基于RFID局域定位技術(shù)和應(yīng)用研究

涂序枝

摘 要：局域定位感知系統(tǒng)以及無線網(wǎng)絡(luò)定位研究備受關(guān)注，其中射頻識別技術(shù)（RFID）是20世紀(jì)90年代興起的自動識別技術(shù)。由于射頻標(biāo)簽具有數(shù)據(jù)信息量大、抗干擾能力強(qiáng)、識別速度快、價格低廉等優(yōu)點(diǎn)，所以射頻識別技術(shù)（RFID）被廣泛地應(yīng)用于電子身份識別和跟蹤定位領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：RFID；射頻識別；定位

1 引言

隨著社會的發(fā)展，如何利用局域定位技術(shù)更快更準(zhǔn)確更全面地獲取位置的數(shù)據(jù)信息，成為如今物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的重要課題。RFID自動識別技術(shù)可以通過無線信號識別特定目標(biāo)，并讀寫有關(guān)數(shù)據(jù)。RFID技術(shù)具有非視距、非接觸、成本低和定位精度高等優(yōu)點(diǎn)。目前，將RFID技術(shù)應(yīng)用到局域定位系統(tǒng)，局域定位技術(shù)在近年來受到研究人員的關(guān)注[1]。

2 RFID局域定位系統(tǒng)組成

在RFID定位系統(tǒng)中，定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要組成部件有：數(shù)據(jù)信息處理終端（PC）、標(biāo)簽、天線和閱讀器，如圖1所示。

標(biāo)簽：由耦合原件和芯片組成，即為帶有天線的芯片，每個標(biāo)簽具有唯一的電子編碼。

閱讀器：閱讀器是讀取或?qū)懭霕?biāo)簽信息的設(shè)備，通過射頻收發(fā)器接收目標(biāo)簽的已編碼射頻信號，對標(biāo)簽的認(rèn)證識別信息進(jìn)行解碼。

天線：天線是標(biāo)簽與閱讀器之間傳輸數(shù)據(jù)的發(fā)射、接收裝置。

數(shù)據(jù)信息處理終端（PC）：后臺數(shù)據(jù)處理終端通過有線或者無線的方式收集閱讀器讀取相關(guān)數(shù)據(jù)信息，處理終端可以通過相關(guān)程序?qū)FID定位系統(tǒng)進(jìn)行配置[2]，并獲取定位信息。

3 典型的定位算法

3.1 時間測距的定位算法（TOA）

TOA算法是通過獲得閱讀器發(fā)射的信號到達(dá)目標(biāo)再返回閱讀器的時間，然后根據(jù)時間計算距離來定位的一種方式。該算法至少需要3個參考點(diǎn)定位1個標(biāo)簽?zāi)繕?biāo)，該算法要求標(biāo)簽和閱讀器在時間上要保持同步。若已知終端i到天線的直線距離ri，可根據(jù)幾何原理確定它在以i為圓心ri為半徑的圓周上，其終端位置（xo，yo）與天線位置（xi，yi）之間滿足如下關(guān)系：

由已知的終端與三個天線之間的距離，再以三個天線所在的位置為圓心，終端與三個天線之間的距離為半徑畫圓，則可以由三個圓的交點(diǎn)確定出終端所在的位置。對于i=1，2，3，可得到三個方程組，即可得到終端的位置（xo，yo）。

3.2 基于信號接收強(qiáng)度的定位（ RSSI）

該算法通過讀寫器接收到的功率，計算出標(biāo)簽的距離[3-4]。使用信號強(qiáng)度可以構(gòu)建RFID定位系統(tǒng)，無線信號接收功率 和發(fā)射功率 之間的關(guān)系可以用以下公式表示。式中d為發(fā)射器和接收器之間的距離，n為傳播因子，其數(shù)值由無線信號區(qū)域的傳播環(huán)境決定。A的數(shù)值是無線收發(fā)節(jié)點(diǎn)間相距1m時接收節(jié)點(diǎn)所接收到的無線信號功率數(shù)值，可得到如下關(guān)系。

