摘 要：射頻識別技術(shù)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）技術(shù)是普適計(jì)算中兩個(gè)最為重要的組成部分，它們各自具有不同的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。射頻識別傳感器網(wǎng)絡(luò)，將射頻識別融入WSN中，利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣等特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離的信息識別和網(wǎng)絡(luò)整體信息的綜合管理。本文探討射頻識別技術(shù)與WSN技術(shù)相融合，對其融合方案進(jìn)行了比較，并分析了射頻識別與WSN相互融合的狀況和發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：射頻識別；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；混合網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號：TP212.9；TN929.5

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是將各種信息傳感設(shè)備如傳感器裝置、激光掃描、射頻識別裝置等結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)而形成的一個(gè)巨型網(wǎng)絡(luò)。其目的是將萬事萬物都通過網(wǎng)絡(luò)連接起來，從而可以實(shí)時(shí)實(shí)地的對物體進(jìn)行識別、定位與追蹤。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提出之前，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與射頻識別技術(shù)均是沿著各自的路線發(fā)展，并未探討它們之間的兼容性，而在物聯(lián)網(wǎng)的概念被提出之后，這兩種技術(shù)不斷進(jìn)行融合，因此研究他們之間的協(xié)作工作方式具有重要意義。這些儀器聯(lián)合地通過感知與處理的方式來收集周圍環(huán)境的實(shí)時(shí)信息。

射頻識別（RFID）是一種非接觸的自動識別技術(shù)，其基本原理是利用射頻信號和空間耦合（電感或電磁耦合）或雷達(dá)反射的傳輸特性，實(shí)現(xiàn)對物體的自動識別。射頻識別系統(tǒng)由標(biāo)簽閱讀器和電子標(biāo)簽以及上位機(jī)軟件組成。電子標(biāo)簽是信息的載體，其內(nèi)部存儲一個(gè)64位或96位二進(jìn)制代碼串。射頻識別技術(shù)最早的應(yīng)用可追溯到第二次世界大戰(zhàn)中飛機(jī)的敵我目標(biāo)識別，但是由于技術(shù)和成本原因，一直沒有得到廣泛應(yīng)用。近年來，隨著大規(guī)模集成電路、網(wǎng)絡(luò)通信、信息安全等技術(shù)的發(fā)展，射頻識別技術(shù)進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用階段。由于具有高速移動物體識別、多目標(biāo)識別和非接觸識別等特點(diǎn)，射頻識別技術(shù)顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿εc應(yīng)用空間，被認(rèn)為是2l世紀(jì)的最有發(fā)展前途的信息技術(shù)之一。射頻識別技術(shù)涉及信息、制造、材料等諸多高技術(shù)領(lǐng)域，涵蓋無線通信、芯片設(shè)計(jì)與制造、天線設(shè)計(jì)與制造、標(biāo)簽封裝、系統(tǒng)集成、信息安全等技術(shù)。一些國家和射頻識別國際跨國公司都在加速推動射頻識別技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用進(jìn)程。在過去十年間，共產(chǎn)生數(shù)千項(xiàng)關(guān)于射頻識別技術(shù)的專利，主要集中在美國、歐洲、日本等國家和地區(qū)。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）通常包括傳感器節(jié)點(diǎn)、Sink節(jié)點(diǎn)（匯聚節(jié)點(diǎn)）和管理節(jié)點(diǎn)。在傳感器網(wǎng)絡(luò)中，傳感器節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署在待檢測區(qū)域，這些節(jié)點(diǎn)通過自組織方式組織形成無線網(wǎng)絡(luò)，相互協(xié)作的方式采集、感知和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)的有用信息，通過多跳方式將數(shù)據(jù)傳回Sink節(jié)點(diǎn)，最后通過GPRS或互聯(lián)網(wǎng)到達(dá)管理節(jié)點(diǎn)。用戶發(fā)布監(jiān)測任務(wù)，獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)，還可以通過管理節(jié)點(diǎn)對傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行配置和管理。

WSN和射頻識別有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。WSN可以感知和采集物體和周圍環(huán)境的信息，但卻不能實(shí)現(xiàn)對于物體身份的識別。而功能強(qiáng)大的射頻識別技術(shù)能夠彌補(bǔ)這個(gè)不足。射頻識別容易受周圍環(huán)境的影響，易受到信號干擾，從而產(chǎn)生閱讀器沖撞而且有效距離較短。相對射頻識別技術(shù)，WSN的有效作用距離大得多，通?？梢赃_(dá)到100m，而射頻識別技術(shù)最大達(dá)到10m。即使采用主動射頻識別標(biāo)簽其有效識別范圍1m-30m，但其距離仍然有限，這對射頻識別的應(yīng)用是一個(gè)極大的限制?？紤]到射頻識別可以作為一種特殊的傳感器，它能夠融入到WSN中，形成一種混合的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（射頻識別傳感器網(wǎng)絡(luò)），該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以兼?zhèn)鋬煞N技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，將有極其廣闊的應(yīng)用前景。

1 射頻識別技術(shù)與WSN的融合

1.1 WSN節(jié)點(diǎn)與射頻識別讀寫器的融合

普通的射頻識別讀寫器不具備無線通信的能力，而WSN與射頻識別融合后的讀寫器不僅可以遠(yuǎn)距離的獲取到標(biāo)簽信息，而且能夠?qū)崿F(xiàn)無線通信能力，即可以隨時(shí)讀取標(biāo)簽信息，采集周圍物體或環(huán)境信息，并與環(huán)境中其他節(jié)點(diǎn)自組織成多跳網(wǎng)絡(luò)，將采集的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)有效的傳輸給上層應(yīng)用系統(tǒng)。

