《基于Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)和RFID技術(shù)的無線定位系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)專業(yè)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《基于Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)和RFID技術(shù)的無線定位系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)專業(yè)（48頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、基于Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)和RFID技術(shù)的無線定位系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn) 摘 要 無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的研究已經(jīng)從無線通信領(lǐng)域中的一個(gè)小分支逐漸擴(kuò)大到相對(duì)獨(dú)立的領(lǐng)域。與其它傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)相比，Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)具有可獨(dú)立組網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)可動(dòng)態(tài)重組等特點(diǎn)，使得Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用前景廣闊，目前在很多行業(yè)不同場(chǎng)景中得到了應(yīng)用。 另一方面，RFID無線射頻識(shí)別技術(shù)從誕生發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)日趨成熟和標(biāo)準(zhǔn)化，RFID技術(shù)的非接觸性、ID唯一性和安全性等特點(diǎn)使其應(yīng)用范圍非常廣泛。如何將RFID技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合使得RFID能夠更廣泛的服務(wù)于人們的生產(chǎn)生活，是業(yè)界討論的熱點(diǎn)領(lǐng)域。同時(shí)RFID中間件也成為了很新

2、的研究課題。 在有關(guān)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究中，結(jié)合無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與RFID射頻識(shí)別技術(shù)探討技術(shù)的應(yīng)用，仍是一個(gè)非常新的研究領(lǐng)域。本課題充分結(jié)合無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與RFID射頻技術(shù)各自的特點(diǎn)，深入研究了Ad Hoc無線網(wǎng)絡(luò)中多跳路由、穩(wěn)定性等方面和RFID領(lǐng)域中的中間件、抗干擾、安全等方面的關(guān)鍵技術(shù)。通過對(duì)特定應(yīng)用場(chǎng)景的分析，提供定位和跟蹤等基本位置服務(wù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)標(biāo)簽跟蹤過程中的實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)對(duì)作為標(biāo)簽數(shù)據(jù)采集客戶端的RFID中間件也進(jìn)行了探討和研究，初步實(shí)現(xiàn)了RFID中間件的基本功能。 關(guān)鍵字 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)，RFID，

3、 目錄 緒論 4 1.1 課題背景 4 1.2 課題的提出 6 1.3 國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀 7 1.4 論文的結(jié)構(gòu)安排 9 基于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的RFID定位系統(tǒng)核心技術(shù)研究 9 2.1 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 9 2.1.1 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的概念 10 2.1.2 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn) 11 2.1.3 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用 12 2.1.4 與其他移動(dòng)通信系統(tǒng)的比較 12 2.2 RFID無線射頻技術(shù) 13 2.2.1 RFID技術(shù)研究 13 研究RFID中間件 15 3.1 閱讀器種類

4、及比較 15 3.1.1MOBYD 16 3.1.2 rf600 19 3.2RFMLTS分析設(shè)計(jì) 20 3.3 RFMLTS的特點(diǎn) 23 第四章 RFID定位系統(tǒng)分析及設(shè)計(jì) 23 4.1 RFID應(yīng)用場(chǎng)景 23 4.1.1 典型應(yīng)用場(chǎng)景的技術(shù)需求分析 24 4.1.2RFID定位系統(tǒng)適應(yīng)的場(chǎng)景 27 4.2 RFID定位系統(tǒng)功能的總體分析 27 4.3RFLTS的總體設(shè)計(jì) 28 4.4閱讀器管理子系統(tǒng)（RMC） 29 4.4.1數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì) 29 4.4.2 RMC解包處理模塊 30 4.4.3主動(dòng)報(bào)告模塊 30 4.5顯示管理子系統(tǒng)（MON） 30 4.5.1

5、信息顯示 31 4.5.2MON-RMC信息交互模塊 32 4.5.3MON-VMC信息交互模塊 33 4.6視頻管理子系統(tǒng)（VMC） 35 4.6.1 VMC-MON信息交互模塊 35 4.6.2視頻客戶端camctrl 36 4.6.3VMC-camctrl信息交互模塊 36 第五章RFLTS定位系統(tǒng)性能測(cè)試和功能演示 37 5.1性能測(cè)試 37 5.1.1客戶端性能測(cè)試 38 5.1.2管理端性能測(cè)試 39 5.2功能演示 54 5.2.1程序啟動(dòng) 40 5.2.2文本定位功能演示 40 5.2.3跟蹤功能演示 40 第六章 系統(tǒng)通用性和可擴(kuò)展性及安全性研究

6、 41 6.1網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)無關(guān)性 42 6.2RFID硬件無關(guān)性 43 6.3系統(tǒng)的可擴(kuò)展性 44 6.4通信協(xié)議的安全可靠性 45 參考文獻(xiàn) 致謝 5 第一章 緒論 1.1 課題背景 Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的前身是分組無線網(wǎng)（Packet Radio Network），是一種特殊的對(duì)等式無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。在Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中，結(jié)點(diǎn)具有報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)能力，結(jié)點(diǎn)間的通信可能要經(jīng)過多個(gè)中間結(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)，即經(jīng)過多跳（MultiHop），這是Ad hoc網(wǎng)絡(luò)與其他移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的最根本區(qū)

7、別。結(jié)點(diǎn)通過分層的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和分布式算法相互協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)組織和運(yùn)行。因此它也被稱為多跳無線網(wǎng)（MultiHop Wireless Network）、自組織網(wǎng)絡(luò)（SelfOrganized Network）或無固定設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)（Infrastructureless Network）。 移動(dòng)Ad hoc網(wǎng)絡(luò)（MANET）是一種特殊的無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)中所有結(jié)點(diǎn)的地位平等，無需設(shè)置任何的中心控制結(jié)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)中的結(jié)點(diǎn)不僅具有普通移動(dòng)終端所需的功能，而且具有報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)能力。與普通的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和固定網(wǎng)絡(luò)相比，它具有以下特點(diǎn)： 1. 無中心：Ad hoc網(wǎng)絡(luò)沒有嚴(yán)格的控制中心。所有結(jié)點(diǎn)的地位平等，即是一

8、個(gè)對(duì)等式網(wǎng)絡(luò)。結(jié)點(diǎn)可以隨時(shí)加入和離開網(wǎng)絡(luò)。任何結(jié)點(diǎn)的故障不會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，具有很強(qiáng)的抗毀性。 2. 自組織：網(wǎng)絡(luò)的布設(shè)或展開無需依賴于任何預(yù)設(shè)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施。結(jié)點(diǎn)通過分層協(xié)議和分布式算法協(xié)調(diào)各自的行為，結(jié)點(diǎn)開機(jī)后就可以快速、自動(dòng)地組成一個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)。 3. 多跳路由：當(dāng)結(jié)點(diǎn)要與其覆蓋范圍之外的結(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信時(shí)，需要中間結(jié)點(diǎn)的多跳轉(zhuǎn)發(fā)。與固定網(wǎng)絡(luò)的多跳不同，Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中的多跳路由是由普通的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)完成的，而不是由專用的路由設(shè)備（如路由器）完成的。 4. 動(dòng)態(tài)拓?fù)洌篈d hoc網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)可以隨處移動(dòng)，也可以隨時(shí)開機(jī)和關(guān)機(jī)，這些都會(huì)使網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)隨時(shí)發(fā)生變化。 5

9、. 有限的無線通信帶寬：在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中沒有有線基礎(chǔ)設(shè)施的支持，因此，主機(jī)之間的通信均通過無線傳輸來完成。由于無線信道本身的物理特性，它提供的網(wǎng)絡(luò)帶寬相對(duì)有線信道要低得多。除此以外，考慮到競(jìng)爭(zhēng)共享無線信道產(chǎn)生的碰撞、信號(hào)衰減、噪音干擾等多種因素，移動(dòng)終端可得到的實(shí)際帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理論中的最大帶寬值。 6. 有限的主機(jī)能源：在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，主機(jī)均是一些移動(dòng)設(shè)備，如ＰＤＡ、便攜計(jì)算機(jī)或掌上電腦。由于主機(jī)可能處在不停的移動(dòng)狀態(tài)下，主機(jī)的能源主要由電池提供，因此Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)有能源有限的特點(diǎn)。 這些特點(diǎn)使得Ad hoc網(wǎng)絡(luò)在體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)組織、協(xié)議設(shè)計(jì)等方面都與普通的蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和

