【正文】 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 readerT – 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Tag移動且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42紅色粗線部分所示?；趯FID定位和跟蹤應(yīng)用的分析，在研究和實(shí)現(xiàn)這樣一個系統(tǒng)時(shí)候，我們按照由簡到繁，逐步升級的路線進(jìn)行。在Reader移動的情況下，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)移動中Reader的定位。當(dāng)Tag進(jìn)入某個Reader的射頻范圍，Reader首先能夠識別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，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。因此，下面首先分析目標(biāo)的定位技術(shù)?？蓱?yīng)用場景分析RFID 定位和跟蹤系統(tǒng)一般包括RFID Tag，Reader，底層通信網(wǎng)絡(luò)和管理中心四個組成部分。就Reader移動的情況而言，按Reader與Tag的關(guān)系可分為四種情況，在某一時(shí)刻：w 一個Reader識別一個Tagw 一個Reader識別多個Tagw 多個Reader識別一個Tagw 多個Reader識別多個Tag。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Reader識別一個Tagw 一個Reader識別多個Tag。四、可應(yīng)用場景抽象通過對上述典型場景的分析，對于基于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41所示：圖41 可應(yīng)用場景特征模型樹是否移動R靜T動R動T靜R動T動無重疊有重疊一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 readerT – 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，按移動性劃分可以分成三種情況：w Reader 靜止Tag移動w Reader 移動Tag靜止w Reader 移動Tag移動。三、大量貨物堆放的倉儲庫在大量貨物堆放的倉儲庫，提貨時(shí)經(jīng)常需要花費(fèi)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)。首先通過可移動的手持Reader對貼有Tag的集裝箱進(jìn)行識別，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。一、大型國際會展的現(xiàn)場在大型國際會展現(xiàn)場，采用RFID定位和跟蹤技術(shù)將大大提高對參會人員的有效管理，比如在人海中快速確定某個人的當(dāng)前位置，可以通過定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)；查看某個焦點(diǎn)人物都參觀了哪些會場和展覽點(diǎn)，可以通過瀏覽他的歷史位置記錄實(shí)現(xiàn)；當(dāng)然也可以按照參會人員的國籍、行業(yè)、年齡等對其分類，實(shí)時(shí)查看某一組人的位置信息或者監(jiān)控全場人員的位置分布情況等。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)用前景。第四章 RFID定位系統(tǒng)分析及設(shè)計(jì) RFID應(yīng)用場景RFID技術(shù)自誕生以來一直有很好的應(yīng)用。2． 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，操作非常簡單。其最明顯的特點(diǎn)是：1． 實(shí)現(xiàn)了管理端對底層閱讀器的統(tǒng)一管理，底層的閱讀器對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。唯一的差別是UID長度的不同。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。最后將隊(duì)列中數(shù)據(jù)存入特定結(jié)構(gòu)體（aTagsQuery）中。同時(shí)可以減小網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。此后進(jìn)入下一個數(shù)據(jù)過濾模塊。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。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)長度，根據(jù)該長度循環(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UID保存到特定的數(shù)組中后，再進(jìn)入下一個數(shù)據(jù)過濾模塊。典型的配置文件（）內(nèi)容如下：ReaderIDReaderID = 22 //閱讀器ID號是唯一的Reader IP AddrssRdrIPAddr = Reader LocationRdrX = 1 //預(yù)留RdrY = 1 //預(yù)留RdrMC IP Address and PortRdrMCAddr = //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。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。 RFMLTS中間件的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如36所示：圖36 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37所示：圖37 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應(yīng)的信息收集模塊。在該系統(tǒng)中，我們設(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。其中包括通道，天線序號，標(biāo)簽類型和標(biāo)簽UID。2 標(biāo)簽信息messagenametype=\n\ter/nameter103,1,3,3,000000022006011713464501,127200/ter/message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。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 Greetingsmessagenametype=\c\hostGreetings/nameparamGroup name=\hostGreetings\messagingVersion/messagingVersionappVersion/appVersionuserNameMobyAdmin/userNamepasswd****/passwd/paramGroup/messageXML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。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。rf600可以讀取EPC G2 CEPC GISO 18000 3種類型的標(biāo)簽。通信的時(shí)候，數(shù)據(jù)包采用的是XML文件格式。信息格式如圖31所示：圖31 閱讀器信息圖2 讀取buffer信息[0x21]Read Buffer信息格式如圖32示：圖32 buffer信息圖TRDATA:圖33 TRDATA圖 TRDATA格式如圖33所示：圖33 TRDATA圖DATA: DATA格式如圖34所示：圖34 DATA圖3 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，因此這個命令是與Read Buffer命令一一對應(yīng)的。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標(biāo)簽的信息，根據(jù)這種模式的特點(diǎn)，中間件可以輪詢讀取已被存儲的信息，確保標(biāo)簽信息的完整性，提高定位的準(zhǔn)確性。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。 tcsetattr（fd,TCSANOW,amp。 [VTIME]=5。 = 0。newtio）。= ~（ICANON | ECHO | ECHOE | ISIG）。= ~CRTSCTS。newtio）。 |= CS8 。 amp。 amp。 amp。newtio）。 // Enable the receiver and set local mode |= （CLOCAL | CREAD）。 cfsetospeed（amp。 /* save current port settings */ /* set new port settings for canonical input processing */ cfsetispeed（amp。 } tcgetattr（fd,amp。 此閱讀器不是MOBYD。具體配置如下：fd=open（MODEMDEVICE, O_RDWR | O_NOCTTY | O_NONBLOCK）。(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。rf600的工作頻率是865868MHz，同時(shí)也可以工作在902928MHz，使用網(wǎng)絡(luò)接口與主機(jī)通信。用于實(shí)時(shí)跟蹤場景中的標(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，我們在該演示系統(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。 閱讀器種類及比較目前，在使用RFID技術(shù)的項(xiàng)目中，技術(shù)也比較成熟。本課題研究的基于Ad Hoc無線網(wǎng)絡(luò)的RFID中間件（以下簡稱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)提供統(tǒng)一格式的標(biāo)簽和閱讀器數(shù)據(jù)。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。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）。 三、RFID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)。其缺點(diǎn)是容易被障礙物所阻擋，易受反射和人體擾動等因素影響，不易實(shí)現(xiàn)無線作用范圍的全區(qū)域覆蓋。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。此外，低頻段電子標(biāo)簽的成本相對較低，且具有卡狀、環(huán)狀、鈕扣狀等多種形狀。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)，具有相對較強(qiáng)的繞開障礙物能力。低頻頻段能量相對較低，數(shù)據(jù)傳輸率較小，無線覆蓋范圍受限。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。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%。目前，長距離射頻識別系統(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。對一些特殊的系統(tǒng)還有執(zhí)行反碰撞算法，對標(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。高頻接口包含發(fā)送器和接收器，其功能包括：產(chǎn)生高頻發(fā)射功率以啟動標(biāo)簽并提供能量；對發(fā)射信號進(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。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，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，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到閱讀器，閱讀器對接收的信號進(jìn)行解調(diào)和解碼然后送到后臺主系統(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，針對不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作。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。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。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€方面，并將成為未來信息社會建設(shè)的一項(xiàng)基礎(chǔ)技術(shù)。 RFID無線射頻識別技術(shù) RFID技術(shù)研究射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID），又稱電子標(biāo)簽（ETag），是一種利用射頻信