466 计算机学 报 2013年 器的一段探测区域，在该区域内具有很高的标签识 传感网定位等.其中，GPS定位与蜂赛基站定位主 别概率（接近100%）：次探测区域是指从主探测区 要用于室外定位，WLAN定位、传感网定位主要用 域末端延伸至有效识别范围边缘的一段探测区域， 于室内定位，RFD定位技术以低成本、非接触性 在该区域内标签识别率依照线性关系降低为0.文 通信等特点，有望成为室内定位技术的首选，目前 献[49-50]研究了在真实传输环境下阅读器发射功 的室内定位系统大多基于RSSI(Received Signal 率对大规模标签识别性能的影响，通过实验发现， Strength Indicator)来辅助定位，其基本原理是：已 RFID标签在激活状态与非激活状态之间存在一个 知发射信号的强度，接收方根据接收到的信号强度， 中间状态(Lossy State),对识别性能影响很大.由此 估算出通信双方的距离.而在实际情况下，无线信号 作者提出了自动功率调节算法，进一步降低了阅读 在空间传播时能量的衰减不仅受传播距离的影响， 器的总体能耗与扫描时延.文献[51]通过真实实验 还受到多径效应、传播的方向性、复杂的室内结构、 发现，当阅读器功率被调整至合理范围时，可以利用 随机流动的人员等诸多不确定因素的影响，利用 遏止效应(Capture Effect)来有效地将冲突时隙转 RSSI作为位置感知数据进行室内定位存在较多的 化为单时隙，由此提出了渐进的扫描算法来优化读 困难.但是由于RSSI极易获取，不需要额外的设 取性能.文献[52]提出了无源RFID系统中能量有 备，相比于其它定位技术成本非常低，因此当前主流 效的物理层设计方法，在前向链路中为使标签获得 的RFID定位技术都是基于RSSI进行定位.其中比 更多能量，结合ASK调制提出了一种新的用于无 较典型的代表是SpotON系统与LANDMARC系 源RFID系统的能量有效的数据编码方法.上述研 统.SpotON系统s基于阅读器与目标标签构造了 究成果表明，RFID在MAC层、应用层方面的研究 一个无线感知环境，通过聚合算法减少信号强度误 需要充分结合物理层的实际传输特性；否则，理想情 差，并利用信号传播模型求解阅读器与目标标签的 况下设计出的算法与协议将与实际的情况严重不 距离，最后利用三角定位算法对目标在三维空间进 符，无法达到预期的性能要求. 行定位.整体而言，SpotON是一个实验性的原型系 总体来说，为了有效避免或降低物理环境因素 统，无论是距离估计还是误差处理都停留在比较粗 对系统性能各指标的影响，目前的有效方法主要包 糙的阶段.LANDMARC系统s]在已知位置引入参 括以下几个方面：(1)调整阅读器功率.通过合理调 考标签，通过对比目标标签与参考标签的RSSI值， 整阅读器功率，补偿信号衰减的同时有效避免干扰， 来确定物理坐标关系，最终确定目标标签坐标. 优化系统性能：(2)优化协议参数.设置优化的协议 LANDMARC通过将参考标签部署到实际应用场 参数（如帧长、传输速率）来优化读取性能；(3)规划 景中，实时同步地对参考标签和目标标签进行能量 部署方案.通过调整标签的部署位置、方向以及增 值测算，可以最大限度减少多径效应以及电离体对 加冗余标签的方式来提升识别性能；(4)改善物理 电磁波的影响，接近精确的定位效果.该系统在较少 层设计.采用更合理的编码/解码方案以及通信频 阅读器的条件下提高了系统的定位精度，同时也大 段来提高数据传输可靠性 大降低了系统成本，除了使用RFID实现定位机制 之外，一些研究者开始关注基于RFID定位信息的 5 其它开放性问题 查询技术研究.文献[55]提出了一种新颖的RFID 系统框架结构，依靠位置相对固定的标签来定位携 上述RFID数据管理方面的研究工作主要关注 带移动式阅读器的监控对象，从而支持高效的移动 如何能够快速、有效地识别标签的标识信息.事实 范围查询.