基于RFID技術(shù)的無(wú)源感知機(jī)制那些研究

隨著物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)4.0等智能化概念的提出，新型的計(jì)算模式與感知技術(shù)被充分應(yīng)用于生產(chǎn)生活中。而在這些技術(shù)中，RFID技術(shù)作為條形碼以及二維碼的替代產(chǎn)物，已經(jīng)成為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的核心支撐技術(shù)之一，在學(xué)術(shù)界與工業(yè)界得到了廣泛關(guān)注。

RFID標(biāo)簽由于無(wú)源傳輸、遠(yuǎn)距離通信以及唯一標(biāo)識(shí)等特點(diǎn)替代條形碼，被廣泛部署在日常物體之上，應(yīng)用于物流管理、目標(biāo)檢測(cè)、安全訪(fǎng)問(wèn)控制等一系列智能化應(yīng)用中，為人們的生活與工作提供更加便捷的智能化體驗(yàn)。

無(wú)源感知網(wǎng)絡(luò)，是指節(jié)點(diǎn)自身不配備或不是主要依賴(lài)自身的電源設(shè)備供電，而是通過(guò)從環(huán)境中獲取能量支撐其計(jì)算、感知和通信與組網(wǎng)。而在無(wú)源感知研究中，RFID技術(shù)由于標(biāo)簽的可標(biāo)記性，完美地解決了傳統(tǒng)無(wú)源感知技術(shù)無(wú)法區(qū)分多目標(biāo)的問(wèn)題；同時(shí)，標(biāo)簽價(jià)格低廉使得可以通過(guò)在日常物體上廣泛部署標(biāo)簽進(jìn)行泛在感知，成為感知萬(wàn)物的一種有效方式。基于RFID的無(wú)源感知技術(shù)實(shí)現(xiàn)了RFID從“識(shí)別”到“感知”的蛻變，是可標(biāo)記無(wú)源感知中的典型技術(shù)，成為近年來(lái)無(wú)源感知的一個(gè)熱門(mén)研究領(lǐng)域。

一般而言，實(shí)現(xiàn)這樣的無(wú)源感知應(yīng)用需要在感知渠道、感知方法、感知范疇以及感知應(yīng)用這4個(gè)層面分別滿(mǎn)足：

1、感知渠道信號(hào)穩(wěn)定；

2、感知方法部署可行；

3、感知范疇目標(biāo)準(zhǔn)確；

4、感知應(yīng)用場(chǎng)景普適。

感知方法是指感知所采取的信號(hào)模型以及場(chǎng)景部署等，對(duì)于不同的感知應(yīng)用需求，構(gòu)建合理有效的感知方法，部署切實(shí)可行的感知設(shè)備，是感知應(yīng)用能夠?qū)嶋H使用的關(guān)鍵；感知渠道是指感知所使用的信號(hào)特征來(lái)源，在實(shí)際環(huán)境中無(wú)線(xiàn)信號(hào)容易受到各種環(huán)境噪音的干擾選取合適穩(wěn)定的感知渠道能夠?yàn)轸敯舻母兄獞?yīng)用提供最重要的基礎(chǔ)保障；感知應(yīng)用是指感知技術(shù)在實(shí)際生活中的應(yīng)用場(chǎng)景，通常需要感知應(yīng)用具有一定的泛化性，能夠解決一類(lèi)的應(yīng)用場(chǎng)景；感知范疇是指感知方法所對(duì)應(yīng)的算法目標(biāo)，確定真實(shí)有效的感知范疇，并實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確魯棒的目標(biāo)感知是智能感知技術(shù)中的核心問(wèn)題。

綜上所述，挖掘出泛化的應(yīng)用需求，并進(jìn)行準(zhǔn)確的感知，是基于RFID無(wú)源感知研究的最終目的。這4個(gè)層面緊密相關(guān)，且相互影響。感知應(yīng)用的需求決定了感知范疇的選??；同時(shí)，感知應(yīng)用的場(chǎng)景限制了感知方法中設(shè)備部署的可行性；感知推理模型決定了設(shè)備的部署方式與感知渠道；感知范疇的準(zhǔn)確性依賴(lài)于感知方法的選擇等。因此，在實(shí)際感知研究中，這4個(gè)層面是相互關(guān)聯(lián)、相互依存。在設(shè)計(jì)感知應(yīng)用時(shí)需要結(jié)合多種因素考慮，從而實(shí)現(xiàn)更加可靠的感知應(yīng)用。

感知方法主要指感知過(guò)程使用感知渠道的具體方式，包括不同感知設(shè)備的部署方式、感知技術(shù)的工作原理等等。就RFID技術(shù)而言，RFID標(biāo)簽適合靈活的多標(biāo)簽部署，且多個(gè)標(biāo)簽間信號(hào)具有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，為RFID感知提供了機(jī)遇；但一方面，多個(gè)標(biāo)簽信號(hào)特征同時(shí)受多種行為影響，難以統(tǒng)一區(qū)分；另一方面，真實(shí)環(huán)境中的噪音信號(hào)以及多標(biāo)簽間的相互干擾十分復(fù)雜，難以通過(guò)統(tǒng)一模型進(jìn)行量化去除。

