《基于Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)和RFID技術(shù)的無線定位系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)專業(yè)》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《基于Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)和RFID技術(shù)的無線定位系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)專業(yè)（48頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、基于Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)和RFID技術(shù)的無線定位系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)摘 要 無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的研究已經(jīng)從無線通信領(lǐng)域中的一個(gè)小分支逐漸擴(kuò)大到相對獨(dú)立的領(lǐng)域。與其它傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)相比，Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)具有可獨(dú)立組網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)可動(dòng)態(tài)重組等特點(diǎn)，使得Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用前景廣闊，目前在很多行業(yè)不同場景中得到了應(yīng)用。另一方面，RFID無線射頻識別技術(shù)從誕生發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)日趨成熟和標(biāo)準(zhǔn)化，RFID技術(shù)的非接觸性、ID唯一性和安全性等特點(diǎn)使其應(yīng)用范圍非常廣泛。如何將RFID技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合使得RFID能夠更廣泛的服務(wù)于人們的生產(chǎn)生活，是業(yè)界討論的熱點(diǎn)領(lǐng)域。同時(shí)RFID中間件也成為了很新的研究課題。在有關(guān)

2、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究中，結(jié)合無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與RFID射頻識別技術(shù)探討技術(shù)的應(yīng)用，仍是一個(gè)非常新的研究領(lǐng)域。本課題充分結(jié)合無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與RFID射頻技術(shù)各自的特點(diǎn)，深入研究了Ad Hoc無線網(wǎng)絡(luò)中多跳路由、穩(wěn)定性等方面和RFID領(lǐng)域中的中間件、抗干擾、安全等方面的關(guān)鍵技術(shù)。通過對特定應(yīng)用場景的分析，提供定位和跟蹤等基本位置服務(wù)，實(shí)現(xiàn)了對標(biāo)簽跟蹤過程中的實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)對作為標(biāo)簽數(shù)據(jù)采集客戶端的RFID中間件也進(jìn)行了探討和研究，初步實(shí)現(xiàn)了RFID中間件的基本功能。關(guān)鍵字 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)，RFID， 目錄緒論41.1課題背景41.2課題的提出61.3國內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀71.4論

3、文的結(jié)構(gòu)安排9基于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的RFID定位系統(tǒng)核心技術(shù)研究92.1Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)92.1.1Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的概念102.1.2Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)112.1.3Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用122.1.4與其他移動(dòng)通信系統(tǒng)的比較122.2RFID無線射頻技術(shù)132.2.1RFID技術(shù)研究13研究RFID中間件153.1閱讀器種類及比較153.1.1MOBYD163.1.2 rf600193.2RFMLTS分析設(shè)計(jì)203.3 RFMLTS的特點(diǎn)23第四章 RFID定位系統(tǒng)分析及設(shè)計(jì)234.1RFID應(yīng)用場景234.1.1典型應(yīng)用場景的技術(shù)需求分析244.1.2RFID定位系統(tǒng)適應(yīng)的場景2

4、74.2RFID定位系統(tǒng)功能的總體分析274.3RFLTS的總體設(shè)計(jì)284.4閱讀器管理子系統(tǒng)（RMC）294.4.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)294.4.2 RMC解包處理模塊304.4.3主動(dòng)報(bào)告模塊304.5顯示管理子系統(tǒng)（MON）304.5.1信息顯示314.5.2MON-RMC信息交互模塊324.5.3MON-VMC信息交互模塊334.6視頻管理子系統(tǒng)（VMC）354.6.1 VMC-MON信息交互模塊354.6.2視頻客戶端camctrl364.6.3VMC-camctrl信息交互模塊36第五章RFLTS定位系統(tǒng)性能測試和功能演示375.1性能測試375.1.1客戶端性能測試385.1.2管理端性

5、能測試395.2功能演示545.2.1程序啟動(dòng)405.2.2文本定位功能演示405.2.3跟蹤功能演示40第六章 系統(tǒng)通用性和可擴(kuò)展性及安全性研究416.1網(wǎng)絡(luò)平臺無關(guān)性426.2RFID硬件無關(guān)性436.3系統(tǒng)的可擴(kuò)展性446.4通信協(xié)議的安全可靠性45參考文獻(xiàn)致謝5 第一章 緒論1.1 課題背景Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的前身是分組無線網(wǎng)（Packet Radio Network），是一種特殊的對等式無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。在Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中，結(jié)點(diǎn)具有報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)能力，結(jié)點(diǎn)間的通信可能要經(jīng)過多個(gè)中間結(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)，即經(jīng)過多跳（MultiHop），這是Ad hoc網(wǎng)絡(luò)與其他移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的最根本區(qū)別。結(jié)點(diǎn)通過分層的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

6、和分布式算法相互協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)組織和運(yùn)行。因此它也被稱為多跳無線網(wǎng)（MultiHop Wireless Network）、自組織網(wǎng)絡(luò)（SelfOrganized Network）或無固定設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)（Infrastructureless Network）。移動(dòng)Ad hoc網(wǎng)絡(luò)（MANET）是一種特殊的無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)中所有結(jié)點(diǎn)的地位平等，無需設(shè)置任何的中心控制結(jié)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)中的結(jié)點(diǎn)不僅具有普通移動(dòng)終端所需的功能，而且具有報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)能力。與普通的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和固定網(wǎng)絡(luò)相比，它具有以下特點(diǎn)：1. 無中心：Ad hoc網(wǎng)絡(luò)沒有嚴(yán)格的控制中心。所有結(jié)點(diǎn)的地位平等，即是一個(gè)對等式網(wǎng)絡(luò)。結(jié)點(diǎn)可以隨時(shí)加入和離

7、開網(wǎng)絡(luò)。任何結(jié)點(diǎn)的故障不會影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，具有很強(qiáng)的抗毀性。2. 自組織：網(wǎng)絡(luò)的布設(shè)或展開無需依賴于任何預(yù)設(shè)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施。結(jié)點(diǎn)通過分層協(xié)議和分布式算法協(xié)調(diào)各自的行為，結(jié)點(diǎn)開機(jī)后就可以快速、自動(dòng)地組成一個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)。3. 多跳路由：當(dāng)結(jié)點(diǎn)要與其覆蓋范圍之外的結(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信時(shí)，需要中間結(jié)點(diǎn)的多跳轉(zhuǎn)發(fā)。與固定網(wǎng)絡(luò)的多跳不同，Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中的多跳路由是由普通的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)完成的，而不是由專用的路由設(shè)備（如路由器）完成的。4. 動(dòng)態(tài)拓?fù)洌篈d hoc網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)可以隨處移動(dòng)，也可以隨時(shí)開機(jī)和關(guān)機(jī)，這些都會使網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)隨時(shí)發(fā)生變化。5. 有限的無線通信帶寬：在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中沒有有

8、線基礎(chǔ)設(shè)施的支持，因此，主機(jī)之間的通信均通過無線傳輸來完成。由于無線信道本身的物理特性，它提供的網(wǎng)絡(luò)帶寬相對有線信道要低得多。除此以外，考慮到競爭共享無線信道產(chǎn)生的碰撞、信號衰減、噪音干擾等多種因素，移動(dòng)終端可得到的實(shí)際帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理論中的最大帶寬值。 6. 有限的主機(jī)能源：在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，主機(jī)均是一些移動(dòng)設(shè)備，如、便攜計(jì)算機(jī)或掌上電腦。由于主機(jī)可能處在不停的移動(dòng)狀態(tài)下，主機(jī)的能源主要由電池提供，因此Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)有能源有限的特點(diǎn)。這些特點(diǎn)使得Ad hoc網(wǎng)絡(luò)在體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)組織、協(xié)議設(shè)計(jì)等方面都與普通的蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和固定通信網(wǎng)絡(luò)有著顯著的區(qū)別，使得Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用前景廣闊。