10、固定通信網(wǎng)絡(luò)有著顯著的區(qū)別，使得Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用前景廣闊。 無線射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）從誕生發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)日趨成熟和標(biāo)準(zhǔn)化，RFID技術(shù)由于其非接觸、安全、高準(zhǔn)確性、唯一性等優(yōu)勢(shì)迅速成為一個(gè)很熱門的話題。據(jù)業(yè)內(nèi)人士預(yù)測(cè)，RFID技術(shù)市場(chǎng)將在未來五年內(nèi)在新的產(chǎn)品與服務(wù)上帶來30至100億美金的商機(jī)，隨之而來的還有服務(wù)器、資料儲(chǔ)存系統(tǒng)、資料庫(kù)程序、商業(yè)管理軟件、顧問服務(wù)，以及其他電腦基礎(chǔ)建設(shè)的龐大需求?；蛟S這些預(yù)測(cè)過于樂觀，但RFID將會(huì)成為未來的一個(gè)巨大市場(chǎng)是毫無疑問的。 RFID產(chǎn)業(yè)潛力無窮，應(yīng)用的范圍遍及制造、物流、醫(yī)療、運(yùn)輸、零售、國(guó)防等等。RFID是2005年、2006年建議

11、企業(yè)可考慮引入的十大策略技術(shù)之一，然而其成功之關(guān)鍵除了標(biāo)簽（Tag）的價(jià)格、天線的設(shè)計(jì)、波段的標(biāo)準(zhǔn)化、設(shè)備的認(rèn)證之外，最重要的是要有關(guān)鍵的應(yīng)用軟件（Killer?Application），才能迅速推廣。而中間件（Middleware）可稱為是RFID運(yùn)作的中樞，因?yàn)樗梢约铀訇P(guān)鍵應(yīng)用的問世。RFID中間件（即RFID?Edge?Server）也是EPC?global推薦的RFID應(yīng)用框架中相當(dāng)重要的一環(huán)，它負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)與RFID硬件以及配套設(shè)備的信息交互與管理，同時(shí)作為一個(gè)軟硬件集成的橋梁，完成與上層復(fù)雜應(yīng)用的信息交換。目前，EPC?global已推出相應(yīng)的規(guī)范（ALE，應(yīng)用級(jí)別事件）來統(tǒng)一和規(guī)范

12、化這一層面的軟件實(shí)現(xiàn)。 對(duì)于如何把無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與RFID射頻技術(shù)有機(jī)的結(jié)合起來，同時(shí)發(fā)揮出兩種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，采用一個(gè)怎樣的應(yīng)用模式可以讓這兩個(gè)熱點(diǎn)技術(shù)融合在一起，進(jìn)而得到更好的發(fā)展是一個(gè)非常有應(yīng)用價(jià)值的研究課題。目前，在結(jié)合Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與RFID射頻技術(shù)以構(gòu)成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)方面的研究受到了業(yè)界的關(guān)注，但是到現(xiàn)在為止還沒有成熟的研究成果，這是一個(gè)新的領(lǐng)域，也是一個(gè)非常有研究意義的方向。同時(shí)RFID中間件的探討和研究也是目前業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。 1.2 課題的研究?jī)?nèi)容 本課題的主要研究?jī)?nèi)容是研究并實(shí)現(xiàn)基于Ad-Hoc網(wǎng)絡(luò)的RFID定位系統(tǒng)及RFID中間件。

13、首先，研究Ad Hoc無線網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)及RFID射頻識(shí)別技術(shù)本身的物理特性等技術(shù)指標(biāo)，從應(yīng)用的角度分析結(jié)合了RFID技術(shù)的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)； 其次，比較現(xiàn)有成熟的定位信息系統(tǒng)，結(jié)合融合了RFID技術(shù)的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，分析基于Ad Hoc無線網(wǎng)絡(luò)的RFID定位系統(tǒng)應(yīng)該具有的特點(diǎn)。 再次，分析應(yīng)用場(chǎng)景，從不同的角度，進(jìn)行系統(tǒng)的可行性分析。 然后，在此基礎(chǔ)上對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，主要包括RFID中間件設(shè)計(jì)，各模塊功能設(shè)計(jì)以及它們之間通信協(xié)議的設(shè)計(jì)； 接下來，進(jìn)行系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，主要包括節(jié)點(diǎn)編址設(shè)計(jì)，信息格式設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)，用戶接口設(shè)計(jì)、主動(dòng)報(bào)告設(shè)計(jì)、超時(shí)重傳設(shè)計(jì)和A

14、CK確認(rèn)機(jī)制設(shè)計(jì)等； 最后，從通用性、可擴(kuò)展性及安全性等角度對(duì)本課題研究的系統(tǒng)進(jìn)行分析，使得課題的研究更具完整性和嚴(yán)密性。 本課題首先研究Ad Hoc無線網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)及RFID射頻識(shí)別技術(shù)本身的物理特性等技術(shù)指標(biāo)，從應(yīng)用的角度分析結(jié)合了RFID技術(shù)的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)； 其次，比較現(xiàn)有成熟的定位信息系統(tǒng)，結(jié)合了RFID技術(shù)的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，分析基于Ad Hoc無線網(wǎng)絡(luò)的RFID定位系統(tǒng)應(yīng)該具有的特點(diǎn)。 再次，分析應(yīng)用場(chǎng)景，從不同的角度，進(jìn)行系統(tǒng)的可行性分析。 然后，在此基礎(chǔ)上對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)、關(guān)鍵技術(shù)詳細(xì)設(shè)計(jì)。 最后，從通用性、可擴(kuò)展性及安全性等角度對(duì)本課題

15、研究的系統(tǒng)進(jìn)行分析。 需要完成的系統(tǒng)性能指標(biāo) 實(shí)現(xiàn)一整套基于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)結(jié)合RFID無線射頻技術(shù)用于提供定位功能并實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽實(shí)時(shí)跟蹤的系統(tǒng)，需要滿足以下性能指標(biāo)： 1. 系統(tǒng)的顯示端可以實(shí)時(shí)顯示進(jìn)入場(chǎng)景、離開場(chǎng)景的標(biāo)簽。 2. 系統(tǒng)可以同時(shí)監(jiān)控多于一個(gè)的目標(biāo)物體，選中跟蹤的目的標(biāo)簽后，可以實(shí)現(xiàn)視頻自動(dòng)切換，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)跟蹤； 3. 當(dāng)場(chǎng)景中存在的不同閱讀器讀取到不同頻段的標(biāo)簽時(shí)，中間件可以屏蔽標(biāo)簽不同屬性，按規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)讀取到標(biāo)簽的有用數(shù)據(jù)。 4. 系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境中閱讀器數(shù)量可達(dá)到10臺(tái)以上，系統(tǒng)正常工作，可以滿足大規(guī)模的應(yīng)用。 1.3 國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀 目前，國(guó)內(nèi)外分別針對(duì)Ad

