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云计算的RFID数据采集分析

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摘要:

现代航运业及海上军事系统建设中,需要对各种海量的数据进行采集处理,如海上气象数据﹑环境监测数据﹑海底地形数据及卫星通信数据等,有些数据的采集处理对实时性及准确性要求较高。传统的RFID数据采集和管理系统结构单一,处理性能已经越来越不能满足现代航运业的实际要求。本文研究云计算架构及海上RFID数据采集和管理系统,重点探讨基于云平台的分布式架构并改进数据采集中的哈希过滤算法,有效提高系统性能。

关键词:

云计算;数据采集;RFID

随着现代海洋运输业的发展,海上运行船舶的体积和密度迅速增加,为了航行的安全及管理,需要对各种海量的数据进行采集及处理,如各船舶的坐标位置信息﹑海洋气候信息及海面海下地形信息等。同时对于一些特定的需求,数据的处理需要满足实时性,这就需要有一个运行高效的RFID海上数据采集及管理系统。RFID是基于射频识别的新技术[1],利用无线射频能够进行一定距离的数据传输,基于RFID的数据采集及管理系统能高效的对海上船舶运行所需数据进行采集及传输。传统的RFID的数据采集及管理系统基于单一信道,随着现在采集及处理信息种类的增多,已经越来越不能满足性能要求。基于云计算分布式处理架构的RFID的数据采集及管理系统能够对多路信息同时进行采集﹑传输及数据处理,解决了传统架构中的性能瓶颈。本文研究云计算架构下的海上RFID数据采集和管理系统,重点探讨基于云平台的分布式架构并改进数据采集中的哈希过滤算法,有效提高系统性能。

1云计算及RFID数据采集系统架构

云计算是通过虚拟化技术,将不同平台的计算资源及存储资源进行统一管理,同时可以根据具体应用需要处理的数据信息种类﹑算法种类等进行合理的资源划分,将不同类型的待处理数据或算法分配至相应的计算资源。云计算技术结合了分布式架构﹑虚拟化技术及并行计算等先进技术,极大提高了数据采集处理性能。RFID是一种基于射频识别的新技术,其将特殊的射频标签贴于需要采集数据的具体物品上,然后通过射频信号及阅读器对采集的数据进行传输,一般RFID包含3个部分[2]:1)射频标签:内置有发射接收天线,可附于具体需要采集的物体上,对物体信息进行数据采集,并通过内置天线进行数据传输。2)读写器:可以读取射频标签发送的数据或往射频标签写数据。3)天线:用于读写器与射频标签信号传输。在海上数据采集中,需要采集的数据类型多,数据量庞大,一个完整海上的RFID数据采集管理系统除了上面3种器件,还需要包含中间件,用来对采集的大量数据进行过滤整理。

2基于云计算的RFID数据采集管理

2.1系统架构随着海上数据采集信息类型的日益增多以及处理复杂度的提升,传统的利用单处理平台的RFID数据采集及管理系统的运行实时性成为系统的瓶颈,而基于分布式的云处理架构成为解决性能瓶颈最为有效的方法。在此方案中,首先规划海上数据采集管理系统所采集数据的不同区域,估算不同区域中所采集数据类型及数据复杂度并分配相应的计算资源及存储资源,最后各自的区域计算平台将所处理的数据进行统一的后处理,并保存至云存储中。基于分布式云架构的RFID数据采集及管理系统架构如图2所示[3]。该方案将各RFID数据采集按照不同的类型或区域进行划分,并将信息处理算法分配到各区域处理平台,有效降低了整个系统的处理数据量。

2.2哈希冗余数据过滤算法上面研究了基于云计算的RFID数据采集系统架构,但是由于通过大量读写器获取的数据具有大量的冗余信息,所以要进一步提高整个系统的性能需要对数据进行冗余前处理。在实际的RFID系统中,读写器在一个周期内通过电磁感应来激活射频电子标签[4],激活后对标签进行读写操作。但是,当标签在读写器范围内被其余靠近的读写器干扰,存在被多次激活的几率,所以同一个读写器在一个时间段内,有可能重复读取同一个电子标签信息,所以必须对其所包含的重复信息进行过滤。对读写器的冗余信息过滤的基本思想如下:初始时,假设处理周期为T(该时间段并不固定,可根据处理平台的自身运算速率调整,但需要为读写器周期的整数倍),数据冗余处理算法在该周期内对采集的原始信息进行过滤处理。在现有的冗余信息处理算法中,以下2种方法应用较为普遍:一是基于线性表的冗余数据过滤法;二是基于哈希表的冗余数据过滤法。由于上述2种方法在一个周期内仅能对单一的读写器的原始数据进行过滤处理,不能满足基于云计算的分布式处理,下面对基于哈希表的冗余数据过滤法进行改进。在现有的基于采集系统中,射频电子标签的信息含有3个部分:时间标签、标签标识、对应读写器标志。过滤算法定标签标识及读写器标志为关键字,在一个处理周期T中处理哈希表中存在的标签原始信息,新的标签首先在原始哈希表中查询,是否存在对应的地址,若没有则插入到表中,同时向过滤算法请求,对其采集的原始信息进行冗余处理,并进行相应的状态置位,若处理完毕,则此标签需要在离开哈希表,探测标签离开[5]的算法如下:1)若一个标签为第1次出现,则对其按照标签标识及读写器标志的关键字进行哈希处理,并在现有的哈希表中按照关键字进行查找,若没有则将此标签按照关键字插入表中,并同时将原始信息插入至另外一个维护链表中;若现有的哈希表中按照关键字进行查找有对应的标签信息,则需要查看标签的状态位,若状态位为空,则需要更换标签关键字,并将状态位置位,并同时更新标签包含的信息;若状态位不为空,则仅需对标签信息进行替换即可。2)在一个冗余进行处理周期T内,对链表中的状态标志位进行读取,若状态位为置位状态,则同时清空链表中及哈希表中对应标签的标志位;若链表中的状态位为清空状态,则查看哈希表中对应标签的标志位,若也为清空状态,则将此标签从对应的哈希中删除,并告诉后端处理器删除此标签,若哈希表中的状态位为置位状态,则告诉后端处理器对此标签进行冗余处理。整个改进后的基于哈希表的冗余处理算法如图3所示。

3算法仿真测试

1)仿真处理器在本次实验中,选用的冗余处理器为主频240MHz的三星处理器,整数运算的处理性能约为256MIPS,算法处理数据都为整数型。2)仿真条件本次实验同时对基于线性表的冗余数据过滤法以及基于改进的哈希表的冗余数据过滤法进行仿真。在每个算法中,输入数据为20组,所含标签的数量介于500~1000之间。最后得到算法的运行时间如表1所示。

4结语

本文首先介绍了传统的基于单处理中心的RFID数据采集及管理系统,分析了系统的利弊。进一步研究了当前热门的分布式云计算架构,并着重研究了基于分布式云架构的RFID数据采集及管理系统,最后对现有的标签冗余信息处理算法中的基于哈希表的冗余数据过滤法进行改进,给出仿真结果。

作者:谢海燕 单位:茂名职业技术学院

云计算的RFID数据采集分析责任编辑:杨雪    阅读:人次