付志學(xué),紀(jì) 秀,2,趙吉業(yè)

（1.長(zhǎng)春工程學(xué)院 電氣與信息工程學(xué)院；2.吉林省配電設(shè)備自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)公共技術(shù)研發(fā)中心,長(zhǎng)春 130012；3.國(guó)網(wǎng)重慶電力有限公司江津分公司,重慶 400000）

0 引言

RFID技術(shù)是一種基于無(wú)線射頻的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它可以通過(guò)無(wú)線信號(hào)的發(fā)射、獲取來(lái)識(shí)別需要定位的特定目標(biāo)，并且可以讀取目標(biāo)攜帶的有關(guān)數(shù)據(jù)[1]。RFID技術(shù)有著諸多的優(yōu)點(diǎn)：成本低廉、非視距、非接觸、定位精度高。

1 RFID技術(shù)概述

（1）RFID系統(tǒng)組成。RFID（Radio Frequency Identification）技術(shù)，又被稱為無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)，它是一種無(wú)線通信技術(shù)，RFID技術(shù)不需要識(shí)別系統(tǒng)和特定目標(biāo)建立機(jī)械或者光學(xué)接觸就能識(shí)別特定目標(biāo)并且讀寫相關(guān)的數(shù)據(jù)，常用的頻段有：低頻（125K~134.2K）、高頻（13.56Mhz）、超高頻（2.4Ghz）等。

一個(gè)典型的RFID定位系統(tǒng)主要有以下部分組成：數(shù)據(jù)處理端、定位標(biāo)簽、讀寫器、以及天線等[2]。每個(gè)部分的組成和功能如下所述：

定位標(biāo)簽：標(biāo)簽主要有耦合單元和處理芯片組成，每個(gè)芯片里存儲(chǔ)有該標(biāo)簽的電子編碼，以及相關(guān)數(shù)據(jù)，可分為有源、無(wú)源和半有源三種標(biāo)簽。

閱讀器：閱讀器的任務(wù)是通過(guò)無(wú)線射頻發(fā)射和接收來(lái)讀取定位標(biāo)簽的電子編碼以及標(biāo)簽里存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，然后將所得的識(shí)別信息連同獲得的標(biāo)簽數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理端以供處理。

天線：天線用來(lái)在標(biāo)簽和閱讀器之間進(jìn)行無(wú)線射頻信號(hào)的傳遞。

數(shù)據(jù)處理端：軟件管理人員可以通過(guò)相關(guān)的應(yīng)用軟件來(lái)對(duì)RFID系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置，同時(shí)獲得位置信息。

（2）RFID定位技術(shù)的應(yīng)用。自從第一個(gè)實(shí)用的RFID電子收費(fèi)系統(tǒng)在挪威進(jìn)行了應(yīng)用嘗試后，RFID技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域得到了不斷的發(fā)展。

目前，基于RFID技術(shù)的定位應(yīng)用己被擴(kuò)展到工業(yè)生產(chǎn)制造、物流配送、交通運(yùn)輸、醫(yī)療監(jiān)護(hù)、質(zhì)量追蹤和資產(chǎn)管理等應(yīng)用領(lǐng)域。并在定位跟蹤、自動(dòng)掃描等無(wú)人自動(dòng)管理領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。RFID技術(shù)的進(jìn)步對(duì)我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展將會(huì)起到巨大的推動(dòng)作用。

2 RFID定位算法

RFID定位流程：RFID讀寫器向周圍的空間發(fā)射射頻信號(hào)，當(dāng)某一個(gè)標(biāo)簽進(jìn)入射頻范圍內(nèi)的時(shí)候，由于電磁耦合原理，標(biāo)簽的天線接收到信號(hào)能量，將其轉(zhuǎn)變?yōu)槲⑷醯母袘?yīng)電流，為RFID芯片提供能量；獲得能量的芯片讀取標(biāo)簽內(nèi)部的電子編號(hào)和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，通過(guò)內(nèi)置的天線，將數(shù)據(jù)以無(wú)線射頻信號(hào)的方式反射回去，讀寫器對(duì)接收到的反射信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解碼；讀寫器通過(guò)有線或無(wú)線的方式將有關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行處理，經(jīng)過(guò)一定的定位算法可以得到標(biāo)簽的位置。

定位算法：RFID定位算法可以分為基于測(cè)距算法（Range-based）定位和非測(cè)距算法（Range-free）定位兩大類。常用的測(cè)距算法有RSSI，TOA，TDOA和 AOA四種[3]。

（1）信號(hào)接收功率（RSSI）。RSSI算法是根據(jù)讀寫器讀取的信號(hào)功率來(lái)計(jì)算讀寫器與標(biāo)簽之間距離信息的[4]。信號(hào)強(qiáng)度定位系統(tǒng)很容易搭建，但是其精度偏低，不適合高精度場(chǎng)合，同時(shí)在空間中，并非總是空曠狀態(tài)，傳播信號(hào)容易產(chǎn)生衍射效應(yīng)，從而大大影響定位精度。

（2）信號(hào)到達(dá)時(shí)間（TOA）。TOA算法是一種根據(jù)標(biāo)簽之間信號(hào)傳播時(shí)間來(lái)計(jì)算標(biāo)簽之間距離，進(jìn)而通過(guò)三邊測(cè)量得出標(biāo)簽位置的方法，該算法需要3個(gè)以上的參考點(diǎn)位置。TOA算法在精度上比較高，但是由于需要各個(gè)標(biāo)簽和閱讀器之間時(shí)間上要保持同步，所以對(duì)硬件配置的要求較高。

