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基于有源RFID智能社区中人员定位系统简介
一、研究背景
世界范围内在室外定位技术中，包括美国的ＧＰＳ全球定位技术Ｗ、欧盟的伽利略球定位技术、中国的北斗全球定位技术、俄罗斯的格林纳斯全球定位技术，他们已广泛应用在全球的军用、民用的领域Ｗ。其中ＧＰＳ全球定位技术是应用最为广泛的、最具影响力的。ＧＰＳ是通讯卫星和终端接收设备相互交互信息，对目标物体实现经巧度定位。但是在室内定位方面，因为室内障碍物较多，并且存在非视距效应和多路径效应，信号很容易被外界因素干扰。基于室内环境的复杂性，ＧＰＳ不能对物体实施准确的经韩度的定位计算，定位产生的误差较大，甚至不能够对目标物体跟踪定位Ｗ。为克服ＧＰＳ这些缺点无线射频识别定位技术成为室内定位技术的热口技术。
射频识别技术简称RFID，是从２０世纪９０年代兴起的一种无线自动识别技术，其物理原理是通过电磁场藉合或磁场稱合者来发射电磁波来进行信息的传递，并通传递的信息来识别物体ＰＬ因此，RHD读写器读取标签时无需接触Ｗ。RF瓜具有便利应用、小体积、长寿命、大容量、无机械磨损、无需可见光源、可重复使用、强抗污染能力和强耐久性等特点。RFID标签可处在恶劣环境下工作，读取距离可Ｗ根据情况调整，能够采用防碰撞算法来支持多个目标、移动目标的识别。射频识别技术利用射频方式进行非接触式双向通信交换数据Ｗ达到识别和定位的目的。这种技术成本低、传输范围大，同时有非接触和非视距的优点，可望成为化选的室内定位技术。据调查，全球采用RFID实时定位系统的企业越来越多，业内专家预测，RFID实时定位系统在未来十年间将会呈现持续、快速的发展势头。实时定位系统的特点就是在恰当的时间提供准确的信息，从而提高效率，提供更好的服务。实时定位系统可广泛应用于医疗部口对病人的实时定位、企业对资产的管理与追逐、智能楼宇的人员追踪定位等领域。
当前对ＲＦ瓜定位技术的研究主要集中在两个方面，即定位算法和定位方案。比较流行的定位算法主要有Ｓ角定位法、位置指纹算法、空间邻近法。不同算法其定位精度、算法复杂度及对硬件的要求等都会有很大差别，因此在实现定位系统的时候需要根据实际的环境和需求选择合适的算法，或者对算法进行适当的改进Ｐ１。目前许多高校和企业都在研巧ＲＦＩＤ定位，提出了不少优秀的定位方案。
二、国内外研究现状
近年来在国外RFID发展势头良好，RFID的标准制定、天线技术、中间件、安全与隐私、防碰撞等方面王作己经广泛的展开，并形成了较成熟的应用Ｗ。在标准制定方面，目前国际上没有形成统一的标准。现有五大标准１Ｗ，其中，EPCGlobal是由北美UCC（产品统一编码姐织）和欧洲EAN（产品标准姐织）共同成立，美国的沃尔玛连锁集团、英国Tesco等１００多家流通企业都是EPC的成员，并且旧Ｍ、微软、Auto－IDlab等公司都在进行技术研究支持。而AIM、UID、ISO则欧美国家和曰本为主；ＩＰ－Ｘ的成员由亚洲、非洲、大洋洲等国家为主。相比之下，EPCGlobal由于实力较强RFID在美国、英国等国家都有了广泛的应用。其中涉及流水线生产交通运输、医疗管迪气防伪防盗、人员跟踪伽气物流等领热基于ＲＦＩＤ实时定位系统（ＲＴＬＳ）是ＲＦ阻的一个重要应用方向，目前已经取得了成功的研究成果。民ＴＬＳ使用无线遥感技术为用户提供无线服务，主要应用于已经具备无线连接特性的网络区域内的物体进行实时定位跟踪。例如，在运输过程中对货物的跟踪。
目前己经有很多RFID实时定位的成功案例。例如：2008年美国装甲车制造商NavistarDefense使用400个可重复使用的２.4ＧＨｚ有源RF瓜栋签、五个无线定位传感器和１３个定位接入点搭建了一个实时跟踪系统，跟踪装甲车的生产过程该系统使得
NAVISTAR公司能在任何时间内准确的判断装甲车所处的加工加工阶段，并能获知每个加
