RFID傳感器網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

RFID傳感器網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢王越超摘要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(diǎn)，并引出了上述兩個(gè)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)的綜述，描述了在該領(lǐng)域中的一些研究熱點(diǎn)及相關(guān)技術(shù)。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)概述傳感器網(wǎng)絡(luò)概述傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）是集計(jì)算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)、智能計(jì)算、傳感器、嵌入式系統(tǒng)、微電子等多個(gè)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(diǎn)(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(shí)現(xiàn)對物理世界的動態(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。傳感器網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)除配備了一個(gè)或多個(gè)傳感器之外，還裝備了一個(gè)無線電收發(fā)器、一個(gè)很小的微控制器和一個(gè)能源（通常為電池）。單個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的尺寸大到一個(gè)鞋盒，小到一粒塵埃。傳感器節(jié)點(diǎn)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(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)所需的復(fù)雜度。傳感器節(jié)點(diǎn)尺寸與復(fù)雜度的限制決定了能量、存儲、計(jì)算速度與帶寬的受限。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.

WSN硬件一個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)可視為是一臺微型的計(jì)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.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。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)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adhoc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(diǎn)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：有文獻(xiàn)指出，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量傳感器結(jié)點(diǎn)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(shí)間必須保持低功耗。由于無線傳感結(jié)點(diǎn)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(diǎn)自動配置、網(wǎng)絡(luò)動態(tài)重組等方面也有一定的要求。WSN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(diǎn)管理、QoS特性、設(shè)備互操作性等方面都不及Wi-Fi。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(diǎn).

目前，WSN的研究熱點(diǎn)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)RFID是應(yīng)用無線電波(頻率為50kHz～5．8GHz)來自動識別單個(gè)物體對象的技術(shù)的總稱。作為一種快速、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確采集與處理信息的高新技術(shù)，通過對實(shí)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(gè)行業(yè)，被列為本世紀(jì)十大重要技術(shù)之一。RFID系統(tǒng)RFID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(jì)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。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(jì)了RFID中間件軟件并將其應(yīng)用于WSN的數(shù)據(jù)處理中，實(shí)現(xiàn)了兩者的結(jié)合。RFID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(gè)單獨(dú)的物體對象。

