RFID傳感器網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

1、RFID傳感器網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀與發(fā)傳感器網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢展趨勢王越超摘要v本文綜述了傳感器網(wǎng)絡(luò)與RFID系統(tǒng)的現(xiàn)狀與研究熱點，并引出了上述兩個系統(tǒng)的融合，即RFID傳感器網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)。通過對RFID傳感器網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)數(shù)據(jù)處理技術(shù)數(shù)據(jù)處理技術(shù)的綜述，描述了在該領(lǐng)域中的一些研究熱點及相關(guān)技術(shù)。v關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：RFID傳感器網(wǎng)絡(luò)；數(shù)據(jù)處理 1. RFID傳感器網(wǎng)絡(luò)概述 1.傳感器網(wǎng)絡(luò)概述傳感器網(wǎng)絡(luò)概述v傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）是集計算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)、智能計算、傳感器、嵌入式系統(tǒng)、微電子等多個領(lǐng)域交叉綜合的新興學(xué)科，它將大量的多種類傳感器節(jié)點(傳感、采集、處理、收發(fā)、網(wǎng)絡(luò)于一體)組成自治的網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對

2、物理世界的動態(tài)智能協(xié)同感知。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展最初起源于戰(zhàn)場監(jiān)測等軍事應(yīng)用。而現(xiàn)今無線傳感器網(wǎng)絡(luò)被應(yīng)用于很多民用領(lǐng)域，如環(huán)境與生態(tài)監(jiān)測、健康監(jiān)護(hù)、家庭自動化、以及交通控制等。v傳感器網(wǎng)絡(luò)的每個節(jié)點除配備了一個或多個傳感器之外，還裝備了一個無線電收發(fā)器、一個很小的微控制器和一個能源（通常為電池）。單個傳感器節(jié)點的尺寸大到一個鞋盒，小到一粒塵埃。傳感器節(jié)點的成本也是不定的，從幾百美元到幾美分，這取決于傳感器網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模以及單個傳感器節(jié)點所需的復(fù)雜度。傳感器節(jié)點尺寸與復(fù)雜度的限制決定了能量、存儲、計算速度與帶寬的受限。v傳感器網(wǎng)絡(luò)由三部分組成，WSN硬件、WSN軟件與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。 WSN硬件硬件. v

3、WSN硬件一個無線傳感器節(jié)點可視為是一臺微型的計算機(jī)，具有基本的組件和接口。強(qiáng)調(diào)省電和構(gòu)成分布式的自主網(wǎng)絡(luò)平臺。 WSN軟件軟件.v傳感器網(wǎng)絡(luò)的軟件關(guān)鍵技術(shù)主要有無線數(shù)據(jù)庫技術(shù)，比如使用在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的查詢，和用于和其他傳感器通訊的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，特別是多次跳躍路由協(xié)議，其中以Zigbee(IEEE802.15.4)為代表。v網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的微嵌入式軟件：由于WSN的定位是大量布建在各種各樣的遠(yuǎn)程連結(jié)環(huán)境中，并采用類似ad hoc的特殊多跳移動無線網(wǎng)絡(luò)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點基本上屬于嵌入式系統(tǒng)的一種，也就是采用比一般目的操作系統(tǒng)更為精簡的嵌入式操作系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)協(xié)議v網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：有文獻(xiàn)指出，無線傳感器網(wǎng)

4、絡(luò)是由大量傳感器結(jié)點通過無線通信技術(shù)自組織構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。它能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的采集量化、處理融合和傳輸應(yīng)用。這些應(yīng)用一般不需要很高的帶寬，但是對功耗要求卻很高，大部分時間必須保持低功耗。由于無線傳感結(jié)點通常使用存儲容量受限的嵌入式處理器/控制器，因此對協(xié)議棧的大小也有嚴(yán)格限制。另外，WSN對網(wǎng)絡(luò)安全性、結(jié)點自動配置、網(wǎng)絡(luò)動態(tài)重組等方面也有一定的要求。 vWSN的特殊性對應(yīng)用于該技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議提出了較高要求。目前，ZigBee技術(shù)已經(jīng)在WSN領(lǐng)域得到了較為廣泛的應(yīng)用，是最具競爭力的WSN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。但有文獻(xiàn)認(rèn)為，Parmar表示，從長遠(yuǎn)來看，Zigbee在安全性、技術(shù)成熟度、節(jié)點管理、QoS特性、設(shè)備互操

