● 摘要
普适计算被业界认为是新一代计算模式，与传统的分布式计算相比，它更强调人、计算机以及环境的相互融合，目标是使智能计算单元无所不在，并且隐性的嵌入到日常工作和生活环境中，从而让人们能够无缝的获取信息和共享资源。RFID标签具有隐蔽性和廉价性等特点，可被用来唯一标识物理世界计算终端甚至普通的日常物体。RFID可以看作是联系物理空间和信息空间的一座桥梁，作为上下文信息的一个重要载体，能够在环境融合和上下文感知中发挥基础性作用，从而为实现普适计算提供了一个切实可行的途径。因此，RFID在普适计算领域的研究引起了越来越多学者的关注。如何利用广泛部署的RFID网络来进行目标位置感知、如何在室内空间进行细粒度的RFID定位、如何在普适计算环境的特定空间内对RFID网络进行组织、以及如何在移动或手持RFID系统中采用能量感知的功耗控制等，都是面向普适计算的RFID研究领域中的重要课题。针对上述问题，论文对面向普适计算的RFID关键技术进行了探索和研究，主要内容包括：(1)提出了一个适合大规模部署并且能对目标进行位置跟踪的RFID体系架构SRAL。鉴于位置在上下文感知中的重要性，本文分析了RFID互联网络的优势，提出了一种适合大规模部署并能对目标实体进行位置追踪的RFID互联体系架构SRAL（Scalable RFID-based Architecture for Location-awareness）。论文定义了兴趣追踪区域TZI（Tracking Zone of Interest）以实现物理位置到逻辑位置的映射，给出了分级的逻辑地理结构描述方法和规则，提出了一种以位置组织上下文记录，并且通过对记录的匹配和挖掘来感知用户需求的思想。论文采用RFID UHF Gen2标签，以航空行李分拣为实验平台验证了SRAL架构提供位置服务的可行性和可扩展性。(2)提出了一种基于主动标签差异消除的室内定位优化算法RFDiffFreeLoc。基于RFID技术在室内细粒度位置服务中的特点和优势，论文对当前RFID定位的研究现状和存在的标签差异问题进行了分析，提出了一种优化算法RFDiffFreeLoc来抑制RFID主动标签自身差异对定位所带来的影响。在仿真实验中本文引入了不同的噪声影响，仿真结果表明，当参考标签间距为1m时，在不同干扰条件下，算法的平均定位误差较已有算法降低0.076~0.344m。在本算法的基础上，本文设计实现了RFHome室内定位原型系统，并在真实的室内环境中进行了部署和实验。实验结果表明，在标签间距为2.4m的情况下，定位平均误差减少了0.225m，进一步验证了本文算法的有效性。(3)提出了一种面向智能空间的基于现场总线的RFID互联模型CNRM4S2。针对EPC网络的特点和其在计算实体实时控制方面的不足，提出了一种更加适用于智能空间环境的基于现场总线的RFID互联网络，并在此基础上提出了一种智能空间内基于RFID互联网络的隐式人机交互方式。本文提出了一种基于CAN总线的RFID互联模型CNRM4S2（CAN-based Networked RFID Model for Smat Space），为实现智能空间内的环境感知、主动服务和自发的人机交互提供支持。CNRM4S2模型作为现有RFID网络的扩展着重解决了RFID互联系统的实时性、灵活性和高效性问题。本文基于高频ISO-15693协议实现了该互联模型的原型系统，并且以会展场景作为一个智能空间对CNRM4S2模型的有效性和该空间内的人机交互性能进行了实验验证与评价。(4)提出一种以动态频率选择（DFS）为核心的移动RFID系统低功耗管理策略。能量是一项重要的上下文，当普适计算场景中存在移动、可穿戴或手持RFID读写设备时，以低功耗为目标的能量感知具有重要意义。论文提出了一种以动态频率选择（Dynamic Frequency Selection, DFS）为核心的能量管理策略，其基本思想是根据用户应用需求，在射频模块工作时利用倍频技术完成射频识别功能，而在待机状态时动态降低系统主时钟工作频率或让系统休眠，关闭更多没有任务的外部单元。该能量感知策略将硬件结构级和软件级功耗优化方法有机结合，实验表明该策略能够显著减少无意义的能量消耗，在实现RFID低功耗方面具有可行性。