论文部分内容阅读
摘 要：为提高火灾报警中报警信息的及时性和位置的准确性, 提出1种基于射频识别（Radio Frequency Identification, RFID）技术的火灾报警系统.该系统由烟雾报警器、火灾报警实时监控系统和基础网络设施组成，通过RFID 技术获取烟雾报警器的报警信息、位置信息和时间信息等数据，并由基础网络设施通过有线或无线方式将采集数据实时上报火灾预警指挥中心，利用电子地图确认火灾报警的位置，及时部署火灾扑救工作.该系统具有实时性强、误报率低、可全天候监控等特点，适用于办公楼、宾馆和公共场所等.
关键词：射频识别；火灾报警；消防
中图分类号：TP277；TP391.4 文献标志码：A
Fire Alarm system based on RFID
TONG Rui
(Shanghai Fire Bureau, Shanghai 200042, China)
Abstract： In order to improve the timeliness of information and the accuracy of location in fire alarm, a fire alarm system is set up based on the Radio Frequency Identification (RFID).The system is composed of smoke alarm, real time fire truck monitor system and basic network resource. Alert information, site information and time information collected by RFID technology are sent to fire truck command center via wire or wireless transmission. The site of fire alarm is confirmed by use of electronic map, and fire extinguishing task is then arranged. This fire alarm system has the virtues of high real-time, low false alarm rate and all-weather monitoring etc., and can be applied at office building, hotel, public place and so on.
Key words： radio frequency identification; fire alarm; firefight
0 引 言
在火灾报警中，报警信息的及时性和位置的准确性对消防队员控制火情、救治伤员等具有十分重要的意义.目前，火灾报警主要依靠烟雾探测器，以人工报警为主，不能及时获取火情信息（位置和时间）.射频识别（Radio Frequency Identification, RFID）技术是1种高效的数据采集技术，将RFID技术与烟雾探测器等烟雾传感器结合，可应用于火灾报警.
RFID技术已在消防设备管理、消防队员火场救助和火灾报警联动中有所应用，如美国芝加哥消防署的FIRE系统和RFID公司的SurvivalTag.FIRE系统能够使指挥官明确并实时掌握营救人员在着火大楼中的确切位置，采用2.4 GHz有源RFID标签，读取范围达 30 m.FIRE系统由加利福利亚大学伯克利分校完成.RFID公司的新型RFID标签Survival-Tag将应用于消防员身上，实时跟踪定位火场上消防员的位置及身体状况.该产品已进入最后的应用开发阶段.
将RFID技术与火灾烟雾传感器结合，可实时采集火灾报警信息；利用现有的网络基础设施，传输火灾报警信息到指挥中心，可实现火灾自动报警.该应用以现有传感器设备和网络设备为基础，系统投入小，可实现火灾报警联动，社会及经济效益显著.
1 RFID原理及特点
RFID技术［1］是从20世纪90年代兴起的1项自动识别技术，被列为21世纪10大重要技术之一.它通过磁场或电磁场，利用无线射频方式进行非接触双向通信，以达到识别目的并交换数据，可识别高速运动物体并可同时识别多个目标.与传统识别方式相比，RFID技术无须直接接触、无须光学可视、无须人工干预即可完成信息输入和处理，操作方便快捷，能广泛用于生产、物流、交通、运输、医疗、防伪、跟踪、设备和资产管理等需要收集和处理数据的应用领域.短距离的射频卡可替代条形码,在工厂的流水线等场合跟踪物体.长距离的射频卡的跟踪距离达几十米,可用于自动收费或识别车辆身份等场合.根据RFID系统功能的不同,可将其分为4种类型: EAS系统、便携式数据采集系统、网络系统和定位系统.目前,关于RFID研究的热点和难点集中于理论传播模型的建立、用户的安全隐私和国际标准化等问题.未来几年，RFID技术将继续保持高速发展的势头.电子标签、读写器、系统集成软件、公共服务体系和标准化等方面都将取得新的进展.随着关键技术的不断进步，RFID产品的种类将越来越丰富，应用和衍生的增值服务也将越来越广泛.
