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1、基于Ad Hoc 网络和RFID技术的无线定位系统的研究和实现摘 要 无线Ad Hoc网络的研究已经从无线通信领域中的一个小分支逐渐扩大到相对独立的领域。和其它传统通信网络相比，Ad Hoc网络具有可独立组网、网络可动态重组等特点，使得Ad Hoc网络技术的使用前景广阔，目前在很多行业不同场景中得到了使用。另一方面，RFID无线射频识别技术从诞生发展到现在已经日趋成熟和标准化，RFID技术的非接触性、ID唯一性和安全性等特点使其使用范围非常广泛。如何将RFID技术和网络技术相结合使得RFID能够更广泛的服务于人们的生产生活，是业界讨论的热点领域。同时RFID中间件也成为了很新的研究课题。在有关
2、无线传感器网络的研究中，结合无线Ad Hoc网络技术和RFID射频识别技术探讨技术的使用，仍是一个非常新的研究领域。本课题充分结合无线Ad Hoc网络技术和RFID射频技术各自的特点，深入研究了Ad Hoc无线网络中多跳路由、稳定性等方面和RFID领域中的中间件、抗干扰、安全等方面的关键技术。通过对特定使用场景的分析，提供定位和跟踪等基本位置服务，实现了对标签跟踪过程中的实时监控，同时对作为标签数据采集客户端的RFID中间件也进行了探讨和研究，初步实现了RFID中间件的基本功能。关键字 Ad Hoc网络，RFID， 目录绪论41.1课题背景41.2课题的提出61.3国内外相关研究现状71.4论
3、文的结构安排9基于Ad Hoc网络的RFID定位系统核心技术研究92.1Ad Hoc网络技术92.1.1Ad Hoc网络的概念102.1.2Ad Hoc网络的特点112.1.3Ad Hoc网络的使用122.1.4和其他移动通信系统的比较122.2RFID无线射频技术132.2.1RFID技术研究13研究RFID中间件153.1阅读器种类及比较153.1.1MOBYD163.1.2 rf600193.2RFMLTS分析设计203.3 RFMLTS的特点23第四章 RFID定位系统分析及设计234.1RFID使用场景234.1.1典型使用场景的技术需求分析244.1.2RFID定位系统适应的场景2
4、74.2RFID定位系统功能的总体分析274.3RFLTS的总体设计284.4阅读器管理子系统（RMC）294.4.1数据库设计294.4.2 RMC解包处理模块304.4.3主动报告模块304.5显示管理子系统（MON）304.5.1信息显示314.5.2MON-RMC信息交互模块324.5.3MON-VMC信息交互模块334.6视频管理子系统（VMC）354.6.1 VMC-MON信息交互模块354.6.2视频客户端camctrl364.6.3VMC-camctrl信息交互模块36第五章RFLTS定位系统性能测试和功能演示375.1性能测试375.1.1客户端性能测试385.1.2管理端性
5、能测试395.2功能演示545.2.1程序启动405.2.2文本定位功能演示405.2.3跟踪功能演示40第六章 系统通用性和可扩展性及安全性研究416.1网络平台无关性426.2RFID硬件无关性436.3系统的可扩展性446.4通信协议的安全可靠性45参考文献致谢6 第一章 绪论1.1 课题背景Ad hoc网络的前身是分组无线网（Packet Radio Network），是一种特殊的对等式无线移动网络。在Ad hoc网络中，结点具有报文转发能力，结点间的通信可能要经过多个中间结点的转发，即经过多跳（MultiHop），这是Ad hoc网络和其他移动网络的最根本区别。结点通过分层的网络协议
