1 概述

無(wú)線射頻識(shí)別（Radio Frequency IDentification， RFID）技術(shù)已在物流、制造業(yè)、零售等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，發(fā)揮了重要作用。但RFID 讀寫器的功率不能在實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)RFID 標(biāo)簽數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，造成了電能的不必要消耗。例如，在采用RFID 技術(shù)的大型超市中，RFID 讀寫器在業(yè)務(wù)量密集的交易高峰時(shí)段和業(yè)務(wù)量稀疏的交易低谷時(shí)段都保持恒定的工作功率，導(dǎo)致了大量電能浪費(fèi)。因此，有必要對(duì)RFID 讀寫器進(jìn)行改進(jìn)，讓它能根據(jù)顧客（RFID 標(biāo)簽）的流量自動(dòng)調(diào)節(jié)功率。當(dāng)顧客流量不斷時(shí)，讀寫器保持在正常功率，當(dāng)顧客流量稀疏時(shí)，讀寫器可調(diào)低功率，而在2 次讀取間隔間可將讀寫器調(diào)節(jié)到休眠狀態(tài)。

本文在RFID 讀寫器消息中間件中集成功率自適應(yīng)調(diào)節(jié)模塊，以實(shí)現(xiàn)對(duì)讀寫器功率的自動(dòng)調(diào)節(jié)。目前還未見基于消息中間件的RFID 讀寫器功率自適應(yīng)調(diào)節(jié)解決方案，而與之緊密相關(guān)的研究主要有：

（1）文獻(xiàn)［2］針對(duì)J2EE 中間件系統(tǒng)不能在負(fù)載變化的環(huán)境中自適應(yīng)改變?cè)斐尚阅茈S時(shí)間推進(jìn)而降低的狀況，提出基于模糊控制策略的J2EE 應(yīng)用服務(wù)器自適應(yīng)調(diào)優(yōu)系統(tǒng)。

（2）文獻(xiàn)［3］針對(duì)讀寫器距離控制問(wèn)題，通過(guò)分析閱讀距離與射頻增益的關(guān)系，推導(dǎo)出自調(diào)節(jié)的計(jì)算方法，并采用模糊推理方法對(duì)讀寫器的讀寫距離進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。它著重從硬件方面進(jìn)行設(shè)計(jì)且針對(duì)的是讀寫器閱讀距離控制問(wèn)題，而沒(méi)有給出核心算法，也沒(méi)有針對(duì)性的應(yīng)用場(chǎng)景。

（3）文獻(xiàn)［4］針對(duì)消息中間件性能與系統(tǒng)資源消耗之間存在著一定矛盾的情況，提出一種基于模糊控制理論的自適應(yīng)框架，從而在消息中間件的性能與其穩(wěn)定性、可靠性之間進(jìn)行較好的平衡。

本文提出一種基于模糊控制理論的RFID 讀寫器功率自適應(yīng)調(diào)節(jié)策略。該策略通過(guò)部署在讀寫器端的中間件進(jìn)行實(shí)現(xiàn)［5］，根據(jù)當(dāng)前RFID 標(biāo)簽數(shù)對(duì)RFID 讀寫器功率進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，從而有效降低了讀寫器功率的消耗。

2 基于中間件的RFID 讀寫系統(tǒng)

中間件是一類獨(dú)立軟件，主要功能是屏蔽系統(tǒng)間的差異，為硬件與系統(tǒng)、系統(tǒng)與系統(tǒng)間的連接提供通用接口，減少二次開發(fā)難度與成本。另外，一些硬件或應(yīng)用系統(tǒng)的功能也可以以中間件的形式實(shí)現(xiàn)［6］。

由于讀寫器功率的控制對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高，因此中間件的設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮2 點(diǎn)：

（1）消息傳輸時(shí)間應(yīng)盡量短；

（2）讀寫器的響應(yīng)時(shí)間應(yīng)盡量短。

鑒于以上2 點(diǎn)考慮，本文將中間件及其策略部署在讀寫器端。RFID 讀寫系統(tǒng)由電子標(biāo)簽、傳感器、部署有中間件的讀寫器和主機(jī)4 個(gè)部分組成，如圖1 所示。

圖1 基于RFID 中間件的RFID 讀寫系統(tǒng)