工过程的时间从而改进生产流程。此外，由于无需人工记录车辆的相关信息。公司节约了约４万美元。国外很多医院也采用了RF瓜定位技术。RFID可应用于医疗设备的定位及防盗。波±顿Brigham and Women医院在2008年安装实施了民adainse的实时定位系统，总共在8000多个医疗设施贴上了RF瓜标签，通过标签医务人员可跟踪它们的位置，使用电脑就可知道某个设备在哪个房间极大的提高了病人护理服务的质量和效率，加快了病人流的处理。而且医院也可Ｗ根据收集到的历史数据判断出设备的使用频率，从而能够做出设备购买和租借的决策。国外一些医院还将RFID定位技术推广到了专业护理和病人识别中。虽然到目前为止，全球市场上的RTLS系统为数不多，但是随着RTLS技术的进一步发展，Ｗ及其性能改良和便捷化设计，具预测到2016年，民TRLS的应用量将会有很幅度的上升，销售额估计会突破２７化美元。其必然会有新的标准、规则Ｗ及新的配套设备。
我国在RFID技术与应用的标准化研究工作上有一定的基础。2005年10月，信息产业部科技司批准成立了＂电子标签标准工作姐＂，工作组的总体目标是建立一套基本完备的、能为我国RFID产业提供支撑的RFID标准体系。目前工作組己从多个方面开展了相关标准的研究制订工作，已公布的RFID相关标准主要有《GB18937-2003全国产品与服务统一标识代码编制规则》、《TB/T 3070-2002铁路机车车辆自动识别设备技术条件》、《GB/T20563-2006动物射频识别代码结构》、《集成电路卡模块技术规范》、《建设事业IC卡应用技术》等应用标准。在技术标准方面，依据ISO／圧C15693系列标准己经完成国家标准的起早工作，参照ISO／圧C18000系列标准制订国家标准的工作正在进行中，此外，我国在食品安全追溯方面正在研究相关标准，包括：食品安全追溯方法及一般原则、食品安全追溯系统数据规范、食品安全追溯系统管理与维护规范。在集装箱方面，相关的RFID标准已通过ISO／TC104标准化工作组讨论，该标准由中集集团起草。目前ISO的集装箱方面的民RFID标准有ISO10374、ISO18185、ISOn363。由中国提出的十进制网络编码也引起了世界的关注。
我国的RFID技术的研究上发展迅速。在标签、中间件RF瓜应用等方面均有了广泛、深入的研巧，并且射频识别技术与应用己经列入国家863计划的重大项目。目前我国的典型、著名的RFID应用是中国铁路车号远距离自动识别系统。其实，RF瓜应用己经深度到了我国国民生产、生活的各个方面，许多城市己经实现了公交射频卡作为预付费电子车票应用，付费电子卡等；我国已经在第二代身份证中植入了RF瓜忘片。随着该技术的不断发展，RF瓜在我国居民社区管理、物流、零售业、医巧管理等领域全面开始应用。当前，在RFID实时定位领域的引用，国内研究的较少，但是其发展前景非常可观。我国己经出现了一批从事RFID定位开发的企业，并自主研发出了RFID定位产品。比如一批优秀的企业，其开发的产品也被国外的企业应用。值得我们关注的是，我国是全球最大的RFID应用的潜在市场，但是目前面临的问题是没有掌握核如的RFID技术和产品。这使得国外的关于RFID的标准和技术占领了我国的市场，我国要积极开展RF瓜的相关研究。目前RFID国际标准仍未形成，这给我国制定自主知识产权的RFID标准体系提供了良好契机。为了避免国外占领我国RFID的技术和产品市场，我国应根据我国RF瓜产业的现状，紧跟RFID国际标准化进程，尽快得到国际上获得广泛认可的最新标准瓜T（等效采用）或者MOD非等效采用）。Ｗ至于能够在RF国际标准的起草阶段就参与或者跟进，将国际上最新的标准化理念和技术指标本±化。
三、研究的意义
近年来，随着科技的进步Ｗ及城市规模的迅速发展，居民社区的数量不断上升，过去那种依赖人的管理方式已经不能适应当前的需要。科技的进步对现有的居民社区管理模式提出了更多、更新的要求。积极探索和发展智能社区势在必行。智能社区建设就是有效地利用通讯技术、网络技术、计算机技术等现代化技术和设施，对传统的居民社区的管理机制、组织结构、人员等诸方面进行优化、改造、重组，实现智能社区管理工作更科学、更安全、更高效地履巧居民社区的各项功能。智能化区己经成为一个发展趋势，并己经逐渐形成规模在智能社区中人员的定位是非常重要的，能够有效的提高社区的管理效率。人口老龄化问题日益突出，在社区中对老年人的看护问题日益突出，对有也脑血管、意识不清等疾病的老年人需要及时了解其位置，才能在其发病时对其进行及时的救治。随着科技的进步，智能社区的己经成为现在社区发展的趋势，而社区中人员的定位技术是智能社区的一个重要组成部分。因此，本文的目的是研究和实现一套适合居民狂区的定位系统，