最基本的RFID系统由标签、阅读器和天线等3部分组成：标签由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；阅读器是读取（有时还可以写入）标签信息的设备，可设计为手持式或固定式；天线在标签和阅读器间传递射频信号，如图1所示.RFID标签有主动型、半主动型和被动型3种.被动型结构最简单，由天线和芯片组成，其工作能量来自天线接收到的阅读器发出的电磁波信号，不需要集成电路电源，因而成本也最低.半主动式和主动式RFID标签则需要电源来获得更高的工作频率，或用以记录传感器数据的能量，此类标签功能强大，结构复杂，成本较高.
RFID的优势及特点主要表现在：（1）快速扫描：条形码1次只能有1个条形码受到扫描；RFID辨识器可同时辨识读取数个RFID标签；（2）体积小型化、形状多样化；（3）抗污染能力和耐久性：RFID对水、油和化学药品等物质具有很强的抵抗性；（4）可重复使用：RFID标签可以重复地新增、修改和删除RFID卷标内储存的数据，方便信息更新；（5）穿透性和无屏障阅读：在被覆盖的情况下，RFID能穿透纸张、木材和塑料等非金属或非透明的材质，并能进行穿透性通信；（6）数据的记忆容量大：RFID最大的容量有数兆Bytes.随着记忆载体的发展，数据容量也有不断扩大的趋势；（7）安全性：RFID承载的是电子式信息，其数据内容可经由密码保护，不易被伪造及变造.
2 RFID在火灾报警中的应用
火灾具有突发性和高危害性等特点，火灾重在预防，无法预告.火灾发生后，及时向指挥中心发出火警是控制火情发展和进行火场救助的最佳途径.其中，准确报告火灾现场位置将有助于消防队员进行现场扑救，尽快控制火情.
2.1 火灾报警系统应用
基于RFID技术的火灾报警系统由有源电子标签、读写器、服务器（计算机）和监控及接警系统软件组成.［2］电子标签与烟雾探测器等传感器结合，按照一定的时间间隔发送传感器采集的数据；读写器通过有线或无线方式接入Internet，将接收到的电子标签信号传送给远端指挥中心的服务器，由服务器完成对数据的分析和处理，实现指挥中心的火灾报警联动.
针对火灾报警联动的应用，将电子标签嵌入到房间内的烟雾感测器中，电子标签有2个功能，既可以无线方式发送烟雾感测器的状态信息，又可作为烟雾感测器的电子身份证（位置、使用单位和使用年限等信息）.在建筑物内楼道或建筑物外四周安装读写器设备，可实时获取烟雾感测器的状态信息，采集到的信息通过有线或无线通信网络上传至指挥中心（指挥车）.读写器设备分为固定式设备和移动式设备，固定式设备指安装于建筑物内外的读写设备，用于日常火灾报警监控；移动式设备指安装于消防车辆或由消防员携带的手持式设备，用于消防设备的管理.服务器部署在指挥中心或是消防指挥车内.该火灾报警系统适用于楼宇及建筑物内的火灾报警监测和火灾位置追踪,可以随时了解每个烟雾感测器的工作状态,及时向建筑物内的所有人员发出危险警示及火警报警.系统应用见图2.
2.2 系统结构
根据完成的任务及功能，火灾报警联动系统的结构分为4个层次：现场层、通信基础层、RFID数据集成层和应用系统层.其中，RFID数据集成（中间件）层是系统信息处理的核心，见图3.
现场层由RFID电子标签（火灾报警传感器）和读写设备等硬件组成，电子标签部署于建筑物内房间的烟雾感测器中，读写设备部署于建筑物内外.读写设备与标签间通过2.4 GHz微波通信，实现烟雾感测器状态信息的采集.通信基础层以现有的Internet/Intranet为通信基础，兼有移动或联通的无线通信平台（VPN）.采集后的数据通过无线通信网络上传至指挥中心，无线通信网络以现有的CDMA或GPRS网络为宜.RFID数据集成层负责从通信基础层接收可靠数据，负责元数据的定义、数据的解析、提供统一的数据接口，负责数据安全以及向应用层提供接口统一的Web数据服务，实现数据共享.RFID数据集成层可视作整个应用模型中的数据总线.该层部署于指挥中心的服务器，对采集的数据进行融合处理，将火灾报警的烟雾感测器的准确位置报告给火灾现场消防队员.指挥中心应用层一方面通过GIS系统图形化火灾现场的位置，另一方面与指挥中心及调度系统联动，为现场指挥提供火场位置和状态信息.
