1. Принципы технологии RFIDТехнология радиочастотной идентификации (RFID) — это простая в управлении технология, подходящая для области автоматического управления. Она использует характеристики передачи индуктивной и электромагнитной связи или отражения радара для автоматической идентификации объектов. Радиочастота (RF) — это электромагнитная волна с определенной длиной волны, частота которой описывается в кГц, МГц, ГГц, от низких частот до микроволн.
2. Основная структура системы внутреннего позиционирования RFID
Эта система обычно состоит из электронных меток, считывателей RFID, промежуточного программного обеспечения и компьютерной базы данных, как показано на рисунке 2. Метки и считыватели RFID обмениваются данными через канал передачи пространственных электромагнитных волн, создаваемый антеннами. В приложениях позиционирования считыватель RFID размещается на движущемся объекте, а электронные метки встраиваются в рабочую среду. На электронных метках хранится информация для идентификации положения, а считыватель подключается к информационной базе данных по проводной или беспроводной связи.
Структура системы внутреннего позиционирования RFID
3. Типичная система внутреннего позиционирования RFID: LANDMARKСистема LANDMARK является типичной системой внутреннего позиционирования с использованием RFID. Она анализирует и вычисляет значения RSSI сигнала эталонных и неизвестных меток, используя алгоритм «ближайшего соседа» и эмпирические формулы для определения координат позиционируемых меток.
Точность позиционирования системы LANDMARK: в среднем 1 м.
Недостатки: Система LANDMARK имеет несколько недостатков. Во-первых, точность позиционирования определяется положением эталонных меток, что влияет на позиционирование. Во-вторых, для повышения точности требуется увеличить плотность эталонных меток, но это может вызвать значительные помехи и повлиять на силу сигнала. В-третьих, из-за необходимости вычисления евклидова расстояния между эталонными и неизвестными метками по формулам вычислительная нагрузка высока.
4. Применимость технологии RFID в различных частотных диапазонахОбычные частотные диапазоны RFID включают: низкую частоту (НЧ), высокую частоту (ВЧ), ультравысокую частоту (УВЧ) и микроволны. Для систем внутреннего позиционирования сравнение радиочастотных сигналов в разных диапазонах приведено в таблице 1.
Таблица 1: Сравнение характеристик радиочастотных сигналов в разных диапазонах RFID
На основе приведенного сравнения в данной статье предлагается, что создание беспроводной сети позиционирования с использованием микроволновых сигналов 2,45 ГГц является осуществимым и эффективным. Частота 2,45 ГГц привлекает все больше внимания и применения, имеет растущую глобальную универсальность, лучшую полосу пропускания по сравнению с другими диапазонами, более высокую скорость передачи, а также антенны и продукты на 2,45 ГГц становятся все меньше, что делает их более портативными и удобными в использовании.
5. Два типа беспроводных систем внутреннего позиционирования RFID на основе диапазона 2,45 ГГц
Технология беспроводной локальной сети (WLAN) (Wi-Fi/IEEE 802.11b):Беспроводной Ethernet на основе стандарта IEEE 802.11b успешно вошел в социальную жизнь человека, широко применяется в университетских городках, на рабочих местах и в общественных местах. Пользователи могут легко получать беспроводные сигналы с помощью мобильных телефонов, ноутбуков или КПК. Технология WLAN также может быть легко применена в системах внутреннего позиционирования. Точки доступа AP или беспроводные сетевые карты в WLAN могут удобно измерять силу беспроводного сигнала, что позволяет определять местоположение путем сопоставления силы сигнала. Метод отпечатков пальцев (location fingerprint) является распространенной техникой WLAN для внутреннего позиционирования, типичная система — RADAR, разработанная Microsoft.
Система внутреннего позиционирования RADAR на основе RSSI работает в два этапа: сначала offline сбор информации о местоположении и значениях RSSI от нескольких фиксированных точек AP в зоне покрытия системы, передача по проводной сети в центр данных для формирования базы данных отпечатков пальцев; затем в реальном времени измерение силы сигнала от целевого объекта и анализ с использованием метода ближайшего соседа для определения его местоположения.
Точность: 2~3 м. Недостатки: большой объем работы по сбору данных, и для достижения высокой точности расчет и настройка фиксированных точек AP относительно сложны.
ZigBee/IEEE 802.15.4:
Технология ZigBee используется для беспроводной связи на коротких расстояниях, в основном для беспроводных персональных сетей (PAN). Сетевая система демонстрирует такие характеристики, как малая дальность, низкое энергопотребление и низкая стоимость, что соответствует требованиям систем внутреннего позиционирования. Такие системы состоят из опорных узлов и мобильных узлов, расположенных в сенсорных сетях. Опорные узлы являются статическими и отправляют информацию о местоположении и значения RSSI мобильным целевым узлам, которые затем записывают данные в модуль позиционирования для расчета собственного положения. Система часто использует распределенное размещение узлов для уменьшения нагрузки на сеть и задержек связи.
Точность: до 2 м, в среднем 1 м. Недостатки: стабильность сети еще нуждается в улучшении, она подвержена влиянию окружающей среды.
**Резюме:** Технология RFID подходит для систем внутреннего позиционирования, она удобна в реализации, обеспечивает удовлетворительную точность позиционирования и имеет низкую стоимость. На основе изучения типичной системы LANDMARK в будущем можно улучшить ее недостатки, используя 2,45 ГГц для создания беспроводных сетей позиционирования, чтобы повысить эффективность и точность. Среди технологий ZigBee особенно подходит для исследования систем внутреннего позиционирования благодаря простой структуре, легкому развертыванию, отличной производительности, очень низкому энергопотреблению и удобному достижению требуемого эффекта позиционирования. Дальнейшие исследования и разработки по улучшению конструкции систем внутреннего позиционирования на основе ZigBee необходимы, что сделает его хорошим примером и применением для изучения технологии RFID.