1. Principios de la tecnología RFIDLa tecnología de identificación por radiofrecuencia (RFID) es una tecnología de fácil manejo, adecuada para el campo del control automático. Utiliza las características de transmisión del acoplamiento inductivo y electromagnético o el reflejo de radar para lograr la identificación automática de objetos. La radiofrecuencia (RF) es una onda electromagnética con una longitud de onda específica, cuya frecuencia se describe en kHz, MHz, GHz, que van desde baja frecuencia hasta microondas.
2. Estructura básica del sistema de posicionamiento en interiores RFID
Este sistema generalmente consta de etiquetas electrónicas, lectores RFID, middleware y una base de datos informática, como se muestra en la Figura 2. Las etiquetas y lectores RFID intercambian datos a través del canal de transmisión de ondas electromagnéticas espaciales establecido por antenas. En aplicaciones de posicionamiento, el lector RFID se coloca en el objeto móvil a localizar, y las etiquetas electrónicas se incrustan en el entorno operativo. Las etiquetas electrónicas almacenan información de identificación de posición, mientras que el lector se conecta a la base de datos de información a través de medios cableados o inalámbricos.
Estructura del sistema de posicionamiento en interiores RFID
3. Sistema típico de posicionamiento en interiores RFID: LANDMARKEl sistema LANDMARK es un sistema típico de posicionamiento en interiores que utiliza RFID. Analiza y calcula la intensidad de la señal RSSI de etiquetas de referencia y desconocidas, y utiliza el algoritmo del "vecino más cercano" y fórmulas empíricas para calcular las coordenadas de las etiquetas a localizar.
Precisión del posicionamiento del sistema LANDMARK: promedio de 1 m.
Desventajas: El sistema LANDMARK tiene varias deficiencias. Primero, la precisión del posicionamiento está determinada por las posiciones de las etiquetas de referencia, lo que afecta el posicionamiento. Segundo, para mejorar la precisión, el sistema requiere una mayor densidad de etiquetas de referencia, pero esto puede causar mayores interferencias y afectar la intensidad de la señal. Tercero, debido a que la distancia euclidiana entre etiquetas de referencia y desconocidas debe calcularse mediante fórmulas, la carga computacional es alta.
4. Aplicabilidad de la tecnología RFID en diferentes bandas de frecuenciaLas bandas de frecuencia RFID comunes incluyen: baja frecuencia (LF), alta frecuencia (HF), ultra alta frecuencia (UHF) y microondas. Para sistemas de posicionamiento en interiores, la Tabla 1 muestra una comparación de las señales de radiofrecuencia en diferentes bandas.
Tabla 1: Comparación de las características de las señales de RF en diferentes bandas de frecuencia RFID
Basado en la comparación anterior, este artículo propone que construir una red de posicionamiento inalámbrica utilizando señales de microondas de 2,45 GHz es factible y efectivo. La frecuencia de 2,45 GHz está atrayendo cada vez más atención y aplicación, con una creciente universalidad global, mejor ancho de banda que otras bandas, mayores velocidades de transmisión, y antenas y productos cada vez más pequeños, lo que los hace más portátiles y cómodos de usar.
5. Dos tipos de sistemas de posicionamiento en interiores inalámbricos RFID basados en la banda de 2,45 GHz
Tecnología de red de área local inalámbrica (WLAN) (Wi-Fi/IEEE 802.11b):Ethernet inalámbrico basado en el estándar IEEE 802.11b ha entrado con éxito en la vida social humana, ampliamente aplicado en campus, lugares de trabajo y espacios públicos. Los usuarios pueden obtener fácilmente señales inalámbricas utilizando teléfonos móviles, portátiles o PDA. La tecnología WLAN también se puede aplicar fácilmente a sistemas de posicionamiento en interiores. Los puntos de acceso AP o las tarjetas de red inalámbricas en la WLAN pueden medir convenientemente la intensidad de la señal inalámbrica, lo que permite el posicionamiento mediante la coincidencia de la intensidad de la señal. El método de huella dactilar de ubicación (location fingerprint) es una técnica común de posicionamiento en interiores WLAN, siendo el sistema típico el sistema prototipo RADAR desarrollado por Microsoft.
El sistema de posicionamiento en interiores RADAR basado en RSSI opera en dos procesos: primero, la recopilación fuera de línea de información de ubicación e intensidad de señal de varios puntos fijos AP dentro del área de cobertura del sistema, transmitida a través de una red cableada a un centro de datos para formar una base de datos de huellas dactilares de ubicación; luego, la medición en tiempo real de la intensidad de la señal del objeto objetivo y el análisis y coincidencia utilizando el método del vecino más cercano para determinar su ubicación.
Precisión: 2~3 m. Desventajas: La carga de trabajo de recopilación de datos es alta, y para lograr una alta precisión, el cálculo de ubicación y la configuración de los puntos fijos AP son relativamente engorrosos.
ZigBee/IEEE 802.15.4:
La tecnología ZigBee se utiliza para comunicaciones inalámbricas de corto alcance, principalmente para Redes de Área Personal (PAN). El sistema de red exhibe características como corto alcance, bajo consumo de energía y bajo costo, que cumplen con los requisitos de los sistemas de posicionamiento en interiores. Dichos sistemas consisten en nodos de referencia y nodos móviles dispuestos en redes de sensores. Los nodos de referencia son nodos estáticos que envían información de ubicación y valores RSSI a los nodos móviles objetivo, que luego escriben los datos en un módulo de posicionamiento para calcular su propia posición. El sistema a menudo utiliza una configuración de nodos distribuida para reducir la carga de trabajo de datos de la red y los retrasos de comunicación.
Precisión: dentro de 2 m, promedio 1 m. Desventajas: La estabilidad de la red aún necesita mejorar y es susceptible a interferencias ambientales.
**Resumen:** La tecnología RFID es adecuada para sistemas de posicionamiento en interiores, es conveniente de implementar, ofrece una precisión de posicionamiento satisfactoria y tiene un bajo costo. Basándose en el estudio del sistema típico LANDMARK, las mejoras futuras pueden abordar sus deficiencias, utilizando 2,45 GHz para construir redes inalámbricas de posicionamiento para mejorar la eficiencia y precisión. Entre las tecnologías, ZigBee es particularmente adecuada para el estudio de sistemas de posicionamiento en interiores debido a su estructura simple, fácil despliegue, excelente rendimiento, muy bajo consumo de energía y la capacidad de lograr de manera conveniente el efecto de posicionamiento requerido. Se necesita más investigación y desarrollo sobre la mejora del diseño de sistemas de posicionamiento en interiores basados en ZigBee, lo que lo convierte en un buen caso de estudio y aplicación para investigar la tecnología RFID.