该文提出了此场景下移动对象位置查询 上，从数据管理的角度来看，除了标签的标识信息， 的一种概率模型，并给出了有效的定位方法， RFID系统还能够提供一类非常重要的信息，那就 5.2基于RFD的移动行为感知 是标签的反射信号强度，通过对反射信号强度数据 现有的移动行为监测主要是基于摄像头获取视 进行有效处理与合理利用，RFID系统能够实现定 频图像来实现的，此类方案具有如下缺点：(1)感知 位、追踪以及移动行为感知等机制 设备价格昂贵，一些专业摄像头动辄成百上千元； 5.1基于RFID的定位机制 (2)获取数据量大质低，存在大量冗余数据，无法实 目前的定位系统主要包括GPS(Global Posi- 时抽取信息与有效利用.研究者们发现，当人体经过 tioning System)定位、蜂窝基站定位、WLAN定位、 RFID阅读器天线与标签之间的空间时，由于人体466 计 算 机 学 报 器 的一段 探测 区域 ，在该 区域 内具 有 很 高 的标 签 识 别 概 率 (接 近 100 )；次 探 测 区 域 是 指 从 主 探 测 区 域 末 端延 伸至 有效 识 别 范 围边 缘 的一 段 探 测 区域 ， 在 该 区域 内标 签 识别 率 依 照 线 性 关 系 降 低 为 0．文 献[-49—50]研究了在真 实传输 环境下 阅读器发射功 率 对 大规 模 标 签 识 别 性 能 的影 响 ，通 过 实 验 发 现 ， RFID标 签在 激 活状态 与 非 激 活状 态 之 间存 在 一个 中间状 态 (LossyState)，对 识别 性 能影 响很 大．由此 作 者 提 出了 自动功 率 调 节 算 法 ，进 一 步 降 低 了阅 读 器 的 总体 能耗 与扫 描 时 延．文 献 E51]通 过 真 实 实 验 发 现 ，当 阅读器 功率 被 调整 至合 理 范围时 ，可 以利 用 遏 止效 应 (CaptureEffect)来 有 效 地 将 冲 突 时 隙 转 化为单时隙，由此提出了渐进 的扫描算法来优化读 取 性能 ．文献 [52]提 出 了无 源 RFID 系统 中 能量 有 效 的物 理层 设计 方 法 ，在 前 向链 路 中为 使 标 签 获得 更 多能 量 ，结 合 ASK 调 制 提 出 了一 种 新 的 用 于无 源 RFID系 统 的能 量 有 效 的 数 据 编 码 方 法 ．上 述 研 究 成果 表 明 ，RFID在 MAC层 、应 用 层 方 面 的研 究 需 要充 分结 合 物理层 的实 际传 输 特性 ；否 则 ，理 想情 况 下设 计 出 的 算 法 与协 议 将 与 实 际 的 情 况 严 重 不 符 ，无法 达 到预 期 的性 能 要求 ． 总体 来说 ，为 了有 效 避 免 或 降低 物 理 环 境 因 素 对 系统 性能 各指 标 的 影 响 ，目前 的有 效 方 法 主要 包 括 以下 几个 方 面 ：(1)调 整 阅读 器 功率 ．通过 合 理调 整 阅读 器功 率 ，补偿 信号 衰减 的 同时 有效 避免 干扰 ， 优 化 系统性 能 ；(2)优化 协 议参 数 ．设 置 优 化 的协议 参 数 (如帧 长 、传输 速率 )来 优 化读 取 性 能 ；(3)规 划 部 署 方 案 ．通 过 调 整 标 签 的部 署 位 置 、方 向 以 及增 加 冗余 标签 的 方 式 来 提 升 识 别 性 能 ；(4)改 善 物 理 层 设计 ．采 用 更 合 理 的编 码 ／解 码 方 案 以及 通 信 频 段 来提 高数 据 传输 可靠 性． 5 其它开放性 问题 上述 RFID数据 管 理方 面 的研究 工 作 主要 关 注 如何 能够 快 速 、有 效 地 识 别 标 签 的标 识 信 息 ．事 实 上，从数据管理的角度来看 ，除了标签的标识信息 ， RFID系统还 能够 提供一类非 常重 要的信息 ，那就 是标签的反射信号强度．