16、 Hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及RFID技術(shù)的研究已經(jīng)進(jìn)行了很多年，研究成果也相當(dāng)深入，Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方面，Ad Hoc無線網(wǎng)絡(luò)的性能，多跳路由和網(wǎng)關(guān)功能得到了很大提高和擴(kuò)展。目前Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率可達(dá)到54Mbps，可以實(shí)現(xiàn)3跳的穩(wěn)定傳輸，同時(shí)還增加了網(wǎng)管功能。RFID方面，從全球來看，美國(guó)已經(jīng)在RFID標(biāo)準(zhǔn)的建立、相關(guān)軟硬件技術(shù)的開發(fā)、應(yīng)用領(lǐng)域走在世界的前列。歐洲RFID標(biāo)準(zhǔn)追隨美國(guó)主導(dǎo)的EPCglobal標(biāo)準(zhǔn)。在封閉系統(tǒng)應(yīng)用方面，歐洲與美國(guó)基本處在同一階段。日本雖然已經(jīng)提出UID標(biāo)準(zhǔn)，但主要得到的是本國(guó)廠商的支持，如要成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)還有很長(zhǎng)的路要走。韓國(guó)政府對(duì)RFID給予了高度重視，但至今

17、韓國(guó)在RFID標(biāo)準(zhǔn)方面仍模糊不清。 RFID標(biāo)準(zhǔn)爭(zhēng)奪的核心主要在RFID標(biāo)簽的數(shù)據(jù)內(nèi)容編碼標(biāo)準(zhǔn)這一領(lǐng)域。目前，形成了五大標(biāo)準(zhǔn)組織，分別代表了國(guó)際上不同團(tuán)體或者國(guó)家的利益。EPC Global是由北美UCC產(chǎn)品統(tǒng)一編碼組織和歐洲EAN產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)組織聯(lián)合成立，在全球擁有上百家成員，得到了零售巨頭沃爾瑪，制造業(yè)巨頭強(qiáng)生、寶潔等跨國(guó)公司的支持。而AIM、ISO、UID則代表了歐美國(guó)家和日本；IP-X的成員則以非洲、大洋洲、亞洲等國(guó)家為主。比較而言，EPC Global由于綜合了美國(guó)和歐洲廠商，實(shí)力相對(duì)占上風(fēng)。 1. EPC Global EPC Global是由UCC和EAN聯(lián)合發(fā)起的非盈利性機(jī)

18、構(gòu)，全球最大的零售商沃爾瑪連鎖集團(tuán)、英國(guó)Tesco等100多家美國(guó)和歐洲的流通企業(yè)都是EPC的成員，同時(shí)由美國(guó)IBM公司、微軟、Auto-ID Lab等進(jìn)行技術(shù)研究支持。此組織除發(fā)布工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)外，還負(fù)責(zé)EPCgobal號(hào)碼注冊(cè)管理。。 2. 日本UID 主導(dǎo)日本RFID標(biāo)準(zhǔn)研究與應(yīng)用的組織是T-引擎論壇（T-Engine Forum），該論壇已經(jīng)擁有475家成員。值得注意的是成員絕大多數(shù)都是日本的廠商，如NEC、日立、東芝等，但是少部分來自國(guó)外的著名廠商也有參與，如微軟、三星、LG和SKT。DI平臺(tái)等等。 我們知道，現(xiàn)在RFID技術(shù)得到了一定的發(fā)展，同時(shí)RFID應(yīng)用也開始迅速展開。但是結(jié)

19、合Ad Hoc無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和RFID射頻技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用級(jí)別的研究還處于起步階段，而將兩者結(jié)合起來構(gòu)成一套完整的可以提供位置信息和實(shí)時(shí)監(jiān)控服務(wù)的系統(tǒng)更是一種創(chuàng)新性的應(yīng)用解決方案。我們力求通過在這一領(lǐng)域的努力探索，為行業(yè)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步起到建設(shè)性的作用。并且系統(tǒng)里的RFID中間件設(shè)計(jì)，也是目前RFID領(lǐng)域發(fā)展迅速的熱點(diǎn)。通過研究和探索，可以為以后RFID中間件的進(jìn)一步完善和發(fā)展起到非常大的借鑒作用。 1.4 論文的結(jié)構(gòu)安排 本論文主要論述基于Ad Hoc無線網(wǎng)絡(luò)的RFID中間件和RFID定位系統(tǒng)的可應(yīng)用場(chǎng)景分析、系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及系統(tǒng)的具體研究與實(shí)現(xiàn)。 論文分為三部分，第一部分包括

20、 ，主要描述課題背景和要求，性質(zhì)和意義，分析Ad Hoc無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的特點(diǎn)及RFID射頻技術(shù)的技術(shù)指標(biāo)和技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)；第二部分包括第 章，是本論文的主體。首先是描述本課題研究的定位系統(tǒng)中RFID中間件的研究與實(shí)現(xiàn)，然后進(jìn)行RFID定位系統(tǒng)的可應(yīng)用場(chǎng)景分析和功能總體分析，并對(duì)系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)中的細(xì)節(jié)及重點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，然后對(duì)RFID定位系統(tǒng)進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。最后對(duì)系統(tǒng)的通用性、可擴(kuò)展性及安全性進(jìn)行了詳細(xì)的分析和描述；第三部分包括第 章，這部分主要對(duì)本課題的創(chuàng)新點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)。 第二章 基于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的RFID定位系統(tǒng)核心技術(shù)研究 2.1 Ad Ho

21、c網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 隨著人們對(duì)擺脫有線網(wǎng)絡(luò)束縛、隨時(shí)隨地可以進(jìn)行自由通信的渴望，近幾年來無線網(wǎng)絡(luò)通信得到了迅速的發(fā)展。人們可以通過配有無線接口的便攜計(jì)算機(jī)或個(gè)人數(shù)字助理來實(shí)現(xiàn)移動(dòng)中的通信。目前的移動(dòng)通信大多需要有線基礎(chǔ)設(shè)施（如基站）的支持才能實(shí)現(xiàn)。為了能夠在沒有固定基站的地方進(jìn)行通信，一種新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)——Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)不需要有線基礎(chǔ)設(shè)備的支持，通過移動(dòng)主機(jī)自由的組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)通信。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)推進(jìn)了人們實(shí)現(xiàn)在任意環(huán)境下的自由通信的進(jìn)程，同時(shí)它也為軍事通信、災(zāi)難救助和臨時(shí)通信提供了有效的解決方案。 2.1.1 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的概念 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)是一種沒有有

22、線基礎(chǔ)設(shè)施支持的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)均由移動(dòng)主機(jī)構(gòu)成。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)最初應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，它的研究起源于戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下分組無線網(wǎng)數(shù)據(jù)通信項(xiàng)目，該項(xiàng)目由DARPA資助。其后，又在1983年和1994年進(jìn)行了抗毀可適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)SURAN（Survivable Adaptive Network）和全球移動(dòng)信息系統(tǒng)GloMo（Global Information System）項(xiàng)目的研究。后來，IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)采用了“Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)”一詞來描述這種特殊的自組織無中心多跳無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)由此誕生。由于無線通信和終端技術(shù)的不斷發(fā)展，Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)在民用環(huán)境下也得到了發(fā)展，如需要在

23、沒有有線基礎(chǔ)設(shè)施的地區(qū)進(jìn)行臨時(shí)通信時(shí)，可以很方便地通過搭建Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。 在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)兩個(gè)移動(dòng)主機(jī)在彼此的通信覆蓋范圍內(nèi)時(shí)，它們可以直接通信。但是由于移動(dòng)主機(jī)的通信覆蓋范圍有限，如果兩個(gè)相距較遠(yuǎn)的主機(jī)要進(jìn)行通信，則需要通過它們之間的移動(dòng)主機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)才能實(shí)現(xiàn)。因此在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，主機(jī)同時(shí)還是路由器，擔(dān)負(fù)著尋找路由和轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文的工作。在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)主機(jī)的通信范圍有限，因此路由一般都由多跳組成，數(shù)據(jù)通過多個(gè)主機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)才能到達(dá)目的地。故Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)也被稱為多跳無線網(wǎng)絡(luò)。 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)可以看作是移動(dòng)通信和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的交叉。在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，使用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的