2.3 接口描述
火灾报警联动系统的核心设备为RFID读写器以及计算机系统2部分.各部分接口见图4.图中：①为2.4 GHz微波；②为9 V直流电源或太阳能供电；③为读写器RS 232连接CDMA/GPRS无线通信器；④为计算机网络RJ 45连接CDMA无线通信器.
2.4 RFID中间件
RFID中间件是RFID设备和应用程序间的中介，从应用程序端使用中间件提供的1组通用的应用程序接口（API）即能连到RFID读写器，读取RFID标签数据.这样一来，即使存储RFID标签情报的数据库软件或后端应用程序增加或改由其他软件取代，或RFID读写器种类增加等情况发生时，应用端无须修改也能处理，省去多对多连接的复杂的维护问题.
RFID中间件是1种面向消息的中间件（Message-Oriented Middleware，MOM），信息以消息的形式从1个程序传送到另1个或多个程序.信息可以以异步的方式传送，所以传送者不必等待回应.面向消息的中间件包含的功能不仅是传递信息，还必须包括解译数据、安全性、数据广播、错误恢复、定位网络资源、找出符合成本的路径、消息与要求的优先次序以及延伸的除错工具等服务.
RFID中间件采用面向服务的架构（Service Oriented Architecture， SOA），称为基于SOA的 RFID中间件，其目标就是建立沟通标准，突破应用程序对应用程序沟通的障碍，实现商业流程自动化，支持商业模式的创新，从而更快地响应需求.因此，RFID中间件在未来发展上，将朝面向服务的采购方向发展，提供企业更弹性灵活的服务.
在火灾报警联动系统中，RFID中间件具有数据接收、数据融合和数据存储3大主要功能.数据接收功能保证硬件系统的数据采集不间断，使数据可靠传输到软件系统，实现火灾实时报警；数据融合功能为数据分析及处理，从数据中获取重要信息，为上层应用软件提供可靠的数据服务；数据存储功能负责数据的永久存储和历史数据的检索查询功能.RFID中间件由7个模块组成，分别为数据接收模块、故障检测模块、数据存储模块、数据融合模块、网络管理模块、定位部署模块和数据服务模块.
3 读写器网络化的实现
1个网络环境下的RFID系统内的读写器之间可以按一定的方式构成1个读写器网络, RFID读写器网络［3，4］的构建有2个显著作用：一是有利于读写器采集到的大量的Tag数据的处理、传递和交换；二是有利于读写器冲突问题的解决.如果没有读写器网络，要想准确、实时地获取1个大的作用范围内的所有Tag数据几乎是不可能的.读写器网络的构建方式多种多样，可以是有线的也可以是无线的，考虑到移动读写器的存在以及无线网络组网的灵活性，以无线方式构建读写器网络是未来发展的趋势.
3.1 读写器冲突问题
读写器冲突问题的解决对网络环境下RFID系统的高效运行起着至关重要的作用.RFID技术中的信号冲突问题可以分为2类：一类是标签冲突问题，即有多于1个的标签位于读写器的作用范围内时，当读写器发出查询信号后，所有作用范围内的标签将同时发送自己的存储信息，从而导致各标签之间传输信号的相互干扰；另一类是读写器冲突问题密集读写器环境中可能会出现读写器冲突问题［6］，即读写器之间相互干扰的问题，当几个邻近的读写器试图同时给其共同作用域内的Tag发送信号时，读写器间便在Tag上发生冲突，该冲突称为读写器冲突.读写器冲突发生后，一方面Tag可能无法正确解读读写器发来的命令，会导致无法预计的后果；另一方面读写器本身又无法知道冲突的发生，这就给正确查询Tag中的信息带来困难.
3.2 算法描述
一般的握手协议方法在处理读写器冲突问题时无法使用，因为读写器给标签发送RTS后, 标签无法给读写器回送CTS.在1个读写器网络中需要引入1个中心控制节点C-Node (Controller Node),通过中心控制节点，使在网络环境中采用握手协议的方法成为可能.当读写器试图查询其作用域内的Tag时，由C-Node发送RTS，根据其邻近读写器状态，决定是否回送CTS信号，收到CTS信号的读写器才能对其作用域内的标签进行操作，从而控制所有读写器的协调工作，避免读写器冲突问题的发生.这是本文解决读写器碰撞问题的总体思路.