9、無線射頻識別技術(shù)（RFID）從誕生發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)日趨成熟和標(biāo)準(zhǔn)化，RFID技術(shù)由于其非接觸、安全、高準(zhǔn)確性、唯一性等優(yōu)勢迅速成為一個(gè)很熱門的話題。據(jù)業(yè)內(nèi)人士預(yù)測，RFID技術(shù)市場將在未來五年內(nèi)在新的產(chǎn)品與服務(wù)上帶來30至100億美金的商機(jī)，隨之而來的還有服務(wù)器、資料儲存系統(tǒng)、資料庫程序、商業(yè)管理軟件、顧問服務(wù)，以及其他電腦基礎(chǔ)建設(shè)的龐大需求?；蛟S這些預(yù)測過于樂觀，但RFID將會成為未來的一個(gè)巨大市場是毫無疑問的。RFID產(chǎn)業(yè)潛力無窮，應(yīng)用的范圍遍及制造、物流、醫(yī)療、運(yùn)輸、零售、國防等等。RFID是2005年、2006年建議企業(yè)可考慮引入的十大策略技術(shù)之一，然而其成功之關(guān)鍵除了標(biāo)簽（Tag）的價(jià)

10、格、天線的設(shè)計(jì)、波段的標(biāo)準(zhǔn)化、設(shè)備的認(rèn)證之外，最重要的是要有關(guān)鍵的應(yīng)用軟件（KillerApplication），才能迅速推廣。而中間件（Middleware）可稱為是RFID運(yùn)作的中樞，因?yàn)樗梢约铀訇P(guān)鍵應(yīng)用的問世。RFID中間件（即RFIDEdgeServer）也是EPCglobal推薦的RFID應(yīng)用框架中相當(dāng)重要的一環(huán)，它負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)與RFID硬件以及配套設(shè)備的信息交互與管理，同時(shí)作為一個(gè)軟硬件集成的橋梁，完成與上層復(fù)雜應(yīng)用的信息交換。目前，EPCglobal已推出相應(yīng)的規(guī)范（ALE，應(yīng)用級別事件）來統(tǒng)一和規(guī)范化這一層面的軟件實(shí)現(xiàn)。 對于如何把無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與RFID射頻技術(shù)有機(jī)的

11、結(jié)合起來，同時(shí)發(fā)揮出兩種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，采用一個(gè)怎樣的應(yīng)用模式可以讓這兩個(gè)熱點(diǎn)技術(shù)融合在一起，進(jìn)而得到更好的發(fā)展是一個(gè)非常有應(yīng)用價(jià)值的研究課題。目前，在結(jié)合Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與RFID射頻技術(shù)以構(gòu)成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)方面的研究受到了業(yè)界的關(guān)注，但是到現(xiàn)在為止還沒有成熟的研究成果，這是一個(gè)新的領(lǐng)域，也是一個(gè)非常有研究意義的方向。同時(shí)RFID中間件的探討和研究也是目前業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。1.2 課題的研究內(nèi)容本課題的主要研究內(nèi)容是研究并實(shí)現(xiàn)基于Ad-Hoc網(wǎng)絡(luò)的RFID定位系統(tǒng)及RFID中間件。首先，研究Ad Hoc無線網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)及RFID射頻識別技術(shù)本身的物理特性等技術(shù)指標(biāo)，從應(yīng)用的角度分析結(jié)合了RFID

12、技術(shù)的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)；其次，比較現(xiàn)有成熟的定位信息系統(tǒng)，結(jié)合融合了RFID技術(shù)的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，分析基于Ad Hoc無線網(wǎng)絡(luò)的RFID定位系統(tǒng)應(yīng)該具有的特點(diǎn)。再次，分析應(yīng)用場景，從不同的角度，進(jìn)行系統(tǒng)的可行性分析。然后，在此基礎(chǔ)上對系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，主要包括RFID中間件設(shè)計(jì)，各模塊功能設(shè)計(jì)以及它們之間通信協(xié)議的設(shè)計(jì)；接下來，進(jìn)行系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，主要包括節(jié)點(diǎn)編址設(shè)計(jì)，信息格式設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，用戶接口設(shè)計(jì)、主動(dòng)報(bào)告設(shè)計(jì)、超時(shí)重傳設(shè)計(jì)和ACK確認(rèn)機(jī)制設(shè)計(jì)等；最后，從通用性、可擴(kuò)展性及安全性等角度對本課題研究的系統(tǒng)進(jìn)行分析，使得課題的研究更具完整性和嚴(yán)密性。本課題首先

13、研究Ad Hoc無線網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)及RFID射頻識別技術(shù)本身的物理特性等技術(shù)指標(biāo)，從應(yīng)用的角度分析結(jié)合了RFID技術(shù)的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)；其次，比較現(xiàn)有成熟的定位信息系統(tǒng)，結(jié)合了RFID技術(shù)的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，分析基于Ad Hoc無線網(wǎng)絡(luò)的RFID定位系統(tǒng)應(yīng)該具有的特點(diǎn)。再次，分析應(yīng)用場景，從不同的角度，進(jìn)行系統(tǒng)的可行性分析。然后，在此基礎(chǔ)上對系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)、關(guān)鍵技術(shù)詳細(xì)設(shè)計(jì)。最后，從通用性、可擴(kuò)展性及安全性等角度對本課題研究的系統(tǒng)進(jìn)行分析。需要完成的系統(tǒng)性能指標(biāo)實(shí)現(xiàn)一整套基于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)結(jié)合RFID無線射頻技術(shù)用于提供定位功能并實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽實(shí)時(shí)跟蹤的系統(tǒng)，需要滿足以下性能指標(biāo)

14、：1. 系統(tǒng)的顯示端可以實(shí)時(shí)顯示進(jìn)入場景、離開場景的標(biāo)簽。2. 系統(tǒng)可以同時(shí)監(jiān)控多于一個(gè)的目標(biāo)物體，選中跟蹤的目的標(biāo)簽后，可以實(shí)現(xiàn)視頻自動(dòng)切換，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)跟蹤；3. 當(dāng)場景中存在的不同閱讀器讀取到不同頻段的標(biāo)簽時(shí)，中間件可以屏蔽標(biāo)簽不同屬性，按規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)讀取到標(biāo)簽的有用數(shù)據(jù)。4. 系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境中閱讀器數(shù)量可達(dá)到10臺以上，系統(tǒng)正常工作，可以滿足大規(guī)模的應(yīng)用。1.3 國內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀目前，國內(nèi)外分別針對Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及RFID技術(shù)的研究已經(jīng)進(jìn)行了很多年，研究成果也相當(dāng)深入，Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方面，Ad Hoc無線網(wǎng)絡(luò)的性能，多跳路由和網(wǎng)關(guān)功能得到了很大提高和擴(kuò)展。目前Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的傳

