RFID标签实时定位系统

殷建

(无锡职业技术学院 江苏无锡 214121)

RFID标签实时定位系统

殷建

(无锡职业技术学院 江苏无锡 214121)

传统的安全管理系统，往往采用按指纹或刷卡的方式，效率很低，而且会带来许多的不便。为了实现人员或物品的实时跟踪和监控，提出了一种基于无线局域网的实时定位系统，该基于Wi-Fi的RFID实时定位系统是一种结合无线网络、射频识别和实时定位等多种技术的实时定位系统。详细介绍了定位系统的结构及定位原理，给出了工作原理图，并分析了预警系统方案。

射频识别;Wi-Fi;实时定位;定位标签;追踪系统

0 引言

近年来随着射频技术的飞速发展，采用射频技术实现对人员的有效监控已经成为一种发展趋势。射频人员管理系统是采用有源的射频标签作为人员的标志，射频标签内存储人员的相关信息。射频技术可以自动实现人员位置的信息采集和传送，无需人工干预，不影响人员的正常工作，不改变日常的工作习惯。如果某大楼里部署了射频监控系统，在监控终端可以显示出大楼通道中人员的身份(依据他在入口的登记信息)及移动方向等，管理系统可以根据采集到的人员移动位置信息统计分析人员的移动路线等［1］。

基于 Wi-Fi的 RFID实时定位系统(Wi-Fi RTLS)结合无线网络、射频识别(RFID)和实时定位等多种技术，在无线局域网覆盖的地方，定位系统能够随时跟踪监控各种人员和资产，并准确找寻到目标对象，实现对资产和人员的实时定位和监控［2-3］。

1 系统组成

无线局域网实时定位系统(Wi-Fi RTLS)由以下三部分组成:定位标签(有源RFID Tag)、无线局域网接入点(Access Point:2.45 GHz可调有源Wi-Fi RFID读写器，以下简称读写器)、定位服务器(Loca-ting Server)。无线局域网接入点支持802.11b［4］。

基本系统构架如图1所示:

图1 无线局域网实时定位系统构架图

无线局域网实时定位系统(Wi-Fi RTLS)网络拓扑结构如图2所示:

图2 无线局域网实时定位系统(Wi-Fi RTLS)网络拓扑结构图

1.1 定位标签

定位标签具有唯一的ID，表示特定携带者。标签大部分时间处于睡眠状态，当进入系统工作区后，向阅读器网络注册，并接受管理。定位过程中，标签定时发送信号，以便阅读器网络对标签进行定位。

人员标签根据需要可以有不同的设计，如腕带标签、胸卡等。

1.2 读写器

可调有源读写器采用2.4 GHz频段、全向天线设计，支持802.11b/g模式，并且提供了大容量缓冲器，可存储高达800个标签数据集。通过内置的全向天线，RFID阅读器支持多标签的探测和识别，读取范围高达30米。

读写器分为直接模式和缓冲模式。在直接模式下，其直接上传信息到实时主机系统。在缓冲模式下，RFID读写器接收和储存的信息，只有在主机系统要求后才上传。

1.3 定位服务器

定位服务器的功能主要有:计算标签位置、提供标签位置查询服务、标签管理以及阅读器网络维护。

安装了定位服务器软件系统的监控管理中心，主要实现实时数据分析处理。定位服务器根据阅读器网络上传的信息，计算标签的位置，并记录。同时，可通过局域网提供轨迹、历史位置的查询服务。监控各个标签的活动状态，必要时发出一定的信号。对阅读器网络中的阅读器实时监控，检测阅读器工作状态与故障。

2 工作原理

2.1 原理概述

系统工作原理如图3所示:

图3 基于无线局域网(Wi-Fi)的实时定位系统工作原理示意图

在覆盖无线局域网的地方，佩戴在人员身上或安装在物品上面的定位标签周期性地发出信号，有源Wi-Fi RFID读写器接收到信号后，将信号传送给定位服务器。定位服务器根据信号的强弱或信号到达时差判断出人员或物品的位置，并通过电子地图显示人员或物品的具体位置。具体如下:

①定位标签作为无线数据采集模块佩戴在人员身上或者安装在贵重物品上，系统通过对标签的跟踪实现对人员和物品的跟踪定位。

②可调有源Wi-Fi RFID读写器及时采集标签的信息，传输到后端的监控中心，对定位标签进行控制管理。在办公室内部每个AP的有效覆盖范围为30米。读写器安装在园区各个区域入口处和每个办公室内。