24、分組交換機(jī)制，而不是電路交換機(jī)制。通信的主機(jī)一般是便攜式計(jì)算機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理（PDA）等移動(dòng)終端設(shè)備。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)不同于目前Internet中的移動(dòng)IP網(wǎng)絡(luò)。在移動(dòng)IP網(wǎng)絡(luò)中，移動(dòng)主機(jī)可以通過固定有線網(wǎng)絡(luò)、無線鏈路和撥號(hào)線路等方式接入網(wǎng)絡(luò)，而在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中只存在無線鏈路一種連接方式。在移動(dòng)IP網(wǎng)絡(luò)中，移動(dòng)主機(jī)通過相鄰基站等有線設(shè)施的支持才能通信，在基站和基站（代理和代理）之間均為有線網(wǎng)絡(luò)，仍然使用Internet的傳統(tǒng)路由協(xié)議。而Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)沒有這些設(shè)施的支持。此外，在移動(dòng)IP網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)主機(jī)不具備路由功能，只是一個(gè)普通的通信終端。當(dāng)移動(dòng)主機(jī)從一個(gè)區(qū)移動(dòng)到另一個(gè)區(qū)時(shí)并不改變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

25、結(jié)構(gòu)，而Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中主機(jī)的移動(dòng)將會(huì)導(dǎo)致拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的改變。 2.1.2 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn) Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)作為一種新的組網(wǎng)方式，具有以下特點(diǎn)。 網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)立性 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)相對(duì)常規(guī)通信網(wǎng)絡(luò)而言，最大的區(qū)別就是可以在任何時(shí)刻、任何地點(diǎn)不需要硬件基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的支持，快速構(gòu)建起一個(gè)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。它的建立不依賴于現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)施，具有一定的獨(dú)立性。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的這種特點(diǎn)很適合災(zāi)難救助、偏遠(yuǎn)地區(qū)通信等應(yīng)用。 動(dòng)態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，移動(dòng)主機(jī)可以在網(wǎng)中隨意移動(dòng)。主機(jī)的移動(dòng)會(huì)導(dǎo)致主機(jī)之間的鏈路增加或消失，主機(jī)之間的關(guān)系不斷發(fā)生變化。在自組網(wǎng)中，主機(jī)可能同時(shí)還

26、是路由器，因此，移動(dòng)會(huì)使網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不斷發(fā)生變化，而且變化的方式和速度都是不可預(yù)測(cè)的。對(duì)于常規(guī)網(wǎng)絡(luò)而言，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)則相對(duì)較為穩(wěn)定。 有限的無線通信帶寬 在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中沒有有線基礎(chǔ)設(shè)施的支持，因此，主機(jī)之間的通信均通過無線傳輸來完成。由于無線信道本身的物理特性，它提供的網(wǎng)絡(luò)帶寬相對(duì)有線信道要低得多。除此以外，考慮到競(jìng)爭(zhēng)共享無線信道產(chǎn)生的碰撞、信號(hào)衰減、噪音干擾等多種因素，移動(dòng)終端可得到的實(shí)際帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理論中的最大帶寬值。 有限的主機(jī)能源 在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，主機(jī)均是一些移動(dòng)設(shè)備，如PDA、便攜計(jì)算機(jī)或掌上電腦。由于主機(jī)可能處在不停的移動(dòng)狀態(tài)下，主機(jī)的能源主要由電池提供，因此A

27、d Hoc網(wǎng)絡(luò)有能源有限的特點(diǎn)。 網(wǎng)絡(luò)的分布式特性 在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中沒有中心控制節(jié)點(diǎn)，主機(jī)通過分布式協(xié)議互聯(lián)。一旦網(wǎng)絡(luò)的某個(gè)或某些節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障，其余的節(jié)點(diǎn)仍然能夠正常工作。 生存周期短 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)主要用于臨時(shí)的通信需求，相對(duì)與有線網(wǎng)絡(luò)，它的生存時(shí)間一般比較短。 有限的物理安全 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通常比固定網(wǎng)絡(luò)更容易受到物理安全攻擊，易于遭受竊聽、欺騙和拒絕服務(wù)等攻擊?，F(xiàn)有的鏈路安全技術(shù)有些已應(yīng)用于無線網(wǎng)絡(luò)中來減小安全攻擊。不過Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的分布式特性相對(duì)于集中式的網(wǎng)絡(luò)具有一定的抗毀性。 2.1.3 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用 隨著移動(dòng)通信和移動(dòng)終端技術(shù)不斷向前發(fā)展，使得Ad H

28、oc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不但在軍事領(lǐng)域前景廣闊，而且也在民用移動(dòng)通信領(lǐng)域得到應(yīng)用。它可以運(yùn)用在以下場(chǎng)合： 1）沒有有線通信設(shè)施的地方，如沒有建立硬件通信設(shè)施或有線通信設(shè)施遭受破壞。 2）需要分布式特性的網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)境。 3）現(xiàn)有有線通信設(shè)施不足，需要臨時(shí)快速建立一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境。 4）作為生存性較強(qiáng)的后備網(wǎng)絡(luò)。 2.1.4 與其他移動(dòng)通信系統(tǒng)的比較 蜂窩系統(tǒng) 蜂窩系統(tǒng)是覆蓋范圍最廣的陸地公用移動(dòng)通信系統(tǒng)。在蜂窩系統(tǒng)中，覆蓋區(qū)域一般被劃分為類似蜂窩的多個(gè)小區(qū)。每個(gè)小區(qū)內(nèi)設(shè)置固定的基站，為用戶提供接入和信息轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)。移動(dòng)用戶之間以及移動(dòng)用戶和非移動(dòng)用戶之間的通信均需通過基站進(jìn)行?；緞t一

29、般通過有線線路連接到主要由交換機(jī)構(gòu)成的骨干交換網(wǎng)絡(luò)。蜂窩系統(tǒng)是一種有連接網(wǎng)絡(luò)，一旦一個(gè)信道被分配給某個(gè)用戶，通常此信道可一直被此用戶使用。蜂窩系統(tǒng)一般用于語音通信。 集群系統(tǒng) 集群系統(tǒng)與蜂窩系統(tǒng)類似，也是一種有連接的網(wǎng)絡(luò)，一般屬于專用網(wǎng)絡(luò)，規(guī)模不大，主要為移動(dòng)用戶提供語音通信。 衛(wèi)星通信系統(tǒng) 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的通信范圍最廣，可以為全球每個(gè)角落的用戶提供通信服務(wù)。在此系統(tǒng)中，衛(wèi)星起著與基站類似的功能。衛(wèi)星通信系統(tǒng)按衛(wèi)星所處位置可分為靜止軌道、中軌道和低軌道3種。衛(wèi)星通信系統(tǒng)存在成本高、傳輸延時(shí)大、傳輸帶寬有限等不足。 小結(jié) 上述移動(dòng)通信系統(tǒng)都需要有線網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)設(shè)施的支持，如基站、交換機(jī)

30、、衛(wèi)星等。這些設(shè)施的建立和運(yùn)轉(zhuǎn)需要大量的人力和物力，因此成本比較高，同時(shí)建設(shè)的周期也長(zhǎng)。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)不需要基站的支持，由主機(jī)自己組網(wǎng)，因此，網(wǎng)絡(luò)建立的成本低，同時(shí)時(shí)間短，一般只要幾秒鐘或幾分鐘。上述通信系統(tǒng)中，移動(dòng)終端之間并不直接通信，并且移動(dòng)終端只具備收發(fā)功能，不具備轉(zhuǎn)發(fā)功能。而Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)由移動(dòng)主機(jī)構(gòu)成，移動(dòng)主機(jī)之間可以直接通信，而移動(dòng)主機(jī)不僅收發(fā)數(shù)據(jù)，同時(shí)還轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。此外目前的移動(dòng)通信系統(tǒng)主要為用戶提供語音通信功能，通常采用電路交換，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定。而Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)使用分組轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，主要為用戶提供數(shù)據(jù)通信服務(wù)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)易于變化。 2.2 RFID無線射頻識(shí)別技術(shù) 2.2.