（3）信號(hào)到達(dá)時(shí)間差（TDOA）。TDOA算法是一種根據(jù)計(jì)算不同節(jié)點(diǎn)到達(dá)目標(biāo)物體的時(shí)間之差來(lái)定位的算法，當(dāng)信號(hào)從某個(gè)發(fā)射節(jié)點(diǎn)發(fā)射出信號(hào)后，不同的接收節(jié)點(diǎn)接收到信號(hào)的時(shí)間是不同的，通過(guò)求解時(shí)差的方程組便可得定位節(jié)點(diǎn)的位置信息。TDOA算法并不需要各個(gè)標(biāo)簽和閱讀器在時(shí)間保持同步，應(yīng)此該算法應(yīng)用范圍較TOA算法廣。但是TDOA算法同樣有著非視距NLOS和多經(jīng)傳播問題，影響定位精度。

（4）信號(hào)到達(dá)角（AOA）。AOA算法是利用陣列天線來(lái)進(jìn)行定位的。在無(wú)線電波傳播時(shí)候，無(wú)線電波的到達(dá)方向可以測(cè)定出來(lái)，此時(shí)這個(gè)信號(hào)便在這條線上，當(dāng)有2個(gè)基站的時(shí)候，2條直線相交于一點(diǎn) ，這個(gè)交點(diǎn)便是我們希望定位到的目標(biāo)位置。由于陣列天線定向能力強(qiáng)，所以該算法的定位精度比較高，但是，由于陣列天線的部署成本高昂，同時(shí)當(dāng)存在大量阻擋物和非視距影響作用下，AOA的方向測(cè)量誤差較大。

3 RFID定位方法發(fā)展展望

定位服務(wù)需求的增長(zhǎng)，對(duì)基于RFID的定位技術(shù)提出了新的要求。高精度、輕質(zhì)量、小體積、低延時(shí)、響應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)同時(shí)具有較高的信息安全的可靠性，這些要求日益凸顯[5]。對(duì)此，基于RFID的定位技術(shù)需要在如下方面進(jìn)一步發(fā)展：（1）對(duì)各類的定位算法，需要進(jìn)一步的加強(qiáng)算法的研究和改進(jìn)，提高算法精度，根據(jù)應(yīng)用環(huán)境的變化，靈活地引入算法因子，改善特性物理量對(duì)算法精度的影響[6]。同時(shí)加強(qiáng)對(duì)三維空間的RFID定位算法的研究；（2）根據(jù)具體的應(yīng)用環(huán)境，靈活的選擇合適的RFID定位方案，這是目前發(fā)展的趨勢(shì)；（3）在未來(lái)RFID定位系統(tǒng)中，單一系統(tǒng)對(duì)大規(guī)模目標(biāo)的跟蹤將會(huì)越發(fā)普及，這將對(duì)處理終端的運(yùn)算能力提出更高的要求，同時(shí)，也對(duì)終端軟件的設(shè)計(jì)開發(fā)提出了進(jìn)一步的要求；（4）隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，普適計(jì)算的概念已逐步深入社會(huì)發(fā)展的方方面面[7]，構(gòu)建普適環(huán)境下的RFID定位系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，亦成為未來(lái)應(yīng)用研究的一個(gè)重點(diǎn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

與其他的定位技術(shù)相比，RFID定位在成本、精度上有著巨大的優(yōu)勢(shì)，有著極強(qiáng)的發(fā)展?jié)摿?。本文針?duì)RFID位置感知系統(tǒng)中定位方法進(jìn)行了簡(jiǎn)單的闡述，指出了影響RFID系統(tǒng)定位精度的因素，同時(shí)對(duì)RFID定位技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)做出了展望。RFID產(chǎn)業(yè)近些年來(lái)都保持著高速的發(fā)展，預(yù)計(jì)到2015年，我國(guó)RFID行業(yè)市場(chǎng)將達(dá)到373億元的規(guī)模，而RFID定位技術(shù)作為RFID產(chǎn)業(yè)中最關(guān)鍵的技術(shù)，亦將得到人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注和科研投入。

[1]"Radio Frequency Identification (RFID) home page" http://www. aimglobal.org/technologies/rfid.

[2]肖竹,王東,李仁發(fā),易克初.物聯(lián)網(wǎng)定位與位置感知研究[J].中國(guó)科學(xué)：信息科學(xué)，2013(10):1265-1287.

[3]李俊.基與RFID的室內(nèi)定位系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)[D].電子科技大學(xué),2009.

[4]顧嘉,錢鈺博,孫厚芳,王婧.工裝室內(nèi)定位技術(shù)研究[J].北京理工大學(xué)學(xué)報(bào),2010,9(30):1057-1059.

[5]曹軼超.無(wú)線電定位算法研究及目標(biāo)運(yùn)動(dòng)分析[D].東華大學(xué),2010.

[6]汪煬.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)研究[D].中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué),2007.

[7]寧煥生,徐群玉.全球物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展及中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)若干思考[J].電子學(xué)報(bào),2010(38):2590-2599.

項(xiàng)目支持：吉林省科技廳重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目20130206049GX ，吉林省工業(yè)和信息化廳計(jì)劃項(xiàng)目（2013295-07）