前提假设：
(1)每个读写器有2个通信信道，分别为用作与标签通信的数据信道和用于组网和控制的控制信道，且2者互不干扰.采用时分复用方式(TDMA).
(2)存在1个可以与系统内所有读写器直接通信的中央控制节点C-Node.C-Node采用有线或无线方式与读写器网络内的所有读写器通信，一方面进行读写器控制，防止读写器冲突；另一方面接收处理标签数据.
可进一步将读写器冲突细分为2种情况： （1）当1个读写器对作用范围内的标签进行操作时，邻近的其他读写器也试图查询同一范围内的某些Tag(不同步查询)，在其共同作用域内的标签上发生冲突；（2）1个区域内有共同作用域的读写器同时试图查询同1个(组) 标签 (同步查询)，这样查询信号便在标签上产生冲突.对于第1种情况，用一般的调度机制即可解决；对于第2种情况，则需要反冲突算法.引入C-Node，选择RTS-CTS机制后，可以有效避免第1种情况，因为在1个读写器处于读写状态时，C-Node不响应其他读写器的RTS请求.第2种情况，若有公共作用域的2个读写器同时试图查询标签信息，其RTS信号便会在控制信道上发生冲突，但该冲突与数据信道上的冲突不一样，在C-Node上是可侦测的，这时可以通过算法来解决控制信道上的冲突问题.因为读写器和C-Node之间的通信是读写器主动的，2个读写器同时发送RTS的可能性比较低，因此本算法选择简单的随机延时方法.该方法实际上是握手协议的1种改进，通过将发生在标签上的无法侦测的冲突，转移成在C-Node上可侦测的冲突，从而解决读写器冲突问题.
算法如下：
(1)从读写器网络内的C-Node处获得1个网络内唯一的ID；(2)当某读写器试图查询其作用域内的标签时，向控制信道发(RTS+ID)；(3)有2种可能的情况: ①若请求信号被C-Node正确接收，则C-Node根据当前网络的状态，作出相应的响应.若网络处于空闲状态，则网络进入忙状态，发CTS+ID,收到CTS并且ID相符的读写器进入读写状态；若网络处于忙状态，则发NAK，收到NAK的读写器取消该次请求.②若侦测到控制信道冲突，则发送RESEND命令，所有处于请求发送状态的读写器收到RESEND命令后，随机选择指定的延时时间后重发RTS，然后返回步骤（3）；(4)读写器读卡完毕，进入空闲状态并向C-Node发SUCCESS消息，C-Node接收到SUCCESS消息后，网络进入空闲状态.
综上所述，该算法基于中心控制节点C-Node实现读写器的网络化，在此基础上解决读写器冲突问题和网络中的数据传输问题.
4 结束语
本文提出1种由RFID读写器网络、烟雾传感器和电子标签组成的火灾报警系统.该系统利用RFID技术实时采集烟雾传感器的报警信息，以现有的有线或无线通信设施为基础构建RFID读写器网络，解决网络中读写器冲突问题，实现报警信息的传输，在指挥中心处理报警信息和进行火灾扑救的调度指挥.将RFID技术与传感器技术结合，实现报警数据采集；将RFID技术与通信技术结合，实现网络化报警和报警联动机制.该系统具有实时性强、误报率低、可全天候监控等特点，适用于办公楼、宾馆等场所.
参考文献：
［1］SON M, LEE Y, PYO C. Design and implementation of mobile RFID technology in the CDMA networks［C］// ICACT, 2006: 1 033-1 036.
［2］WALDROP J, ENGELS D W, SARMA S E. COLORWAVE: a MAC for RFID reader networks［C］//IEEE Wireless Communications and Networking Conference (WCNC03), 2003: 324-327.
［3］CARBUNAR B, RAMANATHAN M K, KOYUTURK M,et al. Redundant reader elimination in RFID systems［C］// Second Annual IEEE Communications Society Conference on SECON, Santa Clara, California, USA, 2005: 576-580.
［4］蒋皓石, 张成, 林嘉宇. 无线射频识别技术及其应用和发展趋势［J］. 电子技术应用, 2005(05): 1-4.
［5］李尧, 张莉, 单欣. 智能建筑中的火灾自动报警系统设计分析［J］. 安防科技, 2008(2): 17-19.
