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1、/成绩： 2015-2016学年 2学期“射频识别（RFID）原理与应用”报告报告题目： 学 生 姓 名 ：叶晶专 业 ：物联网班 级 ：0851303学 号 ：2013212498填表时间：2016年 6月 RFID标准系统射频识别技术（Radio Frequency Identification，缩写RFID），射频识别技术是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术，射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。从信息传递的基本原理来说，射频识别技术在低频段基于变压器耦合模型(初级与次级之间的能量传递及信号传递)，在
2、高频段基于雷达探测目标的空间耦合模型(雷达发射电磁波信号碰到目标后携带目标信息返回雷达接收机)。从上世纪80年代开始逐渐走向成熟的一项自动识别技术。近年来由于集成电路的快速发展，RFID标签的价格持续减低，因而在各个领域的应用发展十分迅速。为了更好地推动这一新产业的发展，国际标准化组织ISO、以美国为首的 EPCglobal、日本UID等标准化组织纷纷制定RFID相关标准，并在全球积极推广这些标准。（1） ISO标准体系： RFID标准化工作最早可以追溯到20世纪90年代。1995年国际标准化组织ISO/IEC联合技术委员会JTCl设立了子委员会SC31（以下简称SC31），负责 RFID标准
3、化研究工作。SC31委员会由来自各个国家的代表组成，如英国的BSI IST34委员、欧洲CEN TC225成员。他们既是各大公司内部咨询者，也是不同公司利益的代表者。因此在ISO标准化制定过程中，有企业、区域标准化组织和国家三个层次的利益代表者 。 RFID领域的ISO标准可以分为以下四大类： 1 技术标准（如射频识别技术、IC卡标准等） 2 数据内容与编码标准（如编码格式、语法标准等） 3 性能与一致性标准（如测试规范等标准） 4 应用标准（如船运标签、产品包装标准等）从ISO制订的RFID标准内容来说，RFID应用标准是在RFID编码、空中接口协议、读写器协议等基础标准之上，针对不同使用对
4、象，确定了使用条件、标签尺寸、标签粘贴位置、数据内容格式、使用频段等方面特定应用要求的具体规范，同时也包括数据的完整性、人工识别等其他一些要求。通用标准提供了一个基本框架，应用标准是对它的补充和具体规定。这一标准制订思想，既保证了RFID技术具有互通与互操作性，又兼顾了应用领域的特点，能够很好地满足应用领域的具体要求。（2）EPC Global标准体系 ： EPC Global是由美国统一代码协会（UCC）和国际物品编码协会（EAN）于2003年9月共同成立的非盈利性组织，其前身是1999年10月1日在美国麻省理工学院成立的非盈利性组织Auto-ID 中心，以创建“物联网”(Internet
5、of Things)为自己的使命。与ISO 通用性RFID标准相比，EPCglobal标准体系是面向物流供应链领域，可以看成是一个应用标准。EPCglobal的目标是解决供应链的透明性和追踪性，透明性和追踪性是指供应链各环节中所有合作伙伴都能够了解单件物品的相关信息，如位置、生产日期等信息。为此EPCglobal制定了 EPC编码标准，它可以实现对所有物品提供单件惟一标识；也制定了空中接口协议、读写器协议。这些协议与ISO标准体系类似。在空中接口协议方面，目前 EPCglobal的策略尽量与ISO兼容，如C1Gen2 UHF RFID标准递交ISO将成为ISO 18000 6C标准。但EPCg