15、輸速率可達(dá)到54Mbps，可以實(shí)現(xiàn)3跳的穩(wěn)定傳輸，同時(shí)還增加了網(wǎng)管功能。RFID方面，從全球來看，美國已經(jīng)在RFID標(biāo)準(zhǔn)的建立、相關(guān)軟硬件技術(shù)的開發(fā)、應(yīng)用領(lǐng)域走在世界的前列。歐洲RFID標(biāo)準(zhǔn)追隨美國主導(dǎo)的EPCglobal標(biāo)準(zhǔn)。在封閉系統(tǒng)應(yīng)用方面，歐洲與美國基本處在同一階段。日本雖然已經(jīng)提出UID標(biāo)準(zhǔn)，但主要得到的是本國廠商的支持，如要成為國際標(biāo)準(zhǔn)還有很長的路要走。韓國政府對RFID給予了高度重視，但至今韓國在RFID標(biāo)準(zhǔn)方面仍模糊不清。RFID標(biāo)準(zhǔn)爭奪的核心主要在RFID標(biāo)簽的數(shù)據(jù)內(nèi)容編碼標(biāo)準(zhǔn)這一領(lǐng)域。目前，形成了五大標(biāo)準(zhǔn)組織，分別代表了國際上不同團(tuán)體或者國家的利益。EPC Global是由

16、北美UCC產(chǎn)品統(tǒng)一編碼組織和歐洲EAN產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)組織聯(lián)合成立，在全球擁有上百家成員，得到了零售巨頭沃爾瑪，制造業(yè)巨頭強(qiáng)生、寶潔等跨國公司的支持。而AIM、ISO、UID則代表了歐美國家和日本；IP-X的成員則以非洲、大洋洲、亞洲等國家為主。比較而言，EPC Global由于綜合了美國和歐洲廠商，實(shí)力相對占上風(fēng)。1. EPC Global EPC Global是由UCC和EAN聯(lián)合發(fā)起的非盈利性機(jī)構(gòu)，全球最大的零售商沃爾瑪連鎖集團(tuán)、英國Tesco等100多家美國和歐洲的流通企業(yè)都是EPC的成員，同時(shí)由美國IBM公司、微軟、Auto-ID Lab等進(jìn)行技術(shù)研究支持。此組織除發(fā)布工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)外，還負(fù)責(zé)EP

17、Cgobal號碼注冊管理。2. 日本UID 主導(dǎo)日本RFID標(biāo)準(zhǔn)研究與應(yīng)用的組織是T-引擎論壇（T-Engine Forum），該論壇已經(jīng)擁有475家成員。值得注意的是成員絕大多數(shù)都是日本的廠商，如NEC、日立、東芝等，但是少部分來自國外的著名廠商也有參與，如微軟、三星、LG和SKT。DI平臺等等。我們知道，現(xiàn)在RFID技術(shù)得到了一定的發(fā)展，同時(shí)RFID應(yīng)用也開始迅速展開。但是結(jié)合Ad Hoc無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和RFID射頻技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用級別的研究還處于起步階段，而將兩者結(jié)合起來構(gòu)成一套完整的可以提供位置信息和實(shí)時(shí)監(jiān)控服務(wù)的系統(tǒng)更是一種創(chuàng)新性的應(yīng)用解決方案。我們力求通過在這一領(lǐng)域的努力探索，為行業(yè)的發(fā)

18、展和技術(shù)的進(jìn)步起到建設(shè)性的作用。并且系統(tǒng)里的RFID中間件設(shè)計(jì)，也是目前RFID領(lǐng)域發(fā)展迅速的熱點(diǎn)。通過研究和探索，可以為以后RFID中間件的進(jìn)一步完善和發(fā)展起到非常大的借鑒作用。1.4 論文的結(jié)構(gòu)安排本論文主要論述基于Ad Hoc無線網(wǎng)絡(luò)的RFID中間件和RFID定位系統(tǒng)的可應(yīng)用場景分析、系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及系統(tǒng)的具體研究與實(shí)現(xiàn)。論文分為三部分，第一部分包括 ，主要描述課題背景和要求，性質(zhì)和意義，分析Ad Hoc無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的特點(diǎn)及RFID射頻技術(shù)的技術(shù)指標(biāo)和技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)；第二部分包括第 章，是本論文的主體。首先是描述本課題研究的定位系統(tǒng)中RFID中間件的研究與實(shí)現(xiàn)，然后進(jìn)行RFID定位系統(tǒng)的可

19、應(yīng)用場景分析和功能總體分析，并對系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)中的細(xì)節(jié)及重點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，然后對RFID定位系統(tǒng)進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。最后對系統(tǒng)的通用性、可擴(kuò)展性及安全性進(jìn)行了詳細(xì)的分析和描述；第三部分包括第 章，這部分主要對本課題的創(chuàng)新點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)。 第二章 基于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的RFID定位系統(tǒng)核心技術(shù)研究2.1 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)隨著人們對擺脫有線網(wǎng)絡(luò)束縛、隨時(shí)隨地可以進(jìn)行自由通信的渴望，近幾年來無線網(wǎng)絡(luò)通信得到了迅速的發(fā)展。人們可以通過配有無線接口的便攜計(jì)算機(jī)或個(gè)人數(shù)字助理來實(shí)現(xiàn)移動(dòng)中的通信。目前的移動(dòng)通信大多需要有線基礎(chǔ)設(shè)施（如基站）的支持才能實(shí)現(xiàn)。為了能夠在沒有固定基站的地方進(jìn)行通信

20、，一種新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)不需要有線基礎(chǔ)設(shè)備的支持，通過移動(dòng)主機(jī)自由的組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)通信。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)推進(jìn)了人們實(shí)現(xiàn)在任意環(huán)境下的自由通信的進(jìn)程，同時(shí)它也為軍事通信、災(zāi)難救助和臨時(shí)通信提供了有效的解決方案。2.1.1 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的概念A(yù)d Hoc網(wǎng)絡(luò)是一種沒有有線基礎(chǔ)設(shè)施支持的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)均由移動(dòng)主機(jī)構(gòu)成。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)最初應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，它的研究起源于戰(zhàn)場環(huán)境下分組無線網(wǎng)數(shù)據(jù)通信項(xiàng)目，該項(xiàng)目由DARPA資助。其后，又在1983年和1994年進(jìn)行了抗毀可適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)SURAN（Survivable Adaptive Network）和全球

21、移動(dòng)信息系統(tǒng)GloMo（Global Information System）項(xiàng)目的研究。后來，IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)委員會采用了“Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)”一詞來描述這種特殊的自組織無中心多跳無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)由此誕生。由于無線通信和終端技術(shù)的不斷發(fā)展，Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)在民用環(huán)境下也得到了發(fā)展，如需要在沒有有線基礎(chǔ)設(shè)施的地區(qū)進(jìn)行臨時(shí)通信時(shí)，可以很方便地通過搭建Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)兩個(gè)移動(dòng)主機(jī)在彼此的通信覆蓋范圍內(nèi)時(shí)，它們可以直接通信。但是由于移動(dòng)主機(jī)的通信覆蓋范圍有限，如果兩個(gè)相距較遠(yuǎn)的主機(jī)要進(jìn)行通信，則需要通過它們之間的移動(dòng)主機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)才能實(shí)現(xiàn)。因此在Ad Hoc