［6］周志恒. 火灾自动报警系统与消防设备的接口设计［J］. 广东科技, 2008(2): 24-26.
［7］颜学义, 叶湘滨. 基于Zigbee技术的火灾报警传感器节点设计［J］. 岳阳职业技术学院学报, 2007(6): 21-24.
(编辑 王文婧)
关键词：射频识别；火灾报警；消防
中图分类号：TP277；TP391.4 文献标志码：A
Fire Alarm system based on RFID
TONG Rui
(Shanghai Fire Bureau, Shanghai 200042, China)
Abstract： In order to improve the timeliness of information and the accuracy of location in fire alarm, a fire alarm system is set up based on the Radio Frequency Identification (RFID).The system is composed of smoke alarm, real time fire truck monitor system and basic network resource. Alert information, site information and time information collected by RFID technology are sent to fire truck command center via wire or wireless transmission. The site of fire alarm is confirmed by use of electronic map, and fire extinguishing task is then arranged. This fire alarm system has the virtues of high real-time, low false alarm rate and all-weather monitoring etc., and can be applied at office building, hotel, public place and so on.
Key words： radio frequency identification; fire alarm; firefight
0 引 言
在火灾报警中，报警信息的及时性和位置的准确性对消防队员控制火情、救治伤员等具有十分重要的意义.目前，火灾报警主要依靠烟雾探测器，以人工报警为主，不能及时获取火情信息（位置和时间）.射频识别（Radio Frequency Identification, RFID）技术是1种高效的数据采集技术，将RFID技术与烟雾探测器等烟雾传感器结合，可应用于火灾报警.
RFID技术已在消防设备管理、消防队员火场救助和火灾报警联动中有所应用，如美国芝加哥消防署的FIRE系统和RFID公司的SurvivalTag.FIRE系统能够使指挥官明确并实时掌握营救人员在着火大楼中的确切位置，采用2.4 GHz有源RFID标签，读取范围达 30 m.FIRE系统由加利福利亚大学伯克利分校完成.RFID公司的新型RFID标签Survival-Tag将应用于消防员身上，实时跟踪定位火场上消防员的位置及身体状况.该产品已进入最后的应用开发阶段.
将RFID技术与火灾烟雾传感器结合，可实时采集火灾报警信息；利用现有的网络基础设施，传输火灾报警信息到指挥中心，可实现火灾自动报警.该应用以现有传感器设备和网络设备为基础，系统投入小，可实现火灾报警联动，社会及经济效益显著.
1 RFID原理及特点
RFID技术［1］是从20世纪90年代兴起的1项自动识别技术，被列为21世纪10大重要技术之一.它通过磁场或电磁场，利用无线射频方式进行非接触双向通信，以达到识别目的并交换数据，可识别高速运动物体并可同时识别多个目标.与传统识别方式相比，RFID技术无须直接接触、无须光学可视、无须人工干预即可完成信息输入和处理，操作方便快捷，能广泛用于生产、物流、交通、运输、医疗、防伪、跟踪、设备和资产管理等需要收集和处理数据的应用领域.短距离的射频卡可替代条形码,在工厂的流水线等场合跟踪物体.长距离的射频卡的跟踪距离达几十米,可用于自动收费或识别车辆身份等场合.根据RFID系统功能的不同,可将其分为4种类型: EAS系统、便携式数据采集系统、网络系统和定位系统.目前,关于RFID研究的热点和难点集中于理论传播模型的建立、用户的安全隐私和国际标准化等问题.未来几年，RFID技术将继续保持高速发展的势头.电子标签、读写器、系统集成软件、公共服务体系和标准化等方面都将取得新的进展.随着关键技术的不断进步，RFID产品的种类将越来越丰富，应用和衍生的增值服务也将越来越广泛.
最基本的RFID系统由标签、阅读器和天线等3部分组成：标签由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；阅读器是读取（有时还可以写入）标签信息的设备，可设计为手持式或固定式；天线在标签和阅读器间传递射频信号，如图1所示.RFID标签有主动型、半主动型和被动型3种.被动型结构最简单，由天线和芯片组成，其工作能量来自天线接收到的阅读器发出的电磁波信号，不需要集成电路电源，因而成本也最低.半主动式和主动式RFID标签则需要电源来获得更高的工作频率，或用以记录传感器数据的能量，此类标签功能强大，结构复杂，成本较高.
