基于RFID在Rifidi中的仿真研究

摘要：無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別技術(shù)(Radio Frequency Identincation)是一種利用無(wú)線(xiàn)電射頻信號(hào)進(jìn)行通信的非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它具有高效、快速、可靠、非視距讀取和可工作于惡劣環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在數(shù)據(jù)采集和商品識(shí)別領(lǐng)域。但由于開(kāi)發(fā)一個(gè)RFID項(xiàng)目需要大量的資金、設(shè)備和人力資源的投入，而Rifidi的仿真應(yīng)用解決了這一問(wèn)題。Rifidi可以快速地評(píng)估多種不同的系統(tǒng)配置和方案的應(yīng)用，從而使企業(yè)以最小的投入得到最大的效益產(chǎn)出。
關(guān)鍵詞：Rifidi；RFID；仿真研究；VSA

射頻識(shí)別(Radio Frequency Identification，RFID)技術(shù)，作為快速、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確采集與處理信息的高新技術(shù)和信息標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)，已經(jīng)被公認(rèn)為本世紀(jì)十大重要技術(shù)之一。
本課題主要講述射頻識(shí)別(RFID)在仿真軟件Rifidi中的仿真應(yīng)用。RFID是一種新型的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，具有很多優(yōu)點(diǎn)。但由于在射頻識(shí)別(RFID)讀寫(xiě)器和天線(xiàn)的安裝過(guò)程中，實(shí)施人員有時(shí)要絞盡腦汁地滿(mǎn)足速率要求和反復(fù)調(diào)試各種方案才能達(dá)到最好的讀取效果。另外，即便實(shí)施人員已經(jīng)設(shè)計(jì)了一種安裝方案并調(diào)試成功，但是該方案在實(shí)際應(yīng)用中究竟有多大的作用依然是個(gè)未知數(shù)，一旦不能滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用的需要，調(diào)整方案所帶來(lái)的“回滾”不僅會(huì)耗費(fèi)大量的人力、物力，更有可能使測(cè)試工作回到“原點(diǎn)”。
基于這個(gè)目的，可以利用一個(gè)有趣的工具Rifidi，Rifidi軟件仿真工具可以快速地評(píng)估多種不同的系統(tǒng)配置和方案的應(yīng)用，并同時(shí)從每一次分析中獲取比物理測(cè)試所能提供的更多的信息。其基本思想是，在一個(gè)完全仿照讀寫(xiě)器和標(biāo)簽安裝環(huán)境的模擬環(huán)境中，仿真RFID讀寫(xiě)器和標(biāo)簽的性能以及實(shí)際生產(chǎn)線(xiàn)的運(yùn)作情況。通過(guò)預(yù)測(cè)RFID標(biāo)簽和讀寫(xiě)器在實(shí)際工作環(huán)境下的回波率和回波損耗，預(yù)測(cè)生產(chǎn)線(xiàn)的阻塞情況和運(yùn)行效率，工程師可以方便、快捷地估計(jì)各種設(shè)計(jì)參數(shù)，確定發(fā)生RFID讀取速度和效率問(wèn)題以及生產(chǎn)線(xiàn)阻塞的根本原因。因此，本課題設(shè)計(jì)了一個(gè)基于RFID的新的感知應(yīng)用平臺(tái)，一個(gè)虛擬的店員，并通過(guò)用Rifidi仿真軟件模擬分析了一個(gè)在真實(shí)的公司可運(yùn)作的業(yè)務(wù)流程。

