融合無線傳感網絡的長距離射頻識別系統

2 無線傳感網絡
無線傳感器網絡(Wireless Sensor Network，WSN)是由部署在監測區域內大量的微型傳感器節點構成，通過無線通信形成一個多跳的自組織網絡系統，網絡中各傳感器節點具有數據收集和將數據路由到協調器的功能。其目的是協作地感知、采集和處理網絡覆蓋區域中被感知對象的信息，并發送給觀察者。傳感器、感知對象和觀察者構成了無線傳感器網絡的3個要素。傳感器節點一般由采集信息、信號的傳感器單元、處理與存儲單元、收發單元、電源單元、相關支持軟件等功能模塊組成。自組織網絡是一種沒有預定基礎設施支撐的可重構的多跳網絡，網絡拓撲、信道環境、業務模式隨節點的移動而動態改變。WSN也是一項有著廣闊應用前景的技術，它能夠實現數據采集，處理融合和傳輸。因此，該技術可以實時監測、感知和采集網絡分布區域內各種環境或監測對象的信息，并且其商業化進程還在不斷發展。無線傳感器網絡和RFID技術的不斷發展，在技術方面具有越來越多的相似性。可見，將無線傳感器網絡技術RFID相結合具有實際應用意義，會為即將到來的物聯網時代提供更多的機會和空間，有著巨大的經濟效益和社會意義，如RFID和溫度、濕度或加速度傳感器聯合使用，不僅可以監控物品的運輸，而且還可將運輸過程中貯存溫度不達標、食品過期等信息通過信息網絡送至監控中心；載送物品貨車行駛速度過快的相關信息也會被加速度傳感器捕捉到，監控中心在接收到信息后會對貨車司機發出警報，甚至通過控制信息自動控制貨車速度達到正常水平。

3 融合WSN的RFID系統
當前對RFID技術的深入研究主要集中在標簽、閱讀器和RFID中間件3個方面。前兩個方向主要涉及硬件開發，而RFID中間件是目前的一個研究熱點。RFlD中間件技術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閱讀器只是簡單地將原始標簽信息從射頻標簽中讀出，并不進行處理和傳送；如果要與應用層面進行交互，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應用的關鍵問題。在實際工作中，閱讀器對標簽進行讀寫，然后將采集到的識別數據傳送給服務器，在各種RFID規范當中，絕大多數是對信息采集過程的定義，對信息如何傳送給服務器的環節并沒有很多限制，即RFID中間件如何實現，這個環節是無線傳感器網絡融合入RFID系統的研究重點，完全可以讓WSN與RFID系統協同工作，使RFID閱讀器充當WSN節點的角色，即構建“智能節點”，將識別到的標簽信息通過WSN進行傳輸，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，即WSN作為RFID中間件實現數據向RFID服務器或其他網絡傳送，以此來擴展RFID系統的應用范圍。對于目前RFID系統中的閱讀器來說，只能在本地控制系統的控制下工作，它龐大的體積，昂貴的價格限制了移動和大量布置。而且，RFID閱讀器的天線必須仔細設計，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之間的碰撞。這些不利因素都限制了RFID的進一步應用。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的構建如圖2所示。

該方案將RFID閱讀器融人到了WSN的節點中，建立了“智能節點”，可看作融合前WSN的路由器節點，智能節點很小，可以較密散布在待測區域，每個智能節點讀取少量標簽。由于標簽數據的相似性，智能節點可以獲得較高的數據壓縮率。智能節點自動工作，最終識別數據以自組網多跳的方式傳輸到匯聚節點(Sink Node)，也稱協調器節點。智能節點工作示意圖，如圖2所示。
每個智能節點包括傳感部分、RFID讀寫部分、中央控制部分和通信部分。智能節點可以布置到一個自組織的無線傳感器網絡中，自主運行，通過網絡傳送數據給后臺服務器。所有智能節點是同構的，因此可以使用簡單高效的數據壓縮方法。最后，一個靈活的傳輸協議是必須的，目前常用的是ZigBee協議。