22、網(wǎng)絡(luò)中，主機(jī)同時(shí)還是路由器，擔(dān)負(fù)著尋找路由和轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文的工作。在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)主機(jī)的通信范圍有限，因此路由一般都由多跳組成，數(shù)據(jù)通過多個(gè)主機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)才能到達(dá)目的地。故Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)也被稱為多跳無線網(wǎng)絡(luò)。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)可以看作是移動(dòng)通信和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的交叉。在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，使用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分組交換機(jī)制，而不是電路交換機(jī)制。通信的主機(jī)一般是便攜式計(jì)算機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理（PDA）等移動(dòng)終端設(shè)備。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)不同于目前Internet中的移動(dòng)IP網(wǎng)絡(luò)。在移動(dòng)IP網(wǎng)絡(luò)中，移動(dòng)主機(jī)可以通過固定有線網(wǎng)絡(luò)、無線鏈路和撥號線路等方式接入網(wǎng)絡(luò)，而在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中只存在無線鏈路一種連接方式。在移

23、動(dòng)IP網(wǎng)絡(luò)中，移動(dòng)主機(jī)通過相鄰基站等有線設(shè)施的支持才能通信，在基站和基站（代理和代理）之間均為有線網(wǎng)絡(luò)，仍然使用Internet的傳統(tǒng)路由協(xié)議。而Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)沒有這些設(shè)施的支持。此外，在移動(dòng)IP網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)主機(jī)不具備路由功能，只是一個(gè)普通的通信終端。當(dāng)移動(dòng)主機(jī)從一個(gè)區(qū)移動(dòng)到另一個(gè)區(qū)時(shí)并不改變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中主機(jī)的移動(dòng)將會導(dǎo)致拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的改變。2.1.2 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)作為一種新的組網(wǎng)方式，具有以下特點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)立性Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)相對常規(guī)通信網(wǎng)絡(luò)而言，最大的區(qū)別就是可以在任何時(shí)刻、任何地點(diǎn)不需要硬件基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的支持，快速構(gòu)建起一個(gè)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。它的建

24、立不依賴于現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)施，具有一定的獨(dú)立性。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的這種特點(diǎn)很適合災(zāi)難救助、偏遠(yuǎn)地區(qū)通信等應(yīng)用。動(dòng)態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，移動(dòng)主機(jī)可以在網(wǎng)中隨意移動(dòng)。主機(jī)的移動(dòng)會導(dǎo)致主機(jī)之間的鏈路增加或消失，主機(jī)之間的關(guān)系不斷發(fā)生變化。在自組網(wǎng)中，主機(jī)可能同時(shí)還是路由器，因此，移動(dòng)會使網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不斷發(fā)生變化，而且變化的方式和速度都是不可預(yù)測的。對于常規(guī)網(wǎng)絡(luò)而言，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)則相對較為穩(wěn)定。有限的無線通信帶寬在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中沒有有線基礎(chǔ)設(shè)施的支持，因此，主機(jī)之間的通信均通過無線傳輸來完成。由于無線信道本身的物理特性，它提供的網(wǎng)絡(luò)帶寬相對有線信道要低得多。除此以外，考慮到競爭

25、共享無線信道產(chǎn)生的碰撞、信號衰減、噪音干擾等多種因素，移動(dòng)終端可得到的實(shí)際帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理論中的最大帶寬值。有限的主機(jī)能源在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，主機(jī)均是一些移動(dòng)設(shè)備，如PDA、便攜計(jì)算機(jī)或掌上電腦。由于主機(jī)可能處在不停的移動(dòng)狀態(tài)下，主機(jī)的能源主要由電池提供，因此Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)有能源有限的特點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)的分布式特性在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中沒有中心控制節(jié)點(diǎn)，主機(jī)通過分布式協(xié)議互聯(lián)。一旦網(wǎng)絡(luò)的某個(gè)或某些節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障，其余的節(jié)點(diǎn)仍然能夠正常工作。生存周期短Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)主要用于臨時(shí)的通信需求，相對與有線網(wǎng)絡(luò)，它的生存時(shí)間一般比較短。有限的物理安全移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通常比固定網(wǎng)絡(luò)更容易受到物理安全攻擊，易于遭受竊聽、欺

26、騙和拒絕服務(wù)等攻擊?，F(xiàn)有的鏈路安全技術(shù)有些已應(yīng)用于無線網(wǎng)絡(luò)中來減小安全攻擊。不過Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的分布式特性相對于集中式的網(wǎng)絡(luò)具有一定的抗毀性。2.1.3 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用隨著移動(dòng)通信和移動(dòng)終端技術(shù)不斷向前發(fā)展，使得Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不但在軍事領(lǐng)域前景廣闊，而且也在民用移動(dòng)通信領(lǐng)域得到應(yīng)用。它可以運(yùn)用在以下場合：1）沒有有線通信設(shè)施的地方，如沒有建立硬件通信設(shè)施或有線通信設(shè)施遭受破壞。 2）需要分布式特性的網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)境。 3）現(xiàn)有有線通信設(shè)施不足，需要臨時(shí)快速建立一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境。 4）作為生存性較強(qiáng)的后備網(wǎng)絡(luò)。 2.1.4 與其他移動(dòng)通信系統(tǒng)的比較蜂窩系統(tǒng)蜂窩系統(tǒng)是覆蓋范圍最廣的陸

27、地公用移動(dòng)通信系統(tǒng)。在蜂窩系統(tǒng)中，覆蓋區(qū)域一般被劃分為類似蜂窩的多個(gè)小區(qū)。每個(gè)小區(qū)內(nèi)設(shè)置固定的基站，為用戶提供接入和信息轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)。移動(dòng)用戶之間以及移動(dòng)用戶和非移動(dòng)用戶之間的通信均需通過基站進(jìn)行。基站則一般通過有線線路連接到主要由交換機(jī)構(gòu)成的骨干交換網(wǎng)絡(luò)。蜂窩系統(tǒng)是一種有連接網(wǎng)絡(luò)，一旦一個(gè)信道被分配給某個(gè)用戶，通常此信道可一直被此用戶使用。蜂窩系統(tǒng)一般用于語音通信。集群系統(tǒng)集群系統(tǒng)與蜂窩系統(tǒng)類似，也是一種有連接的網(wǎng)絡(luò)，一般屬于專用網(wǎng)絡(luò)，規(guī)模不大，主要為移動(dòng)用戶提供語音通信。衛(wèi)星通信系統(tǒng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的通信范圍最廣，可以為全球每個(gè)角落的用戶提供通信服務(wù)。在此系統(tǒng)中，衛(wèi)星起著與基站類似的功能。衛(wèi)星通信

28、系統(tǒng)按衛(wèi)星所處位置可分為靜止軌道、中軌道和低軌道3種。衛(wèi)星通信系統(tǒng)存在成本高、傳輸延時(shí)大、傳輸帶寬有限等不足。小結(jié)上述移動(dòng)通信系統(tǒng)都需要有線網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)設(shè)施的支持，如基站、交換機(jī)、衛(wèi)星等。這些設(shè)施的建立和運(yùn)轉(zhuǎn)需要大量的人力和物力，因此成本比較高，同時(shí)建設(shè)的周期也長。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)不需要基站的支持，由主機(jī)自己組網(wǎng)，因此，網(wǎng)絡(luò)建立的成本低，同時(shí)時(shí)間短，一般只要幾秒鐘或幾分鐘。上述通信系統(tǒng)中，移動(dòng)終端之間并不直接通信，并且移動(dòng)終端只具備收發(fā)功能，不具備轉(zhuǎn)發(fā)功能。而Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)由移動(dòng)主機(jī)構(gòu)成，移動(dòng)主機(jī)之間可以直接通信，而移動(dòng)主機(jī)不僅收發(fā)數(shù)據(jù)，同時(shí)還轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。此外目前的移動(dòng)通信系統(tǒng)主要為用戶提供語