標(biāo)簽和傳感器將信息收集傳送給智能站，然后智能站將信息發(fā)射給遠(yuǎn)端的LAN或者當(dāng)?shù)氐闹鳈C(jī)。射頻識別閱讀器和WSN的功能被整合為一個(gè)基站的功能，所以射頻識別和WSN采集的信息能夠在這里進(jìn)行整合。

1.2 WSN節(jié)點(diǎn)與射頻識別標(biāo)簽的融合

傳統(tǒng)的無線傳感器節(jié)點(diǎn)不具備識別能力，而融合了標(biāo)簽的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不僅具備了感知、采集信息的能力，而且增添了射頻識別的能力，使得標(biāo)簽具備自主獲取信息的能力，此種模式下，融合了傳感器節(jié)點(diǎn)的標(biāo)簽可以感知周圍物品和環(huán)境的信息，并將感知信息存儲在標(biāo)簽內(nèi)存里。在這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，主動式標(biāo)簽的能量源主要來自智能節(jié)點(diǎn)，它們能夠互相通信。智能節(jié)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)信息處理和網(wǎng)絡(luò)管理。智能標(biāo)簽或者智能節(jié)點(diǎn)都能夠?qū)崿F(xiàn)以多跳的方式發(fā)送數(shù)據(jù)信息到網(wǎng)關(guān)。

智能節(jié)點(diǎn)給系統(tǒng)提供能量，它可以移動也可以固定，所有系統(tǒng)對這些智能節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生依懶性。因此系統(tǒng)在這種結(jié)構(gòu)下具有較小的可靠性，這就限制了它的應(yīng)用。

2 WSN與射頻識別融合存在的問題及展望

WSN與射頻識別融合技術(shù)是一項(xiàng)新的技術(shù)，融合后的WSN可以利用射頻標(biāo)簽提供的唯一標(biāo)識功能來追蹤感興趣的物體，同樣，融合后的射頻識別可以通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)來采集物體或周圍環(huán)境信息。毫無疑問，WSN與射頻識別技術(shù)的融合能夠推動更多新技術(shù)的改進(jìn)。綜合來講，此項(xiàng)融合技術(shù)目前還存在以下幾方面問題：（1）傳統(tǒng)的射頻識別系統(tǒng)中并沒有嵌入?yún)f(xié)議到閱讀器中，因此，閱讀器只是被動的工作，系統(tǒng)控制閱讀器的所有工作。另一方面，閱讀器體積龐大，這也一定程度上限制了它的可移動性，而且閱讀器工作的天線也是要經(jīng)過精確計(jì)算出其位置，以上這些都無疑限制了射頻識別的應(yīng)用，如果降低對讀寫器功能的要求，那么其體積就會相應(yīng)增大，成本會降低，但使用就不會方便。因此，如何避免以上弊端，提出一種新的智能節(jié)點(diǎn)傳感器迫在眉睫；（2）由于射頻識別系統(tǒng)中的碰撞問題一直是此領(lǐng)域的難題，因此對于融合WSN與射頻識別技術(shù)后的系統(tǒng)也不可避免產(chǎn)生此類問題，如果當(dāng)閱讀器發(fā)生碰撞時(shí)，射頻識別系統(tǒng)會根據(jù)已有的防碰撞協(xié)議向閱讀器或讀寫器發(fā)出控制命令。但是，讀寫器之間存在端到端的時(shí)延而無法及時(shí)回應(yīng)，這樣會加重防碰撞問題的產(chǎn)生。另外，對于網(wǎng)絡(luò)安全方面的考慮，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)目越多，潛在的安全隱患就越大，如何解決這些問題對于WSN與射頻識別的融合技術(shù)的推廣具有至關(guān)重要的作用；（3）WSN與射頻識別技術(shù)得以廣泛使用的重要步驟就是如何部署節(jié)點(diǎn)，以及部署工具和方式，如何能夠在大多數(shù)應(yīng)用中得以推廣。當(dāng)然這些工具和方式的選擇要考慮的一個(gè)重要問題就是如何高效的利用有效的資源。此外，受到市場成本的限制，如何利用最低的原料成本和最簡單有效的制造過程也是一重要難題。

3 結(jié)束語

文中給出了兩種融合射頻識別和WSN技術(shù)的結(jié)構(gòu)形式，對這兩種融合結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了深入的分析和比較。將射頻識別與WSN融合，可以充分利用射頻識別中的讀寫器可以較強(qiáng)的處理數(shù)據(jù)的能力，閱讀器每隔一段時(shí)間對處于其射頻范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)，不論是移動或靜止，都可以廣播相應(yīng)的信號，以便觀察者隨時(shí)了解區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)情況，相對于傳統(tǒng)的傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)的機(jī)制，這種方法具有魯棒性、擴(kuò)展性強(qiáng)和收斂性等優(yōu)點(diǎn)。射頻識別和WSN可以形成自然的結(jié)合，融合二者的技術(shù)具備一些傳統(tǒng)的無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)無法比擬的優(yōu)勢，如何研制靈敏度更高的傳感器節(jié)點(diǎn)，更節(jié)能的信息處理以及更持久耐用的電源等問題是下一代無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的新方向，具有更廣的應(yīng)用前景。

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作者簡介：秦貞華（1986-），女，山東棗莊人，碩士，助教，主要從事物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用研究。

作者單位：浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，杭州 310053

基金項(xiàng)目：校級課題：融合RFID和ZIGBEE技術(shù)的智能電子手銬系統(tǒng)（項(xiàng)目編號：A-0271-14-004）。