基于RFID的无源感知机制研究综述-王楚豫，谢磊，赵彦超，张大庆，叶保留，陆桑璐.pdf

上善若水

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2022-05-19

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

基于RFID的无源感知机制研究综述

王楚豫

,谢磊

,赵彦超

,张大庆

3,4

,叶保留

,陆桑璐

(计算机软件新技术国家重点实验室(南京大学),江苏南京210023)

(南京航空航天大学计算机科学与技术学院,江苏南京210016)

(高可信软件技术教育部重点实验室(北京大学),北京100871)

(北京大学计算机学院,北京100871)

通信作者:谢磊,E-mail:lxie@nju.edu.cn

摘　要:随着物联网技术的飞速发展与广泛部署,物联网领域的应用需求逐步从“万物互联”转变成“人-机-物”的感

知融合.在众多感知技术之中,射频识别技术(radiofrequencyidentification,RFID)作为物联网领域的核心技术之

一,由于标签的轻量级、可标记、易部署等特征,成为“无源感知”的重要媒介.为深入剖析无源感知的研究方法,

了解当前无源感知的研究进展,以基于RFID的无源感知研究为主要切入点,根据感知研究的一般流程,从感知渠

道、感知方法、感知范畴以及感知应用这4个层面对近年来基于RFID的无源感知研究工作进行阐述和分析.我

们着重在各个层面上分析相关技术的研究进展,比较不同技术在感知应用中的优势和劣势,总结当前阶段无源感

知的主要研究趋势,并对未来发展方向进行展望.

关键词:射频识别技术;无源感知;信号处理;无线感知

中图法分类号:TP393

中文引用格式:王楚豫,谢磊,赵彦超,张大庆,叶保留,陆桑璐.基于RFID的无源感知机制研究综述.软件学报,2022,33(1):

297–323.http://www.jos.org.cn/1000-9825/6344.htm

英文引用格式:WangCY,XieL,ZhaoYC,ZhangDQ,YeBL,LuSL.SurveyonRFID-basedBattery-lessSensing.RuanJianXue

Bao/JournalofSoftware,2022,33(1):297–323(inChinese).http://www.jos.org.cn/1000-9825/6344.htm

Survey on RFID-based Battery-less Sensing

WANGChu-Yu

,XIELei

,ZHAOYan-Chao

,ZHANGDa-Qing

3,4

,YEBao-Liu

,LUSang-Lu

(StateKeyLaboratoryforNovelSoftwareTechnology(NanjingUniversity),Nanjing210023,China)

(CollegeofComputerScienceandTechnology,NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Nanjing210016,China)

(KeyLabofHighConfidenceSoftwareTechnologies(PekingUniversity),MinistryofEducation,Beijing100871,China)

(SchoolofComputerScience,PekingUniversity,Beijing100871,China)

Abstract:With the rapid development and deployments of the Internet of Things (IoT) technology, the demands of IoT applications have

changed from the connections of the ubiquitous passive objects to the fusion among “human-computer-objects”. As one of the key

technologies in IoT, radio frequency identification (RFID) becomes one significant intermediary of battery-less sensing, due to the

lightweight, labelling,and easy deployment of the RFID tags. In order to understand the research progress and methods, this study focuses

on the battery-less sensing research based on RFID technology. Particularly, this paper describes and analyzes the research work on four

aspects: signal sources, sensing modes, sensing targets, and application scenarios, according to the working flow of sensing research. This

paper introduces the research progress in RFID-based sensing from these four aspects, and also discusses the advantages and disadvantages

of different technologies among the four aspects. Finally, the existing research is summarized and promising directions are presented for

futureresearch.



