物聯(lián)網(wǎng)中無線傳感器節(jié)點(diǎn)和RFID數(shù)據(jù)融合的方法

摘要：針對當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)感知層在感知多源信息時(shí)，尚沒有一種很好的融合方法的問題，根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)和射頻識別(RFID)網(wǎng)絡(luò)自身的特點(diǎn)，通過引入數(shù)據(jù)融合器，提出了一種將電子產(chǎn)品編碼(EPC)和環(huán)境參數(shù)建立映射關(guān)系的方法。將該方法應(yīng)用于超市倉儲管理系統(tǒng)，對其編碼并且構(gòu)建原型系統(tǒng)，該方法能夠明顯提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行?，試?yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所提出方法的正確性和有效性。
關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；無線傳感器節(jié)點(diǎn)；射頻識別；數(shù)據(jù)融合；產(chǎn)品電子編碼

物聯(lián)網(wǎng)是指通過射頻識別(RFID)、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。
近年來，全球主要發(fā)達(dá)國家和地區(qū)紛紛拋出與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的信息化戰(zhàn)略。2002年4月，韓國提出“e-Korea”戰(zhàn)略；2004年，日本提出“U-Japan”計(jì)劃；2006年6月，新加坡公布了“智慧國2015”大藍(lán)圖；2008年底IBM向美國政府提出的“智慧地球”戰(zhàn)略，2009年6月歐盟啟動“物聯(lián)網(wǎng)行動計(jì)劃”等，都是利用各種信息技術(shù)來突破互聯(lián)網(wǎng)的物理限制，以實(shí)現(xiàn)無處不在的物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。目前世界各國正處于技術(shù)研發(fā)階段，美國、歐盟等都在投入巨資深入探索研究物聯(lián)網(wǎng)。我國在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的布局較早，中科院10年前就啟動了傳感網(wǎng)研究，目前國內(nèi)多家科研單位正加緊研發(fā)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2009年8月，中國提出了“感知中國”。
物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，如智能交通、智能電網(wǎng)、智能監(jiān)控、遠(yuǎn)程醫(yī)療、環(huán)境保護(hù)、公共安全和物品管理等等，涉及到生活的方方面面。
超市倉儲管理系統(tǒng)是物品管理中的典型實(shí)例，在這個(gè)系統(tǒng)中經(jīng)常需要同時(shí)獲得物品的基本信息和環(huán)境參數(shù)，對于食品存儲要求更嚴(yán)格，不但要獲取食品的生產(chǎn)商、生產(chǎn)日期等基本信息，還要獲取食品所處的環(huán)境參數(shù)，如溫度、濕度等。這些信息都要由物聯(lián)網(wǎng)的感知層獲取，在感知層中主要有2種網(wǎng)絡(luò)：RFID網(wǎng)絡(luò)和WSN，RFID網(wǎng)絡(luò)獲取食品的生產(chǎn)商、生產(chǎn)日期等基本信息：WSN獲取食品所處環(huán)境溫度、濕度等參數(shù)。存在的問題是如何將兩種數(shù)據(jù)很好地融合，保證兩種數(shù)據(jù)融合正確性的同時(shí)要盡可能地減少數(shù)據(jù)量，這樣更能適應(yīng)WSN要求低能耗特性。
通過分析，兩者是有共同點(diǎn)的，即都是將物理世界的信息轉(zhuǎn)換成信息世界的數(shù)據(jù)，無線傳感器節(jié)點(diǎn)(WSNd)和RFID最終將融合為一體。文獻(xiàn)提出了融合方法，但是也存在以下不足：1)不支持被動式標(biāo)簽，較高的產(chǎn)品生產(chǎn)成本；2)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較大，增加了傳感器節(jié)點(diǎn)的負(fù)擔(dān)。從物聯(lián)網(wǎng)感知層的角度出發(fā)，本文提出的融合方法將很好地解決這些問題。

1 物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)
物聯(lián)網(wǎng)具有3個(gè)特性：1)全面感知，即利用RFID、傳感器等隨時(shí)隨地獲取物品的信息；2)可靠傳遞，是通過各種電信網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)融合，將物品的信息實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地傳遞出去；3)智能處理，利用云計(jì)算、模糊識別等各種計(jì)算方式對海量數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行分析處理，對物品實(shí)施智能化控制。這就構(gòu)成了物聯(lián)網(wǎng)的三層模式：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，如圖1所示。

其中，感知層包括RFID、傳感器等數(shù)據(jù)采集設(shè)備，包括數(shù)據(jù)接入到網(wǎng)關(guān)之前的傳感器網(wǎng)絡(luò)，對于目前關(guān)注較多的RHD網(wǎng)絡(luò)來講，用來感知RFID信息的感應(yīng)器、掃描儀和貼在物品上的RFID標(biāo)簽屬于物聯(lián)網(wǎng)感知層的一種網(wǎng)絡(luò)。這種檢測信息是RFID標(biāo)簽的內(nèi)容，如高速公路不停車收費(fèi)系統(tǒng)、超市倉儲管理系統(tǒng)都是基于這類結(jié)構(gòu)的物聯(lián)網(wǎng)。用于環(huán)境信息收集的WSN由無線傳感節(jié)點(diǎn)和接入網(wǎng)關(guān)組成，無線節(jié)點(diǎn)感知信息(如溫度、濕度等)，并自行組網(wǎng)傳遞到上層網(wǎng)關(guān)接入點(diǎn)，由網(wǎng)關(guān)將收集到的信息通過網(wǎng)絡(luò)層提交到后臺處理。環(huán)境監(jiān)控、污染監(jiān)控都是這類結(jié)構(gòu)的感知層網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)層是建立在現(xiàn)有的移動通訊網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上，對感知數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和管理。應(yīng)用層利用經(jīng)過分析處理的感知數(shù)據(jù)為用戶提供豐富的特定服務(wù)，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用可分為監(jiān)控型、查詢型、控制型和掃描型等。