31、1 RFID技術(shù)研究 射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification，RFID），又稱電子標(biāo)簽（E-Tag），是一種利用射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)信息的技術(shù)。RFID最早的應(yīng)用可追溯到第二次世界大戰(zhàn)中用于區(qū)分聯(lián)軍和納粹飛機(jī)的“敵我辨識(shí)”系統(tǒng)。隨著技術(shù)的進(jìn)步，RFID應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大，現(xiàn)已涉及到人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€(gè)方面，并將成為未來信息社會(huì)建設(shè)的一項(xiàng)基礎(chǔ)技術(shù)。RFID典型應(yīng)用包括：在物流領(lǐng)域用于倉(cāng)庫(kù)管理、生產(chǎn)線自動(dòng)化、日用品銷售；在交通運(yùn)輸領(lǐng)域用于集裝箱與包裹管理、高速公路收費(fèi)與停車收費(fèi)；在農(nóng)牧漁業(yè)用于羊群、魚類、水果等的管理以及寵物、野生動(dòng)物跟蹤；在醫(yī)療行業(yè)用于

32、藥品生產(chǎn)、病人看護(hù)、醫(yī)療垃圾跟蹤；在制造業(yè)用于零部件與庫(kù)存的可視化管理；RFID還可以應(yīng)用于圖書與文檔管理、門禁管理、定位與物體跟蹤、環(huán)境感知和支票防偽等多種應(yīng)用領(lǐng)域。 一、RFID組成： 最基本的RFID系統(tǒng)由三部分組成： 1. 標(biāo)簽（Tag，即射頻卡）：由耦合元件及芯片組成，標(biāo)簽含有內(nèi)置天線，用于和射頻天線進(jìn)行通信。標(biāo)簽從是否有電源的角度分為有源和無源標(biāo)簽。 2. 閱讀器：讀?。ㄔ谧x寫卡中還可以寫入）標(biāo)簽信息的設(shè)備。 3. 天線：在標(biāo)簽和讀取器間傳遞射頻信號(hào)。 系統(tǒng)的基本工作流程是：閱讀器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號(hào)，當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入發(fā)射天線工作區(qū)域時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流，標(biāo)簽獲得能量

33、被激活；標(biāo)簽將自身編碼等信息通過卡內(nèi)置發(fā)送天線發(fā)送出去；系統(tǒng)接收天線接收到從標(biāo)簽發(fā)送來的載波信號(hào)，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到閱讀器，閱讀器對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解碼然后送到后臺(tái)主系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理；主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運(yùn)算判斷該卡的合法性，針對(duì)不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。 在耦合方式（電感-電磁）、通信流程（FDX、HDX、SEQ）、從標(biāo)簽到閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸方法（負(fù)載調(diào)制、反向散射、高次諧波）以及頻率范圍等方面，不同的非接觸傳輸方法有根本的區(qū)別，但所有的閱讀器在功能原理上，以及由此決定的設(shè)計(jì)構(gòu)造上都很相似，所有閱讀器均可簡(jiǎn)化為高頻接口和控制單元兩個(gè)基本模塊。高頻接口包含發(fā)送

34、器和接收器，其功能包括：產(chǎn)生高頻發(fā)射功率以啟動(dòng)標(biāo)簽并提供能量；對(duì)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，用于將數(shù)據(jù)傳送給射頻卡；接收并解調(diào)來自標(biāo)簽的高頻信號(hào)。 閱讀器的控制單元的功能包括：與應(yīng)用系統(tǒng)軟件進(jìn)行通信，并執(zhí)行應(yīng)用系統(tǒng)軟件發(fā)來的命令；控制與標(biāo)簽的通信過程（主-從原則）；信號(hào)的編解碼。對(duì)一些特殊的系統(tǒng)還有執(zhí)行反碰撞算法，對(duì)標(biāo)簽與閱讀器間要傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密，以及進(jìn)行射頻卡和閱讀器間的身份驗(yàn)證等附加功能。 射頻識(shí)別系統(tǒng)的讀寫距離是一個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)。目前，長(zhǎng)距離射頻識(shí)別系統(tǒng)的價(jià)格還很貴，因此尋找提高其讀寫距離的方法很重要。影響標(biāo)簽讀寫距離的因素包括天線工作頻率、閱讀器的RF輸出功率、閱讀器的接收靈敏度、標(biāo)

35、簽的功耗、天線及諧振電路的Q值、天線方向、閱讀器和標(biāo)簽的耦合度，以及標(biāo)簽本身獲得的能量及發(fā)送信息的能量等。大多數(shù)系統(tǒng)的讀取距離和寫入距離是不同的，寫入距離大約是讀取距離的40%～80%。 二、RFID技術(shù)特性 1、物理特性 RFID設(shè)備一般具有如下一些主要物理特性： 數(shù)據(jù)的讀寫（Read?Write）機(jī)能、容易小型化和多樣化的形狀、耐腐蝕性可重復(fù)使用、穿透性、數(shù)據(jù)的記憶容量大。 2、RFID的頻段特征 RFID射頻技術(shù)有多種不同的工作頻率范圍，如低頻、高頻、超高頻及微波；在不同的頻段RFID的識(shí)別距離也各不相同，基本上是隨著頻率的升高識(shí)別距離逐漸增長(zhǎng)。低頻頻段能量相對(duì)較低，數(shù)據(jù)傳輸

36、率較小，無線覆蓋范圍受限。為擴(kuò)大無線覆蓋范圍，必須擴(kuò)大標(biāo)簽天線尺寸。盡管低頻無線覆蓋范圍比高頻無線覆蓋范圍小，但天線的方向性不強(qiáng)，具有相對(duì)較強(qiáng)的繞開障礙物能力。低頻頻段可采用1至2個(gè)天線，以實(shí)現(xiàn)無線作用范圍的全區(qū)域覆蓋。此外，低頻段電子標(biāo)簽的成本相對(duì)較低，且具有卡狀、環(huán)狀、鈕扣狀等多種形狀。高頻頻段能量相對(duì)較高，適于長(zhǎng)距離應(yīng)用。低頻功率損耗與傳播距離的立方成正比，而高頻功率損耗與傳播距離的平方成正比。由于高頻以波束的方式傳播，故可用于智能標(biāo)簽定位。其缺點(diǎn)是容易被障礙物所阻擋，易受反射和人體擾動(dòng)等因素影響，不易實(shí)現(xiàn)無線作用范圍的全區(qū)域覆蓋。高頻頻段數(shù)據(jù)傳輸率相對(duì)較高，且通訊質(zhì)量較好。 三、R

37、FID中間件概述 RFID中間件扮演RFID標(biāo)簽和應(yīng)用程序之間的中介角色，從應(yīng)用程序端使用中間件提供的一組通用應(yīng)用程序接口（API），即能連到RFID讀寫器，讀取RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)。這樣一來，即使存儲(chǔ)RFID標(biāo)簽情報(bào)的數(shù)據(jù)庫(kù)軟件或后端應(yīng)用程序增加或改由其他軟件取代，或者讀寫RFID讀寫器種類增加等情況發(fā)生時(shí)，應(yīng)用端不需修改也能處理，省去多對(duì)多連接的維護(hù)復(fù)雜性問題。 RFID中間件可以從架構(gòu)上分為兩種：以應(yīng)用程序?yàn)橹行暮鸵约軜?gòu)為中心（Infrastructure Centric）。 第三章 研究RF

38、ID中間件 在基于Ad Hoc無線網(wǎng)絡(luò)的RFID定位系統(tǒng)中，需要準(zhǔn)確獲取標(biāo)簽和閱讀器的信息，這些信息是通過運(yùn)行在與閱讀器相連的主機(jī)Host上的定位客戶端client采集的。由于不同標(biāo)準(zhǔn)閱讀器的API接口不同，客戶端與閱讀器交互的命令也存在還大的差別。因此在獲取標(biāo)簽和閱讀器信息的時(shí)候，需要針對(duì)不同的閱讀器設(shè)計(jì)不同的數(shù)據(jù)采集客戶端。本課題研究的基于Ad Hoc無線網(wǎng)絡(luò)的RFID中間件（以下簡(jiǎn)稱RFMLTS，RFID Middleware Based on Location And Tracking System），在RFID定位系統(tǒng)中起到了屏蔽閱讀器的差別、采集不同頻段的標(biāo)簽數(shù)據(jù)，向定位系統(tǒng)提供