RFID的优势及特点主要表现在：（1）快速扫描：条形码1次只能有1个条形码受到扫描；RFID辨识器可同时辨识读取数个RFID标签；（2）体积小型化、形状多样化；（3）抗污染能力和耐久性：RFID对水、油和化学药品等物质具有很强的抵抗性；（4）可重复使用：RFID标签可以重复地新增、修改和删除RFID卷标内储存的数据，方便信息更新；（5）穿透性和无屏障阅读：在被覆盖的情况下，RFID能穿透纸张、木材和塑料等非金属或非透明的材质，并能进行穿透性通信；（6）数据的记忆容量大：RFID最大的容量有数兆Bytes.随着记忆载体的发展，数据容量也有不断扩大的趋势；（7）安全性：RFID承载的是电子式信息，其数据内容可经由密码保护，不易被伪造及变造.
2 RFID在火灾报警中的应用
火灾具有突发性和高危害性等特点，火灾重在预防，无法预告.火灾发生后，及时向指挥中心发出火警是控制火情发展和进行火场救助的最佳途径.其中，准确报告火灾现场位置将有助于消防队员进行现场扑救，尽快控制火情.
2.1 火灾报警系统应用
基于RFID技术的火灾报警系统由有源电子标签、读写器、服务器（计算机）和监控及接警系统软件组成.［2］电子标签与烟雾探测器等传感器结合，按照一定的时间间隔发送传感器采集的数据；读写器通过有线或无线方式接入Internet，将接收到的电子标签信号传送给远端指挥中心的服务器，由服务器完成对数据的分析和处理，实现指挥中心的火灾报警联动.
针对火灾报警联动的应用，将电子标签嵌入到房间内的烟雾感测器中，电子标签有2个功能，既可以无线方式发送烟雾感测器的状态信息，又可作为烟雾感测器的电子身份证（位置、使用单位和使用年限等信息）.在建筑物内楼道或建筑物外四周安装读写器设备，可实时获取烟雾感测器的状态信息，采集到的信息通过有线或无线通信网络上传至指挥中心（指挥车）.读写器设备分为固定式设备和移动式设备，固定式设备指安装于建筑物内外的读写设备，用于日常火灾报警监控；移动式设备指安装于消防车辆或由消防员携带的手持式设备，用于消防设备的管理.服务器部署在指挥中心或是消防指挥车内.该火灾报警系统适用于楼宇及建筑物内的火灾报警监测和火灾位置追踪,可以随时了解每个烟雾感测器的工作状态,及时向建筑物内的所有人员发出危险警示及火警报警.系统应用见图2.
2.2 系统结构
根据完成的任务及功能，火灾报警联动系统的结构分为4个层次：现场层、通信基础层、RFID数据集成层和应用系统层.其中，RFID数据集成（中间件）层是系统信息处理的核心，见图3.
现场层由RFID电子标签（火灾报警传感器）和读写设备等硬件组成，电子标签部署于建筑物内房间的烟雾感测器中，读写设备部署于建筑物内外.读写设备与标签间通过2.4 GHz微波通信，实现烟雾感测器状态信息的采集.通信基础层以现有的Internet/Intranet为通信基础，兼有移动或联通的无线通信平台（VPN）.采集后的数据通过无线通信网络上传至指挥中心，无线通信网络以现有的CDMA或GPRS网络为宜.RFID数据集成层负责从通信基础层接收可靠数据，负责元数据的定义、数据的解析、提供统一的数据接口，负责数据安全以及向应用层提供接口统一的Web数据服务，实现数据共享.RFID数据集成层可视作整个应用模型中的数据总线.该层部署于指挥中心的服务器，对采集的数据进行融合处理，将火灾报警的烟雾感测器的准确位置报告给火灾现场消防队员.指挥中心应用层一方面通过GIS系统图形化火灾现场的位置，另一方面与指挥中心及调度系统联动，为现场指挥提供火场位置和状态信息.
2.3 接口描述
火灾报警联动系统的核心设备为RFID读写器以及计算机系统2部分.各部分接口见图4.图中：①为2.4 GHz微波；②为9 V直流电源或太阳能供电；③为读写器RS 232连接CDMA/GPRS无线通信器；④为计算机网络RJ 45连接CDMA无线通信器.
