《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于RFID的虛擬標(biāo)簽算法研究與改進(jìn)
2014年電子技術(shù)應(yīng)用第10期
何 毅1,，黃 俊2，鄒傳云2
1.西南科技大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)信息中心,，四川 綿陽621010； 2.西南科技大學(xué) 信息工程學(xué)院,，四川 綿陽621010
摘要： 針對室內(nèi)定位算法VIRE的定位精度,，特別是鄰近邊界目標(biāo)的定位精度較低的問題，以RFID標(biāo)簽定位為研究基礎(chǔ),，從改變VIRE算法中虛擬標(biāo)簽的插值方式和在邊界上加入虛擬標(biāo)簽兩個(gè)方面進(jìn)行研究和改進(jìn),。
中圖分類號： TN911.6；TP391
文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A
文章編號： 0258-7998(2014)10-0099-04
Research and improvement of virtual tag algorithm based on RFID
He Yi1,，Huang Jun2,，Zou Chuanyun2
1.Network Information Center, South-West University of Technology and Science, Mianyang 621010, China；2.Information Engineering School, South-West University of Technology and Science, Mianyang 621010,，China
Abstract： Aiming at the problem of low accuracy of the VIRE indoor positioning algorithm, especially on the object nearby the boundary, based on the RFID study, we improve the algorithm by joining the virtual labels on the boundary and changing the way of interpolation virtual labels based on the label positioning. Lagrange interpolation method instead of the linear interpolation method can make the virtual tag data closer to the actual environment,，and adding boundary virtual reference tags can increase the known labels and prevent drawing error labels when calculating a tag coordinate. Experiments show that the label positioning accuracy has been improved by 35% in the whole and labels close to the boundary by over 50%, which is very significant.
Key words : RFID；virtual tag,；VIRE algorithm,；Lagrange interpolation；boundary interpolation

0 引言

    隨著無線射頻識別技術(shù)(Radio Frequency Identification,，RFID)的發(fā)展,，室內(nèi)無線定位已經(jīng)越來越受到人們關(guān)注。經(jīng)過近十年的不斷研究,，LANDMARC(Location Identification Based on Dynamic Active RFID Calibration)室內(nèi)定位系統(tǒng)以其成本低,、效率高、定位精度較高而得到了一定的發(fā)展[1-3],。為了提高定位精度,，在LANDMARC算法中，使用線性插值法插入虛擬標(biāo)簽得到VIRE(Virtual Reference Elimination)算法,，但是目前這兩個(gè)算法的定位精度都還有提高的空間,，并且都存在邊界標(biāo)簽定位精度不高的缺點(diǎn)[4-5]。

1 LANDMARC和VIRE算法

    LANDMARC算法采用參考標(biāo)簽來定位未知標(biāo)簽,，它在環(huán)境中按照固定方式布置少量位置已知的參考標(biāo)簽作為定位的基準(zhǔn)參數(shù),，通過比較閱讀器測得目標(biāo)標(biāo)簽RSSI場強(qiáng)值(接收信號強(qiáng)度)與閱讀器測得參考標(biāo)簽RSSI場強(qiáng)值的相對大小對目標(biāo)標(biāo)簽進(jìn)行定位[4-5],。VIRE算法是在不改變LANDMARC算法中所有標(biāo)簽和閱讀器位置的情況下，在參考標(biāo)簽間通過線性插值法插入虛擬標(biāo)簽來增加已知的位置參考數(shù)據(jù),，從而增大定位精度。VIRE算法在LANDMARC原有的模型上將每4個(gè)參考標(biāo)簽看作一個(gè)單元網(wǎng)格,，再將該單元網(wǎng)格進(jìn)一步細(xì)分為N×N的小網(wǎng)格[6-7],。假設(shè)環(huán)境理想，可以得到虛擬標(biāo)簽和實(shí)際存在并已知坐標(biāo)的參考標(biāo)簽的場強(qiáng)值是成線性關(guān)系[8-10],，通過已知參考標(biāo)簽的場強(qiáng)求出虛擬參考標(biāo)簽的場強(qiáng)值,，如圖1所示線性插值法下VIRE算法的定位結(jié)果。

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2 算法改進(jìn)分析

    圖1中待定位的標(biāo)簽一共有10個(gè),，從圖中可以看出,，1、6,、7,、10號標(biāo)簽的定位精度明顯低于其他標(biāo)簽，而且其他標(biāo)簽的定位精度也還有改善的空間,。本文通過采用非線性（拉格朗日）插值法插入虛擬標(biāo)簽和在邊界插入虛擬標(biāo)簽兩種方式來改進(jìn)標(biāo)簽的定位精度,。