39、統(tǒng)一格式的標(biāo)簽和閱讀器數(shù)據(jù)。目前，RFID中間件處于研究和試驗(yàn)階段，還沒有商業(yè)化。 3.1 閱讀器種類及比較 目前，在使用RFID技術(shù)的項(xiàng)目中，13.56MHz的HF閱讀器用的比較多，技術(shù)也比較成熟。同時(shí)UHF閱讀器由于自身具有讀取距離更遠(yuǎn)、安全性更高、數(shù)據(jù)容量更大等優(yōu)點(diǎn)，擁有更廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景。用于實(shí)時(shí)跟蹤場(chǎng)景中的標(biāo)簽工作頻率應(yīng)該是433MHz的有源標(biāo)簽，但是由于條件所限，我們?cè)谠撗菔鞠到y(tǒng)中，選擇了行業(yè)中常用的這兩類閱讀器，一種是SIEMENS公司的HF閱讀器MOBYD，另一種也是SIEMENS公司的UHF閱讀器rf600。MOBYD的工作頻率是13.56MHz，使用串口與主機(jī)通信。rf6

40、00的工作頻率是865-868MHz，同時(shí)也可以工作在902-928MHz，使用網(wǎng)絡(luò)接口與主機(jī)通信。在通信方式、命令格式和數(shù)據(jù)包格式都有明顯不同。 3.1.1MOBYD (1) 串口配置 MOBYD使用RS232串口與主機(jī)Host相連，串口的傳輸速率可以達(dá)到38400Baud/s。在初次通信時(shí)，需要進(jìn)行一些配置。具體配置如下： fd=open（MODEMDEVICE, O_RDWR | O_NOCTTY | O_NONBLOCK）; if （fd <0） { perror（MODEMDEVICE）; 此閱讀器不是MOBYD

41、; 轉(zhuǎn)入其他閱讀器判斷; } tcgetattr（fd,&oldtio）; /* save current port settings */ /* set new port settings for canonical input processing */ cfsetispeed（&newtio,BAUDRATE）; cfsetospeed（&newtio,BAUDRATE）; // Enable the receiver and set local mode newtio.c_cflag |= （C

42、LOCAL | CREAD）; // make setting take effect tcsetattr（fd,TCSANOW,&newtio）; //set parity 8E1 newtio.c_cflag |= PARENB ; newtio.c_cflag &= ~PARODD ; newtio.c_cflag &= ~CSTOPB ; newtio.c_cflag &= ~CSIZE ; newtio.c_cflag |= CS8 ; tcsetattr（fd, TCSANOW,&ne

43、wtio）; // set hardware flow control or not?now disable newtio.c_cflag &= ~CRTSCTS; // select input canonical or raw ,now select raw input newtio.c_lflag &= ~（ICANON | ECHO | ECHOE | ISIG）; tcsetattr（ fd, TCSANOW, &newtio）; newtio.c_iflag = IGNPAR | ICRNL; newti

44、o.c_oflag = 0; newtio.c_cc[VMIN]=1; newtio.c_cc[VTIME]=5; tcflush（fd, TCIFLUSH）; tcsetattr（fd,TCSANOW,&newtio）; 通信命令格式 MOBYD閱讀器有許多自帶的API，不同的模式使用不同的命令組合。閱讀器遵守ISO 15693標(biāo)準(zhǔn)。在RFMLTS中間件中，采用的是Buffer Reader模式，即利用閱讀器中的緩存來存儲(chǔ)標(biāo)簽的信

45、息，根據(jù)這種模式的特點(diǎn)，中間件可以輪詢讀取已被存儲(chǔ)的信息，確保標(biāo)簽信息的完整性，提高定位的準(zhǔn)確性。常用的命令有： <1> 得到閱讀器信息-[0x31]Read Data Buffer Info。 信息格式如圖3-1所示： 圖3-1 閱讀器信息圖 <2> 讀取buffer信息-[0x21]Read Buffer 信息格式如圖3-2示： 圖3-2 buffer信息圖 TR-DATA: 圖3-3 TR-DATA圖 TR-DATA格式如圖3-3所示： 圖3-3 TR-DATA圖 DATA: DATA格式如圖3-4所示： 圖3-4 DATA圖 <3

46、> 清空已讀內(nèi)容-[0x32]Clear Data Buffer “Clear Data Buffer”命令用來清除已經(jīng)被[0x21]Read Buffer命令讀取了的信息，因此這個(gè)命令是與Read Buffer命令一一對(duì)應(yīng)的。 Clear Data Buffer數(shù)據(jù)格式如圖3-5所示： 圖3-5 Clear Data Buffer圖 3.1.2 rf600 (1) 網(wǎng)絡(luò)通信配置 rf600使用網(wǎng)絡(luò)接口與主機(jī)相連，其默認(rèn)IP地址為192.168.0.254，端口為10001。通信的時(shí)候，數(shù)據(jù)包采用的是XML文件格式。rf600除了具有不同的工作模式外，還可以配置為不同的標(biāo)準(zhǔn)，

47、例如美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ETSI、歐洲標(biāo)準(zhǔn)FCC等。rf600可以讀取EPC G2 C1、EPC G1、ISO 18000 3種類型的標(biāo)簽。另外還可以對(duì)通道、IP地址等進(jìn)行設(shè)置。在中間件的設(shè)計(jì)過程中，關(guān)于rf600的一些基本設(shè)置都是使用閱讀器自帶的程序，按照應(yīng)用需求預(yù)先設(shè)置好的。 (2) XML命令格式分析 rf600閱讀器與主機(jī)進(jìn)行交互通信時(shí)，信息交互采用的是XML文件傳輸。在運(yùn)行該系統(tǒng)時(shí)，rf600已經(jīng)按照我們的要求配置完畢，因此我們只需最基本的交互命令即可，其中包括： <1> 建立通信連接命令-host Greetings hostGre

48、etings GR_XML_1.2 MobyWorkstationApp1.0 MobyAdmin **** XML文件格式為： 當(dāng)Host向閱讀器發(fā)送該命令后，閱讀器向Host返回確認(rèn)信息。 XML文件格式為：

49、me type="r" status="ack">hostGreetings SIMATIC RF660R Portal Reader V1.1（01.01.00.00_01.08） V0.44.2 USER 該

50、過程建立了閱讀器和Host之間的通信。 <2> 標(biāo)簽信息 ter 103,1,3,3,000000022006011713464501,127200 當(dāng)閱讀器和Host通信建立后，閱讀器便以固定XML格式向Host不斷發(fā)送標(biāo)簽信息。典型的文件格式如下： 在里的是標(biāo)簽的詳細(xì)信息。其中包括通道，天線序號(hào)，標(biāo)簽類型和標(biāo)簽UID。 3.2RFMLTS分析設(shè)計(jì) RFID中間件是一種面向消息的中間件（Message-Oriented Middleware

51、，MOM），信息（Information）是以消息（Message）的形式，從一個(gè)程序傳送到另一個(gè)或多個(gè)程序。在該系統(tǒng)中，我們?cè)O(shè)計(jì)的RFID中間件從架構(gòu)上看是以應(yīng)用程序?yàn)橹行牡?，利用RFID Reader廠商提供的API，以Hot Code方式直接編寫特定Reader讀取數(shù)據(jù)的Adapter。在演示環(huán)境中，我們采用了兩種不同頻段的Reader.一種是13.56MHz的Reader（MOBYD），另一種是860MHz的Reader（rf600）.該RFID中間件在判斷不同閱讀器之后，根據(jù)不同閱讀器的不同API，得到閱讀器里的數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)分析、過濾、狀態(tài)判斷等分析處理后，按照預(yù)先設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)包格式