傳感器網(wǎng)絡(luò)與RFID技術(shù)的融合技術(shù)優(yōu)勢如下:“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(gè)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(shí)，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)網(wǎng)絡(luò)與RFID技術(shù)的的融合有學(xué)者提提出了基基于傳感感器網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的超級級RFID。系統(tǒng)綜合合了RFID和傳感器器網(wǎng)絡(luò)的的技術(shù)特特點(diǎn)，它它繼承了了RFID利用射頻頻信號自自動識別別目標(biāo)的的特性，，同時(shí)實(shí)實(shí)現(xiàn)了無無線傳感感器網(wǎng)絡(luò)絡(luò)主動感感知與通通信的功功能。基基于傳感感器網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的超級級RFID不是被動動的卷標(biāo)標(biāo)技術(shù)，，它能夠夠主動對對環(huán)境進(jìn)進(jìn)行監(jiān)測測并記錄錄相關(guān)數(shù)數(shù)據(jù)，必要的的時(shí)候能能夠主動動發(fā)出警警報(bào)。目前主要要應(yīng)用用領(lǐng)域基于傳感感器網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的超級級RFID系統(tǒng)在食食品生產(chǎn)產(chǎn)監(jiān)控、、實(shí)時(shí)物物流監(jiān)控控、運(yùn)輸輸物資可可視化系系統(tǒng)、物物流監(jiān)控控系統(tǒng)、、車載危危險(xiǎn)品監(jiān)監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)等領(lǐng)域域應(yīng)用廣廣泛。RFID傳感器網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)據(jù)處理問問題研究究現(xiàn)狀及及發(fā)展方方向RFID傳感器器網(wǎng)絡(luò)絡(luò)中數(shù)數(shù)據(jù)量量巨大大、數(shù)數(shù)據(jù)隨隨機(jī)性性強(qiáng)、、動態(tài)態(tài)、需需要整整合等等，數(shù)據(jù)處處理成成為了了要解解決的的核心心問題題。數(shù)據(jù)據(jù)處理理是RFID系統(tǒng)和和傳感感器網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的的靈魂魂。像像零售售商這這樣的的公司司每年年對標(biāo)標(biāo)簽的的吞吐吐量約約有600億，據(jù)據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)，如如果Wal—Mart全面采采用RFID技術(shù)，，每天天產(chǎn)生生的原原始數(shù)數(shù)據(jù)將將超過過7T。以上上原始始數(shù)據(jù)據(jù)中存存在大大量的的信息息冗余余，因因此亟亟待對這些些原始始數(shù)據(jù)據(jù)進(jìn)行行過濾濾和匯匯聚以以提高高數(shù)據(jù)據(jù)的質(zhì)質(zhì)量，，減少少數(shù)據(jù)據(jù)冗余余并壓壓縮數(shù)數(shù)據(jù)規(guī)規(guī)模。主要技技術(shù)數(shù)據(jù)處處理流流程中中對數(shù)數(shù)據(jù)處處理各各個(gè)環(huán)環(huán)節(jié)的的關(guān)鍵鍵技術(shù)術(shù)點(diǎn)主主要包包含采采集、、傳輸輸、分分析和和處理理三個(gè)個(gè)環(huán)節(jié)節(jié)。采集中中主要要考慮慮數(shù)據(jù)據(jù)容錯(cuò)錯(cuò)及實(shí)實(shí)時(shí)性性等問問題；傳輸過過程的的研究究主要包包括1)過濾與與容錯(cuò)錯(cuò)；2)減少傳傳輸量量；分分析與與處理理過程程，主要包包括對對數(shù)據(jù)據(jù)的抽抽象表表示、、數(shù)據(jù)據(jù)挖掘掘、處處理模模型和和機(jī)制制及其其他相相關(guān)處處理算算法的的研究究。其中處處理模模型和和機(jī)制制中可可以用用到人人工智智能中中的神神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)對對數(shù)據(jù)據(jù)進(jìn)行行分類類處理理。對數(shù)據(jù)據(jù)的處處理因因其具具體應(yīng)應(yīng)用的的不同同有很很大的的不同同，主主要包包括對數(shù)據(jù)據(jù)的抽抽象表表示、、數(shù)據(jù)據(jù)挖掘掘、處處理模模型和和機(jī)制制及其其他相相關(guān)處處理算算法的的研究究，部分分還將將涉及及數(shù)據(jù)據(jù)庫中中的數(shù)數(shù)據(jù)處處理技技術(shù)。。數(shù)據(jù)處處理的的過程程與目目的RFID傳感器器網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的數(shù)數(shù)據(jù)處處理分分為如如下過過程:：采采集、、存儲儲、查查詢、、分析析。數(shù)據(jù)處處理的的目的的有：：1、減少少數(shù)據(jù)據(jù)量，，減輕輕網(wǎng)絡(luò)絡(luò)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)的存存儲壓壓力與與傳輸輸負(fù)擔(dān)擔(dān)；2、提高高數(shù)據(jù)據(jù)利用用率；；3、屏蔽蔽數(shù)據(jù)據(jù)的物物理實(shí)實(shí)現(xiàn)與與邏輯輯表示示；4、增加加數(shù)據(jù)據(jù)安全全性。。