29、音通信功能，通常采用電路交換，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定。而Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)使用分組轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，主要為用戶提供數(shù)據(jù)通信服務(wù)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)易于變化。2.2 RFID無線射頻識別技術(shù)2.2.1 RFID技術(shù)研究射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID），又稱電子標(biāo)簽（E-Tag），是一種利用射頻信號自動(dòng)識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)信息的技術(shù)。RFID最早的應(yīng)用可追溯到第二次世界大戰(zhàn)中用于區(qū)分聯(lián)軍和納粹飛機(jī)的“敵我辨識”系統(tǒng)。隨著技術(shù)的進(jìn)步，RFID應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大，現(xiàn)已涉及到人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€(gè)方面，并將成為未來信息社會建設(shè)的一項(xiàng)基礎(chǔ)技術(shù)。RFID典型應(yīng)用包括：在物流領(lǐng)域用于倉庫管

30、理、生產(chǎn)線自動(dòng)化、日用品銷售；在交通運(yùn)輸領(lǐng)域用于集裝箱與包裹管理、高速公路收費(fèi)與停車收費(fèi)；在農(nóng)牧漁業(yè)用于羊群、魚類、水果等的管理以及寵物、野生動(dòng)物跟蹤；在醫(yī)療行業(yè)用于藥品生產(chǎn)、病人看護(hù)、醫(yī)療垃圾跟蹤；在制造業(yè)用于零部件與庫存的可視化管理；RFID還可以應(yīng)用于圖書與文檔管理、門禁管理、定位與物體跟蹤、環(huán)境感知和支票防偽等多種應(yīng)用領(lǐng)域。一、RFID組成：最基本的RFID系統(tǒng)由三部分組成：1. 標(biāo)簽（Tag，即射頻卡）：由耦合元件及芯片組成，標(biāo)簽含有內(nèi)置天線，用于和射頻天線進(jìn)行通信。標(biāo)簽從是否有電源的角度分為有源和無源標(biāo)簽。2. 閱讀器：讀?。ㄔ谧x寫卡中還可以寫入）標(biāo)簽信息的設(shè)備。3. 天線：在標(biāo)簽

31、和讀取器間傳遞射頻信號。系統(tǒng)的基本工作流程是：閱讀器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號，當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入發(fā)射天線工作區(qū)域時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流，標(biāo)簽獲得能量被激活；標(biāo)簽將自身編碼等信息通過卡內(nèi)置發(fā)送天線發(fā)送出去；系統(tǒng)接收天線接收到從標(biāo)簽發(fā)送來的載波信號，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到閱讀器，閱讀器對接收的信號進(jìn)行解調(diào)和解碼然后送到后臺主系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理；主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運(yùn)算判斷該卡的合法性，針對不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。在耦合方式（電感-電磁）、通信流程（FDX、HDX、SEQ）、從標(biāo)簽到閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸方法（負(fù)載調(diào)制、反向散射、高次諧波）以及頻率范圍等方面，不同的非接觸傳輸方法有根本

32、的區(qū)別，但所有的閱讀器在功能原理上，以及由此決定的設(shè)計(jì)構(gòu)造上都很相似，所有閱讀器均可簡化為高頻接口和控制單元兩個(gè)基本模塊。高頻接口包含發(fā)送器和接收器，其功能包括：產(chǎn)生高頻發(fā)射功率以啟動(dòng)標(biāo)簽并提供能量；對發(fā)射信號進(jìn)行調(diào)制，用于將數(shù)據(jù)傳送給射頻卡；接收并解調(diào)來自標(biāo)簽的高頻信號。閱讀器的控制單元的功能包括：與應(yīng)用系統(tǒng)軟件進(jìn)行通信，并執(zhí)行應(yīng)用系統(tǒng)軟件發(fā)來的命令；控制與標(biāo)簽的通信過程（主-從原則）；信號的編解碼。對一些特殊的系統(tǒng)還有執(zhí)行反碰撞算法，對標(biāo)簽與閱讀器間要傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密，以及進(jìn)行射頻卡和閱讀器間的身份驗(yàn)證等附加功能。射頻識別系統(tǒng)的讀寫距離是一個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)。目前，長距離射頻識別系統(tǒng)的價(jià)

33、格還很貴，因此尋找提高其讀寫距離的方法很重要。影響標(biāo)簽讀寫距離的因素包括天線工作頻率、閱讀器的RF輸出功率、閱讀器的接收靈敏度、標(biāo)簽的功耗、天線及諧振電路的Q值、天線方向、閱讀器和標(biāo)簽的耦合度，以及標(biāo)簽本身獲得的能量及發(fā)送信息的能量等。大多數(shù)系統(tǒng)的讀取距離和寫入距離是不同的，寫入距離大約是讀取距離的40%80%。二、RFID技術(shù)特性1、物理特性RFID設(shè)備一般具有如下一些主要物理特性：數(shù)據(jù)的讀寫（ReadWrite）機(jī)能、容易小型化和多樣化的形狀、耐腐蝕性可重復(fù)使用、穿透性、數(shù)據(jù)的記憶容量大。2、RFID的頻段特征RFID射頻技術(shù)有多種不同的工作頻率范圍，如低頻、高頻、超高頻及微波；在不同的頻

34、段RFID的識別距離也各不相同，基本上是隨著頻率的升高識別距離逐漸增長。低頻頻段能量相對較低，數(shù)據(jù)傳輸率較小，無線覆蓋范圍受限。為擴(kuò)大無線覆蓋范圍，必須擴(kuò)大標(biāo)簽天線尺寸。盡管低頻無線覆蓋范圍比高頻無線覆蓋范圍小，但天線的方向性不強(qiáng)，具有相對較強(qiáng)的繞開障礙物能力。低頻頻段可采用1至2個(gè)天線，以實(shí)現(xiàn)無線作用范圍的全區(qū)域覆蓋。此外，低頻段電子標(biāo)簽的成本相對較低，且具有卡狀、環(huán)狀、鈕扣狀等多種形狀。高頻頻段能量相對較高，適于長距離應(yīng)用。低頻功率損耗與傳播距離的立方成正比，而高頻功率損耗與傳播距離的平方成正比。由于高頻以波束的方式傳播，故可用于智能標(biāo)簽定位。其缺點(diǎn)是容易被障礙物所阻擋，易受反射和人體擾動(dòng)

35、等因素影響，不易實(shí)現(xiàn)無線作用范圍的全區(qū)域覆蓋。高頻頻段數(shù)據(jù)傳輸率相對較高，且通訊質(zhì)量較好。 三、RFID中間件概述RFID中間件扮演RFID標(biāo)簽和應(yīng)用程序之間的中介角色，從應(yīng)用程序端使用中間件提供的一組通用應(yīng)用程序接口（API），即能連到RFID讀寫器，讀取RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)。這樣一來，即使存儲RFID標(biāo)簽情報(bào)的數(shù)據(jù)庫軟件或后端應(yīng)用程序增加或改由其他軟件取代，或者讀寫RFID讀寫器種類增加等情況發(fā)生時(shí)，應(yīng)用端不需修改也能處理，省去多對多連接的維護(hù)復(fù)雜性問題。RFID中間件可以從架構(gòu)上分為兩種：以應(yīng)用程序?yàn)橹行暮鸵约軜?gòu)為中心（Infrastructure Centric）。 第三章 研究RFID中