52、將數(shù)據(jù)發(fā)送給管理端。 RFMLTS中間件的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如3-6所示：圖3-6 RFMLTS中間件的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 RFMLTS中間件的處理模塊流程如圖3-7所示： 圖3-7 RFMLTS中間件的處理模塊流程圖 一、閱讀器種類判斷模塊 該模塊的主要功能是根據(jù)不同閱讀器具有的不同API接口以及不同連接方式，判斷閱讀器的種類，從而選擇與閱讀器對(duì)應(yīng)的信息收集模塊。 二、閱讀器配置信息讀取模塊 為了滿足定位的需要，我們?cè)谂c閱讀器連接的主機(jī)中放置了一個(gè)與閱讀器和管理端有關(guān)的配置文件。配置文件中包括閱讀器的ID，IP， XY坐標(biāo)以及管理端的IP地址和通信端口。 該模塊調(diào)用讀取函

53、數(shù)讀取到文件中的數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)保存到設(shè)定的結(jié)構(gòu)體中，用于網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊。典型的配置文件（client.conf）內(nèi)容如下： #ReaderID ReaderID = 22 //閱讀器ID號(hào)是唯一的 #Reader IP Addrss RdrIPAddr = 192.168.0.254 #Reader Location RdrX = 1 //預(yù)留 RdrY = 1 //預(yù)留 #RdrMC IP Address and Port RdrMCAddr =

54、192.168.1.118 //管理端服務(wù)器IP地址 RdrMCPort = 6009 //管理端服務(wù)器的通信端口 三、標(biāo)簽信息收集/分析模塊 (1) MOBYD標(biāo)簽信息收集/分析模塊 如果確定是MOBYD閱讀器，進(jìn)入該標(biāo)簽信息收集/分析模塊。由于在該系統(tǒng)中，我們只關(guān)心標(biāo)簽的唯一標(biāo)識(shí)UID，因此只保存UID數(shù)據(jù)并且保留DB空間以備擴(kuò)展。該模塊首先調(diào)用Get Buffer Info命令讀取閱讀器的狀態(tài)，得到閱讀器緩存里的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，根據(jù)該長(zhǎng)度循環(huán)調(diào)用Read Buffer和Clear Buffer命令不斷讀取閱讀器里的標(biāo)簽信息，直至全部讀取并將標(biāo)簽的

55、UID保存到特定的數(shù)組中后，再進(jìn)入下一個(gè)數(shù)據(jù)過濾模塊。 (2) rf600標(biāo)簽信息收集/分析模塊 如果確定使rf600閱讀器，進(jìn)入該標(biāo)簽信息收集/分析模塊。該模塊在得到閱讀器的標(biāo)簽數(shù)據(jù)后，調(diào)用按照要求設(shè)計(jì)的XML解析器解析XML文件，得到數(shù)據(jù)包中的有用信息。同樣我們只關(guān)心標(biāo)簽的唯一標(biāo)識(shí)UID，但是rf600閱讀器可以讀取EPC C1、EPC C2、ISO 18000 3種不同的標(biāo)簽，標(biāo)簽UID長(zhǎng)度不同，因此需要3個(gè)不同的數(shù)組存取不同的標(biāo)簽數(shù)據(jù)。此后進(jìn)入下一個(gè)數(shù)據(jù)過濾模塊。 四、數(shù)據(jù)過濾模塊 系統(tǒng)運(yùn)行期間，閱讀器向Host端發(fā)送大量標(biāo)簽信息，而這些信息中大部分是冗余信息，因此需要設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)

56、過濾模塊從海量信息中過濾出唯一有用信息，這樣可以大大減小系統(tǒng)的處理時(shí)間，提高系統(tǒng)的整體性能。同時(shí)可以減小網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。 該模塊主要是采用了一個(gè)隊(duì)列來完成過濾功能，將標(biāo)簽信息收集/分析模塊得到的標(biāo)簽信息存儲(chǔ)數(shù)組中的數(shù)據(jù)插入隊(duì)列，在插入過程中完成數(shù)據(jù)比較、過濾。最后將隊(duì)列中數(shù)據(jù)存入特定結(jié)構(gòu)體（aTagsQuery）中。 五、標(biāo)簽狀態(tài)判斷模塊 該模塊的主要功能是判斷標(biāo)簽的狀態(tài)，標(biāo)簽狀態(tài)有三種：新進(jìn)入（new coming）、保持（hold on）、離開（left）。 六：網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊 網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊是循環(huán)的最后一個(gè)模塊，主要功能是按照設(shè)定的數(shù)據(jù)包格式進(jìn)行組包，并向管理端服務(wù)器發(fā)包。為了使管理端實(shí)

57、現(xiàn)對(duì)客戶端的統(tǒng)一處理，MOBYD和rf600組包過程中的包格式都采用相同的結(jié)構(gòu)。唯一的差別是UID長(zhǎng)度的不同。 3.3 RFMLTS的特點(diǎn) RFMLTS中間件設(shè)計(jì)完成后，通過測(cè)試，RFMLTS實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的目標(biāo)和要求，讀取標(biāo)簽信息的準(zhǔn)確率達(dá)到100%，運(yùn)行也非常穩(wěn)定。其最明顯的特點(diǎn)是： 1． 實(shí)現(xiàn)了管理端對(duì)底層閱讀器的統(tǒng)一管理，底層的閱讀器對(duì)管理端來說是透明的，管理端不需了解底層的閱讀器種類和標(biāo)簽類型。這樣一來，即使存儲(chǔ)RFID標(biāo)簽信息的數(shù)據(jù)庫(kù)軟件或后端應(yīng)用程序增加或改由其他軟件取代，或者讀寫RFID讀寫器種類增加等情況發(fā)生時(shí)，應(yīng)用端不需修改也能處理，省去多對(duì)多連接的維護(hù)復(fù)雜性問題。 2

58、． 當(dāng)系統(tǒng)中加入新類型的閱讀器時(shí)，只需要在RFMLTS加入獲取該閱讀器相關(guān)信息的處理模塊，操作非常簡(jiǎn)單。同時(shí)中間件的其他模塊不需要修改就可以將新閱讀器的數(shù)據(jù)按照管理端的處理要求發(fā)送。 第四章 RFID定位系統(tǒng)分析及設(shè)計(jì) 4.1 RFID應(yīng)用場(chǎng)景 RFID技術(shù)自誕生以來一直有很好的應(yīng)用。日前，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，信息資源的網(wǎng)絡(luò)化共享和遠(yuǎn)程監(jiān)控已成為各個(gè)領(lǐng)域新的需求，并且隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟，這些新的需求正逐漸變成現(xiàn)實(shí)。特別是在WLAN，Bluetooth，ZigBee等無線技術(shù)不斷涌現(xiàn)的今天，RFID的應(yīng)用絕不再局限于閉環(huán)的電子識(shí)別，隨著與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的融合RFID將在眾多的領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前

59、景。 4.1.1 典型應(yīng)用場(chǎng)景的技術(shù)需求分析 RFID的定位和跟蹤技術(shù)再配合圖形化的終端監(jiān)控，將在很多典型的場(chǎng)景中廣泛應(yīng)用，比如，大型國(guó)際會(huì)展的現(xiàn)場(chǎng)，大型貨物集散的港口碼頭，大量貨物堆放的倉(cāng)儲(chǔ)庫(kù)，人員繁雜的大型醫(yī)院，貴重物品的運(yùn)輸和保管等等。 一、大型國(guó)際會(huì)展的現(xiàn)場(chǎng) 在大型國(guó)際會(huì)展現(xiàn)場(chǎng)，采用RFID定位和跟蹤技術(shù)將大大提高對(duì)參會(huì)人員的有效管理，比如在人海中快速確定某個(gè)人的當(dāng)前位置，可以通過定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)；查看某個(gè)焦點(diǎn)人物都參觀了哪些會(huì)場(chǎng)和展覽點(diǎn)，可以通過瀏覽他的歷史位置記錄實(shí)現(xiàn)；當(dāng)然也可以按照參會(huì)人員的國(guó)籍、行業(yè)、年齡等對(duì)其分類，實(shí)時(shí)查看某一組人的位置信息或者監(jiān)控全場(chǎng)人員的位置分布情況等

