基于WSN 與RFID 融合方案的長距離射頻識別系統設計

國際電信聯盟提出的“物聯網”報告指出，物聯網技術的發展有4 大關鍵性應用技術，射頻識別RFID、無線傳感網絡WSN、智能技術及納米技術。其中RFID 和WSN 位于4 大關鍵性應用技術前列RFID 與WSN 有著各自不同的起源、發展和應用側重點，然而隨著兩種技術的不斷發展，RFID 與WSN的融合越來越成為一種趨勢。RFID 誕生較早，最初是為方便識別物品的編號信息，其標簽結構也很簡單，只存儲簡單的ID 信息，由讀卡器通過無線電激活。隨著技術不斷進步，RFID 標簽的功能變得越來越完善，逐步加入了微處理器、電池和通信傳輸協議等，這種轉變越來越與WSN 中的節點接近，如果RFID 系統與WSN 相結合，則將會讓標簽信息的采集更加方便和智能化，且借助WSN 強大的組網功能可擴大RFID 系統識別信息的傳輸范圍； 從無線傳感器網絡的角度講，它的研究內容側重于網絡連接和傳感信息的收集，RFID 技術的加入，則使得傳感器網絡應用找到新的突破口，因此，RFID 系統與傳感器網絡技術具有一定的互補性，將它們結合具有重要意義。

1 射頻識別

射頻識別技術（ Radio Frequency Identification，RFID） ，作為快速、實時、準確采集與處理信息的高新技術和信息標準化的基礎，已經被世界公認為本世紀十大重要技術之一。近年來，隨著大規模集成電路、網絡通信、信息安全等技術的發展，RFID 技術顯示出巨大的發展潛力與應用空間，由于具有高速移動物體識別、多目標識別和非接觸識別等特點，RFID 技術在物流、交通、電信、農牧、民航、票據、防偽、安全和醫療等領域的重大工程都得到了試點推廣及應用，并取得了良好的效果。與其他識別技術相比，RFID 的工作無需人工干預，可自動工作于各種惡劣環境、對標簽可進行讀寫、數據加密等諸多優越性，對改善人們生活質量，提高企業效益，加強公共安全生產有著重要意義。隨著技術進一步成熟和成本進一步降低，RFID 正逐步應用到各行各業當中，尤其是政府推行的公共事業管理等眾多領域，如金融IC 卡、交通一卡通和移動支付等。典型的RFID 系統如圖1 所示。

圖1 RFID 系統組成框圖

典型的RFID 系統一般由閱讀器、電子標簽、RFID 中間件及應用軟件系統3 部分組成。閱讀器與標簽建立雙向通信，通常由射頻接口、邏輯控制單元和天線3 部分組成； 標簽用于存儲所標識物品的身份和屬性信息，屬于被識別物品的標識設備，通常附著在被識別物品表面或內部，是RFID 系統的電子數據載體，由MCU、耦合線圈、整流濾波電路和自耦變壓器構成； 閱讀器能夠在讀取信息后將現存的被標識物品的信息通告給另一個系統，這個系統通常運行一種軟件，該軟件在閱讀器和應用層面之間，通常被稱為RFID 中間件。中間件是連接RFID設備和企業應用程序的紐帶，也是RFID 系統的核心，中間件將基于不同平臺、不同需求的應用環境與RFID 物理設備連接起來，并提供合適的接口使之能夠進行數據交換。根據RFID 系統中射頻信號耦合方式的不同可分為電感耦合和電磁反向散射耦合方式，電感耦合方式一般適合于中、低頻工作的近距離射頻識別系統。電磁反向散射耦合方式一般適合于特高頻、超高頻工作的長距離射頻識別系統，具體應用如表1 所示。

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?？梢?，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