使得居民社区的管理更高效、更人性化，让居民生活步入信息化时代。
四、RFID技术概况
RFID技术是一种新兴的非接触式自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别商速运动物体并可同时识别多个标签。该技术的优点突出：第一，可Ｗ识别单个的非常具体的物体，而不是像条形码那样只能识别一类物体；第二，其采用无线电射频，可Ｗ透过外部材料读取数据，而条形码必须靠激光来读取信息；第Ｈ，可Ｗ同时对多个物体进行识读，而条形码只能一个一个地读。此外，储存的信息量也非常大。最基本的RFID系统由电子标签、读写器、天线等部分组成。
五、系统组成
一个RFID定位系统由电子标签、读写器、RFID天线、中间件及后台计算机狙成。如图所示。

（１）电子标签
一般来说，电子标签由读写模块和天线组成，存储着待识别目标的相关信息，它可Ｗ附在待识别物体的表面，也可Ｗ植入体内。电子标签是数据的载体，它可多次地被阅读器写入和读出。按读取方式来划分，电子标签可分为只读标签、可写标签、可读可写标签。电子标签有很多形状，大体可分为纸质的标签、玻璃标签、金属标签、塑料标签等。电子标签有很多的分类方法，Ｗ工作原理来说，ＲＦ瓜标签可分为：有源标签USKW、无源标签、半有源标签。
（ａ）有源标签：有源标签内部装有微型电池，为标签芯片的工作提供能量所Ｗ读取距离要比无源标签的读取距离大得多。因为有源标签内部鬟有电池，所Ｗ它比无源标签昂贵，它的体积也很大，不方便携带，况且电池的寿命也很短，一般为２-11年。所以说，有源标签主要应用在性能要比较高和读写距离要求较话的特殊场合中。
（b）无源标签：无源标签一般无内嵌电池，主要是靠电磁感应来产生电流，供内部巧片工作的。它的工作原理是：阅读器发射电磁波，无源标签通过自己的天线接收发射过来的一部分电磁波，通过电磁感应，把电磁波的能量转化为电流，供内部苍片工作，然后内部新片把处理好的数据信息，加载在无源标签天线的发射波上，再传回给阅读器，由于电磁波在传播中的衰减特性，读取距离没有有源标签远。无源标签与有源标签相比价格低、体积小、重量轻，所Ｗ它在很多领域有着广泛的应巧。
（c）半有源标签：半有源与有源标签及其相似，它的内部也嵌入了微型电池。所以它既有有源标签的远距离读取特性，又有无源标签的多适应性。当标签有电时，可以充当有源标签使用。当电池没电时，又可Ｗ作为无源电子标签继续使用，所Ｗ半有源标签的使用寿命是前两种标签使用寿命的之和，半有源标签有望成为ＲＦＩＤ电子标签一个新的发展领域。
（2）巧读写器
RFID读写器的任务是接收和发射射频信号，通过射频化发器接收来自标签上的己编码射频信号，对标签的认证识别信息进行解码；将认证识别的信息连带标签上其它相关信息传输到上位机供处理。读写器中的硬件部分控制着读写器的工作。用户可通过相关控制主机或本地终端发布命令来改变或订制工作模式适应具体应巧的需求。
绝大多数射频识别系统是按电感稱合的工作原理工作的。读写器在跟踪管理系统的控制下定时地发送一定频率的射频信号，当电子标签进入电磁场时产生感应电流，获得能量和数据，然后向读写器发送自身编码信息。该信息被读写器读取并解码后送至管理系统中也进行化理。这一信息的收集和处理是无线电磁波的方式进行的。读写器是RFID系统的重要姐成部分，它实现对电子标签的跟踪和通信。读写器主要完成以下功能。
(a)对于有源系统，读写器还能标识标签电池的相关信息，方便电池管理。
(b)读写器与计算机之间的数据通信，一般采用标准接口如RS232/485、RJ45等。
(c)够校验读写过程中的错误信息。
（d）读写器与标签之间的通信功能，一般为两者之间的双向通信。
（e）能够对识别范围内多个标签进行同时的识别和读取，具备标签的防冲撞功能。