6、lobal 空中接口协议有它的局限范围，仅仅关注UHF 860930MHz。目前EPC global Network技术规范1.0版给出了所有的系统定义和功能要求。EPC Global已在加拿大、日本、中国等国建立了分支机构，专门负责EPC码段在这些国家的分配与管理、EPC相关技术标准的制定、EPC相关技术在本土的宣传普及以及推广应用等工作。 EPC Global提出的“物联网”体系架构由EPC编码、EPC标签及读写器、EPC中间件、ONS服务器和EPCIS服务器等部分构成。EPC是赋予物品的唯一的电子编码，其位长通常为64位或96位，也可扩展为256位。对不同的应用，规定有不同的编码格式，主
7、要存放企业代码、商品代码和序列号等。最新的GEN2标准的EPC编码可兼容多种编码。EPC中间件对读取到的EPC编码进行过滤和容错等处理后，输入到企业的业务系统中。它通过定义与读写器的通用接口（API）实现与不同制造商的读写器的兼容。ONS服务器根据EPC编码及用户需求进行解析，以确定与EPC编码相关的信息存放在哪个EPCIS服务器上。EPCIS服务器存储并提供与EPC相关的各种信息。这些信息通常以PML的格式存储，也可以存放于关系数据库中。物联网标准是EPCglobal所特有的，ISO仅仅考虑自动身份识别与数据采集的相关标准，数据采集以后如何处理、共享并没有作规定。物联网是未来的一个目标，对当
8、前应用系统建设来说具有指导意义。（3）Ubiquitous ID Ubiquitous ID Center是由日本政府的经济产业省牵头，主要由日本厂商组成，目前有日本电子厂商、信息企业和印刷公司等达300多家参与。该识别中心实际上就是日本有关电子标签的标准化组织。 uID Center的泛在识别技术体系架构由泛在识别码（ucode）、信息系统服务器、泛在通信器和ucode解析服务器等四部分构成。ucode是赋予现实世界中任何物理对象的唯一识别码。它具备了128位的充裕容量，并可以用128位为单元进一步扩展至256、384或512位。ucode的最大优势是能包容现有编码体系的元编码设计，可以兼容
9、多种编码。ucode标签具有多种形式，包括条码、射频标签、智能卡、有源芯片等。泛在识别中心把标签进行分类，设立了9个级别的不同认证标准。信息系统服务器存储并提供与ucode相关的各种信息。ucode解析服务器确定与ucode相关的信息存放在哪个信息系统服务器上。ucode解析服务器的通信协议为ucodeRP和eTP，其中eTP是基于eTron（PKI）的密码认证通信协议。泛在通信器主要由IC标签、标签读写器和无线广域通信设备等部分构成，用来把读到的ucode送至ucode解析服务器，并从信息系统服务器获得有关信息。 泛在识别中心对网络和应用安全问题非常重视，针对未来可能出现的安全问题如截听和非
10、法读取等，节点进行信息交换时需要相互认证，而且通信内容是加密的，避免非法阅读。 目前，ISO/IEC 18000、EPCglobal、日本UID三个空中接口协议正在完善中。这三个标准相互之间并不兼容，主要差别在通讯方式、防冲突协议和数据格式这三个方面，在技术上差距其实并不大。RFID机器人定位研究RFID技术利用无线射频信号在读写器与标签之间进行数据通信，射频信号具有一定的穿透性，解决了机器人定位于地图创建过程中传感器非视距的问题。提出了一种新颖的利用周围环境中少量的位置未知的标签来估算出计机器人位置的方法，并利用粒子滤波算法来增强算法的鲁棒性。同时，还引入了RFID天线功率切管器来提高地图创
11、建的精确性，降低了机器人定位差。最后通过定量分析影响效果3个主要因子，证明了这种定位方法具有较高的定位精度。射频识别技术是近年来兴起的一门自动识别技术。与传统的条形码系统，接触式卡等不同，射频识别系统李勇无线射频方式非接触供电，并进行非接触双向数据通信，以达到识别并交换数据的目的；识别工作无须入工干预，可工作于各种恶略的环境。现在工业现场使用大量工程机器人，其中固定轨道机器人最为常见。顶轨迹机器人的一个基本要求就是能够根据要求成自我定位，是机器人无论是在机构化或非结构化的环境里都能按照设定的路线和周围环境的位置关系，根据任务作出正确的决定和路径选择。移动机器人按照其运动轨迹的不同，可分为静态路
