無線射頻技術和無線傳感器網絡在自動清單管理和跟蹤上的運用

摘要:該文為商業資產的自動清單管理和跟蹤提供運用無線射頻識別技術和無線傳感器網絡的系統結構。為了滿足系統設計和運用的要求，建議在大型辦公環境下的自動清單管理和跟蹤使用該系統。一個原型系統采納了該結構，并為未來在數據入口、網絡通信、分布式實時控制和監控，以及無線射頻識別技術的進步等方面的運用提供了借鑒。

關鍵詞:無線射頻識別技術;無線傳感器網絡;資產管理和跟蹤

中圖分類號:TP393 文獻標識碼:A 文章編號:1009-3044(2010)02-464-02

Wireless Frequency Technology and Wireless Sensor Networks on the Use of the Automated Inventory Management and Tracking

HAN Fang1，2

(1.Tianjin Polytechnic University， Tianjin 300160， China; 2.Langfang Advanced Technician School， Langfang 065000， China)

Abstract: This paper business assets automated inventory management and tracking to provide the use of radio frequency identification technology and wireless sensor network system architecture. In order to meet the requirements of system design and application， it is recommended in a large office environment， automated inventory management and tracking the use of the system. A prototype system to adopt the structure， and for the future in data entry， network communications， distributed real-time control and monitoring， as well as radio frequency identification technology advances in areas such as the use provides a reference.

Key words: radio frequency identification; wireless sensor network; asset management and tracking

1 簡介

自動清單管理和資產跟蹤著力解決公司、組織和機構內大量資產的收集、存儲和檢索問題。文中，資產指的是價值較高的客體，例如筆記本電腦或者便攜式電子設備。資產用一些能夠唯一識別的條目進行描述，例如系統說明、所處位置、或者持有者的信息等。具備一系列不同特征的資產也可以配以唯一定義的識別碼。識別碼可以是一串數字、字母，或者二者兼而有之。與之對應，該數據的映射(識別碼到物品特征)可以通過傳統的手工方式或者使用條形碼系統錄入到數據庫。這種傳統的數據采集和識別方法效率低，容易產生人為錯誤。傳統方法包括使用筆和紙、條形碼系統。該項工作需要一種系統結構，自動記錄、檢索和跟蹤清單，以提高清單管理和跟蹤工作的效率和準確性。

無線射頻識別技術是一種無線識別和數據采集技術，包括三個主要元件:轉發器、收發器和數據采集器。

1) 轉發器:也稱作標簽，是一種集成電路，其上有識別碼的編碼。通過天線，轉發器可以向收發器傳輸信息，也可以從收發器接收信息。通常，轉發器有三種不同的種類:主動型、被動型、半主動型。主動型轉發器配有電源，可以與收發器啟動通信，通常比其他類型的轉發器尺寸大;被動型轉發器必須使用收發器發出的無線信號才能向收發器回饋信心，一般比主動型轉發器尺寸小，價格便宜，因為沒有電源，所以被動型轉發器不能啟動與收發器的通信;半主動型轉發器配有電源以驅動轉發器上的集成電路，但是不啟動與收發器的通信。

2) 收發器:也稱作閱讀器，由無線射頻模塊、控制單元和天線組成，通過無線射頻信號對轉發器進行詢問并與之通信。大多數收發器配有外部的輸入、輸出連接設備，用以與數據采集器進行連接，來發送信號或者接收外部信號。收發器通常配備復雜的穩定器，通過字節代碼指令控制數據信號、輸入和輸出。從多個轉發器接收信號時，穩定器還可以用來探測、解決無線信號的沖突問題。收發器上附加的天線，可以從轉發器接收或者向轉發器發送無線信號。因信號強度不同和性能不同，例如接收不同方向的信號，天線也有所不同，這對系統的性能有較大影響。

3) 數據采集器:可以是筆記本電腦、臺式電腦，或者任何其它能夠和收發器連接的設備。大多數情況下，使用計算機作數據采集器，通過應用軟件向收發器發送指令或者從收發器接收數據，這樣就允許數據采集器的用戶設置收發器的動作并管理采集的數據。

無線射頻識別技術已經被應用于很多領域，包括供應鏈管理、識別、人員進入以及跟蹤等，大多數的無線射頻識別系統使用在控制的環境中，客體在通過供應鏈的入口處時被識別，例如沃爾瑪公司廣泛使用無線射頻識別系統來管理其供應鏈。

無線傳感器網絡(WSN)是集信息采集、信息傳輸、信息處理于一體的綜合智能信息系統，具有低成本、低功耗、低數據速率、自組織網絡等特點。WSN是由大量分布式智能傳感器節點組成的面向任務的無線個人局域網(WPAN)，它融合了微電機技術、數據采集技術、嵌入式計算機(MCU)技術、現代網絡與無線通信技術、分布式信息處理技術、節點節能技術等多個領域的技術。WSN技術具有廣闊的市場前景，可以廣泛應用工農業監測、城市管理、生物醫療、環境監測、森林防火、搶險救災、工程檢測、智能大廈、危險區域遠程控制等諸多領域。

2 對運用設計的要求

無線射頻識別技術的運用效果取決與很多因素，包括布設無線射頻識別系統的環境條件，無線射頻識別系統的性能，以及運用的具體要求等，所以從以下六個方面對系統進行設計:

1) 轉發器的設計和布設:盡可能在貨物上不引人注目的位置貼標簽，即使在復雜的物理環境下，標簽也要堅固耐用、長期有效，以免經常更換。

2) 收發器和天線的設計與布設:盡可能使收發器體積更小，以便在所處環境的不同位置布設。天線的體積也盡可能小且堅固耐用，以免在日常使用中損壞。同時能保證在較遠的距離傳輸和接收數據，還應兼顧周圍無線射頻設備可能帶來的干擾。

3) 網絡要求:當不能使用有線收發器時，無限網絡的優點不言而喻。在實際運用中，如果使用有線網絡滿足需求，需要布設大量的收發器，工作量大、成本高，并且這對數據庫的維護也有很高的要求。

4) 有限人工干預:本文所述的實際運用，只需有限的人工干預。該方法避免了大量索然無味的人工勞動，同時避免了人工采集物品識別信息時可能出現的錯誤和數據庫管理工作中出現的矛盾現象。

5) 貼標簽的物品的動態移位。本文所述和其它大量的在供應鏈和相關運用中，貼標簽的物品擺放位置不受約束，而且可以連續移位，但是該物品始終處于某個天線或另一個天線的覆蓋范圍之中。因此，物品的放置方向和收發器的布設是非確定性的。

6) 安全:無線射頻識別技術的一個主要問題是對標簽的非法跟蹤，如果這些標簽被隨意讀取，可能會侵犯公共或者私人機構的安全。

3 系統結構

通過將無線射頻識別技術與無線傳感器網絡平臺的結合，可以實現物品的自動跟蹤和清單管理。商品無線射頻識別系統可以有多種方法將無限射頻技術與傳感器網絡平臺進行結合。因為無線傳感器平臺提供了相同傳輸速率的通用異步收發機，我們選用的是RS232連接器進行數據通信。同時還有一個附加電路，以使無線傳感器平臺的通用異步收發機與RS232連接器相互作用，從而正確轉換晶體管邏輯。

理想情況下，將分布使用無線傳感器節點和集成式無線射頻識別閱讀器，如圖1所示。們模型包括一個直接連接到服務器上的無線傳感器節點，稱為服務器節點，一個連接到集成式無線射頻閱讀器上的無線傳感器節點，稱作閱讀器節點。服務器節點通過其上的USB接口直接連接到服務器上(個人計算機)。按照理想的情況，在服務器上，要么可以找到貼有標簽物品清單的數據庫，要么可以使用計算機訪問遠程數據庫。商品無線射頻識別系統包括了一個便攜式的、基于Java的數據庫管理系統，具有友好的用戶圖形界面。許多計算機系統，諸如微軟和Linux，都使用終端仿真器程序，用戶需要輸入正版的閱讀器口令，用戶口令隨后被傳輸到服務器節點，服務器節點通過無線傳感器網絡將口令以無線方式轉送給閱讀器節點，閱讀器節點從無線接收器閱讀口令，并使用通用異步收發機將該口令轉發給閱讀器，通用異步收發機通過接口電路連接到RS232接口(接口電路用于閱讀器節點和閱讀器之間的晶體管邏輯轉換)，通信是雙向的，所以使用同樣的接口，閱讀器產生數據，并且可以通過無線傳感器網絡把數據傳給服務器。

4 目前的運用結果

為了評估系統結構及其運用效果，我們進行了試驗，以獲取架下商品無線射頻識別系統的性能參數。使用ALR9780型商用無線射頻識別系統，具有4個閱讀器接口。先是把無線射頻識別系統放在一個10平方米的沒有任何貼標簽物品的屋子，布置了一系列轉發器來建立覆蓋區域、最大閱讀距離，使其具有在覆蓋區域閱讀標簽的能力。為了不使布設過于復雜，假設天線位于地面之上7米處。天線以60°的跨度搜索，被動式轉發器在開闊空間的最大閱讀距離是7米，在該區域總共布設了25個被動式轉發器，在距離天線3米處僅放置一個貼標簽的物品。試驗中閱讀了100次，而最初的最大閱讀量是每秒396次。這個縮減是可以預見的，因為天線和標簽之間的數據有干擾。我們準備把該結果和前面提到的集成系統結構的數據進行比較，還打算對無限傳感器網絡在系統結構中進行試驗。

5 結束語

無線射頻識別技術是一項切實可用的技術，可用于對資源進行實時跟蹤和自動讀取數據目錄，可以靈活運用于實時跟蹤和自動化領域。對于資源的跟蹤和管理，可以節省時間、財力，也可以免去發現和跟蹤目錄的麻煩，自動化的過程還可以提高工作效率。其主要缺點之一是使用任何無線射頻識別系統的高額費用。此外，試驗結果表明，無線射頻識別系統在該領域所帶來的影響和所提供的可靠服務，尤其是對于有金屬標簽的設備和電子產品，被動的系統并非是最好的選擇，要提高對電子產品標簽的閱讀能力，主動式的標簽系統會提供更好的閱讀效果。而且，為標簽和天線找到最佳的位置，以覆蓋所設定的區域很困難，在運用前，需要實地測試。雖然安全和隱私問題會阻礙無線射頻識別技術在公共場所的運用，但是私營企業和組織政策和科學方法緩解了這種擔心。

將來，我們會通過使用多個天線和閱讀系統來構建一個能夠最好地覆蓋設定區域的結構，還可以使用全方位天線以及無線射頻識別閱讀器覆蓋更大的范圍。無線電技術、低能耗、集成電路技術可以保證發展更加可靠、低能耗、更有效的集成式無線射頻識別技術和無線傳感器網絡。

參考文獻:

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