6、和分布式算法相互协调，实现了网络的自动组织和运行。因此它也被称为多跳无线网（MultiHop Wireless Network）、自组织网络（SelfOrganized Network）或无固定设施的网络（Infrastructureless Network）。移动Ad hoc网络（MANET）是一种特殊的无线移动网络。网络中所有结点的地位平等，无需设置任何的中心控制结点。网络中的结点不仅具有普通移动终端所需的功能，而且具有报文转发能力。和普通的移动网络和固定网络相比，它具有以下特点：1. 无中心：Ad hoc网络没有严格的控制中心。所有结点的地位平等，即是一个对等式网络。结点可以随时加入和离
7、开网络。任何结点的故障不会影响整个网络的运行，具有很强的抗毁性。2. 自组织：网络的布设或展开无需依赖于任何预设的网络设施。结点通过分层协议和分布式算法协调各自的行为，结点开机后就可以快速、自动地组成一个独立的网络。3. 多跳路由：当结点要和其覆盖范围之外的结点进行通信时，需要中间结点的多跳转发。和固定网络的多跳不同，Ad hoc网络中的多跳路由是由普通的网络结点完成的，而不是由专用的路由设备（如路由器）完成的。4. 动态拓扑：Ad hoc网络是一个动态的网络。网络结点可以随处移动，也可以随时开机和关机，这些都会使网络的拓扑结构随时发生变化。5. 有限的无线通信带宽：在Ad Hoc网络中没有有
8、线基础设施的支持，因此，主机之间的通信均通过无线传输来完成。由于无线信道本身的物理特性，它提供的网络带宽相对有线信道要低得多。除此以外，考虑到竞争共享无线信道产生的碰撞、信号衰减、噪音干扰等多种因素，移动终端可得到的实际带宽远远小于理论中的最大带宽值。 6. 有限的主机能源：在Ad Hoc网络中，主机均是一些移动设备，如、便携计算机或掌上电脑。由于主机可能处在不停的移动状态下，主机的能源主要由电池提供，因此Ad Hoc网络有能源有限的特点。这些特点使得Ad hoc网络在体系结构、网络组织、协议设计等方面都和普通的蜂窝移动通信网络和固定通信网络有着显著的区别，使得Ad Hoc网络的使用前景广阔。
9、无线射频识别技术（RFID）从诞生发展到现在已经日趋成熟和标准化，RFID技术由于其非接触、安全、高准确性、唯一性等优势迅速成为一个很热门的话题。据业内人士预测，RFID技术市场将在未来五年内在新的产品和服务上带来30至100亿美金的商机，随之而来的还有服务器、资料储存系统、资料库程序、商业管理软件、顾问服务，以及其他电脑基础建设的庞大需求。或许这些预测过于乐观，但RFID将会成为未来的一个巨大市场是毫无疑问的。RFID产业潜力无穷，使用的范围遍及制造、物流、医疗、运输、零售、国防等等。RFID是2005年、2006年建议企业可考虑引入的十大策略技术之一，然而其成功之关键除了标签（Tag）的价
10、格、天线的设计、波段的标准化、设备的认证之外，最重要的是要有关键的使用软件（KillerApplication），才能迅速推广。而中间件（Middleware）可称为是RFID运作的中枢，因为它可以加速关键使用的问世。RFID中间件（即RFIDEdgeServer）也是EPCglobal推荐的RFID使用框架中相当重要的一环，它负责实现和RFID硬件以及配套设备的信息交互和管理，同时作为一个软硬件集成的桥梁，完成和上层复杂使用的信息交换。目前，EPCglobal已推出相应的规范（ALE，使用级别事件）来统一和规范化这一层面的软件实现。 对于如何把无线Ad Hoc网络技术和RFID射频技术有机的