读写器可将主机的读写命令传送到电子标签，把主机发往电子标签的数据加密，再将电子标签返回的数据解密后送到主机，这样数据信息就可得到很好的保护。各种读写器虽然在通流程、賴含方式、数据传输方法等方面有着差别，但是在功能原理与结构上，他们都十分相似。
(3)RFID天线
天线（Antenna）：是为标签和读写器提供射频信号空间传播的设备，它可内置读写器中，也可通边同轴电缆与读写器接口相连。在实际运用中，系统功率、天线的结构及环境因素是影响系统识别距离的主要因素。
（４）中间件
在RFID应用中需要解决的一个关键问题是如何实现RFID阅读器与现有应用系统的有效连接，这个问题的本质是应用系统与ＲＦＩＤ连接后，如何进行数据转换，数据传输并保证数据的完整化并把阅读器阅读上来的数据传送给后端应用系统。传统的应用应用程序与应用涯序之间的数据传递和共享是通过中间件的方式来进行解决的，因此RFID阅读器与现有应用系统的连接也是通过RFID中间件来实现化所RFID中间件是RFID应用的一项极为重要的核心技术。RFID中间件扮演着电子标签和应用程序之间的中介角色。从应用程序端使用件提供的一组通用的应用程序接口（ＡＰＩ），它能连到ＲＦＩＤ阅读器，读取电子标签的数据。
一个完整的RFID中间件应该具有下几个方面的功能：
（ａ）阅读器与设备的管理
RFID中间件能够进行阅读器的读写配置和端口监控，而且还能够向读写器发送指令，读器按照指令进行读写操作。由于现在即插即用的功能是外带设备的一种必要功能，RFID中间件具备能够对读写器自动发现和检测其是否存在的功能。
（b）的数据管理
RFID中间件从读写器中阅读到ＥＰＣ数据后，然后可Ｗ按照数据格式和要求，对数掘进行管理，发送到需要的地方，同时这种数据管理能力还包括一般逻揖处理方案，数据算法加密等功能，为全面的RFID应用提供合适的EPC数据解决方案。
（Ｃ）应用集成
RFID中间件具备提供强大的应用系统功能集成的能力，能够为常用的应用系统如：SCM、ERP、CRM等提供数据源。一般是使用第兰方软件所开发的API接口，把RFID的中间件结构扩展到应用程序的其他接口。
（ｄ）合作集成
应用RFID技术的最大优点是不同应用程序只要使用了RF瓜数据就能够进行应用程序合作操作，因此只要符合RF瓜数据标准的应用程序就可极大的扩展系统的功能，对目前的电子商务等系统的开发提供了最大的方便和和可行性。
（ｅ）负载平衡和自我管理
在RFID应用中通过读写器会产生大量的RFID数据，因此RFID中间件是保证数据可靠性的第一个重要的管卡，通过RFID中间件可Ｗ在多个服务器中进行数据的负载均衡，发挥其设备的控制能力，来控制读写器的读写速度。
六、工作原理
RFID的基本工作流程如下：
（１）读写器将设定数据的无线电载波信号经过发射天线向外发射；
（２）当RFID标签进入发射天线的工作区时，RFID标签被激活后即将自身信息代码经天线发射出去；
（３）系统的接收天线接收到ＲＦＩＤ标签发出的载波信号，经天线的调节器传给读写器读写器对接到的信号进行解调解码，送后台电脑控制器；
（４）电脑控制器根据逻辑运算判断该RFID标签的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构的动作；
RFID的工作频率
射频标签的工作频率不仅决定着射频识别系统工作原理、识别距离，还决定着射频标签及读写器实现的难易程度和设备的成本。由于几种频段的射频禄签各自有其特点，因此各自有其使用的领域。
（１）低频段电子标签
低频段电子标签，简称为低频标签，其工作频率范围为30KHz-300KHzｋＨｚ。典型工作率有：125KHZ，133KHZ（也有接近的其他频率，如ＴＩ使用134.2KHZ）。低频标签一般为被动式标签，其工作能量通过电感藉合方式从读写器藉合线圈的辖射近场中获得。低频标签与读写器之间传送数据时，低频标签需位于读写器天线辖射的近场区内。低频标签的阅读距离一般情况下小于１米。该频率的优点是：省电、廉价；缺点是：能量低，数据传输率小，无线覆盖范围和存储量小。适合低速、近距离识别，如物品识别、容器识别、工具识别、电子锁闭防盗等。
（２）中高频段电子标签