感知渠道主要指感知所用的信號(hào)特征。就RFID技術(shù)而言，標(biāo)簽的信號(hào)特征與距離、角度等信道參數(shù)具有穩(wěn)定的函數(shù)關(guān)系，標(biāo)簽信號(hào)特征與信道參數(shù)間的高敏感度與強(qiáng)關(guān)聯(lián)性為基于RFID技術(shù)的無(wú)源感知提供了機(jī)遇。但一方面，多種行為變化對(duì)特定信號(hào)特征均有影響 (如呼吸和心跳會(huì)同時(shí)影響標(biāo)簽信號(hào))，造成多種特征難以區(qū)分；另一方面，RFID的隨機(jī)讀取方式造成信號(hào)采樣不穩(wěn)定，采樣干擾難去除。

感知應(yīng)用主要指感知工作在應(yīng)用層面所適用的具體場(chǎng)景。就RFID技術(shù)而言，鴻陸無(wú)源標(biāo)簽的通用性為實(shí)際應(yīng)用提供了成本低廉、部署靈活、改造方便等優(yōu)勢(shì)，為感知應(yīng)用帶來(lái)了機(jī)遇。但感知應(yīng)用場(chǎng)景中也存在一些挑戰(zhàn)，在真實(shí)復(fù)雜環(huán)境下的RFID應(yīng)用極易受到多種環(huán)境噪音影響，真實(shí)環(huán)境下的無(wú)線(xiàn)噪音難以被有效量化削減。

感知范疇主要指感知工作在技術(shù)層面所最終需要實(shí)現(xiàn)的感知目標(biāo)。就RFID技術(shù)而言，RFID技術(shù)的信號(hào)特征與標(biāo)簽位置、多徑反射等環(huán)境因素敏感度高與關(guān)聯(lián)性強(qiáng)，為多種范疇的目標(biāo)感知提供了機(jī)遇。但依然存在諸多挑戰(zhàn)，一方面，感知范疇內(nèi)的多種目標(biāo)狀態(tài)變化會(huì)對(duì)同一種信號(hào)特征產(chǎn)生影響，難以有效區(qū)分；另一方面，RFID標(biāo)簽的隨機(jī)讀取帶來(lái)不穩(wěn)定的RFID標(biāo)簽讀取，這為實(shí)時(shí)的連續(xù)行為感知帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。

基于RFID的無(wú)源感知與其他感知技術(shù)相比：

1、在感知方法方面，標(biāo)簽和天線(xiàn)的靈活部署與定制化調(diào)整，提供了更多的感知場(chǎng)景與針對(duì)性的感知解決方案；

2、在感知渠道方面，無(wú)源的標(biāo)簽通訊帶來(lái)了更多的信號(hào)干擾與感知挑戰(zhàn)，同時(shí)便捷的標(biāo)簽部署也提供了“萬(wàn)物皆可知”的感知機(jī)遇；

3、在感知應(yīng)用方面，物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代RFID標(biāo)簽的廣泛部署為更豐富的感知應(yīng)用提供了設(shè)備基礎(chǔ)，為眾多潛在的應(yīng)用提供保障；

4、在感知范疇方面，綁定式與非綁定式感知都能利用廣泛部署的RFID標(biāo)簽進(jìn)行目標(biāo)感知，提升了感知的靈活性。

自2003年沃爾瑪宣布采用UHF RFID技術(shù)追蹤商品時(shí)起，在后續(xù)接近20年的發(fā)展時(shí)間里，配合著一個(gè)讀寫(xiě)器，RFID標(biāo)簽一直在碎片化的長(zhǎng)尾市場(chǎng)中被大量使用。在最初近10年的時(shí)間里，RFID的主要發(fā)展方向是識(shí)別，即獲取標(biāo)簽的EPC、讓RFID讀寫(xiě)器讀取的距離更遠(yuǎn)、讀取的速度更快，如在供應(yīng)鏈的各環(huán)節(jié)通過(guò)RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)物流轉(zhuǎn)信息的快速自動(dòng)識(shí)別，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個(gè)供應(yīng)鏈的可視化，支撐面向監(jiān)管、企業(yè)產(chǎn)品溯源、消費(fèi)者商品防偽等應(yīng)用場(chǎng)景需求。

而從2013年至今，將無(wú)源的RFID技術(shù)用于感知?jiǎng)t成了新的發(fā)展方向。鴻陸RFID讀寫(xiě)器除了能提供RFID標(biāo)簽的ID信息外，還能提供標(biāo)簽返回信號(hào)的強(qiáng)度值（RSSI）、相位值（Phase）以及多普勒頻率（Doppler Frequency）等參數(shù)，利用這些參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)基于RFID的厘米級(jí)精準(zhǔn)定位、追蹤、動(dòng)作和行為感知等，極大地拓展了RFID應(yīng)用的范圍和層次，使RFID技術(shù)從識(shí)別走向感知。

審核編輯：湯梓紅