基于RFID技术的无线信息传输系统设计

唐宏文

（扬州高等职业技术学校 江苏 扬州 225000）

0 引言

无线信息传输是一种动态化信息处理手段，通常是从一端将命令或状态信息采用信道传送到另一端，为工作的执行提供了极大的便利条件[1]。但随着计算机技术的同步发展，无线数据的传输量也逐年增加，再加上外部因素的影响，导致传输时出现偏差及数据丢失等问题[2]。传统NB-IoT信息传输系统与传统物联网信息传输系统具有传输速度快、识别精准等优势，但在应用时传输准确性差、功耗大，对工作的完成造成了一定的阻碍[3-4]。

为解决以上问题，本文基于RFID技术对无线信息传输系统进行设计并分析。RFID技术指的是一种射频识别形式，采用非接触式结构，标记并定向传输获取的数据，依据数据的类型识别、筛选、汇总并整理，确保将数据传输至对应位置时，数据的真实有序性[5]。

1 系统设计需求分析

无线信息传输系统的核心需求便是信息的汇总、整合及传递。在结合RFID技术的基础上，可以构建动态化的信息处理程序，以及移动自组织网络传输空间[6]。将系统执行环节划定为多个阶段搭配对应的传输单元，进行基础传输指标参数的设定，如表1所示。

表1 基础传输指标参数设定表

结合表1调整基础传输指标的参数值，针对系统预设的执行环节，对运行环境及执行需求作出对应调整。再结合系统自身的低负载性、低延迟性以及协作性，划分需求执行层级。

由于系统的低负载性，其对无线信息的传输通常会受节点资源限制。为提升系统的针对性，需设计高效稳定的信息传输框架，以减少传输过程中对CPU产生的压力，进而降低传输时间的消耗[7]。

系统的低延迟及协作性之间的需求分析具有一定的关联[8]。通常在设计通信传输协议时采用延迟结构搭接，以减少无线信息的传输冗余偏差，利用断点传输方式加强重传机制的应用，完成执行需求的高效处理，以此完成对系统设计的需求分析[9]。

2 无线信息传输系统总结构设计

根据前述对无线信息传输系统设计需求的分析，进行系统总结构的设计。首先根据系统日常的覆盖区域及应用等级，将数据读写器、天线及电子传输标记装置作为基础结构来组建设备。再搭配同步控制程序、传输指令和RFID识别协议制定对应的设计方案。最后依据系统的应用范围，在控制程序内部布设控制节点并与服务器相关联。

为保证每次传输的信息均能有效通过，需先确定可传输区域，并在信道内部增设视频识别装置。将父节点作为整个无线信息传输系统的核心，形成混合式的P2P无线传输模型，其原理如图1所示。

图1 混合式P2P无线传输模型原理图示

将图1的无线传输原理与RFID识别技术相融合，并关联传输整体结构与传输环节。由于整体的无线信息传输量较大，故需在执行结构内部设定动态化的应用层、传输层。结合传输域融合机制及域间资源共享程序，设计循环的良性信息整合存储库，利用控制指令催动，由此完成系统总体结构的设计。

2.1 系统硬件设计

2.1.1 读写器设计

为稳定系统的实际应用效果，扩大传输灵敏度，需在初始的系统结构中关联读写器[10]。将控制单元、无线收发单元、电源以及以太网控制器分别接入系统的电路中，在识别核心区域设定一个8位单片机PIC18F2620，测定此时的电压为220 V，侧向搭接读写器射频芯片与单片机，以便系统识别并接收信息。

在电路终端电源接入一个无线芯片CC2500，确保其执行频率范围在（2 345.55～2 754.25）MHz之间，测算无线芯片的运行波段单向频率，如式（1）所示：

式（1）中：G表示运行波段单向频率，d表示运行功耗，χ表示频率差值，w1和w2分别表示预设和实测的读写范围，δ表示波段变化值。结合以上结果，调整无线芯片CC2500执行格式及频率。

根据系统的信息传输需求，在电路上布设16个引脚搭接初始电路，构建读写器应用结构完成对读写器结构的设计与调整。再根据信息传输需求，连接声发射传感器与前置放大器，形成一个循环的读写结构，完成读写装置的设计。

2.1.2 传输接口设计

在控制电源区域，设定一个FPGA的多端口控制元件接入一个前置放大器，其可放大信道的转换频率，降低传输偏差。在无线芯片CC2500后方接入一个EP4CE10主控芯片及传感器，设定传输频率为（45～550）Hz，利用谐振式窄带声发射传感器获取信号，形成更加灵活的系统电路和信息传输外部接口。

2.2 系统软件设计

2.2.1 多目标RFID识别传输指令集群设计

完成上述系统硬件的设计之后，进行系统的软件设计。由于无线信息的传输环节较为繁杂，易受到外部因素影响，故需结合RFID技术，构建多目标、多层级地识别传输指令群形成循环信息传输指令。

先在系统的执行程序中增设传输域融合协议，设立信息传输之间存在的定向应用规则。结合RFID技术，在控制结构中设定多个射频节点。发射传输信号的同时对数据做出多方向识别完成归类。结合信息传输系统的网络拓扑指令无线传输规则形成单向的传输目标，测算传输域的融合传输范围。如式（2）所示：

