代玉梅，马 黎

(商丘职业技术学院，河南 商丘 476000)

物联网可以理解为全面感知(利用RFID、传感器、二维码等能够随时随地采集物体的动态信息)、可靠传输(通过网络将感知的各种信息进行实时传送)、智能处理(利用计算机技术，及时地对海量的数据进行信息控制，真正达到了人与物的沟通、物与物的沟通)3个过程.物联网的各种应用都是通过采集各类信息和数据实现[1]44-51.

1 数据采集

信息的采集是物联网主要的数据来源，物联网的各种应用都是通过采集各类信息和数据来实现的.感知与识别技术是物联网的基础，其数据来源主要有以下几个方法：使用各种传感器采集物理数据；如温度湿度、PH值、压力等各种物理传感器获得的数据；使用Wi-Fi/WAPI、RFID等完成短距离的信息读取和传递.其中，RFID技术由于具有实时读取功能，成为物联网典型的基础技术之一.现代化的智能小区都装有摄像技术，监控信息数据都是数据采集.

在数据采集与获取的环节中，需要处理的问题有以下几个方面数据完整性和精度的问题:物联网要求数据能够完整、正确的表述事件或者一系列的活动，而且，能够利用数学方法提高数据的精度；分类实时信息的收集与重构问:对于不同类型的数据源，分类实时信息的收集并有机的融合是目前物联网面临的技术关键点和技术难点；实时信息分发问题:物联网需要一种新的通信模式，支持面向需求的数据分发要求，在数据发送的过程中，对信息要进行必要的预处理，保证数据对任务的合理的响应.在这种应用环境中，通常包含用户行为的跟踪检测、数据挖掘及信息的状态关联性等内容.

2 数据的获取

在物联网中对货物、产品部件、机械装备、物流和托运、仓储、零售商的设施或终端用户的资产状态均可进行检测.方便监测可以在对象上面嵌入具有无线功能的嵌入式设备，让他们成为被监测对象的一部分，就如同条形码贴纸一样，成为大部分产品中的一部分.

无线传感器网络(WSN)是由大量传感器节点通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，它能够实现数据的采集量化、处理融合和传输应用.由于它的运作原理可以满足物联网的需求，使它成为了连接物联网上对象设备最佳的候选者.如图1 物联网架构下RFID与WSN的融合所示.

图1 物联网架构下RFID与WSN的融合

RFID侧重于识别，能够实现对目标的标识和管理，同时RFID系统具有读写距离有限、抗干扰性差、实现成本较高的不足；WSN侧重于组网，实现数据的传递，具有部署简单，实现成本低廉等优点，但一般WSN并不具有节点标识功能.RFID与WSN的结合存在很大的程度上解决了以上缺陷.

3 RFID网络的拓扑结构优化设计

RFID是物联网数据的重要来源之一，它广泛用于生产链和商店项目的跟踪和追查及其创新应用，如监控、公共交通等等；对于某些应用程序如超市中的商品的跟踪，它需要考虑具有成本效益的方式部署.RFID读写器网络，涉及到网络规划中的拓扑设计、网络合成和网络实现[2]322-324，在这个过程中要考虑到不同的因素对网络成本的影响，比如：覆盖范围、干扰效果、标签的密度、部署所花费的代价[3]1326-1327.显然，最佳的满足这些具有冲突性的目标，需要解决一个大的搜索空间和非线性优化问题，假设部署的为RFID为无源标签，需要考虑一下几个方面的问题.

3.1 阅读区域的重叠

位于阅读区域内的标签将会被正常检测，但如果受到其他阅读器的干扰就有可能发生碰撞，如图2阅读区域的重叠.因此,为了选择减少阅读区域影响的唯一解决方法，通过所有部署的阅读器跟定义的验收阈值，测量了重叠区域.式(1)～式(4)表明了第一个目标函数(1)的定义.

覆盖率(CRatio)是指允许每个阅读器允许的重叠量，CArea表示候选解决方案的总覆盖面积.

(1)

ε1=Targer-TotalOverlapping Area

(2)

(3)

(4)

3.2 无用的阅读器数量

需要注意，即使符合重叠参数的布局，有可能获取不覆盖任何标签的阅读器，它们需要被最佳的解决方案丢弃，如图3无用的阅读器所示.优化的策略是尽量的减少无用的阅读器.那么优化公式可以列为公式(5)～(7)：

(5)

ε2=Targer-Total Userless Readers

(6)

Targer=0

(7)

图2 阅读区域的重叠

图3 无用的阅读器

3.3 覆盖标签的数量

RFID部署的主要目标之一是能够检测并获得总体部署标签的ID.下面定义了100%的检测标签目标，等式(8)～(10).

(8)

ε2=Targer-Total CoveredTags

(9)

Targer=100% of the deployed tags

(10)

假设标签被覆盖，它们将会被侦破.但在实际的应用中要考虑的更加全面，提供了由定于3种情况决定的错误参考值.在第1种情况下，对探测的标签结果关联一个均匀概率分布.第2种和第3种情况，在阅读区域内根据探测标签的变量概率定义了圆形区域中心.对于两个区域的情况，按经验定义90%和10%作为探测概率，而对于3个区域情况则为90%、70%和10%.如图4不同的标签监测概率与覆盖区域.

图4 不同的标签监测概率与覆盖区域

3.4 位于部署区域外阅读器的数量

要评估大量的解决方案，就要有效的限制所有那些只位于待覆盖区域内的阅读器，因此，衡量位于既定边界的阅读器数量，并有效的消除这些阅读器对整体方案的影响，公式(11)～(13)

(11)

ε4=Targer-Total Readers out of bounds

(12)

Targer=0

(13)

3.5 冗余的阅读器的数量

当两个或更多的阅读器覆盖了相同标签或它的一个自己的时候，会有一些解决方案可能包括多余的阅读器，如图5冗余的阅读器所示.由于一些解决方案的干扰，以及一些无用的操作和额外的费用，所以，必须丢弃它们.为了测量多余的阅读器，观察每个阅读器可能探测到的标签的集合并增加每次的计数时间，找到冗余的阅读器.目标是设置零冗余的阅读器，公式(14)～(16).

(14)

ε5=Targer-Total Redundant Readers

(15)

Targer=0

(16)

3.6 位于阅读器重叠区域内的标签数量

对于某些几何考虑的阅读器往往会在某些领域内重叠.此外，它有可能获得符合先前所有五个目标解决方案，但可能会在重叠的领域内出现标签，如图6重叠区域中的标签所示.由于一些阅读器咋同一时间内执行阅读的时候可能会发生冲突，因此,定义了最后一个目标函数，考虑防止这个问题公式(17)～(19).

(17)

ε6=Targer-Total Tags in Overlapped area

(18)

Targer=0

(19)

图5 冗余的阅读器

图6 重叠区域的标签

4 结语

在物联网中，数据的重要来源是RFID网络，有效地放置阅读器,使得阅读器可以读取多个标签信息同时减小冲突的问题,对RFID网络拓扑结构进行优化设计,根据解决方案的评价指标，具体列出了6个方面的内容，最佳的满足了所有这些具有冲突性的目标.

参考文献：

[1] Michele Zorzi,Alexander Gluhak,Sebastian Lange,Alessandro Bassi.From Today’s Intranet of Things to A Future Internet of Things;A Wireless and Mobility-Related View[J].IEEE Wireless Communications,2010(05).

[2] 徐勇军，刘 禹，王 峰.物联网关键技术[M].北京:电子工业出版社，2012(06).

[3] 刘 快，纪志成.基于混合粒子群的RFID网络的优化部署[J].计算机应用研究，2012(04).