基于RFID技術的無源感知機制那些研究

隨著物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)4.0等智能化概念的提出，新型的計算模式與感知技術被充分應用于生產(chǎn)生活中。而在這些技術中，RFID技術作為條形碼以及二維碼的替代產(chǎn)物，已經(jīng)成為物聯(lián)網(wǎng)應用的核心支撐技術之一，在學術界與工業(yè)界得到了廣泛關注。

RFID標簽由于無源傳輸、遠距離通信以及唯一標識等特點替代條形碼，被廣泛部署在日常物體之上，應用于物流管理、目標檢測、安全訪問控制等一系列智能化應用中，為人們的生活與工作提供更加便捷的智能化體驗。

無源感知網(wǎng)絡，是指節(jié)點自身不配備或不是主要依賴自身的電源設備供電，而是通過從環(huán)境中獲取能量支撐其計算、感知和通信與組網(wǎng)。而在無源感知研究中，RFID技術由于標簽的可標記性，完美地解決了傳統(tǒng)無源感知技術無法區(qū)分多目標的問題；同時，標簽價格低廉使得可以通過在日常物體上廣泛部署標簽進行泛在感知，成為感知萬物的一種有效方式。基于RFID的無源感知技術實現(xiàn)了RFID從“識別”到“感知”的蛻變，是可標記無源感知中的典型技術，成為近年來無源感知的一個熱門研究領域。

一般而言，實現(xiàn)這樣的無源感知應用需要在感知渠道、感知方法、感知范疇以及感知應用這4個層面分別滿足：

1、感知渠道信號穩(wěn)定；

2、感知方法部署可行；

3、感知范疇目標準確；

4、感知應用場景普適。

感知方法是指感知所采取的信號模型以及場景部署等，對于不同的感知應用需求，構建合理有效的感知方法，部署切實可行的感知設備，是感知應用能夠實際使用的關鍵；感知渠道是指感知所使用的信號特征來源，在實際環(huán)境中無線信號容易受到各種環(huán)境噪音的干擾選取合適穩(wěn)定的感知渠道能夠為魯棒的感知應用提供最重要的基礎保障；感知應用是指感知技術在實際生活中的應用場景，通常需要感知應用具有一定的泛化性，能夠解決一類的應用場景；感知范疇是指感知方法所對應的算法目標，確定真實有效的感知范疇，并實現(xiàn)準確魯棒的目標感知是智能感知技術中的核心問題。

綜上所述，挖掘出泛化的應用需求，并進行準確的感知，是基于RFID無源感知研究的最終目的。這4個層面緊密相關，且相互影響。感知應用的需求決定了感知范疇的選?。煌瑫r，感知應用的場景限制了感知方法中設備部署的可行性；感知推理模型決定了設備的部署方式與感知渠道；感知范疇的準確性依賴于感知方法的選擇等。因此，在實際感知研究中，這4個層面是相互關聯(lián)、相互依存。在設計感知應用時需要結合多種因素考慮，從而實現(xiàn)更加可靠的感知應用。

感知方法主要指感知過程使用感知渠道的具體方式，包括不同感知設備的部署方式、感知技術的工作原理等等。就RFID技術而言，RFID標簽適合靈活的多標簽部署，且多個標簽間信號具有較強的關聯(lián)性，為RFID感知提供了機遇；但一方面，多個標簽信號特征同時受多種行為影響，難以統(tǒng)一區(qū)分；另一方面，真實環(huán)境中的噪音信號以及多標簽間的相互干擾十分復雜，難以通過統(tǒng)一模型進行量化去除。

感知渠道主要指感知所用的信號特征。就RFID技術而言，標簽的信號特征與距離、角度等信道參數(shù)具有穩(wěn)定的函數(shù)關系，標簽信號特征與信道參數(shù)間的高敏感度與強關聯(lián)性為基于RFID技術的無源感知提供了機遇。但一方面，多種行為變化對特定信號特征均有影響 (如呼吸和心跳會同時影響標簽信號)，造成多種特征難以區(qū)分；另一方面，RFID的隨機讀取方式造成信號采樣不穩(wěn)定，采樣干擾難去除。

感知應用主要指感知工作在應用層面所適用的具體場景。就RFID技術而言，鴻陸無源標簽的通用性為實際應用提供了成本低廉、部署靈活、改造方便等優(yōu)勢，為感知應用帶來了機遇。但感知應用場景中也存在一些挑戰(zhàn)，在真實復雜環(huán)境下的RFID應用極易受到多種環(huán)境噪音影響，真實環(huán)境下的無線噪音難以被有效量化削減。

感知范疇主要指感知工作在技術層面所最終需要實現(xiàn)的感知目標。就RFID技術而言，RFID技術的信號特征與標簽位置、多徑反射等環(huán)境因素敏感度高與關聯(lián)性強，為多種范疇的目標感知提供了機遇。但依然存在諸多挑戰(zhàn)，一方面，感知范疇內的多種目標狀態(tài)變化會對同一種信號特征產(chǎn)生影響，難以有效區(qū)分；另一方面，RFID標簽的隨機讀取帶來不穩(wěn)定的RFID標簽讀取，這為實時的連續(xù)行為感知帶來巨大挑戰(zhàn)。

基于RFID的無源感知與其他感知技術相比：

1、在感知方法方面，標簽和天線的靈活部署與定制化調整，提供了更多的感知場景與針對性的感知解決方案；

2、在感知渠道方面，無源的標簽通訊帶來了更多的信號干擾與感知挑戰(zhàn)，同時便捷的標簽部署也提供了“萬物皆可知”的感知機遇；

3、在感知應用方面，物聯(lián)網(wǎng)時代RFID標簽的廣泛部署為更豐富的感知應用提供了設備基礎，為眾多潛在的應用提供保障；

4、在感知范疇方面，綁定式與非綁定式感知都能利用廣泛部署的RFID標簽進行目標感知，提升了感知的靈活性。

自2003年沃爾瑪宣布采用UHF RFID技術追蹤商品時起，在后續(xù)接近20年的發(fā)展時間里，配合著一個讀寫器，RFID標簽一直在碎片化的長尾市場中被大量使用。在最初近10年的時間里，RFID的主要發(fā)展方向是識別，即獲取標簽的EPC、讓RFID讀寫器讀取的距離更遠、讀取的速度更快，如在供應鏈的各環(huán)節(jié)通過RFID技術實現(xiàn)實物流轉信息的快速自動識別，進而實現(xiàn)整個供應鏈的可視化，支撐面向監(jiān)管、企業(yè)產(chǎn)品溯源、消費者商品防偽等應用場景需求。

而從2013年至今，將無源的RFID技術用于感知則成了新的發(fā)展方向。鴻陸RFID讀寫器除了能提供RFID標簽的ID信息外，還能提供標簽返回信號的強度值（RSSI）、相位值（Phase）以及多普勒頻率（Doppler Frequency）等參數(shù)，利用這些參數(shù)可以實現(xiàn)基于RFID的厘米級精準定位、追蹤、動作和行為感知等，極大地拓展了RFID應用的范圍和層次，使RFID技術從識別走向感知。

審核編輯：湯梓紅