一种基于有源RFID和红外通信的服务器定位系统

刘恒

引言：随着云计算的兴起，数据中心逐年增多，传统的人工定时检查的监管方式，效率低且易出错。本论文提供了一种基于有源RFID和红外通信的服务器精确定位监控系统，该系统能够实现对数据中心的服务器精确定位和实时盘点。

一、背景

随着互联网行业的高速发展，以及云计算的兴起，数据中心逐年增多，对数据中心服务器的有效监管日益迫切。对于互联网金融行业和云服务提供商来说服务器的安全具有非常重要的经济和法律意义。而传统数据中心的服务器监管一般采用人工定时检查，效率低且易出错。目前数据中心的RFID服务器监控系统主要实现服务器的自动盘点，不能实现服务器精确定位，难以解决由于服务器安装位置错误引起的数据安全事故。本论文提供了一种基于有源RFID和红外通信的服务器精确定位监控系统，该系统能够实现对服务器的精确定位和实时盘点。

二、方案设计

本服务器定位系统分为三部分：读写器，红外触发标签，红外定位器。红外定位器安装在机柜侧面，ID号码与机柜编码对应。红外触发标签黏贴在服务器前面板，标签ID与服务器编码建立一一对应关系。读写器安装在机房内合适的位置，读取标签信息以及标签的位置信息。

红外定位器通过红外发射器广播自身ID；红外触发标签定时唤醒侦听红外广播ID，如果侦听到有效ID则记录在RAM中，同时启动射频发射，将自身ID号码和位置编码发送出去；读写器接收到标签的信息之后进行數据解析和数据包重组，通过以太网络定时把数据包上传到远端服务器。

2.1 红外定位器

红外定位器由单片机，红外LED，驱动电路，菲涅尔准直透镜等组成。如图1所示，单片机将ID号码转变为二进制基带信号，然后使用OOK调制方式将基带信号加载到PWM载波上。载波经过驱动电路，驱动红外LED，将电信号转变成红外信号发射出去。红外线通过菲涅尔准直透镜把点光源的发散光，转变成光斑可调的平行光。平行的红外光可以使每个U位对应的编码，只被黏贴在对应U位上的标签接收，这样可以对标签的位置进行区分。

对于正菲涅尔透镜，光线从一侧进入，经过透镜在另一侧聚焦成一点或以平行光射出。LED可以近似为点光源，经过菲涅尔透镜后为平行光，光斑形状和大小取决于透镜的形状和尺寸，因此可以根据系统定位需求选择合适尺寸的菲涅尔透镜，形成互不干扰的带状激活区域。

2.2 红外触发标签

红外触发标签卡由低功耗MCU，一体化红外接收头，射频单元，电池等组成。采用STM8L作为标签处理器，在停机模式电流只需400nA。一体化红外接收头采用VISHAY公司的TSOP38140，其内部集成了光敏二极管，自动增益调节，带通滤波器等，可以有效解调出基带信号。射频IC选择Silicon Labs公司的SI4463，频带119MHZ-1050MHZ，输出功率最大20dB，待机电流50nA，适合有源RFID应用。

红外触发标签工作模式分为休眠模式，侦听模式，和活动模式。休眠模式，MCU处在停机状态，射频IC设置为掉电模式，同时通过IO端口切断红外接收头电源，使标签卡电流消耗维持在450nA以下；侦听模式，MCU唤醒工作在低功耗运行模式，持续搜索10ms。如果接收到有效信息，进入活动模式，反之等待搜索时间结束再进入活动模式；活动模式下，MCU启动HSI时钟，进入全速运行状态，将ID信息加载到射频IC。启动无线发射，发射完毕后，将射频IC设置为掉电模式，之后MCU切换到HALT状态，标签重新进入休眠模式。

2.3 读写器

读写器主要有CPU，FLASH存储器，射频接收单元，天线，以太网模块，POE电源系统等组成。实现对红外触发标签信息的读取，并对标签信息进行解码和数据包重组。按照规定的协议帧格式，通过以太网把数据发送到远程服务器。

结语

有源RFID读取距离远，识别速度快，抗干扰能力强，但是无法实现位置信息精确识别；红外通信传输角度小，物理空间可隔离的特征，同时利用菲涅尔准直透镜的成像特征，可以将红外通信范围分割成互不干扰的带状区域，实现空间信息的精确判定。本系统结合了两者优势，具有很好的应用推广价值。

参考文献

[1]许中兵. 红外触发RFID卡的设计.科技咨询，2008，10.

[2]Silicon Labs . SI4463智能电网参考设计.世界电子元器件.2012，10.

（作者单位：东南大学苏州研究院）