60、。 二、大型貨物集散的港口碼頭 在大型貨物集散的港口碼頭，采用RFID定位和跟蹤技術(shù)將提高對(duì)集裝箱信息收集的效率，并通過圖形化位置信息管理提高貨物調(diào)度的效率，從而大大節(jié)約時(shí)間成本。首先通過可移動(dòng)的手持Reader對(duì)貼有Tag的集裝箱進(jìn)行識(shí)別，從而確定Tag的位置，再通過無線的網(wǎng)絡(luò)連接把收集到的信息傳送至碼頭管理控制中心，完成信息的分析和處理。 在這個(gè)場(chǎng)景中，網(wǎng)絡(luò)中以可移動(dòng)的手持RFID Reader識(shí)別為主，同時(shí)架設(shè)一些位置固定的Reader，貼有Tag的集裝箱是經(jīng)常移動(dòng)的，但相對(duì)于Reader的移動(dòng)速度要慢一些。 三、大量貨物堆放的倉(cāng)儲(chǔ)庫(kù) 在大量貨物堆放的倉(cāng)儲(chǔ)庫(kù)，提貨時(shí)經(jīng)常需要花費(fèi)

61、大量的時(shí)間尋找想要的貨物，造成人力物力財(cái)力不必要的浪費(fèi)。采用RFID的定位和跟蹤技術(shù)，通過記錄貨物存放的位置信息和物體搬移的位置記錄，可以通過總控管理中心直接顯示貨物的當(dāng)前位置，大大提高了工作效率。 四、可應(yīng)用場(chǎng)景抽象 通過對(duì)上述典型場(chǎng)景的分析，對(duì)于基于RFID技術(shù)的定位和跟蹤系統(tǒng)，可以抽象出如下的特征模型樹圖，如圖4-1所示： 圖4-1 可應(yīng)用場(chǎng)景特征模型樹 是否移動(dòng) R靜T動(dòng) R動(dòng)T靜 R動(dòng)T動(dòng) 無重疊 有重疊 一R 一T 一R 多T 多R 一T 多R 多T 快 慢 快 慢 快 慢 快 慢 一R 一T 一R 多T 多R 一T

62、多R 多T 快 慢 快 慢 快 慢 快 慢 一R 一T 一R 多T 多R 一T 多R 多T 快 慢 快 慢 快 慢 快 慢 R -- RFID reader T – RFID Tag 在RFID技術(shù)應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)中不存在所有目標(biāo)全部靜止的情況，按移動(dòng)性劃分可以分成三種情況： w Reader 靜止Tag移動(dòng) w Reader 移動(dòng)Tag靜止 w Reader 移動(dòng)Tag移動(dòng)。 就Reader 靜止Tag移動(dòng)的情況而言，按Reader的射頻范圍是否有重疊，可以劃分為兩種情況： w 射頻覆蓋分區(qū)無重疊 w 射頻覆蓋為全覆蓋有重疊

63、。 在Reader無重疊時(shí)按Reader與Tag的關(guān)系可分為兩種情況，在某一時(shí)刻： w 一個(gè)Reader識(shí)別一個(gè)Tag w 一個(gè)Reader識(shí)別多個(gè)Tag。 在Reader覆蓋有重疊時(shí)按Reader與Tag的關(guān)系可分為兩種情況，在某一時(shí)刻： w 多個(gè)Reader識(shí)別一個(gè)Tag w 多個(gè)Reader識(shí)別多個(gè)Tag。 就Reader移動(dòng)的情況而言，按Reader與Tag的關(guān)系可分為四種情況，在某一時(shí)刻： w 一個(gè)Reader識(shí)別一個(gè)Tag w 一個(gè)Reader識(shí)別多個(gè)Tag w 多個(gè)Reader識(shí)別一個(gè)Tag w 多個(gè)Reader識(shí)別多個(gè)Tag。 以上各種情況都需要考慮

64、目標(biāo)移動(dòng)相對(duì)速度的問題，目標(biāo)移動(dòng)快慢是一個(gè)相對(duì)的概念，這與Reader射頻覆蓋范圍的半徑、RFID硬件設(shè)備識(shí)別速度等因素有關(guān)。 可應(yīng)用場(chǎng)景分析 RFID 定位和跟蹤系統(tǒng)一般包括RFID Tag，Reader，底層通信網(wǎng)絡(luò)和管理中心四個(gè)組成部分。所謂定位，是指能夠確定目標(biāo)的當(dāng)前位置信息；所謂跟蹤，是指能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控目標(biāo)。因此，下面首先分析目標(biāo)的定位技術(shù)。 在Reader靜止Tag移動(dòng)的情況下，Reader的位置信息很容易獲得，底層通信網(wǎng)絡(luò)可以是有線連接也可以是無線連接。當(dāng)Tag進(jìn)入某個(gè)Reader的射頻范圍，Reader首先能夠識(shí)別Tag，然后通過底層網(wǎng)絡(luò)通信將Tag的有關(guān)信息傳送至管理中心

65、，在管理中心通過固定Reader的配置文件得到詳細(xì)的位置信息，并可以以各種形式顯示出來。在覆蓋無重疊的情況，Tag在某一時(shí)刻位于某個(gè)Reader附近，在覆蓋有重疊的情況，Tag位于多個(gè)Reader射頻范圍的重疊區(qū)域。 在Reader移動(dòng)的情況下，首先要解決的是如何獲得Reader的位置信息，在成本允許的情況下，可以考慮采用GPS定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)中Reader的定位。同時(shí)要求底層的通信網(wǎng)絡(luò)必須是無線的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，并且對(duì)物體的移動(dòng)有很好的支持。 4.1.2RFID定位系統(tǒng)適應(yīng)的場(chǎng)景 基于對(duì)RFID定位和跟蹤應(yīng)用的分析，在研究和實(shí)現(xiàn)這樣一個(gè)系統(tǒng)時(shí)候，我們按照由簡(jiǎn)到繁，逐步升級(jí)的路線進(jìn)行。在系統(tǒng)總

66、體設(shè)計(jì)時(shí)力求接口開放，具有良好的可擴(kuò)展性。 圖4-2 RFID定位系統(tǒng)適應(yīng)場(chǎng)景示意圖 是否移動(dòng) R靜T動(dòng) R動(dòng)T靜 R動(dòng)T動(dòng) 無重疊 有重疊 一R 一T 一R 多T 多R 一T 多R 多T 快 慢 快 慢 快 慢 快 慢 一R 一T 一R 多T 多R 一T 多R 多T 快 慢 快 慢 快 慢 快 慢 一R 一T 一R 多T 多R 一T 多R 多T 快 慢 快 慢 快 慢 快 慢 R -- RFID reader T – RFID Tag 在第一階段，計(jì)劃研究和實(shí)現(xiàn)在無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，RFID reader固定不動(dòng)Tag移動(dòng)且Reader的射頻覆蓋范圍無重疊時(shí)RFID的定位和跟蹤系統(tǒng)，如圖4-2紅色粗線部分所示。 4.2 RFID定位系統(tǒng)功能的總體分析 基于Ad Hoc無線網(wǎng)絡(luò)的RFID定位系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱RFID定位系統(tǒng)，RFID Location And Tracking System，RFLTS）主要是在Ad Hoc無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下結(jié)合RFID射頻技術(shù)，在充分利用兩種