5、作性等方面都不及Wi-Fi。v但本人WIFI的主要問題是成本及并未對WSN進(jìn)行適當(dāng)裁剪。 研究熱點研究熱點. v目前，WSN的研究熱點主要有：網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 路由及數(shù)據(jù)分發(fā)、鏈路層協(xié)議 WSN和IPv6的結(jié)合、數(shù)據(jù)的采集捕獲技術(shù)、融合處理技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù) 、功耗管理、定位技術(shù)、安全、適合WSN的軟件開發(fā)環(huán)境和軟件工具、模擬器、應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)等。 RFID系統(tǒng) vRFID是應(yīng)用無線電波(頻率為50 kHz58 GHz)來自動識別單個物體對象的技術(shù)的總稱。作為一種快速、實時、準(zhǔn)確采集與處理信息的高新技術(shù)，通過對實體對象的惟一有效標(biāo)志，RFID可廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、零售、物流、交通等各個行業(yè) ，被列為本世

6、紀(jì)十大重要技術(shù)之一。RFID系統(tǒng)vRFID系統(tǒng)主要由標(biāo)簽、閱讀器和介于閱讀器與企業(yè)應(yīng)用之間的中間件 三部分組成。中間件的主要任務(wù)是對閱讀器讀取的標(biāo)簽數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾、匯集和計算，減少從閱讀器傳往企業(yè)應(yīng)用的數(shù)據(jù)量，負(fù)責(zé)對閱讀器進(jìn)行管理和配置。v中間件的作用與WSN網(wǎng)絡(luò)對數(shù)據(jù)處理的要求不謀而合，因此有學(xué)者設(shè)計了RFID中間件軟件并將其應(yīng)用于WSN的數(shù)據(jù)處理中，實現(xiàn)了兩者的結(jié)合。vRFID技術(shù)具有如下特性：數(shù)據(jù)的讀寫功能；標(biāo)簽容易小型化和多樣化；耐環(huán)境性；可重復(fù)使用；穿透性強(qiáng)；數(shù)據(jù)的記憶容量大，與傳統(tǒng)的條形碼相比，條形碼識別物品的種類，而RFID技術(shù)確定每一個單獨的物體對象。 傳感器網(wǎng)絡(luò)與傳感器網(wǎng)絡(luò)與R

7、FID技術(shù)的融合技術(shù)的融合v技術(shù)優(yōu)勢如下:v“WSN和RFID技術(shù)的融合。由于RFID抗干擾性較差，而且有效距離一般小于10m，這對它的應(yīng)用是個限制。如果將Zigbee的WSN同RFID結(jié)合起來，利用前者高達(dá)100m的有效半徑，形成WSID網(wǎng)絡(luò)，其應(yīng)用前景不可估量?！蓖瑫r，Zigbee無線電有希望成為主動的RFID標(biāo)簽。Zigbee產(chǎn)品可以利用更多的傳感器和更少的網(wǎng)關(guān)，它們可以降低主動RFID的成本。 傳感器網(wǎng)絡(luò)與傳感器網(wǎng)絡(luò)與RFID技術(shù)的融合技術(shù)的融合v有學(xué)者提出了基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的超級RFID。系統(tǒng)綜合了RFID和傳感器網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)特點，它繼承了RFID利用射頻信號自動識別目標(biāo)的特性，同時實現(xiàn)

8、了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)主動感知與通信的功能?；趥鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)的超級RFID不是被動的卷標(biāo)技術(shù)，它能夠主動對環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，必要的時候能夠主動發(fā)出警報。 目前主要 應(yīng)用領(lǐng)域v基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的超級RFID系統(tǒng)在食品生產(chǎn)監(jiān)控、實時物流監(jiān)控、運輸物資可視化系統(tǒng)、物流監(jiān)控系統(tǒng)、車載危險品監(jiān)控系統(tǒng)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。 RFID傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理問題研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向 vRFID傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)量巨大、數(shù)據(jù)隨機(jī)性強(qiáng)、動態(tài)、需要整合等，數(shù)據(jù)處理成為了要解決的核心問題。數(shù)據(jù)處理是RFID系統(tǒng)和傳感器網(wǎng)絡(luò)的靈魂。像零售商這樣的公司每年對標(biāo)簽的吞吐量約有600億，據(jù)統(tǒng)計，如果WalMart全面采用RFID技術(shù)，每天

9、產(chǎn)生的原始數(shù)據(jù)將超過7 T。以上原始數(shù)據(jù)中存在大量的信息冗余，因此亟待對這些原始數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾和匯聚以提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量，減少數(shù)據(jù)冗余并壓縮數(shù)據(jù)規(guī)模。 主要技術(shù)v數(shù)據(jù)處理流程中對數(shù)據(jù)處理各個環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)點主要包含采集、傳輸、分析和處理三個環(huán)節(jié)。采集中主要考慮數(shù)據(jù)容錯及實時性等問題；傳輸過程的研究主要包括1)過濾與容錯；2)減少傳輸量；分析與處理過程，主要包括對數(shù)據(jù)的抽象表示、數(shù)據(jù)挖掘、處理模型和機(jī)制及其他相關(guān)處理算法的研究。其中處理模型和機(jī)制中可以用到人工智能中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類處理。 v對數(shù)據(jù)的處理因其具體應(yīng)用的不同有很大的不同，主要包括對數(shù)據(jù)的抽象表示、數(shù)據(jù)挖掘、處理模型和機(jī)制及其他相關(guān)