36、間件在基于Ad Hoc無線網(wǎng)絡(luò)的RFID定位系統(tǒng)中，需要準(zhǔn)確獲取標(biāo)簽和閱讀器的信息，這些信息是通過運(yùn)行在與閱讀器相連的主機(jī)Host上的定位客戶端client采集的。由于不同標(biāo)準(zhǔn)閱讀器的API接口不同，客戶端與閱讀器交互的命令也存在還大的差別。因此在獲取標(biāo)簽和閱讀器信息的時(shí)候，需要針對不同的閱讀器設(shè)計(jì)不同的數(shù)據(jù)采集客戶端。本課題研究的基于Ad Hoc無線網(wǎng)絡(luò)的RFID中間件（以下簡稱RFMLTS，RFID Middleware Based on Location And Tracking System），在RFID定位系統(tǒng)中起到了屏蔽閱讀器的差別、采集不同頻段的標(biāo)簽數(shù)據(jù)，向定位系統(tǒng)提供統(tǒng)一格式的

37、標(biāo)簽和閱讀器數(shù)據(jù)。目前，RFID中間件處于研究和試驗(yàn)階段，還沒有商業(yè)化。3.1 閱讀器種類及比較目前，在使用RFID技術(shù)的項(xiàng)目中，13.56MHz的HF閱讀器用的比較多，技術(shù)也比較成熟。同時(shí)UHF閱讀器由于自身具有讀取距離更遠(yuǎn)、安全性更高、數(shù)據(jù)容量更大等優(yōu)點(diǎn)，擁有更廣泛的應(yīng)用場景。用于實(shí)時(shí)跟蹤場景中的標(biāo)簽工作頻率應(yīng)該是433MHz的有源標(biāo)簽，但是由于條件所限，我們在該演示系統(tǒng)中，選擇了行業(yè)中常用的這兩類閱讀器，一種是SIEMENS公司的HF閱讀器MOBYD，另一種也是SIEMENS公司的UHF閱讀器rf600。MOBYD的工作頻率是13.56MHz，使用串口與主機(jī)通信。rf600的工作頻率是8

38、65-868MHz，同時(shí)也可以工作在902-928MHz，使用網(wǎng)絡(luò)接口與主機(jī)通信。在通信方式、命令格式和數(shù)據(jù)包格式都有明顯不同。3.1.1MOBYD(1) 串口配置MOBYD使用RS232串口與主機(jī)Host相連，串口的傳輸速率可以達(dá)到38400Baud/s。在初次通信時(shí)，需要進(jìn)行一些配置。具體配置如下：fd=open（MODEMDEVICE, O_RDWR | O_NOCTTY | O_NONBLOCK）; if （fd 0） perror（MODEMDEVICE）; 此閱讀器不是MOBYD; 轉(zhuǎn)入其他閱讀器判斷; tcgetattr（fd,&oldtio）; /* save current

39、port settings */ /* set new port settings for canonical input processing */ cfsetispeed（&newtio,BAUDRATE）; cfsetospeed（&newtio,BAUDRATE）; / Enable the receiver and set local mode newtio.c_cflag |= （CLOCAL | CREAD）; / make setting take effect tcsetattr（fd,TCSANOW,&newtio）; /set parity 8E1 newtio.c_cf

40、lag |= PARENB ; newtio.c_cflag &= PARODD ; newtio.c_cflag &= CSTOPB ; newtio.c_cflag &= CSIZE ; newtio.c_cflag |= CS8 ; tcsetattr（fd, TCSANOW,&newtio）; / set hardware flow control or not?now disable newtio.c_cflag &= CRTSCTS; / select input canonical or raw ,now select raw input newtio.c_lflag &= （I

41、CANON | ECHO | ECHOE | ISIG）; tcsetattr（ fd, TCSANOW, &newtio）; newtio.c_iflag = IGNPAR | ICRNL; newtio.c_oflag = 0; newtio.c_ccVMIN=1; newtio.c_ccVTIME=5; tcflush（fd, TCIFLUSH）; tcsetattr（fd,TCSANOW,&newtio）;通信命令格式MOBYD閱讀器有許多自帶的API，不同的模式使用不同的命令組合。閱讀器遵守ISO 15693標(biāo)準(zhǔn)。在RFMLTS中間件中，采用的是Buffer Reader模式，即利用

42、閱讀器中的緩存來存儲標(biāo)簽的信息，根據(jù)這種模式的特點(diǎn)，中間件可以輪詢讀取已被存儲的信息，確保標(biāo)簽信息的完整性，提高定位的準(zhǔn)確性。常用的命令有： 得到閱讀器信息-0x31Read Data Buffer Info。信息格式如圖3-1所示：圖3-1 閱讀器信息圖 讀取buffer信息-0x21Read Buffer信息格式如圖3-2示：圖3-2 buffer信息圖TR-DATA:圖3-3 TR-DATA圖TR-DATA格式如圖3-3所示：圖3-3 TR-DATA圖DATA:DATA格式如圖3-4所示：圖3-4 DATA圖 清空已讀內(nèi)容-0x32Clear Data Buffer“Clear Data

43、 Buffer”命令用來清除已經(jīng)被0x21Read Buffer命令讀取了的信息，因此這個(gè)命令是與Read Buffer命令一一對應(yīng)的。Clear Data Buffer數(shù)據(jù)格式如圖3-5所示：圖3-5 Clear Data Buffer圖3.1.2 rf600(1) 網(wǎng)絡(luò)通信配置rf600使用網(wǎng)絡(luò)接口與主機(jī)相連，其默認(rèn)IP地址為192.168.0.254，端口為10001。通信的時(shí)候，數(shù)據(jù)包采用的是XML文件格式。rf600除了具有不同的工作模式外，還可以配置為不同的標(biāo)準(zhǔn)，例如美國標(biāo)準(zhǔn)ETSI、歐洲標(biāo)準(zhǔn)FCC等。rf600可以讀取EPC G2 C1、EPC G1、ISO 18000 3種類型

44、的標(biāo)簽。另外還可以對通道、IP地址等進(jìn)行設(shè)置。在中間件的設(shè)計(jì)過程中，關(guān)于rf600的一些基本設(shè)置都是使用閱讀器自帶的程序，按照應(yīng)用需求預(yù)先設(shè)置好的。(2) XML命令格式分析rf600閱讀器與主機(jī)進(jìn)行交互通信時(shí)，信息交互采用的是XML文件傳輸。在運(yùn)行該系統(tǒng)時(shí)，rf600已經(jīng)按照我們的要求配置完畢，因此我們只需最基本的交互命令即可，其中包括： 建立通信連接命令-host GreetingshostGreetingsGR_XML_1.2MobyWorkstationApp1.0MobyAdmin*XML文件格式為：當(dāng)Host向閱讀器發(fā)送該命令后，閱讀器向Host返回確認(rèn)信息。XML文件格式為：ho

45、stGreetingsSIMATIC RF660R Portal ReaderV1.1（01.01.00.00_01.08）V0.44.2USER該過程建立了閱讀器和Host之間的通信。 標(biāo)簽信息ter103,1,3,3,000000022006011713464501,127200當(dāng)閱讀器和Host通信建立后，閱讀器便以固定XML格式向Host不斷發(fā)送標(biāo)簽信息。典型的文件格式如下： 在里的是標(biāo)簽的詳細(xì)信息。其中包括通道，天線序號，標(biāo)簽類型和標(biāo)簽UID。3.2RFMLTS分析設(shè)計(jì)RFID中間件是一種面向消息的中間件（Message-Oriented Middleware，MOM），信息（Inf