中高频段电子标签的工作频率一般为3MHZ－30MHZ。典型工作频率为；１3.56MHZ。该频段的电子标签，从射频识别应用角度来说，因其工作原理与低频标签完全相同，即采用电感藉合方式工作，所宜将其归为低频标签类中。另一方面，根据无线电频率的一般划分，其工作频段又称为島频，所Ｗ也常将其称为高频标签。高频电子标签一般也采用被动式方式，其工作能量同低频标签一样，也是通过电感、电磯藉合方式从读写器藉合线圈的辖射近场中获得。标签与读写器进行数据交换时，标签必须位于读写器天线福射的近场区内。中高频标签的阅读距离一般情况下也小于１米（最大读取距离为1.5米）。该频率的优点是；与低频类似，省电、廉价；相比而言可Ｗ有较高的数据传输速率；
缺点是：阅读距离小：可做成卡片装，典型的应用包括；电子车票、电子身份证等。
（３）超高频与微波标签
超高频与微波频段的电子标签，简称为微波电子标签，其典垫王作频率为：43392MHZ,862(902)-927MHZ,2.45GHZ,5.SGHZ。微波电子标签可分为主动式标签与被动式标签两类。工作时，电子标签位于读写器天线福射场的远区场内，标签与读写器之间的藉合方式为电磁藉合方式。读写器天线箱射场为被动式标签提供射频能量，将被动式标签唤醒。读写器天线一般均为定向天线，只有在读器天线定向波束范围内的电子标签可被读／写。主动式标签一般采用紐扣电池供电，具有较远的阅读跟窝。
该频率的优点是：工作距离远，有源标签的识别范围达数百米，通讯速率高；缺点
是：穿透能力弱。
七、RFID技术应用现状
射频识别技术和很多技术相同，最巧应用于军事领域，随着技术的普及和成本的降低开始被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理、防伪等众多领域。下列举几个射频识别技术主要的应用场景。
（１）在商业供应链的应用
供应链是指从原材料到最终用户的所有实物的移动过程。包括供货商选择、采购、产品计划、材料加王、巧单处理、存货管理、包装、运输、仓储与客户服务。虽然条形码在供应链中应用了很长时间，随着需求的不断増加人们发现条形码技术本身的恃点限制了供应链效率的提高。与条形码相比，RFID可动态地识别高速运动物体并可同时识别多个电子标签，识别距离较大，信息存储量大。由于这些优势，在供应链管理上，无论哪个环节应用RFID都可提供更高的技术支持，获得更佳的管理效果。供应链上的成员可及时获得其他成员和各业务环节上的运巧信息，送样可提高业务运行的自动化程度，大幅降低差错率，提高供应链的透明度和管理效率。
(2）交通管理
RFID在交通管理上的应用有高速公路自动收费、公交车报站、车速测量等。高速公路自动收费系统是RFID技术最成功的应用之一。RFID标签能够自动识别到车辆进入收费站口，无需人员之间的交涉，安装于车辆上的某种专用设备和设置在收费车道或路侧的装置之间进行通信和信息交换，并在此过程中自动完成收费操作。车辆250公里的时速下，收费装备可用少于0.5毫秒识别到，并且正确率达99.95％。现在我国很多高速公路都安装了此系统，明显地提高了车辆通过率，缓解了公路瓶颈。
（３）安全、防伪方面的应用
传统的防伪技术不具备唯一性和独占性，易复制，起不到真正防伪的作用。ＲＦ瓜的唯一标示功能弓Ｉ起了防伪界的广泛关注。目前RFID在防伪应用上取得了很多突破。RFID防伪已经应用于证件、票务、产品包装等多个领域。我国二代身份证己经使用了此类防伪技术，国际上护照封面或证件内也己经嵌入了RFID标签。对于票务防伪，RFID口票己经可做成纸质、ＰＶＣ卡、钥匙扣等多种形式，检票人员无需手工检查口票，对于火车站、演唱会、体育赛事等人流多的地方，RFID口票实现人员快速通过的同时，也有效地防止了口票的再次使用和造假行为。欧洲中央银行准备在欧元中嵌入了极小的射频识别电子标签。其主要目的是识别钞票真伪，防止伪造钞票。同时，射频识别标签还能够一记录钞票交割的细节，可Ｗ跟踪非法交易，防止洗钱斤为。使用射频识别巧片还能够简化、加快记帐等银行的日常处理工作。使用这种标签，一叠钞票能够从一个阅读器通过就能够统计出总数来，就像使用射頻识别标签的系统跟踪存货一样。
（４）实时定位系统
射频实时定位系统己经在产品生产、设备监控、井下人员定位等多个领域得到了应
用。