2.4 RFID中间件
RFID中间件是RFID设备和应用程序间的中介，从应用程序端使用中间件提供的1组通用的应用程序接口（API）即能连到RFID读写器，读取RFID标签数据.这样一来，即使存储RFID标签情报的数据库软件或后端应用程序增加或改由其他软件取代，或RFID读写器种类增加等情况发生时，应用端无须修改也能处理，省去多对多连接的复杂的维护问题.
RFID中间件是1种面向消息的中间件（Message-Oriented Middleware，MOM），信息以消息的形式从1个程序传送到另1个或多个程序.信息可以以异步的方式传送，所以传送者不必等待回应.面向消息的中间件包含的功能不仅是传递信息，还必须包括解译数据、安全性、数据广播、错误恢复、定位网络资源、找出符合成本的路径、消息与要求的优先次序以及延伸的除错工具等服务.
RFID中间件采用面向服务的架构（Service Oriented Architecture， SOA），称为基于SOA的 RFID中间件，其目标就是建立沟通标准，突破应用程序对应用程序沟通的障碍，实现商业流程自动化，支持商业模式的创新，从而更快地响应需求.因此，RFID中间件在未来发展上，将朝面向服务的采购方向发展，提供企业更弹性灵活的服务.
在火灾报警联动系统中，RFID中间件具有数据接收、数据融合和数据存储3大主要功能.数据接收功能保证硬件系统的数据采集不间断，使数据可靠传输到软件系统，实现火灾实时报警；数据融合功能为数据分析及处理，从数据中获取重要信息，为上层应用软件提供可靠的数据服务；数据存储功能负责数据的永久存储和历史数据的检索查询功能.RFID中间件由7个模块组成，分别为数据接收模块、故障检测模块、数据存储模块、数据融合模块、网络管理模块、定位部署模块和数据服务模块.
3 读写器网络化的实现
1个网络环境下的RFID系统内的读写器之间可以按一定的方式构成1个读写器网络, RFID读写器网络［3，4］的构建有2个显著作用：一是有利于读写器采集到的大量的Tag数据的处理、传递和交换；二是有利于读写器冲突问题的解决.如果没有读写器网络，要想准确、实时地获取1个大的作用范围内的所有Tag数据几乎是不可能的.读写器网络的构建方式多种多样，可以是有线的也可以是无线的，考虑到移动读写器的存在以及无线网络组网的灵活性，以无线方式构建读写器网络是未来发展的趋势.
3.1 读写器冲突问题
读写器冲突问题的解决对网络环境下RFID系统的高效运行起着至关重要的作用.RFID技术中的信号冲突问题可以分为2类：一类是标签冲突问题，即有多于1个的标签位于读写器的作用范围内时，当读写器发出查询信号后，所有作用范围内的标签将同时发送自己的存储信息，从而导致各标签之间传输信号的相互干扰；另一类是读写器冲突问题密集读写器环境中可能会出现读写器冲突问题［6］，即读写器之间相互干扰的问题，当几个邻近的读写器试图同时给其共同作用域内的Tag发送信号时，读写器间便在Tag上发生冲突，该冲突称为读写器冲突.读写器冲突发生后，一方面Tag可能无法正确解读读写器发来的命令，会导致无法预计的后果；另一方面读写器本身又无法知道冲突的发生，这就给正确查询Tag中的信息带来困难.
3.2 算法描述
一般的握手协议方法在处理读写器冲突问题时无法使用，因为读写器给标签发送RTS后, 标签无法给读写器回送CTS.在1个读写器网络中需要引入1个中心控制节点C-Node (Controller Node),通过中心控制节点，使在网络环境中采用握手协议的方法成为可能.当读写器试图查询其作用域内的Tag时，由C-Node发送RTS，根据其邻近读写器状态，决定是否回送CTS信号，收到CTS信号的读写器才能对其作用域内的标签进行操作，从而控制所有读写器的协调工作，避免读写器冲突问题的发生.这是本文解决读写器碰撞问题的总体思路.
前提假设：
(1)每个读写器有2个通信信道，分别为用作与标签通信的数据信道和用于组网和控制的控制信道，且2者互不干扰.采用时分复用方式(TDMA).