RFID數(shù)數(shù)據(jù)處處理在RFID系統(tǒng)中中主要要處理理靜態(tài)態(tài)和動動態(tài)兩兩種類類型的的數(shù)據(jù)據(jù)。靜靜態(tài)數(shù)數(shù)據(jù)往往往與與商業(yè)業(yè)實(shí)體體和產(chǎn)產(chǎn)品／／服務(wù)務(wù)組關(guān)關(guān)聯(lián)。。動態(tài)態(tài)數(shù)據(jù)據(jù)則與與專門門的個(gè)個(gè)體有有關(guān)。對RFID數(shù)據(jù)處處理的的研究究主要要有數(shù)據(jù)過過濾和和容錯(cuò)錯(cuò)、為為減少少傳輸輸量而而進(jìn)行行編碼碼和壓壓縮、、通過過可擴(kuò)擴(kuò)展標(biāo)標(biāo)志語語言／／物理理標(biāo)志志語言言(XML／PML)對數(shù)據(jù)據(jù)進(jìn)行行抽象象表示示、數(shù)數(shù)據(jù)挖挖掘、、事件件處理理、數(shù)數(shù)據(jù)融融合、、中間間件或或邊緣緣件、、面向向服務(wù)務(wù)的架架構(gòu)、、實(shí)時(shí)時(shí)性、、分布布式處處理等等傳感器器網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的數(shù)數(shù)據(jù)處處理數(shù)據(jù)處處理同同樣是是傳感感器網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的的核心心。目目前用用于傳傳感器器網(wǎng)絡(luò)絡(luò)數(shù)據(jù)據(jù)處理理的結(jié)結(jié)構(gòu)主主要有有集中中式、、半分分布式式、分分布式式、層層次式式四種種。目目前大大多數(shù)數(shù)的研研究工工作集集中在在半分布布式結(jié)結(jié)構(gòu)。半分分布式式結(jié)構(gòu)構(gòu)的兩兩個(gè)代代表是是Fiord系統(tǒng)和和Cougar系統(tǒng)。。綜合合各種種結(jié)構(gòu)構(gòu)，對對其進(jìn)進(jìn)行數(shù)數(shù)據(jù)處處理的的邏輯輯抽取取之后后，其其層次次結(jié)構(gòu)構(gòu)可以以分為為基礎(chǔ)礎(chǔ)層、、網(wǎng)絡(luò)絡(luò)層、、數(shù)據(jù)據(jù)處理理層、、應(yīng)用用開發(fā)發(fā)環(huán)境境層和和應(yīng)用用層。。相似與與交叉叉部分分從以上上的數(shù)數(shù)據(jù)處處理層層次結(jié)結(jié)構(gòu)和和需要要研究究的關(guān)關(guān)鍵技技術(shù)可可以看看出，，RFID系統(tǒng)與與傳感感器網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)在在數(shù)據(jù)據(jù)處理理上有有著很很大的的相似似性或或者交交叉點(diǎn)點(diǎn)。RFID傳感器器網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的數(shù)數(shù)據(jù)處處理問問題可可以綜綜合考考慮兩兩個(gè)系系統(tǒng)的的相似似部分分，統(tǒng)統(tǒng)一解解決交交叉問問題。?？梢砸钥紤]慮前面面介紹紹的RFID中中間件件技術(shù)術(shù)進(jìn)行行解決決。應(yīng)用一一有文獻(xiàn)獻(xiàn)將其其應(yīng)用用于將將全球球供應(yīng)應(yīng)鏈管管理網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)體體系與與無線線傳感感器網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)相相結(jié)合合。提提出了了數(shù)據(jù)據(jù)綁定定組件件。利利用數(shù)數(shù)據(jù)綁綁定將將WSN和RFIDtag中的數(shù)數(shù)據(jù)建建立聯(lián)聯(lián)系，，便于于用戶戶進(jìn)行行級聯(lián)聯(lián)查詢詢。根根據(jù)不不同的的應(yīng)用用需求求，WSN可以以以兩種種形態(tài)態(tài)與物物品發(fā)發(fā)生聯(lián)聯(lián)系：：緊耦耦合方方式(tight—coupling)與松耦耦合方方式(1oose—coupling)。通過使使用數(shù)數(shù)據(jù)表表外鍵鍵的方方式達(dá)達(dá)到數(shù)數(shù)據(jù)綁綁定的的目的的。并提出出了一一種分分布式式的中中間件件協(xié)議議———WSNSERVICEPROXY。應(yīng)用二二移動代代理技技術(shù)增增加了了網(wǎng)絡(luò)絡(luò)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)的數(shù)數(shù)據(jù)處處理能能力，，通過過對節(jié)節(jié)點(diǎn)數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)進(jìn)行預(yù)預(yù)先的的冗余余檢查查及容容錯(cuò)處處理，，減少少了網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的的數(shù)據(jù)據(jù)傳輸輸率，，節(jié)省省了節(jié)節(jié)點(diǎn)能能源。。移動處處理技技術(shù)的的關(guān)鍵鍵是安安全技技術(shù)，，certiCom公司于于06年推出出了相相關(guān)軟軟件和和一種種硬件件內(nèi)核核，以以便將將其橢橢圓曲曲線密密碼架架構(gòu)應(yīng)應(yīng)用于于傳感感器網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)和和有源源RFID標(biāo)簽等等受環(huán)