基于RFID的无人超市系统优化方案

2019-12-07侯东洋杨梓靖贾宇琛

网络安全技术与应用 2019年12期

◆侯东洋杨梓靖贾宇琛

基于RFID的无人超市系统优化方案

◆侯东洋杨梓靖贾宇琛

（河北农业大学河北 071001）

以无人店为代表的AI指导下的新零售业正在对传统的零售业进行冲击，无人超市一词渐渐出现在大众视野中。基于目前竞争激烈的无人店热潮，本文分析了目前无人超市对RFID技术的应用现状，并就这点对无人超市的管理服务层面提出了相应的优化设计，完成了从身份识别进店，信息绑定，商品导购，读取商品信息到自动付款这一系统的实现，很大程度提升了无人超市的管理能力和交互水平，为无人超市技术的普及发展提供了新的思路。

RFID技术；零售；无人超市；管理系统优化

1 RFID原理简论

无线射频识别即射频识别技术（Radio Frequency Identification，RFID），是自动识别技术的一种，通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，利用无线射频方式对记录媒体（电子标签或射频卡）进行读写，从而达到识别目标和数据交换的目的，其被认为是21世纪最具发展潜力的信息技术之一。

无线射频识别技术通过无线电波不接触快速信息交换和存储技术，通过无线通信结合数据访问技术，然后连接数据库系统，加以实现非接触式的双向通信，从而达到了识别的目的，用于数据交换，串联起一个极其复杂的系统。在识别系统中，通过电磁波实现电子标签的读写与通信。根据通信距离，可分为近场和远场，为此读/写设备和电子标签之间的数据交换方式也对应地被分为负载调制和反向散射调制。同时射频识别技术也经常泛用在人机互动和信息传感等方面，是现在无人超市的AI设计最优的技术媒介。

2 RFID室内定位原理与实现

2.1 RFID定位的基本原理

通过一组固定的阅读器读取目标RFID标签的特征信息（如身份ID、接收信号强度等），同样可以采用近邻法、多边定位法、接收信号强度等方法确定标签所在位置。

这种技术作用距离短，一般最长为几十米。但它可以在几毫秒内得到厘米级定位精度的信息，且传输范围很大，成本较低。同时由于其非接触和非视距等优点，可望成为优选的室内定位技术。本文所述优化方案采用近邻定位法，通过两个临近基站对同一标签进行扫描，将对应距离数据进行算法加工便可获取有源射频标签的相对位置（图1）。

2.2 RFID定位实现方案

RFID定位部分主要由服务器、读卡基站、有源标签设备组成。标签，内置天线，每50ms进行一次信息报送，实现信息的实时传递，其中包括标签的位置信息和商品信息。读卡基站为基于有源标签的读卡模块DSR-M01的功能拓展，外接ESP8266wifi模块，针对距离敏感性能够进行消失报警和信号指示（图2）。本系统采用将基站贴墙扫描，进行两点间信息定位，并通过演示固件进行模拟演示。采集信息上传到服务器，对数据进行统计，记录历史轨迹。

图1 RFID近邻法定位示意图

图2 读卡基站模块功能配置图

3 RSSI距离算法原理与实现

3.1 RSSI算法原理及模型

作为一种全新的信息获取和处理方式，无线传感器网络可以应用在广泛的领域内实现复杂的大规模监测和追踪任务，而网络自身的定位是大多数应用的基础。基于距离的定位是通过测量节点间距来实现的。利用RSSI测距只需较少的通信开销和较低的实现复杂度，这在能量有限的网络节点中是非常重要的。本文所提出的RSSI算法为一种理论模型，公式是通过大量实验佐证的小误差经验计算算法。

具体转化公式为：

D（cm）=（RSSI（dBm）²）*P-L

其中：

D为根据信号强度转换得到的距离，单位为cm。

RSSI为信号强度，取绝对值，单位为dBm。

P，L均为参数，与天线相关。

根据信号强度不同算法也可以分为以下四部分：

（1）如果信号强度大于等于L0（-22）dBm，则距离为0

（2）如果信号强度大于等于L（-41）dBm，按线性计算距离

distant = 100 * （L0 - rssi）/（L0 - L）;

（3）如果信号强度大于等于（-50），按抛物线1计算

distant = 100 + （rssi + 36）*（rssi + 36）*0.6 – 15；

（4）其他，则按抛物线2计算

distant = 1.6*（rssi + 34.5）*（rssi + 34.5） - 180.7。

3.2 算法实现方案

基站将数据上报上位机后，通过数据处理，使用系统固件获取标签对应的RSSI值，使用固件自带算法，将RSSI值进行空间距离的转化，首先进行标签可读性测试，继而对距离参数值的误差进行矫正，最后测试控制器对指定标签的命令下达。将每个基站所求RSSI值计算的距离d导入轨迹跟踪固件，确定相对位置与空间x、y轴继而计算标签出对应的空间位置。

两基站贴墙安置，以两基站中点为平面坐标轴的中心，根据两点，两线可求出对应标签的空间位置（xn，yn）。距离算法固件，本系统固件一般存储于设备中的电可擦除只读存储器EEPROM（Electrically Erasable Programmable ROM）或FLASH芯片中，可用刷新程序进行升级的程序。担任着轨迹显示与距离检验的最基础、最底层工作的软件。系统固件使用VC和C++软件编程，内置距离算法和空间位置算法。

4 身份认证机制详解

4.1 商品标签和IC识别原理

无源标签：RFID IC内部有一个154位存储器，用以存储标签数据。IC内部还有一个通导电阻极低的调制门控管，以固定频率工作。当读卡器发出电磁波后，器件感电开始运转，将数据以曼彻斯特格式发送出去。门控管的开关频率为70kHz，完成154位数据发送需要2.2ms，在发送完数据后标签随即进入100ms的休眠时间，期间不影响读卡器对其他标签的扫描。

IC卡识别：当有IC卡靠近读卡器线圈时，谐振把能量感应到IC卡内部的线圈上，并对卡内电容进行充电，IC卡将以此作为电源通过负载调制的方法向读卡器发送信息。不同IC卡产生不同的数据解码。ID号写在芯片内部，不能进行第二次更改。本系统所用IC卡为125kHz频段下的卡种。

4.2 机制实施

通过对顾客IC卡的信息读取，实现对顾客的信息绑定，实现商品引导。其中对顾客IC卡的识别采用NFC技术。近场通信（Near Field Communication），使用了NFC技术的设备可以在彼此靠近的情况下进行数据交换，通过在单一芯片上集成感应式读卡器、感应式卡片和点对点通信的功能，利用终端实现移动身份识别功能。最终达到顾客的信用绑定，加强了无人超市的可控性，也为自动扣款做了进一步铺垫。