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，對采集到的數據進行逐步篩選，可以達到融合的效果。
數據融合的功效可以用以下幾個指標來衡量：
(1)準確性。在匯聚節點得到的值和真實值之差，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)等待時間。因為中間節點可能會等待數據，所以數據融合會延長報告的等待時間。
(3)信息開銷。數據融合最重要的優點就是能減小信息開銷，從而提高能量效率和延長網絡的生存期。
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，物聯網感知層在感知多源信息時，尚沒有一種很好的融合方法。針對這一問題，李杰等通過引入數據融合器，提出了一種將電子產品編碼和環境參數建立映射關系的方法。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存在問題及展望
毫無疑問，RFID與WSN融合形成的WSID網絡將推動更多的技術改進，促進新的業務和應用的產生。WSID網絡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境狀態。然而，要將WSID應用于環境控制和工業生產中，我們必須要付出更多的努力。綜合起來講，RFID與WSN融合形成的WSID網絡目前還存在以下幾方面的問題：
(1)RFID系統中的通信接口遵循EPCGlobal定制的C1G2協議或者ISO18000；標簽內的數據編碼遵循EPC編碼標準；而WSN通信接口和網內數據格式遵循802．15．4或者Zigbee等協議。RFID與WSN采用了兩種不同的協議，會引發數據格式、通信協議的不兼容等問題。IntelliSense RFID方案在這一方向具有首創精神，它的目標是發展RFID設備的多重協議，使得設備能夠與不同的通信協議工作在不同的頻率帶寬下。
(2)WSID要想獲得廣泛應用，對于解決一些公開的問題和挑戰是非常重要的。例如，在閱讀器與WSN節點的融合方式中，當發生閱讀器讀寫碰撞時，RFID系統會根據防碰撞協議向閱讀器發出控制命令。但是，閱讀器會因為節點之間的端到端時延而無法及時做出響應，從而使閱讀器的碰撞問題更加嚴重。另外，WSID網絡中的無線設備數量越多，潛在的安全性等隱患就越大，如何解決這些問題對于WSID的推廣應用具有至關重要的作用。
(3)WSID能夠廣泛使用的一個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，當配置這些工具方法和標準時還要重點考慮有限資源的限制問題。此外，由于市場受到成本的驅使，WSID網絡將很大程度上依靠最低的原料成本和簡單有效的制造過程。

4 結語
WSID繼承了RFID利用射頻信號自動識別目標的特性，同時實現了WSN主動感知與通信的功能。WSID能夠主動對環境進行監測并記錄相關數據，必要的時候能夠主動發出警報。可見，將WSN與RFID技術融合來構建WSID網絡的應用前景不可限量。