基于传感器网络的超级RFID系统
中心议题：
- 传感器网络技术简介
- RFID与无线传感器网络的技术融合特点
- 超级RFID系统的组成
- 超级RFID系统采用层次型的组成结构
- 末梢节点由普通传感器节点和超级RFID标签组成
- 带有传感器器件的智能处理节点则充当网关节点
射频识别(RadioFrequencyIdentification,RFID),又称电子标签(E-Tag),是一种利用射频信号自动识别目标对象并获取相关信息的技术。基于传感器网络的超级RFID系统(以下简称超级RFID系统)综合了RFID和传感器网络的技术特点,它继承了RFID利用射频信号自动识别目标的特性,同时实现了无线传感器网络主动感知与通信的功能。基于传感器网络的超级RFID不是被动的卷标技术,它能够主动对环境进行监测并记录相关数据,必要的时候能够主动发出警报。
RFID与无线传感器网络的技术融合
1传感器网络技术简介
微电子机械系统(MEMS)、无线通信和微电子技术的进步,使得设计和开发低成本、低功耗、多功能的微型传感器成为可能。这些微型传感器体积小,具有传感、数据处理和通信部件,在今后几年,甚至会出现超低功耗SoC,在单片上集成无线通信、微处理器和MEMS传感和作动部件。众多具有通信、计算能力的传感器(或作动器)通过无线方式连接,相互协作,同物理世界进行交互,共同完成特定的应用任务,称为传感器网络(SensorNetwork)。
传感器网络与传统的传感器相比,易于部署,即传感器节点位置不需要事先确定或精心设计,允许任意放置,部署维护成本低,具有较高的灵活性;传感器网络由大量廉价节点组成,可放置在物理现象作用范围内,从而获得较高的观察精度性,具有较高的性价比;传感器网络具有大量冗余节点,即使部分节点失效,也不会影响整个系统的功能,因而具有较好的健壮性;传感器网络节点具有计算能力,可以相互协作,能够完成传统传感器所不能完成的任务。
2RFID与无线传感器网络的技术融合
RFID技术与传感器网络技术相结合,可能是将来的一个发展趋势。传感器网络一般不关心节点的位置,因此对节点一般都不采用全局标识,而RFID技术对节点的标示有着得天独厚的优势,将两者结共同组成网络可以相互弥补对方的缺陷,既可以将网络的主要精力集中到数据上,当需要具体的考虑到某个具体节点的信息的时候,也可以利用RFID的标识功能轻松的找到节点的位置。
超级RFID系统的组成
超级RFID系统采用层次型的组成结构,分为末梢节点和网关节点和上层用户三个层次,如图1所示。
图1超级RFID的组成
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末梢节点由两部分组成,分别是数量众多的普通传感器节点和超级RFID标签,超级RFID节点除了具备基本的RFID无线标记功能外,在节点上还配置了微型传感器,可以主动感知节点标记对象的温湿度、位置移动、烟雾、电磁环境、声音等信息,并且可以主动上报感知信息。
而带有传感器器件的智能处理节点则充当网关节点,网关节点担负两方面的功能:(1)读取、汇聚超级RFID节点和传感器节点的信息(2)对读取的信息进行分析,实时监控环境信息。有源的网关节点在必要时读取RFID标签的信息,通过传感器网络发送给上层用户;当然,RFID节点的信息也能够被手持式阅读器随时读取。
上层用户主要是指与智能网关节点直接通信的外部网络,如Internet网络或GSM网络等。另外,无线传感器网络和现有的无线通信终端(如手机)还不能很好的通信,利用现有的网络将处理好的信息发送到用户终端是一个不错的选择。
体系结构
超级RFID系统融合了无线传感器网络和RFID技术,因此在设计系统体系构架时,要综合考虑到两者的特点,系统体系结构如图2所示。
图2系统体系结构图
Savant软件是处理从一个或多个解读器获得的标签或传感器数据(事件数据)流的“中间件”,是一种企业通用的数据管理架构,安装在等级式、分布式的服务器上。本系统的Savant有三种数据来源,可以按传统的方式从阅读器而来,可以接受传感器节点的信息,也可以接收超级RFID主动发出的信息。基于Savant的树型等级结构,并根据其分类,定义了一种统一的层次化的Savant体系架构。依据Auto-ID标准委员会的定义,Savant应该包括三个必需的标准模块:事件管理系统(EMS)、实时内存数据结构(RIED)和任务管理系统(TMS)。其它一些可选标准程序模块可以根据用户定义。图3是Savant的体系结构。
图3Savant的体系结构
在图3中,事件管理系统应用在EdgeSavant(ES)上采集标签解读事件,它与解读器应用程序通信,管理解读器发送的事件流。EMS体系结构中的“解读适配器”和“解读器接口”可看作一个通用的接口,对于EdgeSavant来讲,由于解读适配器直接或间接的与解读器进行通讯,并收集解读器探测到的事件,然后将这些事件写入解读器接口。对于InternalSavant来讲,它是Edgesavants的父节点或上级,IS从他的下属EdgeSavant中采集EPC数据,因此“解读适配器”和“解读器接口”可看作是通用的网络数据访问接口。
RIED是一个用来保存EdgeSavant信息的内存数据库。EdgeSavant保存和组织解读器发送的事件。事件管理系统(EMS)提供过滤和记录事件的框架,记录器可以将事件保存在数据库中。数据库处理大量事件时,RIED提供了与数据库同样的接口,但实时性要好。应用程序可以通过JDBC或本地Java接口访问RIED。
Savant软件根据用户定制的任务进行数据管理、数据监控。TMS负责管理由上级Savant或企业应用程序发送到本级Savant的任务。SavantTMS使分布式Savant的维护变得简单,写入TMS的任务可以获得Savant的所有属性。
本文综合RFID和无线传感器网络技术,提出了一种基于传感器网络的超级RFID系统,介绍了该系统的组成与体系结构及该系统对Savant的新要求。指出RFID技术与传感器网络融技术的融合可能是一个新的发展趋势。
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