通过对反射信号强度数据 进行有效处理 与合理利用 ，RFID系统能够 实现定 位、追踪以及移动行为感知等机制． 5．1 基 于 RFID的 定位 机制 目前 的定 位系 统主要 包括 GPS(GlobalPosi— tioningSystem)定位 、蜂窝基站定位 、WLAN定位 、 传感 网定位等．其 中，GPS定位 与蜂 窝基站定位 主 要 用 于室 外定 位 ，WLAN定 位 、传 感 网定 位 主 要 用 于室 内定 位．RFID定 位 技 术 以 低 成 本 、非 接 触 性 通 信 等 特 点 ，有 望 成 为 室 内定 位 技 术 的首 选 ．目前 的室 内定 位 系 统 大 多 基 于 RSSI(ReceivedSignal StrengthIndicator)来 辅 助 定 位 ，其 基 本 原 理 是 ：已 知发射信号 的强度 ，接收方根据接 收到的信号强度 ， 估 算 出通信 双 方 的距 离 ．而 在实 际情 况下 ，无线 信号 在 空 问传播 时 能量 的衰 减 不 仅 受 传播 距 离 的影 响 ， 还 受 到多径 效 应 、传 播 的 方 向 性 、复 杂 的 室 内结 构 、 随机 流 动 的人 员 等 诸 多 不 确 定 因 素 的影 响 ，利 用 RSSI作 为位 置感 知 数 据 进 行 室 内定 位 存 在 较 多 的 困难 ．但 是 由 于 RSSI极 易 获 取 ，不 需 要 额 外 的设 备 ，相 比于 其它 定位 技术 成本 非 常低 ，因此 当前 主流 的 RFID定位 技术 都 是基 于 RSSI进行 定位 ．其 中比 较 典 型 的代 表 是 SpotON 系统 与 LANDMARC 系 统 ．SpotON 系 统l5。基 于 阅读 器 与 目标 标 签 构 造 了 一 个无 线感 知 环境 ，通 过 聚 合 算 法 减 少 信 号 强度 误 差 ，并利用信号传播模 型求解 阅读器与 目标标签 的 距 离 ，最后 利用 三 角定 位 算 法 对 目标 在 三 维 空 间进 行 定位 ．整 体而 言 ，SpotON 是 一 个 实验 性 的原 型 系 统 ，无论 是 距离 估计 还 是 误 差 处 理 都停 留 在 比较 粗 糙 的 阶段．LANDMARC系统 ¨5]在 已知位 置 引入 参 考标签 ，通过对 比目标标签与参考标签的 RSSI值 ， 来 确 定 物 理 坐 标 关 系 ，最 终 确 定 目标 标 签 坐 标 ． LANDMARC通 过 将 参 考 标 签 部 署 到 实 际应 用 场 景 中 ，实 时同步 地 对参 考 标 签 和 目标 标 签 进 行 能量 值 测算 ，可 以最 大 限 度减 少 多径 效 应 以及 电 离 体对 电磁 波 的影 响 ，接 近精确 的定位效 果 ．该 系统在 较 少 阅读器 的条 件 下提 高 了系 统 的定 位精 度 ，同时 也 大 大降低 了系统成本．除了使用 RFID实 现定 位机 制 之外 ，一些 研究 者 开始 关 注基 于 RFID定 位 信 息 的 查 询 技术 研 究．文 献 E55]提 出 了一 种 新 颖 的 RFID 系统 框架 结构 ，依 靠 位 置相 对 固定 的标 签 来 定 位 携 带移 动式 阅读 器 的监 控 对 象 ，从 而 支 持 高 效 的 移 动 范 围查询 ．该 文提 出 了此 场 景下 移 动 对 象 位 置 查 询 的一 种概 率模 型 ，并给 出了有效 的 定位方 法 。 5．2 基 于 RF1D的移 动 行为 感知 现有 的移 动 行为监 测 主要 是基 于摄 像头 获取 视 频 图像来 实 现 的 ，此类 方 案具 有 如下 缺 点 ：(1)感 知 设备价格 昂贵，一些 专业摄像头 动辄成百上 千元 ； (2)获取数据量大质低 ，存在大量冗余数据 ，无法实 时抽取信息与有效利用．研究者们发现 ，当人体经过 RFID阅读 器 天 线 与 标 签 之 间 的 空 间 时 ，由于 人 体