③当安装了定位服务器软件系统的监控管理中心接收到读写器发送的信息后，进行实时数据分析处理。分析管理标签数据，通过控制中心的电子地图监视并及时显示各现场标签的位置，数据可同时存入存储数据库，监控人员可以通过计算机访问存储服务器查询人员或物品位置、报警信息，以及人员或物品的移动轨迹等。

2.2 具体工作流程

访客或员工进入展馆园区后，首先在登记处登记姓名、身份证号等信息，登记时可追溯视频设备开启并进行访客图像采集。访客图像信息和登记的相关信息被录入后台计算机，并与射频定位与追踪系统相连，授权一张记录有访客相关信息的有源RFID标签供访客使用。在园区停车场、各个建筑物出入口及重要房间等处部署一定数量的读写器，访客持有源RFID标签进入读写器覆盖范围内时，读写器将会自动感应到标签信号，并开始对该访客进行电子定位，将数据实时传送给监控终端，判断访客移动路线并保留必要的数据信息，以备将来查询。

2.3 虚拟预警系统实现

在有无线局域网覆盖的区域，定位标签对进入区域的人员或物品进行实时追踪定位，有源读写器把采集到的信息发送到监控管理中心进行处理，根据接收到的定位数据可以判断区域内的任何人员的行为是否异常，从而达到预警效果。

首先采集各种影响园区正常运营的异常人员行为的定位数据，根据定位数据，在定位服务器监控管理中心建立一个预警模式库。

其次，实时接收读写器发送来的信息，并进行数据分析，并与预警模式库中的数据进行匹配。

最后，当有异常人员流动时，发送到监控中心的实际模式数据就会与预警模式库中的某些数据吻合，触动报警器报警，即可迅速定位异常人员位置，这样，就可以达到预警效果。

具体流程图如图4所示:

图4 预警系统流程图

3 系统特点

1)无线局域网非常普及，价格便宜，容易搭建和管理操作，无线局域网还可以用于无线上网、语音、视频等其他用途。

2)实时的人员跟踪，可随时查找某个人位置，与在某个时间段内所经过的路径，显示出线路轨迹。

3)定位精度高，可达3～5 m(视具体环境而定)，准确掌握贵重物品或人员所处位置。

4)超低功耗，可更换电池标签，电池寿命可达到3年以上，且对人体安全、无辐射损害。

5)可视化终端平台，以电子地图形式显示人员或物品的位置和移动轨迹，还能显示周围环境的温度警报信息，便于环境监测和安全防范。

6)有源RFID标签读写距离远，适于实现大区域的无缝覆盖和监控。

4 结束语

此系统投资成本低，建设时间短，安装灵活，安全环保，并且无线宽带网络覆盖面广。此无线局域网实时定位系统特别适用于人员定位、物流和仓库管理、闭环资产跟踪和高价值资产跟踪等，系统的高可靠、高性能、易操作、易管理等特点对于公司人性化、高效率的管理带来很大的帮助。

［1］ 李海波，吴文军，王雪莉.Wi-Fi通讯技术及其在金鼎矿业中的应用［J］.金属矿山，2010(8):120-127.

［2］ 游战清，李苏剑.无线射频识别技术(RFID)理论与应用［M］.北京:电子工业出版社，2004:90-116.

［3］ 侯方勇，戴葵.计算机射频通信系统的设计与实现［J］.计算机应用研究，2002，19(12):105-107.

［4］ 宋先文，郭春燕.基于射频技术的无线控制网络设计［J］.微计算机信息，2008(24):70-72.

RFID Label Real-time Positioning System

YIN Jian
(Wuxi Institute of Technology，Wuxi 214121，China)

Traditional safety management system usually adopts crediting card or pressing fingerprint.Its efficiency is low and it is not convenient.To realize real-time tracking and monitoring of objects，this paper advances a real-time positioning system based on Wireless Fidelity.This positioning system combines wireless network，RFID，real-time positioning techniques and etc.This paper introduces the structure and positioning principle of the system，provides the working principle chart and analyses the pre-alarm system project of the system.

RFID;Wi-Fi;real-time positioning;positioning label;tracking system

TP 391.44

A

1672-2434(2011)03-0040-03

2011-03-23

上海市科委重点科技攻关专项(09511503400)

殷 建(1963-)，男，副教授，硕士，从事研究方向:信号处理