基于RFID在Rifidi中的仿真研究

摘要：無線射頻識別技術(shù)(Radio Frequency Identincation)是一種利用無線電射頻信號進行通信的非接觸式自動識別技術(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，被廣泛應(yīng)用在數(shù)據(jù)采集和商品識別領(lǐng)域。但由于開發(fā)一個RFID項目需要大量的資金、設(shè)備和人力資源的投入，而Rifidi的仿真應(yīng)用解決了這一問題。Rifidi可以快速地評估多種不同的系統(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

射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID)技術(shù)，作為快速、實時、準確采集與處理信息的高新技術(shù)和信息標準化的基礎(chǔ)，已經(jīng)被公認為本世紀十大重要技術(shù)之一。
本課題主要講述射頻識別(RFID)在仿真軟件Rifidi中的仿真應(yīng)用。RFID是一種新型的自動識別技術(shù)，具有很多優(yōu)點。但由于在射頻識別(RFID)讀寫器和天線的安裝過程中，實施人員有時要絞盡腦汁地滿足速率要求和反復調(diào)試各種方案才能達到最好的讀取效果。另外，即便實施人員已經(jīng)設(shè)計了一種安裝方案并調(diào)試成功，但是該方案在實際應(yīng)用中究竟有多大的作用依然是個未知數(shù)，一旦不能滿足實際應(yīng)用的需要，調(diào)整方案所帶來的“回滾”不僅會耗費大量的人力、物力，更有可能使測試工作回到“原點”。
基于這個目的，可以利用一個有趣的工具Rifidi，Rifidi軟件仿真工具可以快速地評估多種不同的系統(tǒng)配置和方案的應(yīng)用，并同時從每一次分析中獲取比物理測試所能提供的更多的信息。其基本思想是，在一個完全仿照讀寫器和標簽安裝環(huán)境的模擬環(huán)境中，仿真RFID讀寫器和標簽的性能以及實際生產(chǎn)線的運作情況。通過預測RFID標簽和讀寫器在實際工作環(huán)境下的回波率和回波損耗，預測生產(chǎn)線的阻塞情況和運行效率，工程師可以方便、快捷地估計各種設(shè)計參數(shù)，確定發(fā)生RFID讀取速度和效率問題以及生產(chǎn)線阻塞的根本原因。因此，本課題設(shè)計了一個基于RFID的新的感知應(yīng)用平臺，一個虛擬的店員，并通過用Rifidi仿真軟件模擬分析了一個在真實的公司可運作的業(yè)務(wù)流程。

1 RFID的背景介紹
1．1 RFID的系統(tǒng)組成
最簡單的RFID系統(tǒng)一般由閱讀器(Reader)和標簽(Tag)組成。標簽放置在被識別的物體上；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)。射頻標簽與閱讀器之間通過天線架起空間電磁波傳輸?shù)耐ǖ?。空間傳輸通道中的發(fā)生的過程可歸結(jié)為三種事件模型。數(shù)據(jù)交換式目的，時序是數(shù)據(jù)交換的實現(xiàn)方式，能量是時序得以實現(xiàn)的基礎(chǔ)。
1．2 RFID系統(tǒng)分類
1)按信號頻段分類低頻(9～135 kHz)：使用這個頻段的系統(tǒng)有一個缺點，識讀距離只有幾厘米。但是由于該頻段的信號能穿透動物體內(nèi)的高濕環(huán)境，因此被應(yīng)用于動物識別。
高頻(13．56 MHz)：這是一個開放頻段，標簽的識讀距離最遠至1～1．5 m，寫入距離最遠也可達1 m。
超高頻(300 MHz～1．2 GHz)：這個頻段的標簽和閱讀器在空氣中的有效通訊距離最遠。
微波(2．45～5．2 GHz)：這個頻段的優(yōu)勢在于其受各種強電磁場(如電機、焊接系統(tǒng)等)的干擾較小，識別距離介于高頻和超高頻系統(tǒng)之間，而且標簽可以設(shè)計得很小，但是成本較高。
2)按標簽分類標簽可以通過閱讀器發(fā)射的無線電信號產(chǎn)生感應(yīng)磁場而獲得電源，也可以由內(nèi)置的電池驅(qū)動。前者稱為被動標簽，后者為主動標簽。被動標簽范圍為幾厘米到10 m，而主動標簽讀取距離可達1～200 m。

2 RFID仿真軟件Rifidi的介紹
Rifidi是建立在RFID各個方面應(yīng)用的一個完整的中間件平臺。與業(yè)界領(lǐng)先的原型制作工具和先進的RFID中間件服務(wù)器相聯(lián)系，Rifidi可以使你對RFID的設(shè)計理念變成實際生產(chǎn)中的應(yīng)用。Rifidi平臺主要是有兩個不同組件組成的，一個注重原型的設(shè)計，一個注重產(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。用這個工具包我們可以構(gòu)建一個真實環(huán)境中擁有相同的閱讀器，標簽和事件的一個虛擬的RFID環(huán)境。
Rifidi Edge是開發(fā)和部署RFID應(yīng)用的強大的中間件平臺。Rifidi Edge為RFID與其他傳感器設(shè)備的相互作用的復雜性提供了便捷，并且提供一個叫Esper(一個復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。建立一個輕量級，模塊化部署的服務(wù)器平臺叫做Equinox OSGI，Rifidi Edge為你提供了強大的商業(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可以模擬RFID閱讀器到它的通信協(xié)議和標簽讀取的仿真引擎。Rifidi工具包是由一個仿真引擎和三個不同的軟件一起組合使用，從而才能幫助執(zhí)行一個完整的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)，Tag Streamer(標簽流)。
Emulator：Rifidi Emultor 是Rifidi工具包的核心開發(fā)工具。它能夠模擬閱讀器和標簽，并且能夠很好的和硬件連接起來，它還集成了一個腳本引擎來給標簽和標簽的閱讀創(chuàng)建3D場景。
Designer：Rifidi Designer是一個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場景供演示。
Tag Streamer：Rifidi Tag streamer是一個負載測試工具，允許你生成大量的虛擬閱讀器和標簽來測試RFID系統(tǒng)。

3 RFID在Rifidi中的設(shè)計與實現(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)建真實環(huán)境中RFID的所需要的3D場景。它也就是一種可以仿真RFID閱讀器在閱讀器和客戶機端直接的程序，也就是說一個用戶可以像和一個真正的閱讀器一樣和Rifidi閱讀器進行信息交流，以下將主要用Designer和Emu-ltor進行仿真實驗。
3．1．1 Designer
打開這個軟件時候，可以看到整個窗口主要由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)建一個新的場景，并給它一個名稱，選擇合適的大小放置在合適的地方。它允許貼加一些預定義的對象如conveyors，gates，push-arm，boxes等。每個對象都有它特定的屬性(例如靈敏度和速度)，這取決于對象的類型。放置在3D場景中的物體都可以被旋轉(zhuǎn)，刪除，并且它們之間要通過GPIO(通過輸出輸入)相互影響作用。特別是，此屬性必須被激活在創(chuàng)建對象的時候使用。GPIO的典型使用push-arm被門激活(例如，如果一個閱讀器檢測到某個RFID標簽，Push-arm將會被激活，從而去移動標記有該標簽的問題)。每個添加到3D場景中的對象可以在運行當中被啟用或禁用。
每個門都擁有特定的IP地址和端口，通過它這樣就可以監(jiān)測通過門的標簽。一個控制臺可以幫助用戶分析每次讀取的標記的過程當一個虛擬盒子通過時。