2.1 拉格朗日法

    把VIRE算法中的線性插值改為拉格朗日非線性插值[8]，現(xiàn)在假設(shè)二維坐標(biāo)系下有兩個(gè)點(diǎn)a(x0,，y0)和b(x1,，y1)，先采用線性插值法,，得到線性插值公式為：

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    由于實(shí)際環(huán)境并不是理想的,，虛擬標(biāo)簽和實(shí)際存在并已知坐標(biāo)的參考標(biāo)簽的場強(qiáng)值不是成線性關(guān)系。拉格朗日插值法是在已知標(biāo)簽和閱讀器的距離中非等間距地插入虛擬標(biāo)簽,，通過該插值方式得到的模型更加接近于實(shí)際環(huán)境,，因此得到待定位標(biāo)簽的定位精度高于采用非線性插值的VIRE算法定位。

2.2 加入邊界虛擬標(biāo)簽

    使用VIRE算法定位的標(biāo)簽越靠近邊界時(shí)其定位誤差會越大,。這是由于在定位系統(tǒng)的邊界處,，已知坐標(biāo)的參考標(biāo)簽變少了，所以當(dāng)定位標(biāo)簽離目標(biāo)標(biāo)簽較遠(yuǎn)時(shí),，只能作大概估計(jì)并且有可能引入誤差數(shù)據(jù),，從而導(dǎo)致很大的誤差。為了進(jìn)一步提高VIRE算法的整體定位精度,，可以在邊界上插入虛擬標(biāo)簽,，如圖2所示。

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    非邊界上的虛擬標(biāo)簽是靠已知的參考標(biāo)簽（T1/T2/T3/T4）來獲得RSSI值的,，那么邊界虛擬標(biāo)簽可以通過實(shí)際參考標(biāo)簽的坐標(biāo)和RSSI建立回歸方程,，通過這樣的方式來獲得邊界虛擬標(biāo)簽的RSSI。

    回歸方程：

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    在邊界上加入了虛擬標(biāo)簽，增加了邊界上面的已知數(shù)據(jù),，則在計(jì)算邊界附近和邊界上的待定位標(biāo)簽時(shí)就不會再引入誤差標(biāo)簽,，可以增加其定位的準(zhǔn)確性。

3 實(shí)驗(yàn)仿真

    給定路徑損耗指數(shù)為n=2的條件下,，在一個(gè)8 m×8 m的空間里布置閱讀器和參考標(biāo)簽,。然后隨機(jī)放置10個(gè)待定位的標(biāo)簽，虛擬標(biāo)簽的插值方式采用非線性拉格朗日插值法,，可得到定位結(jié)果如圖3,、圖4所示。

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    由圖3,、圖4可知,，在虛擬標(biāo)簽插值方式由線性插值改變?yōu)槔窭嗜辗蔷€性插值后，所有待定位標(biāo)簽的定位精度都得到了提升,，特別是2,、4、5號標(biāo)簽的定位精度提升較大,。計(jì)算可知,，2號標(biāo)簽定位精度提升了22%，而4號標(biāo)簽定位精度提升了32%,，5號標(biāo)簽提升了35%,。

    通過改變虛擬標(biāo)簽的插值方式對標(biāo)簽的定位精度都有所提升，但對鄰近邊界的1,、6,、7、10號標(biāo)簽的定位精度提升比例還不大,，定位仍存在較大的誤差,。下面在改變虛擬標(biāo)簽插值方式的基礎(chǔ)上，以同樣的方式在邊界插入虛擬標(biāo)簽,，可得定位結(jié)果如圖5,、圖6所示。]

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    由圖5,、6可知,，在邊界上插入虛擬參考標(biāo)簽以后，1,、6,、7、10號標(biāo)簽的定位誤差有了大幅度的減小,，定位精度提升比例較大,。相比VIRE算法,，1、6,、7,、10號標(biāo)簽定位精度分別提升66.7%、44.5%,、55.56%,、41.2%；同時(shí)對只改變虛擬標(biāo)簽的插值方式進(jìn)行定位的其他標(biāo)簽的定位精度也有一定的提高,。

4 結(jié)論

    本文基于VIRE定位算法,，提出了新的改進(jìn)方法,，將其虛擬標(biāo)簽的插值方式由線性插值方式改為拉格朗日非線性插值方式,，使虛擬參考標(biāo)簽的坐標(biāo)更接近于實(shí)際位置，同時(shí)在邊界插入虛擬參考標(biāo)簽,。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,，該方法比VIRE算法定位誤差有明顯減小，能有效提高定位的整體精度,，并對鄰近邊界目標(biāo)的定位精度有更大的提高,。

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