式（2）中：K表示融合传输范围，ϑ表示阶段识别差值，S表示覆盖单向距离，Q表示传输域执行次数，ς表示射频定位堆叠距离，π表示重合传输范围。由此明确具体的传输指令识别区域，进行父节点与子节点的指令集群布设，利用多目标RFID识别技术，设计传输集群的执行原理。如图2所示。

图2 多目标RFID识别传输集群设计原理图示

结合图2，调整对应的传输节点，在遵循通知规则的基础上加强传输域内指令的汇总及关联，增强传输协议及指令的应用多跳性，完成多目标RFID识别传输指令集群的构建。

2.2.2 非接触式访问数据库设计

建立一个资源共享程序，利用RFID技术设定的射频识别点获取基础的无线传输信息，根据识别的标记范围，连接传输域和临近域。利用父节点扩大系统信息处理范围，形成信息共享访问结构，与数据库建立循环传输联系。

在RFID技术的辅助下，下达传输指令后，集群会根据系统的应用需求，定期导入相关数据信息并转换为对应格式的数据包，形成非接触式的访问数据库。该数据库有3个执行阶段，设定其执行指标，3个阶段的访问帧位长分别为100、100、120，检错率分别为13.05%、16.24%、20.16%，校正位数分别为4、7、3。

将上述构建的指令集群设定在访问数据库之中，加强对数据库的无线信息导入及处理，可以进一步降低无线信息传输的偏差问题来完成系统的软件设计。

3 系统测试

对本文设计系统进行验证，考虑到最终测试结果的真实可靠性，预设4组数据信息包作为传输的目标对象。在相同环境下同步进行测试，并将最终得出的测试结果对比分析。在此过程中，应用RFID技术辅助处理测定，确保系统稳定运行。

3.1 测试准备

结合系统对信息传输的需求布设运行环境。设定RAM标准在512 M以上，网络保持联通的状态，控制模式为多方向应变控制。在系统的硬件结构中安装一个信息传输感应器与主控芯片相关联，形成循环式的信息传输结构并设定传输控制程序。

以单端口信息传输协议作为传输核心，在标定范围内设定对应数量的传输节点。通过子节点和父节点绑定信息传输形成承接传输关系。计算单距离传输速度。具体如式（3）所示：

式（3）中：A表示单距离传输速度，Z表示节点间距，ρ1和ρ2分别表示预设传输范围和实测传输范围。设定该系统的无线信息传输速度标准，利用布设的父节点执行传输需求下发指令，将所传输的数据信息包读写导入系统的缓冲区，并测算子节点的调用传输频率，如式（4）所示：

式（4）中：O表示子节点调用传输频率，α表示堆叠传输范围，u1和u2分别表示信息定向接收距离和动态化接收距离，y表示传输节点逆向差。由此，估算出系统对于信息的传输等级与传输量。再利用RFID技术，编制一个循环无线传输的信息处理程序，与控制系统形成联系，完成测试运行环境的搭建。

3.2 测试过程及结果分析

结合上述搭建的测试环境，和RFID技术的辅助，对本文系统的应用效果进行分析验证。先将预设的4个数据信息包导入非接触式访问数据库，并利用节点对数据信息识别并分类。在此过程中，射频识别会检测出损坏数据，针对此类数据可以逆向修复或者重置，尽量避免出现信息失真或数据丢失等问题。将传输周期分为3个数据传输阶段，并测算出此时的数据传输吞吐率，如式（5）所示：

式（5）中：I表示数据传输吞吐率，ℓ表示缓冲速度，N表示信息损失值，ψ表示数据吞吐上限，℘表示信息传输总量。结合得出的数据进行图像分析，可以观察到无线信息传输波动的具体情况，获取对应的波动数值。信息包在完成解析处理之后，得到的结果为：4个信息包的传输速率分别为76.62 bps、78.09 bps、74.26 bps、75.66 bps，传输耗时分别为0.62 s、0.79 s、0.64 s、0.78 s，信息传输吞吐率分别为93.82%、92.18%、94.72%、93.22%。对系统测试结果的分析与研究：以上4个信息包经过传输后，获取的信息传输吞吐量均保持在90%以上，表明在实际传输过程中借助RFID技术，使信息的单向传输速度更快、传输定位精度更高、误差较小、传输覆盖范围广。说明本文系统具有实际应用价值。

4 结语

RFID技术的融合，一定程度上推动了无线信息传输系统的创新及优化。针对复杂的无线数据处理环境，射频识别能够在信息传输之前，对其进行多维识别及定向分类，同时将信息转换为标准传输格式，扩展对应的传输信道，最大程度降低传输过程中可能出现的传输偏差、数据丢失、定位混乱等问题。缩短了传输的时间，面向移动自组织网络的数据处理也会更加简单、高效，打破了传统无线信息传输系统无中心、网络资源有限以及节点处理速度慢等因素的限制，为后续的传输工作奠定坚实基础。