RFID怎樣設計出處理復雜的事件

RFID技術是利用無線電波自動識別人或者物的技術。該系統(tǒng)一般由電子標簽、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和讀寫器三部分組成，準確地獲取RFID的數(shù)據(jù)是射頻識別系統(tǒng)的關鍵。

目前，RFID技術仍然發(fā)展不成熟，尤其是在事件處理方面存在如下缺陷：一方面，來自閱讀器的標簽信息數(shù)據(jù)量太大，并且包含過多的冗余數(shù)據(jù)，降低了事件處理的效率;另一方面，標簽所包含的語義信息過于簡單，無法被上層應用軟件直接使用;再者，利用無線電波頻率自動識別，當現(xiàn)場電子標簽過多時，RFID識別的準確性與讀取速度會明顯下降。RFID中間件在事件處理方面僅僅利用平滑過濾算法對標簽數(shù)據(jù)做簡單的平滑處理，隨后將處理后的標簽數(shù)據(jù)上傳給應用層，這種情況在數(shù)據(jù)量小的情況下可以滿足一定的需求，可是RFID大部分的應用環(huán)境所面對的都是海量的數(shù)據(jù)，因此傳統(tǒng)的事件處理方法大大增加了上層應用軟件的負擔，使其數(shù)據(jù)處理效率急劇下降，不能滿足現(xiàn)實的需求。因此，在復雜事件情況下，如果把數(shù)據(jù)處理部分由RFID引擎（即讀寫器系統(tǒng)）在進入之前就由應用軟件來完成，是一個理想的選擇。

1 復雜事件處理概念

復雜事件處理（Complex Event Progressing）技術是20世紀90 年代中期由斯坦福大學的David Luckham教授提出是一種新興的基于事件流的技術，它將系統(tǒng)數(shù)據(jù)看作不同類型的事件，通過分析事件間的關系（成員關系、時間關系、因果關系以及包含關系等）建立不同的事件關系序列庫（即規(guī)則庫），再利用過濾、關聯(lián)、聚合等技術由簡單事件產生高級事件。在研究構建RFID引擎時，先進行定性的理論模型的研究。

從復雜事件定義中可以看出在發(fā)生復雜事件情況下正確快速的電子標簽是一個十分值得研究的課題。短距離的RFID讀寫器與電子標簽一般是一對一讀寫設計，即短距離的RFID讀寫器在設計中只允許一次讀一個電子標簽，當近距離有多個電子標簽時，讀寫器不能工作。對于長距離的RFID讀寫器，如在半徑30 m距離范圍內，其RFID讀寫器的檢測電子標簽最好不要超過30個，如果再考慮交集域，則所讀電子標簽就更多，這種情況下要準確讀取電子標簽，就必須要制定通信協(xié)議，使范圍內的電子標簽能按順序、準確無誤地逐一讀寫。

2 復雜事件處理的RFID引擎設計

2.1 設計總體思想

在復雜事件下，RFID引擎設計分為兩大部分：一是發(fā)射及接收部分，另一個是讀寫控制與通信部分。

發(fā)射及接收部分的作用是：（1）產生無線發(fā)射的能量;（2）對發(fā)射的信號進行調制;（3）接收并解調來自射頻的電子標簽的信號并進行存取。

讀寫控制與通信部分的作用是：（1）能完成與應用系統(tǒng)上位機通信，并執(zhí)行上位機指令;（2）控制與電子標簽的通信過程;（3）完成信號的編碼、解碼;（4）執(zhí)行信號安全加密、解密及各種算法，進行電子標簽、RFID引擎設計及一般閱讀器身份認證。

除此之外，還應考慮產品的小型化、低成本、多功能多數(shù)據(jù)接口問題，以及發(fā)射、接收制式、波段的兼容等問題。

2.2 關于引擎設計

讀取電子標簽的準確與否，首先取決于系統(tǒng)結構的優(yōu)劣。

本設計的通信結構包括：

（1）物理層。只完成信息的準確交互，不進行任何信息的檢測、校正。

（2）網(wǎng)絡層。保存最新的節(jié)點地址表，包括物理地址和虛擬地址。

（3）傳輸層。決定通信節(jié)點和完成節(jié)點的多次握手，建立通信、信息的打包并交付下層進行發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。最后，通過網(wǎng)絡模塊連接PC，并與其信息交互。

建立了可靠的通信后，假如此時要讀電子標簽的信息，就要在引擎收到標簽的確認信息后把下一步收到的標簽內容發(fā)給PC機;假如此時要寫標簽的信息，則要在標簽發(fā)送完確認信息后等待來自讀寫器的數(shù)據(jù)包，讀寫器收到節(jié)點的確認信息后發(fā)送數(shù)據(jù)包。由上所述特制定的指令包如表1、表2、表3所示。

2.3 引擎的工作原理

圖1所示為引擎工作的方框圖。

（1）引擎要求與某個電子標簽進行通信，此時引擎發(fā)送地址指令包，請求建立通信，數(shù)據(jù)包中包括讀或寫等指令信號;（2）電子標簽收到地址指令包后，發(fā)送自己的標簽內容到該引擎;（3）引擎收到電子標簽的內容后，再把內容打包發(fā)回給該電子標簽;（4）該電子標簽把收到的內容與自己的標簽內容進行比較，如果相同表示兩者間的通信可靠，此時發(fā)送確認信息;如果不同表示兩者通信不可靠，此時發(fā)送失敗信息并轉與上位應用系統(tǒng)、上位PC通信驗證;假如重復多次都失敗，則引擎向PC機報警。

關于地址表的建立與確定：

創(chuàng)建兩個地址表data1和data2用于保存最近兩次搜索到的電子標簽地址，引擎每搜索一次電子標簽地址，便把該地址表輪流保存在data1和data2中并進行排序，搜索完畢后，按新舊地址表的順序進行比較。此時建立兩個執(zhí)行地址表rundata1和rundata2，如果沒有新地址表，而舊地址表的電子標簽地址保存在ruandata1中表示該標簽移出了檢測范圍;如果有新地址表，而在舊地址表中沒有電子標簽保存在rundata2，表示有新標簽移進檢測范圍。最后兩個執(zhí)行地址表的地址分開上傳給PC機，并進行報告。

圖2所示為面向復雜事件處理的RFID引擎的方框圖。

3 設計的實現(xiàn)與效果

硬件實現(xiàn)可以采用自主開發(fā)硬件，也可采用已有IC及電子器件構成硬件電路。設計的電路要建立系統(tǒng)模型，開發(fā)要符合中國無線頻譜規(guī)范和RFID通信協(xié)議要求。

設計采用高性能射頻收發(fā)器CC1101，用雙51系列MCU，其中一個可通過SPI 接口連接CC1101的主要運行參數(shù)并對發(fā)送/接收FIFO口進行控制;而另一個與存取、輸入設備連接，利用軟件控制算法，完成對區(qū)域內一定數(shù)量電子標簽的準確讀寫。

表4所示是引擎在復雜條件下閱讀電子標簽的測試結果。

從表4可以看出，引擎識別水平還沒有達到在任何時間任何條件下閱讀準確度都為100%。這樣，引擎的準確度不能得到嚴格保證，從而信息的出錯率就不能降到最低。環(huán)境影響、貼標簽物品的材質、一次閱讀標簽的數(shù)量都會影響到閱讀的精確度。如果RFID不能夠提供足夠高的信息精確度，其應用無疑不會受到歡迎。針對這種情形，還可以通過設置冗余引擎以及改善閱讀流程來提高準確度。

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