46、ormation）是以消息（Message）的形式，從一個(gè)程序傳送到另一個(gè)或多個(gè)程序。在該系統(tǒng)中，我們設(shè)計(jì)的RFID中間件從架構(gòu)上看是以應(yīng)用程序?yàn)橹行牡?，利用RFID Reader廠商提供的API，以Hot Code方式直接編寫特定Reader讀取數(shù)據(jù)的Adapter。在演示環(huán)境中，我們采用了兩種不同頻段的Reader.一種是13.56MHz的Reader（MOBYD），另一種是860MHz的Reader（rf600）.該RFID中間件在判斷不同閱讀器之后，根據(jù)不同閱讀器的不同API，得到閱讀器里的數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)分析、過濾、狀態(tài)判斷等分析處理后，按照預(yù)先設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)包格式將數(shù)據(jù)發(fā)送給管理端。 R

47、FMLTS中間件的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如3-6所示：圖3-6 RFMLTS中間件的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖RFMLTS中間件的處理模塊流程如圖3-7所示：圖3-7 RFMLTS中間件的處理模塊流程圖一、閱讀器種類判斷模塊該模塊的主要功能是根據(jù)不同閱讀器具有的不同API接口以及不同連接方式，判斷閱讀器的種類，從而選擇與閱讀器對應(yīng)的信息收集模塊。二、閱讀器配置信息讀取模塊為了滿足定位的需要，我們在與閱讀器連接的主機(jī)中放置了一個(gè)與閱讀器和管理端有關(guān)的配置文件。配置文件中包括閱讀器的ID，IP， XY坐標(biāo)以及管理端的IP地址和通信端口。該模塊調(diào)用讀取函數(shù)讀取到文件中的數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)保存到設(shè)定的結(jié)構(gòu)體中，用于網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊。典型

48、的配置文件（client.conf）內(nèi)容如下：#ReaderIDReaderID = 22 /閱讀器ID號是唯一的#Reader IP AddrssRdrIPAddr = 192.168.0.254#Reader LocationRdrX = 1 /預(yù)留RdrY = 1 /預(yù)留#RdrMC IP Address and PortRdrMCAddr = 192.168.1.118 /管理端服務(wù)器IP地址RdrMCPort = 6009 /管理端服務(wù)器的通信端口 三、標(biāo)簽信息收集/分析模塊(1) MOBYD標(biāo)簽信息收集/分析模塊如果確定是MOBYD閱讀器，進(jìn)入該標(biāo)簽信息收集/分析模塊。由于在該系統(tǒng)

49、中，我們只關(guān)心標(biāo)簽的唯一標(biāo)識UID，因此只保存UID數(shù)據(jù)并且保留DB空間以備擴(kuò)展。該模塊首先調(diào)用Get Buffer Info命令讀取閱讀器的狀態(tài)，得到閱讀器緩存里的數(shù)據(jù)長度，根據(jù)該長度循環(huán)調(diào)用Read Buffer和Clear Buffer命令不斷讀取閱讀器里的標(biāo)簽信息，直至全部讀取并將標(biāo)簽的UID保存到特定的數(shù)組中后，再進(jìn)入下一個(gè)數(shù)據(jù)過濾模塊。(2) rf600標(biāo)簽信息收集/分析模塊如果確定使rf600閱讀器，進(jìn)入該標(biāo)簽信息收集/分析模塊。該模塊在得到閱讀器的標(biāo)簽數(shù)據(jù)后，調(diào)用按照要求設(shè)計(jì)的XML解析器解析XML文件，得到數(shù)據(jù)包中的有用信息。同樣我們只關(guān)心標(biāo)簽的唯一標(biāo)識UID，但是rf600

50、閱讀器可以讀取EPC C1、EPC C2、ISO 18000 3種不同的標(biāo)簽，標(biāo)簽UID長度不同，因此需要3個(gè)不同的數(shù)組存取不同的標(biāo)簽數(shù)據(jù)。此后進(jìn)入下一個(gè)數(shù)據(jù)過濾模塊。四、數(shù)據(jù)過濾模塊系統(tǒng)運(yùn)行期間，閱讀器向Host端發(fā)送大量標(biāo)簽信息，而這些信息中大部分是冗余信息，因此需要設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)過濾模塊從海量信息中過濾出唯一有用信息，這樣可以大大減小系統(tǒng)的處理時(shí)間，提高系統(tǒng)的整體性能。同時(shí)可以減小網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。該模塊主要是采用了一個(gè)隊(duì)列來完成過濾功能，將標(biāo)簽信息收集/分析模塊得到的標(biāo)簽信息存儲數(shù)組中的數(shù)據(jù)插入隊(duì)列，在插入過程中完成數(shù)據(jù)比較、過濾。最后將隊(duì)列中數(shù)據(jù)存入特定結(jié)構(gòu)體（aTagsQuery）中。五、標(biāo)簽狀

51、態(tài)判斷模塊該模塊的主要功能是判斷標(biāo)簽的狀態(tài)，標(biāo)簽狀態(tài)有三種：新進(jìn)入（new coming）、保持（hold on）、離開（left）。六：網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊是循環(huán)的最后一個(gè)模塊，主要功能是按照設(shè)定的數(shù)據(jù)包格式進(jìn)行組包，并向管理端服務(wù)器發(fā)包。為了使管理端實(shí)現(xiàn)對客戶端的統(tǒng)一處理，MOBYD和rf600組包過程中的包格式都采用相同的結(jié)構(gòu)。唯一的差別是UID長度的不同。3.3 RFMLTS的特點(diǎn)RFMLTS中間件設(shè)計(jì)完成后，通過測試，RFMLTS實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的目標(biāo)和要求，讀取標(biāo)簽信息的準(zhǔn)確率達(dá)到100%，運(yùn)行也非常穩(wěn)定。其最明顯的特點(diǎn)是：1 實(shí)現(xiàn)了管理端對底層閱讀器的統(tǒng)一管理，底層的閱讀器對管理端

52、來說是透明的，管理端不需了解底層的閱讀器種類和標(biāo)簽類型。這樣一來，即使存儲RFID標(biāo)簽信息的數(shù)據(jù)庫軟件或后端應(yīng)用程序增加或改由其他軟件取代，或者讀寫RFID讀寫器種類增加等情況發(fā)生時(shí)，應(yīng)用端不需修改也能處理，省去多對多連接的維護(hù)復(fù)雜性問題。2 當(dāng)系統(tǒng)中加入新類型的閱讀器時(shí)，只需要在RFMLTS加入獲取該閱讀器相關(guān)信息的處理模塊，操作非常簡單。同時(shí)中間件的其他模塊不需要修改就可以將新閱讀器的數(shù)據(jù)按照管理端的處理要求發(fā)送。第四章 RFID定位系統(tǒng)分析及設(shè)計(jì)4.1 RFID應(yīng)用場景RFID技術(shù)自誕生以來一直有很好的應(yīng)用。日前，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，信息資源的網(wǎng)絡(luò)化共享和遠(yuǎn)程監(jiān)控已成為各個(gè)領(lǐng)域新的需求，

