基于RFID在Rifidi中的仿真研究

摘要：无线射频识别技术(Radio Frequency Identincation)是一种利用无线电射频信号进行通信的非接触式自动识别技术，它具有高效、快速、可靠、非视距读取和可工作于恶劣环境等优点，被广泛应用在数据采集和商品识别领域。但由于开发一个RFID项目需要大量的资金、设备和人力资源的投入，而Rifidi的仿真应用解决了这一问题。Rifidi可以快速地评估多种不同的系统配置和方案的应用，从而使企业以最小的投入得到最大的效益产出。
关键词：Rifidi；RFID；仿真研究；VSA

射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)技术，作为快速、实时、准确采集与处理信息的高新技术和信息标准化的基础，已经被公认为本世纪十大重要技术之一。
本课题主要讲述射频识别(RFID)在仿真软件Rifidi中的仿真应用。RFID是一种新型的自动识别技术，具有很多优点。但由于在射频识别(RFID)读写器和天线的安装过程中，实施人员有时要绞尽脑汁地满足速率要求和反复调试各种方案才能达到最好的读取效果。另外，即便实施人员已经设计了一种安装方案并调试成功，但是该方案在实际应用中究竟有多大的作用依然是个未知数，一旦不能满足实际应用的需要，调整方案所带来的“回滚”不仅会耗费大量的人力、物力，更有可能使测试工作回到“原点”。
基于这个目的，可以利用一个有趣的工具Rifidi，Rifidi软件仿真工具可以快速地评估多种不同的系统配置和方案的应用，并同时从每一次分析中获取比物理测试所能提供的更多的信息。其基本思想是，在一个完全仿照读写器和标签安装环境的模拟环境中，仿真RFID读写器和标签的性能以及实际生产线的运作情况。通过预测RFID标签和读写器在实际工作环境下的回波率和回波损耗，预测生产线的阻塞情况和运行效率，工程师可以方便、快捷地估计各种设计参数，确定发生RFID读取速度和效率问题以及生产线阻塞的根本原因。因此，本课题设计了一个基于RFID的新的感知应用平台，一个虚拟的店员，并通过用Rifidi仿真软件模拟分析了一个在真实的公司可运作的业务流程。

1 RFID的背景介绍
1．1 RFID的系统组成
最简单的RFID系统一般由阅读器(Reader)和标签(Tag)组成。标签放置在被识别的物体上；阅读器可以是读或写／读装置，取决于所使用的结构和技术。射频标签与阅读器之间通过天线架起空间电磁波传输的通道。空间传输通道中的发生的过程可归结为三种事件模型。数据交换式目的，时序是数据交换的实现方式，能量是时序得以实现的基础。
1．2 RFID系统分类
1)按信号频段分类低频(9～135 kHz)：使用这个频段的系统有一个缺点，识读距离只有几厘米。但是由于该频段的信号能穿透动物体内的高湿环境，因此被应用于动物识别。
高频(13．56 MHz)：这是一个开放频段，标签的识读距离最远至1～1．5 m，写入距离最远也可达1 m。
超高频(300 MHz～1．2 GHz)：这个频段的标签和阅读器在空气中的有效通讯距离最远。
微波(2．45～5．2 GHz)：这个频段的优势在于其受各种强电磁场(如电机、焊接系统等)的干扰较小，识别距离介于高频和超高频系统之间，而且标签可以设计得很小，但是成本较高。
2)按标签分类标签可以通过阅读器发射的无线电信号产生感应磁场而获得电源，也可以由内置的电池驱动。前者称为被动标签，后者为主动标签。被动标签范围为几厘米到10 m，而主动标签读取距离可达1～200 m。

2 RFID仿真软件Rifidi的介绍
Rifidi是建立在RFID各个方面应用的一个完整的中间件平台。与业界领先的原型制作工具和先进的RFID中间件服务器相联系，Rifidi可以使你对RFID的设计理念变成实际生产中的应用。Rifidi平台主要是有两个不同组件组成的，一个注重原型的设计，一个注重产品的应用发展及部署规划。
Rifidi工具包是Eclipse依据集成电路设备旨在Rifidi环境中塑造和模拟RFID硬件和RFID事件。用这个工具包我们可以构建一个真实环境中拥有相同的阅读器，标签和事件的一个虚拟的RFID环境。
Rifidi Edge是开发和部署RFID应用的强大的中间件平台。Rifidi Edge为RFID与其他传感器设备的相互作用的复杂性提供了便捷，并且提供一个叫Esper(一个复杂事件处理和事件流处理应用的组件)作为它的规则引擎，该引擎已经为RFID数据处理定制。建立一个轻量级，模块化部署的服务器平台叫做Equinox OSGI，Rifidi Edge为你提供了强大的商业应用环境，促使RFID硬件和RFID数据处理之间可以相互通信交流。
Rifidi工具包是一个为建立面向RFID原型的产品套件。该Rifidi工具包的核心是一个可以模拟RFID阅读器到它的通信协议和标签读取的仿真引擎。Rifidi工具包是由一个仿真引擎和三个不同的软件一起组合使用，从而才能帮助执行一个完整的RFID原型产品。
Rifidi工具包主要包括以下3部分：Emulator(仿真器)，Designer(设计)，Tag Streamer(标签流)。
Emulator：Rifidi Emultor 是Rifidi工具包的核心开发工具。它能够模拟阅读器和标签，并且能够很好的和硬件连接起来，它还集成了一个脚本引擎来给标签和标签的阅读创建3D场景。
Designer：Rifidi Designer是一个建立在仿真引擎基础上自定义演示工具，可以提供丰富的3D场景供演示。
Tag Streamer：Rifidi Tag streamer是一个负载测试工具，允许你生成大量的虚拟阅读器和标签来测试RFID系统。

3 RFID在Rifidi中的设计与实现
3．1 Rifidi工具包
Rifidi作为一款RFID系统的的仿真软件工具，它可以创建真实环境中RFID的所需要的3D场景。它也就是一种可以仿真RFID阅读器在阅读器和客户机端直接的程序，也就是说一个用户可以像和一个真正的阅读器一样和Rifidi阅读器进行信息交流，以下将主要用Designer和Emu-ltor进行仿真实验。
3．1．1 Designer
打开这个软件时候，可以看到整个窗口主要由4部分组成如图1所示。

在屏幕的左上方的方框中可以看到构建3D场景所必须的一些元器件(包括gate，box等)；
在左下方可以看到3D场景的迷你图形；
在屏幕的中心便是所要构建的3D，可以在这里贴加所需的元器件；
在窗口的3D场景下有一系列的性能列表，可以改变其性能值；
首先，创建一个新的场景，并给它一个名称，选择合适的大小放置在合适的地方。它允许贴加一些预定义的对象如conveyors，gates，push-arm，boxes等。每个对象都有它特定的属性(例如灵敏度和速度)，这取决于对象的类型。放置在3D场景中的物体都可以被旋转，删除，并且它们之间要通过GPIO(通过输出输入)相互影响作用。特别是，此属性必须被激活在创建对象的时候使用。GPIO的典型使用push-arm被门激活(例如，如果一个阅读器检测到某个RFID标签，Push-arm将会被激活，从而去移动标记有该标签的问题)。每个添加到3D场景中的对象可以在运行当中被启用或禁用。
每个门都拥有特定的IP地址和端口，通过它这样就可以监测通过门的标签。一个控制台可以帮助用户分析每次读取的标记的过程当一个虚拟盒子通过时。