1 RFID的背景介紹
1．1 RFID的系統(tǒng)組成
最簡(jiǎn)單的RFID系統(tǒng)一般由閱讀器(Reader)和標(biāo)簽(Tag)組成。標(biāo)簽放置在被識(shí)別的物體上；閱讀器可以是讀或?qū)懀x裝置，取決于所使用的結(jié)構(gòu)和技術(shù)。射頻標(biāo)簽與閱讀器之間通過(guò)天線(xiàn)架起空間電磁波傳輸?shù)耐ǖ?。空間傳輸通道中的發(fā)生的過(guò)程可歸結(jié)為三種事件模型。數(shù)據(jù)交換式目的，時(shí)序是數(shù)據(jù)交換的實(shí)現(xiàn)方式，能量是時(shí)序得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。
1．2 RFID系統(tǒng)分類(lèi)
1)按信號(hào)頻段分類(lèi)低頻(9～135 kHz)：使用這個(gè)頻段的系統(tǒng)有一個(gè)缺點(diǎn)，識(shí)讀距離只有幾厘米。但是由于該頻段的信號(hào)能穿透動(dòng)物體內(nèi)的高濕環(huán)境，因此被應(yīng)用于動(dòng)物識(shí)別。
高頻(13．56 MHz)：這是一個(gè)開(kāi)放頻段，標(biāo)簽的識(shí)讀距離最遠(yuǎn)至1～1．5 m，寫(xiě)入距離最遠(yuǎn)也可達(dá)1 m。
超高頻(300 MHz～1．2 GHz)：這個(gè)頻段的標(biāo)簽和閱讀器在空氣中的有效通訊距離最遠(yuǎn)。
微波(2．45～5．2 GHz)：這個(gè)頻段的優(yōu)勢(shì)在于其受各種強(qiáng)電磁場(chǎng)(如電機(jī)、焊接系統(tǒng)等)的干擾較小，識(shí)別距離介于高頻和超高頻系統(tǒng)之間，而且標(biāo)簽可以設(shè)計(jì)得很小，但是成本較高。
2)按標(biāo)簽分類(lèi)標(biāo)簽可以通過(guò)閱讀器發(fā)射的無(wú)線(xiàn)電信號(hào)產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)而獲得電源，也可以由內(nèi)置的電池驅(qū)動(dòng)。前者稱(chēng)為被動(dòng)標(biāo)簽，后者為主動(dòng)標(biāo)簽。被動(dòng)標(biāo)簽范圍為幾厘米到10 m，而主動(dòng)標(biāo)簽讀取距離可達(dá)1～200 m。

2 RFID仿真軟件Rifidi的介紹
Rifidi是建立在RFID各個(gè)方面應(yīng)用的一個(gè)完整的中間件平臺(tái)。與業(yè)界領(lǐng)先的原型制作工具和先進(jìn)的RFID中間件服務(wù)器相聯(lián)系，Rifidi可以使你對(duì)RFID的設(shè)計(jì)理念變成實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用。Rifidi平臺(tái)主要是有兩個(gè)不同組件組成的，一個(gè)注重原型的設(shè)計(jì)，一個(gè)注重產(chǎn)品的應(yīng)用發(fā)展及部署規(guī)劃。
Rifidi工具包是Eclipse依據(jù)集成電路設(shè)備旨在Rifidi環(huán)境中塑造和模擬RFID硬件和RFID事件。用這個(gè)工具包我們可以構(gòu)建一個(gè)真實(shí)環(huán)境中擁有相同的閱讀器，標(biāo)簽和事件的一個(gè)虛擬的RFID環(huán)境。
Rifidi Edge是開(kāi)發(fā)和部署RFID應(yīng)用的強(qiáng)大的中間件平臺(tái)。Rifidi Edge為RFID與其他傳感器設(shè)備的相互作用的復(fù)雜性提供了便捷，并且提供一個(gè)叫Esper(一個(gè)復(fù)雜事件處理和事件流處理應(yīng)用的組件)作為它的規(guī)則引擎，該引擎已經(jīng)為RFID數(shù)據(jù)處理定制。建立一個(gè)輕量級(jí)，模塊化部署的服務(wù)器平臺(tái)叫做Equinox OSGI，Rifidi Edge為你提供了強(qiáng)大的商業(yè)應(yīng)用環(huán)境，促使RFID硬件和RFID數(shù)據(jù)處理之間可以相互通信交流。
Rifidi工具包是一個(gè)為建立面向RFID原型的產(chǎn)品套件。該Rifidi工具包的核心是一個(gè)可以模擬RFID閱讀器到它的通信協(xié)議和標(biāo)簽讀取的仿真引擎。Rifidi工具包是由一個(gè)仿真引擎和三個(gè)不同的軟件一起組合使用，從而才能幫助執(zhí)行一個(gè)完整的RFID原型產(chǎn)品。
Rifidi工具包主要包括以下3部分：Emulator(仿真器)，Designer(設(shè)計(jì))，Tag Streamer(標(biāo)簽流)。
Emulator：Rifidi Emultor 是Rifidi工具包的核心開(kāi)發(fā)工具。它能夠模擬閱讀器和標(biāo)簽，并且能夠很好的和硬件連接起來(lái)，它還集成了一個(gè)腳本引擎來(lái)給標(biāo)簽和標(biāo)簽的閱讀創(chuàng)建3D場(chǎng)景。
Designer：Rifidi Designer是一個(gè)建立在仿真引擎基礎(chǔ)上自定義演示工具，可以提供豐富的3D場(chǎng)景供演示。
Tag Streamer：Rifidi Tag streamer是一個(gè)負(fù)載測(cè)試工具，允許你生成大量的虛擬閱讀器和標(biāo)簽來(lái)測(cè)試RFID系統(tǒng)。