53、并且隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟，這些新的需求正逐漸變成現(xiàn)實(shí)。特別是在WLAN，Bluetooth，ZigBee等無線技術(shù)不斷涌現(xiàn)的今天，RFID的應(yīng)用絕不再局限于閉環(huán)的電子識別，隨著與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的融合RFID將在眾多的領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。4.1.1 典型應(yīng)用場景的技術(shù)需求分析RFID的定位和跟蹤技術(shù)再配合圖形化的終端監(jiān)控，將在很多典型的場景中廣泛應(yīng)用，比如，大型國際會展的現(xiàn)場，大型貨物集散的港口碼頭，大量貨物堆放的倉儲庫，人員繁雜的大型醫(yī)院，貴重物品的運(yùn)輸和保管等等。一、大型國際會展的現(xiàn)場在大型國際會展現(xiàn)場，采用RFID定位和跟蹤技術(shù)將大大提高對參會人員的有效管理，比如在人海中快速確定某個(gè)人的當(dāng)前位

54、置，可以通過定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)；查看某個(gè)焦點(diǎn)人物都參觀了哪些會場和展覽點(diǎn)，可以通過瀏覽他的歷史位置記錄實(shí)現(xiàn)；當(dāng)然也可以按照參會人員的國籍、行業(yè)、年齡等對其分類，實(shí)時(shí)查看某一組人的位置信息或者監(jiān)控全場人員的位置分布情況等。二、大型貨物集散的港口碼頭在大型貨物集散的港口碼頭，采用RFID定位和跟蹤技術(shù)將提高對集裝箱信息收集的效率，并通過圖形化位置信息管理提高貨物調(diào)度的效率，從而大大節(jié)約時(shí)間成本。首先通過可移動(dòng)的手持Reader對貼有Tag的集裝箱進(jìn)行識別，從而確定Tag的位置，再通過無線的網(wǎng)絡(luò)連接把收集到的信息傳送至碼頭管理控制中心，完成信息的分析和處理。在這個(gè)場景中，網(wǎng)絡(luò)中以可移動(dòng)的手持RFID Re

55、ader識別為主，同時(shí)架設(shè)一些位置固定的Reader，貼有Tag的集裝箱是經(jīng)常移動(dòng)的，但相對于Reader的移動(dòng)速度要慢一些。三、大量貨物堆放的倉儲庫在大量貨物堆放的倉儲庫，提貨時(shí)經(jīng)常需要花費(fèi)大量的時(shí)間尋找想要的貨物，造成人力物力財(cái)力不必要的浪費(fèi)。采用RFID的定位和跟蹤技術(shù)，通過記錄貨物存放的位置信息和物體搬移的位置記錄，可以通過總控管理中心直接顯示貨物的當(dāng)前位置，大大提高了工作效率。四、可應(yīng)用場景抽象通過對上述典型場景的分析，對于基于RFID技術(shù)的定位和跟蹤系統(tǒng)，可以抽象出如下的特征模型樹圖，如圖4-1所示：圖4-1 可應(yīng)用場景特征模型樹是否移動(dòng)R靜T動(dòng)R動(dòng)T靜R動(dòng)T動(dòng)無重疊有重疊一R一T

56、一R多T多R一T多R多T快慢快慢快慢快慢一R一T一R多T多R一T多R多T快慢快慢快慢快慢一R一T一R多T多R一T多R多T快慢快慢快慢快慢R - RFID readerT RFID Tag 在RFID技術(shù)應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)中不存在所有目標(biāo)全部靜止的情況，按移動(dòng)性劃分可以分成三種情況：w Reader 靜止Tag移動(dòng)w Reader 移動(dòng)Tag靜止w Reader 移動(dòng)Tag移動(dòng)。就Reader 靜止Tag移動(dòng)的情況而言，按Reader的射頻范圍是否有重疊，可以劃分為兩種情況：w 射頻覆蓋分區(qū)無重疊w 射頻覆蓋為全覆蓋有重疊。在Reader無重疊時(shí)按Reader與Tag的關(guān)系可分為兩種情況，在某一時(shí)刻：w

57、 一個(gè)Reader識別一個(gè)Tagw 一個(gè)Reader識別多個(gè)Tag。在Reader覆蓋有重疊時(shí)按Reader與Tag的關(guān)系可分為兩種情況，在某一時(shí)刻：w 多個(gè)Reader識別一個(gè)Tagw 多個(gè)Reader識別多個(gè)Tag。就Reader移動(dòng)的情況而言，按Reader與Tag的關(guān)系可分為四種情況，在某一時(shí)刻：w 一個(gè)Reader識別一個(gè)Tagw 一個(gè)Reader識別多個(gè)Tagw 多個(gè)Reader識別一個(gè)Tagw 多個(gè)Reader識別多個(gè)Tag。以上各種情況都需要考慮目標(biāo)移動(dòng)相對速度的問題，目標(biāo)移動(dòng)快慢是一個(gè)相對的概念，這與Reader射頻覆蓋范圍的半徑、RFID硬件設(shè)備識別速度等因素有關(guān)?？蓱?yīng)用場

58、景分析RFID 定位和跟蹤系統(tǒng)一般包括RFID Tag，Reader，底層通信網(wǎng)絡(luò)和管理中心四個(gè)組成部分。所謂定位，是指能夠確定目標(biāo)的當(dāng)前位置信息；所謂跟蹤，是指能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控目標(biāo)。因此，下面首先分析目標(biāo)的定位技術(shù)。在Reader靜止Tag移動(dòng)的情況下，Reader的位置信息很容易獲得，底層通信網(wǎng)絡(luò)可以是有線連接也可以是無線連接。當(dāng)Tag進(jìn)入某個(gè)Reader的射頻范圍，Reader首先能夠識別Tag，然后通過底層網(wǎng)絡(luò)通信將Tag的有關(guān)信息傳送至管理中心，在管理中心通過固定Reader的配置文件得到詳細(xì)的位置信息，并可以以各種形式顯示出來。在覆蓋無重疊的情況，Tag在某一時(shí)刻位于某個(gè)Reader附

59、近，在覆蓋有重疊的情況，Tag位于多個(gè)Reader射頻范圍的重疊區(qū)域。在Reader移動(dòng)的情況下，首先要解決的是如何獲得Reader的位置信息，在成本允許的情況下，可以考慮采用GPS定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)中Reader的定位。同時(shí)要求底層的通信網(wǎng)絡(luò)必須是無線的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，并且對物體的移動(dòng)有很好的支持。4.1.2RFID定位系統(tǒng)適應(yīng)的場景基于對RFID定位和跟蹤應(yīng)用的分析，在研究和實(shí)現(xiàn)這樣一個(gè)系統(tǒng)時(shí)候，我們按照由簡到繁，逐步升級的路線進(jìn)行。在系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)時(shí)力求接口開放，具有良好的可擴(kuò)展性。圖4-2 RFID定位系統(tǒng)適應(yīng)場景示意圖是否移動(dòng)R靜T動(dòng)R動(dòng)T靜R動(dòng)T動(dòng)無重疊有重疊一R一T一R多T多R一T多R多T快慢快慢快慢快慢一R一T一R多T多R一T多R多T快慢快慢快慢快慢一R一T一R多T多R一T多R多T快慢快慢快慢快慢R - RFID readerT RFID Tag 在第一階段，計(jì)劃研究和實(shí)現(xiàn)在無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，RFID reader固定不動(dòng)Tag移動(dòng)且Reader的射頻覆蓋范圍無重疊時(shí)RFID的定位和跟蹤系統(tǒng)，如圖4-2紅色粗線部分所示。4.2 RFID定位系統(tǒng)功能的總體分析基于Ad Hoc無線網(wǎng)絡(luò)的RFID定位系統(tǒng)（以下簡稱RFID定位系統(tǒng)，RFID Location And Tracking System，RFLTS）主要是在Ad Hoc無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下結(jié)合RFID射頻技術(shù)，在充分利用兩種