12、径和动态路径两种，也可以根据对环境信息掌握的程度不同将移动技巧其人的路径规划分为全局路径规划和局部路径规划。由于RFID读取器对标签的距离不可知, 导致RFID定位产生固有误差。所以为了降低位置估计的误差, 很多学者进行了研究。CHAE把主动RFID标签作为人造环境特征进行全局定位, 并结合视觉传感器进行局部地图匹配完成了移动机器人的室内定位。DEY-LE使用多接收天线的粒子滤波模型完成室内移动机器人的位置估。BYOUNG- SUK结合被动RFID标签和里程计有效降低了RFID定位的固有误差。SOONSHIN使用三角型地板标签排列模型代替传统的正方形模型把固有误差降低18%。MYUNGSIK使
13、用主动RF ID标签和超声传感器完成了目标寻找和避障实验。TOSHI-HIRO使用多范围感知RFID模型对机器人位姿进行估计。可见许多研究人员都是结合相对传感器或绝对传感器的应用来消除RFID的估计误差的, 这是一个可行的思路。笔者研究室内地板被动RFID标签定位模型, YOSUKE提出该模型的定位精度依赖室内标签的埋放密度, 不能消除RFID定位的固有误差。为了解决这个问题,提出融合RFID、超声波、电子罗盘和里程计自定位的方法, 在RFID 定位的基础上附加一种定位系统, 以补偿RFID 定位的缺陷。扩展卡尔曼滤波( EKF)是一种用于机器人位姿跟踪的常用定位方法, 在正常情况下可以很好地
14、跟踪机器人位姿。当移动机器人没有检测到新的RFID 标签时, 单纯的RFID 定位系统的位姿无法更新, 位姿估计的误差可能被累积。而利用超声波、电子罗盘和里程计组成的扩展卡尔曼定位系统, 可以及时更新位姿, 从而有效降低RFID技术上的缺陷,减小RFID定位误差。RFID基本组成：RFID标签(Tag)：由芯片与天线组成，每个标签具有唯一的电子编码。标签附着在物体上以标识目标对象。 RFID阅读器(Reader)：主要任务是控制射频模块向标签发射读取信号，并接收标签的应答，将对象标识信息连带标签上其它相关信息传输到主机以供处理。 RFID数据处理单元：主要任务管理数据库及防冲突等。典型RFID
15、定位系统 当移动机器人行走时, 所装备的RFID读取器的有效读取覆盖范围如图1所示, 所有检测到的RFID标签在以r为半径的圆内。定位开始时,移动机器人通过读取器获取在读取范围内的标签定位信息来估计自身位置, 直到检测到新的标签,再对位置估计进行更新。RFID定位平面图如图2所示, 从图2可知,机器人的位置估计( xest, yest )可以通过读取范围内标签存储的定位信息来估计：RFID位置估算误差：在这种位置估计的过程中, 固有误差始终存在。定位误差与RFID标签的排列距离息息相关, RFID定位误差示意图如图3所示。每个标签存储的地理信息为a1 到an + 1, 并且标签的距离固定为dtag。从图4可以得到位置估计x轴xest与机器人实际坐标的xrel误差。 基于扩展卡尔曼滤波的RFID定位算法 移动机器人融合RFID、超声波、电子罗盘和里程计自定位,补偿了RFID定位系统的固有误 差,算法流程如图4所示。其思路分两步:扩展卡尔曼定位扩展卡尔曼算法假设系统状态的概率分布是高斯分布, 噪声是相互独立的。初始化移动机器人状态X0 x0, y0,0 , 误差协方差矩阵P0，机器人行驶时基于运动模型预测位置x(k+1/k)=fx(k/k),协方差矩阵P(k+1/k)=F(k)P(k/k)F(k)T +Q(k),其中F(k)=f(k)为f(k)的雅可比矩阵传感