*

基金项目:国家自然科学基金(61902175,61872174,61832008,61832005);江苏自然科学基金(BK20190293,BK20200067);北大百度基

金(2019BD005)

收稿时间:2020-12-15;修改时间:2021-01-13;采用时间:2021-04-12;jos在线出版时间:2021-05-20



软件学报ISSN1000-9825,CODENRUXUEW E-mail:jos@iscas.ac.cn

Journal of Software,2022,33(1):297−323[doi:10.13328/j.cnki.jos.006344] http://www.jos.org.cn

Key words:RFID;battery-lesssensing;signalprocessing;wirelesssensing



1 引　言

近年来,随着物联网、工业互联网以及工业4.0等一系列智能化概念的提出,新型的计算模式与感知技术被

充分应用于生产生活中.而在这些技术中,射频识别技术(radiofrequencyidentification,RFID)作为条形码以及二

维码的替代产物,已经成为物联网应用的核心支撑技术之一,在学术界与工业界得到了广泛关注.如图1所示,

RFID标签由于无源传输、远距离通信以及唯一标识等特点,替代条形码,被广泛部署在日常物体之上,应用于物

流管理、目标检测、安全访问控制等一系列智能化应用中,为人们的生活与工作提供更加便捷的智能化体验.



二维码/条形码

“传统识别” 到 “电子识别”

RFID

ireless router

Laptop

Wireless signal

reflection

“有源感知” 到 “无源感知”

RFID 标签 WiFi, RFID 等

有源运动传感器

RFID从 “识别” 到 “感知” 的蜕变

图1　基于RFID的感知演进历程



在众多智能化应用中,智能感知是连接计算机世界与物理世界的关键桥梁,是其他智能应用的重要基石.如图1

所示,传统的智能感知往往使用专用传感器对特定的感知目标进行测量,实现精准的物理世界感知.例如,智能手

机与智能手环等利用灵敏度与准确度较高的专用运动感知模块

[1]

进行运动感知.而随着智能设备的广泛使用,基

于泛在智能设备、以非接触方式进行的无源感知逐渐受到关注,成为学术界的一大研究热点.例如,声音感知只需

麦克风与扬声器即可完成感知

[2]

;WiFi等日常环境中广泛部署的无线设备,为用户提供了多维度的感知信息

[3,4]

;

可见光感知则能够利用环境中广泛部署的可见光源进行用户行为识别

[5]

.无源感知网络,是指节点自身不配备或

不是主要依赖自身的电源设备供电,而是通过从环境中获取能量支撑其计算、感知和通信与组网

[6]

.而在无源感

知研究中,RFID由于标签的可标记性,完美地解决了传统无源感知技术无法区分多目标的问题;同时,标签价格低廉

[7]

使得可以通过在日常物体上广泛部署标签进行泛在感知,成为感知万物的一种有效方式.如图1所示,基于RFID

的无源感知技术实现了RFID从“识别”到“感知”的蜕变,是可标记无源感知中的典型技术,成为近年来无源感知的

一个热门研究领域.

基于上述认识,本文关注基于RFID的无源感知技术研究,以可标记无源感知的核心技术为主要出发点,分别

从无源感知应用研究中的感知渠道、感知方法、感知范畴以及感知应用这4个层面对RFID技术的感知研究进

行剖析与解读.一般而言,实现这样的无源感知应用需要在这4个层面分别满足:(1)感知渠道信号稳定,(2)感知

方法部署可行,(3)感知范畴目标准确,(4)感知应用场景普适.首先,感知渠道是指感知所使用的信号特征来源,在

实际环境中无线信号容易受到各种环境噪音的干扰,选取合适稳定的感知渠道能够为鲁棒的感知应用提供最重要

的基础保障;其次,感知方法是指感知所采取的信号模型以及场景部署等,对于不同的感知应用需求,构建合理有

效的感知方法,部署切实可行的感知设备,是感知应用能够实际使用的关键;再次,感知范畴是指感知方法所对应

的算法目标,确定真实有效的感知范畴,并实现准确鲁棒的目标感知是智能感知技术中的核心问题;最后,感知应

用是指感知技术在实际生活中的应用场景,通常需要感知应用具有一定的泛化性,能够解决一类的应用场景.综上

所述,挖掘出泛化的应用需求,并进行准确的感知,是基于RFID无源感知研究的最终目的.

深入研究这4个层面,我们发现这4个层面紧密相关,且相互影响:感知推理模型决定了设备的部署方式与感

知渠道;感知应用的需求决定了感知范畴的选取;同时,感知应用的场景限制了感知方法中设备部署的可行性;感

知范畴的准确性依赖于感知方法的选择等.因此,在实际感知研究中,这4个层面是相互关联、相互依存.在设计

298 软件学报2022年第33卷第1期

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