3.3 基于AOA算法的定位系統(tǒng)

AOA算法是利用陣列天線來實現(xiàn)定位的，能夠檢測到信號反射回來的方向，可以得知這個信號在這條線上。當(dāng)有2個基站，2條直線交于一點(diǎn)，這一個交點(diǎn)就是目標(biāo)標(biāo)簽的位置。該方法的優(yōu)點(diǎn)就是定位精度比較高，對于AOA典型算法的定位系統(tǒng)[3-4]，用2對閱讀器得到2個標(biāo)簽波達(dá)方向的傾斜角θ1和θ2，H是2個由2對閱讀器組成的線段的中心之間的距離，其關(guān)系如下。

4 RFID 定位技術(shù)應(yīng)用研究模型

隨著RFID技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展和商業(yè)化?；赗FID定位的應(yīng)用涉及到工廠裝配流水線、航空行李、醫(yī)藥管理、汽車防盜、物流和供應(yīng)管理、圖書館管理、醫(yī)療設(shè)備、商品防偽、門禁系統(tǒng)、跟蹤定位和電子身份識別等眾多領(lǐng)域。下面給出了幾種典型的應(yīng)用領(lǐng)域。

4.1 醫(yī)藥管理系統(tǒng)應(yīng)用

目前醫(yī)藥服務(wù)主要依靠人力，為了提高醫(yī)藥服務(wù)水平，減低了人工操作誤操作率，一些醫(yī)藥機(jī)構(gòu)采用了基于RFID 的定位系統(tǒng)[5]。目前醫(yī)藥服務(wù)使用該系統(tǒng)監(jiān)控醫(yī)藥流向以及出庫入庫情況，完善醫(yī)院管理藥物的管理，提高了藥品過期管理的效率。

4.2 倉儲管理

對于倉儲來說，快速準(zhǔn)確實現(xiàn)采購控制、提高了貨品查詢的準(zhǔn)確性、改善了盤點(diǎn)作業(yè)的質(zhì)量、減低了庫存管理的成本、加快了貨品出入庫的速度，從而增大庫存中心的進(jìn)出量是目前倉儲管理的目標(biāo)[6]。

4.3 煤礦生產(chǎn)安全系統(tǒng)

為了實時獲取礦井人員作業(yè)情況，防止各種安全事故發(fā)生，在事故發(fā)生時能夠快速準(zhǔn)確地定位工人位置是目前 RFID定位系統(tǒng)應(yīng)用的主要方面。如今一些RFID定位系統(tǒng)已用于煤礦，這些系統(tǒng)可以監(jiān)控地下環(huán)境，發(fā)生危險時能夠引導(dǎo)工人避險。

5 結(jié)語

隨著定位感知系統(tǒng)以及無線技術(shù)的發(fā)展，RFID局域定位技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)各個領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，RFID定位技術(shù)也必將越來越多地得到人們的關(guān)注和持續(xù)的研究與投入。發(fā)揮RFID定位技術(shù)的特點(diǎn)，不斷提高定位精度，終會實現(xiàn)更加精準(zhǔn)和完美的定位服務(wù)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]中國射頻識別（RFID）技術(shù)政策編委會.中國射頻識別（RFID）技術(shù)政策白皮書[M].北京：中華人民共和國科學(xué)技術(shù)部等十五部委，2006.

[2孫瑜.射頻識別室內(nèi)定位算法研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2005.

[3]BOUET M，SANTOS A L D.RFID tags：positioning principles and localization techniques[EB/OL].（2008-11-27）[2012-02-12].

[4]吳浩權(quán).基于RFID的室內(nèi)無線定位技術(shù)研究[J].電聲技術(shù)，2013，37（3）：76-78.

[5]彭力.無線射頻識別（RFID）技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2012.

[6]趙軍輝.射頻識別技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.