(2)存在1个可以与系统内所有读写器直接通信的中央控制节点C-Node.C-Node采用有线或无线方式与读写器网络内的所有读写器通信，一方面进行读写器控制，防止读写器冲突；另一方面接收处理标签数据.
可进一步将读写器冲突细分为2种情况： （1）当1个读写器对作用范围内的标签进行操作时，邻近的其他读写器也试图查询同一范围内的某些Tag(不同步查询)，在其共同作用域内的标签上发生冲突；（2）1个区域内有共同作用域的读写器同时试图查询同1个(组) 标签 (同步查询)，这样查询信号便在标签上产生冲突.对于第1种情况，用一般的调度机制即可解决；对于第2种情况，则需要反冲突算法.引入C-Node，选择RTS-CTS机制后，可以有效避免第1种情况，因为在1个读写器处于读写状态时，C-Node不响应其他读写器的RTS请求.第2种情况，若有公共作用域的2个读写器同时试图查询标签信息，其RTS信号便会在控制信道上发生冲突，但该冲突与数据信道上的冲突不一样，在C-Node上是可侦测的，这时可以通过算法来解决控制信道上的冲突问题.因为读写器和C-Node之间的通信是读写器主动的，2个读写器同时发送RTS的可能性比较低，因此本算法选择简单的随机延时方法.该方法实际上是握手协议的1种改进，通过将发生在标签上的无法侦测的冲突，转移成在C-Node上可侦测的冲突，从而解决读写器冲突问题.
算法如下：
(1)从读写器网络内的C-Node处获得1个网络内唯一的ID；(2)当某读写器试图查询其作用域内的标签时，向控制信道发(RTS+ID)；(3)有2种可能的情况: ①若请求信号被C-Node正确接收，则C-Node根据当前网络的状态，作出相应的响应.若网络处于空闲状态，则网络进入忙状态，发CTS+ID,收到CTS并且ID相符的读写器进入读写状态；若网络处于忙状态，则发NAK，收到NAK的读写器取消该次请求.②若侦测到控制信道冲突，则发送RESEND命令，所有处于请求发送状态的读写器收到RESEND命令后，随机选择指定的延时时间后重发RTS，然后返回步骤（3）；(4)读写器读卡完毕，进入空闲状态并向C-Node发SUCCESS消息，C-Node接收到SUCCESS消息后，网络进入空闲状态.
综上所述，该算法基于中心控制节点C-Node实现读写器的网络化，在此基础上解决读写器冲突问题和网络中的数据传输问题.
4 结束语
本文提出1种由RFID读写器网络、烟雾传感器和电子标签组成的火灾报警系统.该系统利用RFID技术实时采集烟雾传感器的报警信息，以现有的有线或无线通信设施为基础构建RFID读写器网络，解决网络中读写器冲突问题，实现报警信息的传输，在指挥中心处理报警信息和进行火灾扑救的调度指挥.将RFID技术与传感器技术结合，实现报警数据采集；将RFID技术与通信技术结合，实现网络化报警和报警联动机制.该系统具有实时性强、误报率低、可全天候监控等特点，适用于办公楼、宾馆等场所.
参考文献：
［1］SON M, LEE Y, PYO C. Design and implementation of mobile RFID technology in the CDMA networks［C］// ICACT, 2006: 1 033-1 036.
［2］WALDROP J, ENGELS D W, SARMA S E. COLORWAVE: a MAC for RFID reader networks［C］//IEEE Wireless Communications and Networking Conference (WCNC03), 2003: 324-327.
［3］CARBUNAR B, RAMANATHAN M K, KOYUTURK M,et al. Redundant reader elimination in RFID systems［C］// Second Annual IEEE Communications Society Conference on SECON, Santa Clara, California, USA, 2005: 576-580.
［4］蒋皓石, 张成, 林嘉宇. 无线射频识别技术及其应用和发展趋势［J］. 电子技术应用, 2005(05): 1-4.
［5］李尧, 张莉, 单欣. 智能建筑中的火灾自动报警系统设计分析［J］. 安防科技, 2008(2): 17-19.
［6］周志恒. 火灾自动报警系统与消防设备的接口设计［J］. 广东科技, 2008(2): 24-26.
［7］颜学义, 叶湘滨. 基于Zigbee技术的火灾报警传感器节点设计［J］. 岳阳职业技术学院学报, 2007(6): 21-24.
(编辑 王文婧)