3 自適應(yīng)調(diào)節(jié)策略設(shè)計(jì)

策略的設(shè)計(jì)按照感知、評(píng)估、調(diào)整3 個(gè)步驟執(zhí)行，且系統(tǒng)不斷循環(huán)實(shí)施這3 個(gè)步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)策略初衷。圖2 描述了自適應(yīng)調(diào)節(jié)策略的總體結(jié)構(gòu)。

圖2 自適應(yīng)調(diào)節(jié)策略的總體結(jié)構(gòu)

3.1 自適應(yīng)調(diào)節(jié)策略各階段設(shè)計(jì)

3.1.1 感知階段

本系統(tǒng)對(duì)外界環(huán)境的感知只要探測(cè)RFID 標(biāo)簽數(shù)目即可實(shí)現(xiàn)，選擇可感知標(biāo)簽數(shù)目的傳感器。圖2 自適應(yīng)任務(wù)庫(kù)中存放了外界環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊和RFID讀寫器控制模塊的初始化設(shè)置。開啟服務(wù)時(shí)，首先由解析模塊將這些設(shè)置解析，然后初始化管理器對(duì)中間件中的相應(yīng)模塊進(jìn)行初始化。在傳感器探測(cè)到RFID 標(biāo)簽之前，讀寫器處于休眠狀態(tài)，此時(shí)讀寫器幾乎不消耗功率。探測(cè)到RFID 標(biāo)簽時(shí)，觸發(fā)中間件的相應(yīng)模塊進(jìn)行后續(xù)工作。

3.1.2 評(píng)估階段

評(píng)估階段包含模糊化、模糊推理計(jì)算、反模糊化3 個(gè)過(guò)程。先通過(guò)模糊化將確定的被測(cè)量轉(zhuǎn)換為模糊子集，再利用模糊推理法則進(jìn)行推理計(jì)算［7］，最后將計(jì)算得到的模糊子集反模糊化成確定量。利用規(guī)則生成器生成語(yǔ)言規(guī)則查詢表且存入規(guī)則庫(kù)中。

3.1.3 調(diào)整階段

控制器模塊接收模糊控制模塊傳來(lái)的新功率執(zhí)行值E，最后傳給讀寫器控制器來(lái)實(shí)時(shí)控制RFID 讀寫器的功率。

3.2 算法設(shè)計(jì)。模糊控制算法流程如圖3 所示。

圖3 模糊控制算法流程

4 仿真測(cè)試

在車流較少、寬闊和信號(hào)源干擾較弱的道路上，固定于道路旁邊電線桿上的RFID 讀寫器分別對(duì)帶有100 個(gè)、20 個(gè)、70 個(gè)、40 個(gè)、10 個(gè)、80 個(gè)、30 個(gè)、130 個(gè)、50 個(gè)、60 個(gè)、110 個(gè)、90 個(gè)電子標(biāo)簽的車輛進(jìn)行測(cè)試。電子標(biāo)簽安置于擋風(fēng)玻璃處，車速為30 km/h，仿真結(jié)果如圖4、圖5 所示。設(shè)定采用自適應(yīng)調(diào)節(jié)策略前讀寫器的輸出功率為恒定值3 W。

圖4 自適應(yīng)策略應(yīng)用前后讀寫器功耗比較

圖5 自適應(yīng)策略應(yīng)用前后讀寫器節(jié)約功耗比較

從如圖 4、圖5 可以看出，采用自適應(yīng)調(diào)節(jié)策略后，功耗明顯降低、節(jié)約功耗明顯升高，表明基于模糊控制理論的RFID 讀寫器功率自適應(yīng)調(diào)節(jié)策略具有良好效果，達(dá)到了設(shè)計(jì)目的。

5 結(jié)束語(yǔ)

自適應(yīng)調(diào)節(jié)策略具有明顯的節(jié)能優(yōu)勢(shì)，且提升了RFID讀寫器的靈活度與智能性，因此，具有很好的應(yīng)用前景。下一步將在提高調(diào)節(jié)精確度及拓展應(yīng)用范圍等方面進(jìn)行研究，研究重點(diǎn)為RFID 數(shù)據(jù)管理的關(guān)鍵技術(shù)。

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