RFID技术在物联网体系构建中的应用与创新

蹇文军

（巴音郭楞职业技术学院，新疆 库尔勒 841000）

0 引言

“物联网”是近年来出现的一个新概念。由于“物联网”在技术上具有巨大的发展潜力，在经济领域中具有功能，它将给人们的社会生活带来巨大的变化。目前已成为信息产业最突出的热点之一。射频识别技术是“物联网”中的关键信息感知技术之一，具有读取速度快、操作方便、动作距离远等特点。我国作为世界上最大的制造国，必须重视RFID技术在货物管理中的重要作用，关注“物联网”技术的巨大市场空间，促进RFID技术应用的发展。

1 物联网的发展

由于RFID技术的发展，人们不再满足于识别物品的能力，多数时候，例如在高速公路上，在交通管理中，在包裹跟踪中，在货物记录中，在航空行李管理中，在防盗车系统中，人们需要标签，以获得更多的信息，追踪标签的位置，也就是说，如果将物联网与人体相比较，RFID可以被看作是“眼睛”，而无线传感器网络（Wireless Sensor Network， WSN）被看作是“皮肤”，前者用读卡器识别物体，后者用传感器跟踪物体的状态，实现对整个物体的监控。介绍了一个基于 RFID和无线传感器网络的异构网络 WSID （wireless sensor Identification，WSID）识别平台，并对系统结构和中间件进行了详细说明。本论文相对于传统的无线传感器网络质量网络，提出了一种新颖的技术和硬件设计，包括双频双协议读卡器、传感器网关、智能标签及工作模式。并给出了软件设计方案和数据格式。在“物联网”中，WSID识别平台实现识别、感知、联网和定位等功能。

2 系统结构设计

WSID异构网络是一个多点自动识别的智能无线网络系统，WSID异构网络从底层到顶层可分为四个层次：检测层、监控层、管理层和备份接口。

这个检测器有两个功能实体：2.4GHz智能标签和915MHz RFID标签。SmartMarket tag被部署在一个固定的位置，负责收集WSID异构网络中的多种数据。在两个节点之间采用树形地址分配机制，实现了对新路由函数的自动选择，以传送采集数据。本论文第四部分研究了智能标签与读取器或无线传感器网关三种通信方式。RFID标签放在物料上或由监控区域的人员携带。RF识别标签储存的资料种类、序列号、人员编号等必需的资料，也可通过手持读卡器或固定读卡器读取。采用RFID标签进一步提高了运动目标的信息采集能力。

监测层设有固定/手持式读卡器和无线传感网关。双频阅读器能够读取智能标签和RFID标签上的数据。它收集各种不同的数据并发送给无线传感器网关。WSI网关可以对数据进行预处理，也就是说，比较预设的阈值，在正常情况下，将数据存储起来，定期发送给监控中心。如数据值超过预定阈值，立即报警，并通过以太网或GPRS/CDMA无线网络向监测中心发送数据。利用MAC地址和GIS系统对智能标签进行精确定位；论文第四节将讨论具体的交流形式。

管理部门包括监控中心，数据服务器和应用服务器。监测中心的主要功能是分析、处理无线传感器网关的数据，通过GIS系统将标签的位置显示在电子地图上，实现实时监测和位置跟踪。Dataserver是一个数据库，用于存储网络中来自标签或读取器的各种数据。在为各个子系统提供不同的相关数据库接口的同时，应用服务器还提供了完整的关系数据库设计和相应的数据库扩展功能，以保证对系统的访问。通过WSID异构网络支持手持式阅读器收集移动数据，大大提高了网络的可扩展性和可移动性。

WSID网关是WSID网络与外部网络的接口，它包括GPRS/CDMA和以太网两个接口，进一步提高了网络的扩展性和适应性。

在物流领域，WSID网络具有广阔的应用前景，其中一个很好的例子是它可以应用到电子锁系统中。这种装有全球惟一标识号的RFID芯片的电子锁被固定在集装箱上。货车和车站都有记录沿途集装箱信息的读卡器，当货车和集装箱抵达码头时，读卡器就会读取这些信息，全部送到无线传感网关，然后送到监控中心。

图1 RFID消息传递示意图

3 关键部件设计

3.1 无线传感网关

网关是连接无线传感器网络、控制中心和执行器的纽带，其主要功能是收集、分析和整合来自无线传感器网络的智能标签数据，接收来自控制中心和用户的因特网或无线网络的指令并作出相应的反应。在WSID异构网络中的网关主要有两个功能：（1）网络监测：WSID不仅有很强的通信能力，而且还具有处理无线传感器网络中连续数据的智能性。（2）安全防护：无线传感器网关将采集的数据与预先设定的阈值进行比较，如果数据正常，则储存起来，定期上传到控制中心。不然立即报警。下图显示了无线传感器网关的各个功能模块。单片机负责协调各个模块的工作，处理数据，实现对信息的处理算法。实现了与其他智能标签及控制器的通信。使用FlashRoM存储数据，确保在意外停电的情况下数据不会丢失。内存是用来存储处理过的数据或其他临时数据。输入输出接口包括通用输入输出接口、SPI接口、I2C接口和UART接口。通信模块通过以太网或CDMA/GSM无线网络与控制中心通信；该显示模块包含设备运行状态提示。

3.2 双频射频识别读卡器

该读写器在WSID异构网络中由处理器，SDRAM，RAM和闪存电路，射频模块以及外部接口电路组成。采用ARM（LPC2292）+DSP（TMS320VC5407）处理器，设计读卡器，以提高系统的数据采集和信号处理能力。阅读器采用ARMLPC2292主控处理器，对系统进行管理和通信。而DSPTMS320VC5407则是负责数据处理的协处理器。这个任务分区可以充分发挥主处理器和协处理器对数据的处理能力，使数据熟悉度和信号处理能力最大化。

3.3 智能RFID节点

智能RFID节点是WSID异质网络特有的技术。传统的主动式RFID标签不仅需要读卡器安装在固定位置，而且需要读卡器天线的位置和方向的精确计算，极大地限制了读卡器的灵活性。而在WSID异质网络中，智能标签通过无线传感器网络与读写器进行通信，通信距离可以达到100米，可以实现定位功能。精度达到0.15米。其设计强调整合和普及。由于温度是一个非常重要的环境参数，本设计采用数字单总线作为温度传感器接口（可连接DS1820型温度传感器）。同时保留了工业标准的传感器模拟输入接口（4-20mA，1-5V），可配合多种传感器使用，满足不同的应用要求。采用高集成的射频接口芯片，将单片机、FLASH和RF电路集成在一起，大大提高了系统的集成度，降低了功耗。

4 结束语

当前，世界各国都在积极探索物联网的研究与应用，为推动物联网的快速发展，还需要进行大量的工作。一是实现关键技术突破。强化国际合作，开展研究与开发，深化公共领域和关键技术领域的合作，推动相关产业联盟发展。标准化，示范，推广。这些标准包括物联网RFID标准和其他相关方面的标准，并坚持与国际标准同步推进国内标准。