RFID定位方案中的Wi-Fi運用

隨著移動通信需求的日益增長，允許訪問特定位置信息在普適計算及應(yīng)用方面表現(xiàn)出廣泛的重要性。在室外環(huán)境下，基于全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS）的全球定位系統(tǒng)（GPS）或者北斗星定位系統(tǒng)已經(jīng)可以滿足一定的室外定位需求。然而，這些技術(shù)并不能很好的運用在室內(nèi)定位系統(tǒng)中，必須采用一些替代技術(shù)。

為了實現(xiàn)這個目標(biāo)，基于IEEE802.11無線局域網(wǎng)（Wi-Fi）的技術(shù)提供了一個高性價比的解決方案。實際應(yīng)用中也已經(jīng)提出了許多算法方案，包括測量接收信噪比（SNR），以及使用更廣泛的接收信號強度指示（RSSI）。室內(nèi)定位問題必須要考慮室內(nèi)環(huán)境所表現(xiàn)出的傳輸信道特性，由于墻壁和障礙物的影響，會帶來多徑衰弱、吸收以及遮蔽等一系列問題。因此，基于幾何角的測量技術(shù)，比如到達角（AOA）、到達相位（POA）、到達時間（TOA）或者到達時間差（TDOA）不能很好的應(yīng)用在室內(nèi)定位系統(tǒng)中。

近幾年，隨著射頻識別技術(shù)（Radio FrequentlyIdentification,RFID）的不段完善和推廣，并且憑借其重量輕、功耗低和識別能力強等獨特優(yōu)勢，逐步運用在各種場合中，如身份標(biāo)識、工程控制和定位追蹤等領(lǐng)域。本文的研究重點是將研究Wi-Fi無線傳輸技術(shù)與RFID識別技術(shù)相結(jié)合，通過RFID標(biāo)簽來實現(xiàn)Wi-Fi系統(tǒng)定位的解決方案。據(jù)初步檢索，國內(nèi)對基于Wi-Fi的RFID定位技術(shù)研究工作尚不多見，本文的工作是將對基于Wi-Fi的RFID定位系統(tǒng)的定位方案進行探討。

1 定位系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

射頻識別技術(shù)（RFID）是20世紀(jì)90年代起新興的一項自動識別技術(shù)，它主要通過標(biāo)簽對應(yīng)的唯一ID號識別標(biāo)志物。與傳感器技術(shù)類似，RFID技術(shù)被認(rèn)為是物聯(lián)網(wǎng)（The Internetof Things）一項支撐技術(shù)。某些人認(rèn)為，前者只是識別，沒有處理的能力，而后者可以對感知到的物品進行處理。和傳統(tǒng)的磁卡、IC卡相比，射頻卡最大的優(yōu)點就在于非接觸，因此，識別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識別高速運動物體并可同時識別多個標(biāo)簽，操作快捷方便。

RFID是一種簡單的無線系統(tǒng)，只有兩個基本器件，該系統(tǒng)用于控制、檢測和跟蹤物體。系統(tǒng)由一個閱讀器和多個標(biāo)簽組成。

RFID技術(shù)利用無線射頻方式在閱讀器和標(biāo)簽之間進行非接觸雙向傳輸數(shù)據(jù)，已達到目標(biāo)識別和數(shù)據(jù)交換的目的。最基本的RFID系統(tǒng)由三部分組成：電子標(biāo)簽（Tag）、讀寫器（Reader）和在標(biāo)簽與讀卡器間傳遞射頻信號的微型天線（Antenna）。

我們下面將要研究的定位測試平臺主要由多個支持RFID讀寫器功能的Wi-Fi接入點和內(nèi)置有RFID標(biāo)簽的Wi-Fi終端組成，圖1所示為定位系統(tǒng)的硬件框圖設(shè)計。

圖1 系統(tǒng)硬件框圖

2 定位方案

基于Wi-Fi的RFID定位方案我們將考慮采用以下兩種解決方案：（1）基于信號強度和到達時間差復(fù)合定位方案；（2）基于位置距離和角度的定位方案。

2 . 1 基于信號強度和到達時間差復(fù)合定位方案

對室內(nèi)Wi-Fi終端進行定位前，首先根據(jù)室內(nèi)實際情況規(guī)劃出室內(nèi)的終端分布圖，存入信息處理數(shù)據(jù)庫；然后根據(jù)室內(nèi)分布情況設(shè)置AP接入點，同時我們需要設(shè)置一個位置固定的參考標(biāo)簽，作為測量基準(zhǔn)點來幫助進行位置校準(zhǔn)， 設(shè)置的接入點數(shù)量根據(jù)具體的室內(nèi)情況而定。

當(dāng)Wi-Fi終端進入室內(nèi)后，AP接入點內(nèi)的RFID讀寫器被喚醒，再由讀寫器發(fā)出一個無線喚醒信號，喚醒Wi-Fi終端內(nèi)的RFID標(biāo)簽。標(biāo)簽接收到喚醒信號后，從休眠模式中喚醒，然后比較自身ID號與接收信號中的ID號是否一致，ID號不相符的標(biāo)簽再次進入休眠模式，而ID相符的標(biāo)簽則進入接收模式，接收信號并定位解算出其位置數(shù)據(jù)，并將位置數(shù)據(jù)送到處理器進行處理。文獻[4]中已經(jīng)研究了基于RFID的停車場無線定位方案，而我們提出了一種基于Wi-Fi的RFID定位方案，通過多個Wi-Fi AP接入點內(nèi)的讀寫器分別讀取待定位Wi-Fi終端內(nèi)的RFID標(biāo)簽，將獲得的位置數(shù)據(jù)進行融合，最終得到RFID標(biāo)簽的位置信息。如圖2給出了基于該定位算法的結(jié)構(gòu)化框圖。

圖2 基于信號強度的定位算法框圖