1 概述

　　無線射頻識別(Radio Frequency IDentification, RFID)技術已在物流、制造業(yè)、零售等領域得到廣泛應用，發(fā)揮了重要作用。但RFID 讀寫器的功率不能在實際應用中根據(jù)RFID 標簽數(shù)進行動態(tài)調整，造成了電能的不必要消耗。例如，在采用RFID 技術的大型超市中，RFID 讀寫器在業(yè)務量密集的交易高峰時段和業(yè)務量稀疏的交易低谷時段都保持恒定的工作功率，導致了大量電能浪費。因此，有必要對RFID 讀寫器進行改進，讓它能根據(jù)顧客(RFID 標簽)的流量自動調節(jié)功率。當顧客流量不斷時，讀寫器保持在正常功率，當顧客流量稀疏時，讀寫器可調低功率，而在2 次讀取間隔間可將讀寫器調節(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調節(jié)模塊，以實現(xiàn)對讀寫器功率的自動調節(jié)。目前還未見基于消息中間件的RFID 讀寫器功率自適應調節(jié)解決方案，而與之緊密相關的研究主要有：

　　(1)文獻[2]針對J2EE 中間件系統(tǒng)不能在負載變化的環(huán)境中自適應改變造成性能隨時間推進而降低的狀況，提出基于模糊控制策略的J2EE 應用服務器自適應調優(yōu)系統(tǒng)。

　　(2)文獻[3]針對讀寫器距離控制問題，通過分析閱讀距離與射頻增益的關系，推導出自調節(jié)的計算方法，并采用模糊推理方法對讀寫器的讀寫距離進行調節(jié)控制。它著重從硬件方面進行設計且針對的是讀寫器閱讀距離控制問題，而沒有給出核心算法，也沒有針對性的應用場景。

　　(3)文獻[4]針對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 讀寫器功率自適應調節(jié)策略。該策略通過部署在讀寫器端的中間件進行實現(xiàn)[5]，根據(jù)當前RFID 標簽數(shù)對RFID 讀寫器功率進行實時調節(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，一些硬件或應用系統(tǒng)的功能也可以以中間件的形式實現(xiàn)[6]。

　　由于讀寫器功率的控制對實時性要求較高，因此中間件的設計應該考慮2 點：

　　(1)消息傳輸時間應盡量短；
　　(2)讀寫器的響應時間應盡量短。

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

圖1 基于RFID 中間件的RFID 讀寫系統(tǒng)

　　3 自適應調節(jié)策略設計

　　策略的設計按照感知、評估、調整3 個步驟執(zhí)行，且系統(tǒng)不斷循環(huán)實施這3 個步驟來實現(xiàn)策略初衷。圖2 描述了自適應調節(jié)策略的總體結構。

圖2 自適應調節(jié)策略的總體結構

　　3.1 自適應調節(jié)策略各階段設計

　　3.1.1 感知階段

　　本系統(tǒng)對外界環(huán)境的感知只要探測RFID 標簽數(shù)目即可實現(xiàn)，選擇可感知標簽數(shù)目的傳感器。圖2 自適應任務庫中存放了外界環(huán)境監(jiān)測模塊和RFID讀寫器控制模塊的初始化設置。開啟服務時，首先由解析模塊將這些設置解析，然后初始化管理器對中間件中的相應模塊進行初始化。在傳感器探測到RFID 標簽之前，讀寫器處于休眠狀態(tài)，此時讀寫器幾乎不消耗功率。探測到RFID 標簽時，觸發(fā)中間件的相應模塊進行后續(xù)工作。

　　3.1.2 評估階段

　　評估階段包含模糊化、模糊推理計算、反模糊化3 個過程。先通過模糊化將確定的被測量轉換為模糊子集，再利用模糊推理法則進行推理計算[7]，最后將計算得到的模糊子集反模糊化成確定量。利用規(guī)則生成器生成語言規(guī)則查詢表且存入規(guī)則庫中。

　　3.1.3 調整階段

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

　　3.2 算法設計。模糊控制算法流程如圖3 所示。

圖3 模糊控制算法流程

　　4 仿真測試

　　在車流較少、寬闊和信號源干擾較弱的道路上，固定于道路旁邊電線桿上的RFID 讀寫器分別對帶有100 個、20 個、70 個、40 個、10 個、80 個、30 個、130 個、50 個、60 個、110 個、90 個電子標簽的車輛進行測試。電子標簽安置于擋風玻璃處，車速為30 km/h，仿真結果如圖4、圖5 所示。設定采用自適應調節(jié)策略前讀寫器的輸出功率為恒定值3 W。

圖4 自適應策略應用前后讀寫器功耗比較

圖5 自適應策略應用前后讀寫器節(jié)約功耗比較

　　從如圖 4、圖5 可以看出，采用自適應調節(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 讀寫器功率自適應調節(jié)策略具有良好效果，達到了設計目的。

　　5 結束語
 
　　自適應調節(jié)策略具有明顯的節(jié)能優(yōu)勢，且提升了RFID讀寫器的靈活度與智能性，因此，具有很好的應用前景。下一步將在提高調節(jié)精確度及拓展應用范圍等方面進行研究，研究重點為RFID 數(shù)據(jù)管理的關鍵技術。

  參考文獻
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