RFID与WSN技术融合理论研究

2WSID关键技术分析
RFID与WSN的三种融合方式解决的是两者融合结构的问题，但是两者融合技术层面的问题也是关键。在融合过程中所涉及的关键技术有路由技术、中间件技术以及数据融合等。
2．1 路由技术
路由协议的作用是寻找从源节点到目的节点的最佳路径，将数据分组沿着最佳路径进行转发。路由协议的功能主要有两个方面：一是搜索满足条件的从源节点到目的节点的优化路径：二是转发资料分组。目前，研究人员根据路由协议自身的特点以及应用类型等，将路由协议分为以下几个类型。
2．1．1 以数据为中心的路由协议
该协议设计主要考虑用户是否能够方便决捷地查询数据。在实际应用中，终端用户往往只关心所采集的数据，而不关心这些数据具体是从哪一个节电传送的，用户(查询节点)只需向网络发出一条查询命令，网络就将所查询的数据反馈给用户。
2．1．2 基于层次结构的路由协议
该协议将整个网络中的节点划分为多个级别，同级节点间可以相互交换数据。在路由选择中，低一级节点将数据传输至簇头节点(高一级节点)，簇头节点进行数据融合，减少冗余数据在网络中的传输。
2．1．3 基于地理信息的路由协议
网络中的节点利用GPS设备、三角定位系统等获知自身所在的地理坐标。在进行路由选择时，节点合理利用这些地理信息，从而将数据分组转发给一个特定区域而不是整个网络，减少网络能耗。
2．1．4 基于多路径的路由协议
在数据传输过程中，通过增加传输的路径数，可以增加网络的等效带宽，缩短传输时延。对于WSID网络，多路径路由协议可以提高网络的可靠性，并且可以将传输能耗分摊在更多的节点上。
在WSID网络中，节点计算能力有限，对能耗和QoS有一定的要求，因此WSID的路由协议优化尤为重要。李陶深等在选播通信被规定为IPv6中的一种标准通信模型的背景下，提出了一种选播通信服务模型，设计实现了一种新的基于遗传算法的网络选播路由算法。该算法能以较短的时延达到局部最优，较好地平衡网络负载，提高了网络搜索速度和网络资源的利用率，改善了网络服务质量。凌启东等则认为上述算法较为复杂，需要较高的计算能力，在WSID网络的环境中也存在缺陷。他们在此基础上建立了基于WSID网络路由算法的问题模型，提出了两种基于遗传算法的不同编码的路由算法，分析了各自的特点。经过仿真实验表明，基于实数编码的路由优化方法更适合在WSID网络中应用。
2．2 中间件技术
WSID网络中间件的作用主要是按照一定的规则筛选过滤数据(删除冗余数据)，将真正有效的数据发送到上层的应用程序，以供用户查询使用。基于此，WSID网络中间件的功能要求主要包括三点：第一是能够将底层的大量原始数据经过层层过滤最终得到对上层应用有意义的数据；第二是采用分层的过滤方式并能够得到不同层次的有意义数据；第三是用户可以针对具体的应用需求，在不同层次设置数据的过滤条件。
中间件技术的核心是如何获得有意义的数据，即数据处理。数据处理以数据挖掘、神经网络、复杂事件处理等理论为基础，针对原始数据规模大和原始数据包含的语义信息少两个问题，有效地减少数据冗余，从而为上层应用提供适合的语义信息。图8给出了典型的数据处理的过程。

RFID与WSN技术融合形成WSID网络是推动构建泛在计算世界的重要一步，而中间件技术为交互双方动态的感知上下文信息提供了便利。中间件技术能将数据采集与业务处理系统分离，使应用系统专注于交互业务的流程和处理，而不再局限于修改以适应各种不同的数据采集方式。
2．3 数据融合
WSN的基本功能是收集并返回传感器节点所在监测区域的各种各样的信息，RFID数据则总是和时问、空间相联系，两种技术融合构建的新网络的原始数据规模很大且精度不高。
数据融合技术利用节点的本地计算和存储能力去除冗余信息，对多份相关数据进行综合，为上层应用提供更有效、更符合用户需求的信息。
数据融合技术可以与WSN的多个协议层进行结合：减少MAC层的发送冲突和头部开销可以达到节省能量的目的；路由层结合数据融合机制，以期减少数据传输量；应用层利用分布式数据库技术，对采集到的数据进行逐步筛选，可以达到融合的效果。
数据融合的功效可以用以下几个指标来衡量：
(1)准确性。在汇聚节点得到的值和真实值之差，准确度可以表示为差、比值、统计数据，或其他根据特定的情况所得到的值。
(2)等待时间。因为中间节点可能会等待数据，所以数据融合会延长报告的等待时间。
(3)信息开销。数据融合最重要的优点就是能减小信息开销，从而提高能量效率和延长网络的生存期。
目前，数据融合的方法有很多，大概包括统计和估计类融合方法、采用信息论的融合方法以及其他融合方法。但是，物联网感知层在感知多源信息时，尚没有一种很好的融合方法。针对这一问题，李杰等通过引入数据融合器，提出了一种将电子产品编码和环境参数建立映射关系的方法。将该方法应用于超市仓储管理系统，对其编码并且构建原型系统，该方法能够明显提高数据传输的有效率。

3 WSID存在问题及展望
毫无疑问，RFID与WSN融合形成的WSID网络将推动更多的技术改进，促进新的业务和应用的产生。WSID网络不仅能够揭示监测对象的位置和身份，而且能够显示对象当前所处的环境状态。然而，要将WSID应用于环境控制和工业生产中，我们必须要付出更多的努力。综合起来讲，RFID与WSN融合形成的WSID网络目前还存在以下几方面的问题：
(1)RFID系统中的通信接口遵循EPCGlobal定制的C1G2协议或者ISO18000；标签内的数据编码遵循EPC编码标准；而WSN通信接口和网内数据格式遵循802．15．4或者Zigbee等协议。RFID与WSN采用了两种不同的协议，会引发数据格式、通信协议的不兼容等问题。IntelliSense RFID方案在这一方向具有首创精神，它的目标是发展RFID设备的多重协议，使得设备能够与不同的通信协议工作在不同的频率带宽下。
(2)WSID要想获得广泛应用，对于解决一些公开的问题和挑战是非常重要的。例如，在阅读器与WSN节点的融合方式中，当发生阅读器读写碰撞时，RFID系统会根据防碰撞协议向阅读器发出控制命令。但是，阅读器会因为节点之间的端到端时延而无法及时做出响应，从而使阅读器的碰撞问题更加严重。另外，WSID网络中的无线设备数量越多，潜在的安全性等隐患就越大，如何解决这些问题对于WSID的推广应用具有至关重要的作用。
(3)WSID能够广泛使用的一个重要步骤是部署工具、方法和方式，它们必须能够普遍使用在大部分应用中。同时，当配置这些工具方法和标准时还要重点考虑有限资源的限制问题。此外，由于市场受到成本的驱使，WSID网络将很大程度上依靠最低的原料成本和简单有效的制造过程。

4 结语
WSID继承了RFID利用射频信号自动识别目标的特性，同时实现了WSN主动感知与通信的功能。WSID能够主动对环境进行监测并记录相关数据，必要的时候能够主动发出警报。可见，将WSN与RFID技术融合来构建WSID网络的应用前景不可限量。