云計算的RFID數據采集分析范文

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摘要:

現代航運業及海上軍事系統建設中，需要對各種海量的數據進行采集處理，如海上氣象數據﹑環境監測數據﹑海底地形數據及衛星通信數據等，有些數據的采集處理對實時性及準確性要求較高。傳統的RFID數據采集和管理系統結構單一，處理性能已經越來越不能滿足現代航運業的實際要求。本文研究云計算架構及海上rfid數據采集和管理系統，重點探討基于云平臺的分布式架構并改進數據采集中的哈希過濾算法，有效提高系統性能。

關鍵詞:

云計算;數據采集;RFID

隨著現代海洋運輸業的發展，海上運行船舶的體積和密度迅速增加，為了航行的安全及管理，需要對各種海量的數據進行采集及處理，如各船舶的坐標位置信息﹑海洋氣候信息及海面海下地形信息等。同時對于一些特定的需求，數據的處理需要滿足實時性，這就需要有一個運行高效的RFID海上數據采集及管理系統。RFID是基于射頻識別的新技術［1］，利用無線射頻能夠進行一定距離的數據傳輸，基于RFID的數據采集及管理系統能高效的對海上船舶運行所需數據進行采集及傳輸。傳統的RFID的數據采集及管理系統基于單一信道，隨著現在采集及處理信息種類的增多，已經越來越不能滿足性能要求。基于云計算分布式處理架構的RFID的數據采集及管理系統能夠對多路信息同時進行采集﹑傳輸及數據處理，解決了傳統架構中的性能瓶頸。本文研究云計算架構下的海上RFID數據采集和管理系統，重點探討基于云平臺的分布式架構并改進數據采集中的哈希過濾算法，有效提高系統性能。

1云計算及RFID數據采集系統架構

云計算是通過虛擬化技術，將不同平臺的計算資源及存儲資源進行統一管理，同時可以根據具體應用需要處理的數據信息種類﹑算法種類等進行合理的資源劃分，將不同類型的待處理數據或算法分配至相應的計算資源。云計算技術結合了分布式架構﹑虛擬化技術及并行計算等先進技術，極大提高了數據采集處理性能。RFID是一種基于射頻識別的新技術，其將特殊的射頻標簽貼于需要采集數據的具體物品上，然后通過射頻信號及閱讀器對采集的數據進行傳輸，一般RFID包含3個部分［2］:1)射頻標簽:內置有發射接收天線，可附于具體需要采集的物體上，對物體信息進行數據采集，并通過內置天線進行數據傳輸。2)讀寫器:可以讀取射頻標簽發送的數據或往射頻標簽寫數據。3)天線:用于讀寫器與射頻標簽信號傳輸。在海上數據采集中，需要采集的數據類型多，數據量龐大，一個完整海上的RFID數據采集管理系統除了上面3種器件，還需要包含中間件，用來對采集的大量數據進行過濾整理。

2基于云計算的RFID數據采集管理

2.1系統架構隨著海上數據采集信息類型的日益增多以及處理復雜度的提升，傳統的利用單處理平臺的RFID數據采集及管理系統的運行實時性成為系統的瓶頸，而基于分布式的云處理架構成為解決性能瓶頸最為有效的方法。在此方案中，首先規劃海上數據采集管理系統所采集數據的不同區域，估算不同區域中所采集數據類型及數據復雜度并分配相應的計算資源及存儲資源，最后各自的區域計算平臺將所處理的數據進行統一的后處理，并保存至云存儲中。基于分布式云架構的RFID數據采集及管理系統架構如圖2所示［3］。該方案將各RFID數據采集按照不同的類型或區域進行劃分，并將信息處理算法分配到各區域處理平臺，有效降低了整個系統的處理數據量。

2.2哈希冗余數據過濾算法上面研究了基于云計算的RFID數據采集系統架構，但是由于通過大量讀寫器獲取的數據具有大量的冗余信息，所以要進一步提高整個系統的性能需要對數據進行冗余前處理。在實際的RFID系統中，讀寫器在一個周期內通過電磁感應來激活射頻電子標簽［4］，激活后對標簽進行讀寫操作。但是，當標簽在讀寫器范圍內被其余靠近的讀寫器干擾，存在被多次激活的幾率，所以同一個讀寫器在一個時間段內，有可能重復讀取同一個電子標簽信息，所以必須對其所包含的重復信息進行過濾。對讀寫器的冗余信息過濾的基本思想如下:初始時，假設處理周期為T(該時間段并不固定，可根據處理平臺的自身運算速率調整，但需要為讀寫器周期的整數倍)，數據冗余處理算法在該周期內對采集的原始信息進行過濾處理。在現有的冗余信息處理算法中，以下2種方法應用較為普遍:一是基于線性表的冗余數據過濾法;二是基于哈希表的冗余數據過濾法。由于上述2種方法在一個周期內僅能對單一的讀寫器的原始數據進行過濾處理，不能滿足基于云計算的分布式處理，下面對基于哈希表的冗余數據過濾法進行改進。在現有的基于采集系統中，射頻電子標簽的信息含有3個部分:時間標簽、標簽標識、對應讀寫器標志。過濾算法定標簽標識及讀寫器標志為關鍵字，在一個處理周期T中處理哈希表中存在的標簽原始信息，新的標簽首先在原始哈希表中查詢，是否存在對應的地址，若沒有則插入到表中，同時向過濾算法請求，對其采集的原始信息進行冗余處理，并進行相應的狀態置位，若處理完畢，則此標簽需要在離開哈希表，探測標簽離開［5］的算法如下:1)若一個標簽為第1次出現，則對其按照標簽標識及讀寫器標志的關鍵字進行哈希處理，并在現有的哈希表中按照關鍵字進行查找，若沒有則將此標簽按照關鍵字插入表中，并同時將原始信息插入至另外一個維護鏈表中;若現有的哈希表中按照關鍵字進行查找有對應的標簽信息，則需要查看標簽的狀態位，若狀態位為空，則需要更換標簽關鍵字，并將狀態位置位，并同時更新標簽包含的信息;若狀態位不為空，則僅需對標簽信息進行替換即可。2)在一個冗余進行處理周期T內，對鏈表中的狀態標志位進行讀取，若狀態位為置位狀態，則同時清空鏈表中及哈希表中對應標簽的標志位;若鏈表中的狀態位為清空狀態，則查看哈希表中對應標簽的標志位，若也為清空狀態，則將此標簽從對應的哈希中刪除，并告訴后端處理器刪除此標簽，若哈希表中的狀態位為置位狀態，則告訴后端處理器對此標簽進行冗余處理。整個改進后的基于哈希表的冗余處理算法如圖3所示。

3算法仿真測試

1)仿真處理器在本次實驗中，選用的冗余處理器為主頻240MHz的三星處理器，整數運算的處理性能約為256MIPS，算法處理數據都為整數型。2)仿真條件本次實驗同時對基于線性表的冗余數據過濾法以及基于改進的哈希表的冗余數據過濾法進行仿真。在每個算法中，輸入數據為20組，所含標簽的數量介于500～1000之間。最后得到算法的運行時間如表1所示。

4結語

本文首先介紹了傳統的基于單處理中心的RFID數據采集及管理系統，分析了系統的利弊。進一步研究了當前熱門的分布式云計算架構，并著重研究了基于分布式云架構的RFID數據采集及管理系統，最后對現有的標簽冗余信息處理算法中的基于哈希表的冗余數據過濾法進行改進，給出仿真結果。

作者：謝海燕 單位：茂名職業技術學院