一種基于有源RFID和紅外通信的服務(wù)器定位系統(tǒng)

劉恒

引言：隨著云計(jì)算的興起，數(shù)據(jù)中心逐年增多，傳統(tǒng)的人工定時(shí)檢查的監(jiān)管方式，效率低且易出錯(cuò)。本論文提供了一種基于有源RFID和紅外通信的服務(wù)器精確定位監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器精確定位和實(shí)時(shí)盤點(diǎn)。

一、背景

隨著互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的高速發(fā)展，以及云計(jì)算的興起，數(shù)據(jù)中心逐年增多，對(duì)數(shù)據(jù)中心服務(wù)器的有效監(jiān)管日益迫切。對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)金融行業(yè)和云服務(wù)提供商來說服務(wù)器的安全具有非常重要的經(jīng)濟(jì)和法律意義。而傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器監(jiān)管一般采用人工定時(shí)檢查，效率低且易出錯(cuò)。目前數(shù)據(jù)中心的RFID服務(wù)器監(jiān)控系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)服務(wù)器的自動(dòng)盤點(diǎn)，不能實(shí)現(xiàn)服務(wù)器精確定位，難以解決由于服務(wù)器安裝位置錯(cuò)誤引起的數(shù)據(jù)安全事故。本論文提供了一種基于有源RFID和紅外通信的服務(wù)器精確定位監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)服務(wù)器的精確定位和實(shí)時(shí)盤點(diǎn)。

二、方案設(shè)計(jì)

本服務(wù)器定位系統(tǒng)分為三部分：讀寫器，紅外觸發(fā)標(biāo)簽，紅外定位器。紅外定位器安裝在機(jī)柜側(cè)面，ID號(hào)碼與機(jī)柜編碼對(duì)應(yīng)。紅外觸發(fā)標(biāo)簽黏貼在服務(wù)器前面板，標(biāo)簽ID與服務(wù)器編碼建立一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。讀寫器安裝在機(jī)房內(nèi)合適的位置，讀取標(biāo)簽信息以及標(biāo)簽的位置信息。

紅外定位器通過紅外發(fā)射器廣播自身ID；紅外觸發(fā)標(biāo)簽定時(shí)喚醒偵聽紅外廣播ID，如果偵聽到有效ID則記錄在RAM中，同時(shí)啟動(dòng)射頻發(fā)射，將自身ID號(hào)碼和位置編碼發(fā)送出去；讀寫器接收到標(biāo)簽的信息之后進(jìn)行數(shù)據(jù)解析和數(shù)據(jù)包重組，通過以太網(wǎng)絡(luò)定時(shí)把數(shù)據(jù)包上傳到遠(yuǎn)端服務(wù)器。

2.1 紅外定位器

紅外定位器由單片機(jī)，紅外LED，驅(qū)動(dòng)電路，菲涅爾準(zhǔn)直透鏡等組成。如圖1所示，單片機(jī)將ID號(hào)碼轉(zhuǎn)變?yōu)槎M(jìn)制基帶信號(hào)，然后使用OOK調(diào)制方式將基帶信號(hào)加載到PWM載波上。載波經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)紅外LED，將電信號(hào)轉(zhuǎn)變成紅外信號(hào)發(fā)射出去。紅外線通過菲涅爾準(zhǔn)直透鏡把點(diǎn)光源的發(fā)散光，轉(zhuǎn)變成光斑可調(diào)的平行光。平行的紅外光可以使每個(gè)U位對(duì)應(yīng)的編碼，只被黏貼在對(duì)應(yīng)U位上的標(biāo)簽接收，這樣可以對(duì)標(biāo)簽的位置進(jìn)行區(qū)分。

對(duì)于正菲涅爾透鏡，光線從一側(cè)進(jìn)入，經(jīng)過透鏡在另一側(cè)聚焦成一點(diǎn)或以平行光射出。LED可以近似為點(diǎn)光源，經(jīng)過菲涅爾透鏡后為平行光，光斑形狀和大小取決于透鏡的形狀和尺寸，因此可以根據(jù)系統(tǒng)定位需求選擇合適尺寸的菲涅爾透鏡，形成互不干擾的帶狀激活區(qū)域。

2.2 紅外觸發(fā)標(biāo)簽

紅外觸發(fā)標(biāo)簽卡由低功耗MCU，一體化紅外接收頭，射頻單元，電池等組成。采用STM8L作為標(biāo)簽處理器，在停機(jī)模式電流只需400nA。一體化紅外接收頭采用VISHAY公司的TSOP38140，其內(nèi)部集成了光敏二極管，自動(dòng)增益調(diào)節(jié)，帶通濾波器等，可以有效解調(diào)出基帶信號(hào)。射頻IC選擇Silicon Labs公司的SI4463，頻帶119MHZ-1050MHZ，輸出功率最大20dB，待機(jī)電流50nA，適合有源RFID應(yīng)用。

紅外觸發(fā)標(biāo)簽工作模式分為休眠模式，偵聽模式，和活動(dòng)模式。休眠模式，MCU處在停機(jī)狀態(tài)，射頻IC設(shè)置為掉電模式，同時(shí)通過IO端口切斷紅外接收頭電源，使標(biāo)簽卡電流消耗維持在450nA以下；偵聽模式，MCU喚醒工作在低功耗運(yùn)行模式，持續(xù)搜索10ms。如果接收到有效信息，進(jìn)入活動(dòng)模式，反之等待搜索時(shí)間結(jié)束再進(jìn)入活動(dòng)模式；活動(dòng)模式下，MCU啟動(dòng)HSI時(shí)鐘，進(jìn)入全速運(yùn)行狀態(tài)，將ID信息加載到射頻IC。啟動(dòng)無線發(fā)射，發(fā)射完畢后，將射頻IC設(shè)置為掉電模式，之后MCU切換到HALT狀態(tài)，標(biāo)簽重新進(jìn)入休眠模式。

2.3 讀寫器

讀寫器主要有CPU，F(xiàn)LASH存儲(chǔ)器，射頻接收單元，天線，以太網(wǎng)模塊，POE電源系統(tǒng)等組成。實(shí)現(xiàn)對(duì)紅外觸發(fā)標(biāo)簽信息的讀取，并對(duì)標(biāo)簽信息進(jìn)行解碼和數(shù)據(jù)包重組。按照規(guī)定的協(xié)議幀格式，通過以太網(wǎng)把數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程服務(wù)器。

結(jié)語

有源RFID讀取距離遠(yuǎn)，識(shí)別速度快，抗干擾能力強(qiáng)，但是無法實(shí)現(xiàn)位置信息精確識(shí)別；紅外通信傳輸角度小，物理空間可隔離的特征，同時(shí)利用菲涅爾準(zhǔn)直透鏡的成像特征，可以將紅外通信范圍分割成互不干擾的帶狀區(qū)域，實(shí)現(xiàn)空間信息的精確判定。本系統(tǒng)結(jié)合了兩者優(yōu)勢(shì)，具有很好的應(yīng)用推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]許中兵. 紅外觸發(fā)RFID卡的設(shè)計(jì).科技咨詢，2008，10.

[2]Silicon Labs . SI4463智能電網(wǎng)參考設(shè)計(jì).世界電子元器件.2012，10.

（作者單位：東南大學(xué)蘇州研究院）