3 RFID在Rifidi中的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
3．1 Rifidi工具包
Rifidi作為一款RFID系統(tǒng)的的仿真軟件工具，它可以創(chuàng)建真實(shí)環(huán)境中RFID的所需要的3D場(chǎng)景。它也就是一種可以仿真RFID閱讀器在閱讀器和客戶(hù)機(jī)端直接的程序，也就是說(shuō)一個(gè)用戶(hù)可以像和一個(gè)真正的閱讀器一樣和Rifidi閱讀器進(jìn)行信息交流，以下將主要用Designer和Emu-ltor進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。
3．1．1 Designer
打開(kāi)這個(gè)軟件時(shí)候，可以看到整個(gè)窗口主要由4部分組成如圖1所示。

在屏幕的左上方的方框中可以看到構(gòu)建3D場(chǎng)景所必須的一些元器件(包括gate，box等)；
在左下方可以看到3D場(chǎng)景的迷你圖形；
在屏幕的中心便是所要構(gòu)建的3D，可以在這里貼加所需的元器件；
在窗口的3D場(chǎng)景下有一系列的性能列表，可以改變其性能值；
首先，創(chuàng)建一個(gè)新的場(chǎng)景，并給它一個(gè)名稱(chēng)，選擇合適的大小放置在合適的地方。它允許貼加一些預(yù)定義的對(duì)象如conveyors，gates，push-arm，boxes等。每個(gè)對(duì)象都有它特定的屬性(例如靈敏度和速度)，這取決于對(duì)象的類(lèi)型。放置在3D場(chǎng)景中的物體都可以被旋轉(zhuǎn)，刪除，并且它們之間要通過(guò)GPIO(通過(guò)輸出輸入)相互影響作用。特別是，此屬性必須被激活在創(chuàng)建對(duì)象的時(shí)候使用。GPIO的典型使用push-arm被門(mén)激活(例如，如果一個(gè)閱讀器檢測(cè)到某個(gè)RFID標(biāo)簽，Push-arm將會(huì)被激活，從而去移動(dòng)標(biāo)記有該標(biāo)簽的問(wèn)題)。每個(gè)添加到3D場(chǎng)景中的對(duì)象可以在運(yùn)行當(dāng)中被啟用或禁用。
每個(gè)門(mén)都擁有特定的IP地址和端口，通過(guò)它這樣就可以監(jiān)測(cè)通過(guò)門(mén)的標(biāo)簽。一個(gè)控制臺(tái)可以幫助用戶(hù)分析每次讀取的標(biāo)記的過(guò)程當(dāng)一個(gè)虛擬盒子通過(guò)時(shí)。