10、處理算法的研究，部分還將涉及數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)處理技術(shù)。數(shù)據(jù)處理的過程與目的vRFID傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)處理分為如下過程:：采集、存儲、查詢、分析。v數(shù)據(jù)處理的目的有：1、減少數(shù)據(jù)量，減輕網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的存儲壓力與傳輸負(fù)擔(dān)；2、提高數(shù)據(jù)利用率；3、屏蔽數(shù)據(jù)的物理實現(xiàn)與邏輯表示；4、增加數(shù)據(jù)安全性。 RFID數(shù)據(jù)處理v在RFID系統(tǒng)中主要處理靜態(tài)和動態(tài)兩種類型的數(shù)據(jù)。靜態(tài)數(shù)據(jù)往往與商業(yè)實體和產(chǎn)品服務(wù)組關(guān)聯(lián)。動態(tài)數(shù)據(jù)則與專門的個體有關(guān) 。v對RFID數(shù)據(jù)處理的研究主要有數(shù)據(jù)過濾和容錯、為減少傳輸量而進(jìn)行編碼和壓縮、通過可擴(kuò)展標(biāo)志語言物理標(biāo)志語言(XMLPML) 對數(shù)據(jù)進(jìn)行抽象表示、數(shù)據(jù)挖掘、事件處理、數(shù)據(jù)融合

11、、中間件或邊緣件、面向服務(wù)的架構(gòu)、實時性、分布式處理等 傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)處理v數(shù)據(jù)處理同樣是傳感器網(wǎng)絡(luò)的核心。目前用于傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理的結(jié)構(gòu)主要有集中式、半分布式、分布式、層次式四種。目前大多數(shù)的研究工作集中在半分布式結(jié)構(gòu)。半分布式結(jié)構(gòu)的兩個代表是Fiord系統(tǒng)和Cougar系統(tǒng)。綜合各種結(jié)構(gòu)，對其進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的邏輯抽取之后，其層次結(jié)構(gòu)可以分為基礎(chǔ)層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)處理層、應(yīng)用開發(fā)環(huán)境層和應(yīng)用層。 相似與交叉部分v從以上的數(shù)據(jù)處理層次結(jié)構(gòu)和需要研究的關(guān)鍵技術(shù)可以看出，RFID系統(tǒng)與傳感器網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)處理上有著很大的相似性或者交叉點。RFID傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)處理問題可以綜合考慮兩個系統(tǒng)的相似部分，

12、統(tǒng)一解決交叉問題?？梢钥紤]前面介紹的RFID中間件技術(shù)進(jìn)行解決。 應(yīng)用一v有文獻(xiàn)將其應(yīng)用于將全球供應(yīng)鏈管理網(wǎng)絡(luò)體系與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合。提出了數(shù)據(jù)綁定組件。利用數(shù)據(jù)綁定將WSN和RFID tag中的數(shù)據(jù)建立聯(lián)系，便于用戶進(jìn)行級聯(lián)查詢。根據(jù)不同的應(yīng)用需求，WSN可以以兩種形態(tài)與物品發(fā)生聯(lián)系：緊耦合方式(tightcoupling)與松耦合方式(1oosecoupling)。通過使用數(shù)據(jù)表外鍵的方式達(dá)到數(shù)據(jù)綁定的目的。并提出了一種分布式的中間件協(xié)議WSN SERVICE PROXY。 應(yīng)用二v移動代理技術(shù)增加了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的數(shù)據(jù)處理能力，通過對節(jié)點數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)先的冗余檢查及容錯處理，減少了網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸率，節(jié)省了節(jié)點能源。移動處理技術(shù)的關(guān)鍵是安全技術(shù)，certiCom公司于06年推出了相關(guān)軟件和一種硬件內(nèi)核，以便將其橢圓曲線密碼架構(gòu)應(yīng)用于傳感器網(wǎng)絡(luò)和有源RFI D標(biāo)簽等受環(huán)境約束的應(yīng)用。該算法使得小型計算節(jié)點能以小的存儲器容量和功耗處理認(rèn)證、密鑰交換和數(shù)字簽名等復(fù)雜的任務(wù)。 結(jié)束語結(jié)束語vRFID傳感