11、结合起来，同时发挥出两种技术的优点，采用一个怎样的使用模式可以让这两个热点技术融合在一起，进而得到更好的发展是一个非常有使用价值的研究课题。目前，在结合Ad Hoc网络技术和RFID射频技术以构成无线传感器网络方面的研究受到了业界的关注，但是到现在为止还没有成熟的研究成果，这是一个新的领域，也是一个非常有研究意义的方向。同时RFID中间件的探讨和研究也是目前业界关注的焦点。1.2 课题的研究内容本课题的主要研究内容是研究并实现基于Ad-Hoc网络的RFID定位系统及RFID中间件。首先，研究Ad Hoc无线网络的特点及RFID射频识别技术本身的物理特性等技术指标，从使用的角度分析结合了RFID
12、技术的Ad Hoc网络的网络特点；其次，比较现有成熟的定位信息系统，结合融合了RFID技术的Ad Hoc网络的网络特点，分析基于Ad Hoc无线网络的RFID定位系统应该具有的特点。再次，分析使用场景，从不同的角度，进行系统的可行性分析。然后，在此基础上对系统进行总体设计，主要包括RFID中间件设计，各模块功能设计以及它们之间通信协议的设计；接下来，进行系统的具体设计和实现，主要包括节点编址设计，信息格式设计，数据库设计，用户接口设计、主动报告设计、超时重传设计和ACK确认机制设计等；最后，从通用性、可扩展性及安全性等角度对本课题研究的系统进行分析，使得课题的研究更具完整性和严密性。本课题首先
13、研究Ad Hoc无线网络的特点及RFID射频识别技术本身的物理特性等技术指标，从使用的角度分析结合了RFID技术的Ad Hoc网络的网络特点；其次，比较现有成熟的定位信息系统，结合了RFID技术的Ad Hoc网络的网络特点，分析基于Ad Hoc无线网络的RFID定位系统应该具有的特点。再次，分析使用场景，从不同的角度，进行系统的可行性分析。然后，在此基础上对系统进行总体设计、关键技术详细设计。最后，从通用性、可扩展性及安全性等角度对本课题研究的系统进行分析。需要完成的系统性能指标实现一整套基于Ad Hoc网络结合RFID无线射频技术用于提供定位功能并实现标签实时跟踪的系统，需要满足以下性能指标
14、：1. 系统的显示端可以实时显示进入场景、离开场景的标签。2. 系统可以同时监控多于一个的目标物体，选中跟踪的目的标签后，可以实现视频自动切换，实现实时跟踪；3. 当场景中存在的不同阅读器读取到不同频段的标签时，中间件可以屏蔽标签不同属性，按规定的标准读取到标签的有用数据。4. 系统运行环境中阅读器数量可达到10台以上，系统正常工作，可以满足大规模的使用。1.3 国内外相关研究现状目前，国内外分别针对Ad Hoc网络技术及RFID技术的研究已经进行了很多年，研究成果也相当深入，Ad Hoc网络技术方面，Ad Hoc无线网络的性能，多跳路由和网关功能得到了很大提高和扩展。目前Ad Hoc网络的传
15、输速率可达到54Mbps，可以实现3跳的稳定传输，同时还增加了网管功能。RFID方面，从全球来看，美国已经在RFID标准的建立、相关软硬件技术的开发、使用领域走在世界的前列。欧洲RFID标准追随美国主导的EPCglobal标准。在封闭系统使用方面，欧洲和美国基本处在同一阶段。日本虽然已经提出UID标准，但主要得到的是本国厂商的支持，如要成为国际标准还有很长的路要走。韩国政府对RFID给予了高度重视，但至今韩国在RFID标准方面仍模糊不清。RFID标准争夺的核心主要在RFID标签的数据内容编码标准这一领域。目前，形成了五大标准组织，分别代表了国际上不同团体或者国家的利益。EPC Global是由北美UCC产品统一编码组织和欧洲EAN产品标准组织联合成立，在全球拥有上百家成员，得到了零售巨头沃尔玛，制造业巨头强生、宝洁等跨国公司的支持。而AIM、ISO、UID则代表了欧美国家和日本；IP-X的成员则以非洲、大洋洲、亚洲等国家为主。比较而言，EPC Global由于综合了美国和欧洲厂商，实力相对占上风。1. EPC Global EPC Global是由UCC和EAN联合发起的非盈利性机构，全球最大的零售商沃尔玛连锁集团、
