1 概述

無線射頻識別（Radio Frequency IDentification， RFID）技術已在物流、制造業、零售等領域得到廣泛應用，發揮了重要作用。但RFID 讀寫器的功率不能在實際應用中根據RFID 標簽數進行動態調整，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 讀寫器在業務量密集的交易高峰時段和業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，讓它能根據顧客（RFID 標簽）的流量自動調節功率。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到休眠狀態。

本文在RFID 讀寫器消息中間件中集成功率自適應調節模塊，以實現對讀寫器功率的自動調節。目前還未見基于消息中間件的RFID 讀寫器功率自適應調節解決方案，而與之緊密相關的研究主要有：

（1）文獻［2］針對J2EE 中間件系統不能在負載變化的環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系統。

（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策略。該策略通過部署在讀寫器端的中間件進行實現［5］，根據當前RFID 標簽數對RFID 讀寫器功率進行實時調節，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

中間件是一類獨立軟件，主要功能是屏蔽系統間的差異，為硬件與系統、系統與系統間的連接提供通用接口，減少二次開發難度與成本。另外，一些硬件或應用系統的功能也可以以中間件的形式實現［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

3 自適應調節策略設計

策略的設計按照感知、評估、調整3 個步驟執行，且系統不斷循環實施這3 個步驟來實現策略初衷。圖2 描述了自適應調節策略的總體結構。

圖2 自適應調節策略的總體結構

3.1 自適應調節策略各階段設計

3.1.1 感知階段

本系統對外界環境的感知只要探測RFID 標簽數目即可實現，選擇可感知標簽數目的傳感器。圖2 自適應任務庫中存放了外界環境監測模塊和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，此時讀寫器幾乎不消耗功率。探測到RFID 標簽時，觸發中間件的相應模塊進行后續工作。

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。利用規則生成器生成語言規則查詢表且存入規則庫中。

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約功耗比較

從如圖 4、圖5 可以看出，采用自適應調節策略后，功耗明顯降低、節約功耗明顯升高，表明基于模糊控制理論的RFID 讀寫器功率自適應調節策略具有良好效果，達到了設計目的。

5 結束語

自適應調節策略具有明顯的節能優勢，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精確度及拓展應用范圍等方面進行研究，研究重點為RFID 數據管理的關鍵技術。

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