RFID系統的可標記無源感知和識別的問題和挑戰

從馬克·維瑟(MarkWeiser)在1991年提出“Ubiquitous Computing一開始，人們一直致力于實現廣泛的“人-機-物”互聯，希望以最自然的方式提供服務，充分感知泛在計算環境，逐漸成為一種基本需求。無源感知作為近年來的一項新興技術，以其獨特的感知機制和方法，逐漸成為感知計算領域的核心支撐技術。與傳統的有源感知相比，無源感知主要依靠從環境中獲得的能量來完成計算、感知和通信，而不需要向終端節點供電。因此，它在耐久性、部署和維護方面具有傳統的有源感知無法比擬的潛在優勢。然而，目前大多數無源感知技術都是基于未標記的反射信號，無法區分多個反射信號的具體來源。因此，無法有效區分同時存在的多個感知對象，限制了應用范圍。

射頻識別(Radio Frequency IDentification，RFID)技術的出現為實現“可標記”的無源感知提供了新的機遇?；诜聪蛏⑸涞腞FID系統(backscatter)實現RFID閱讀器與標簽之間的通信。在反向散射過程中，由RFID標簽調制和反射閱讀器天線發出的連續波信號，使閱讀器能夠有效識別標簽信號。一方面，RFID標簽的反向散射信號非常弱，容易受到各種環境因素的干擾，包括傳輸環境中的多徑效應、干擾對象的能量吸收等。因此，表示傳輸環境因素的信息自然會包含在RFID標簽的反向散射信號中?；谶@一特點，RFID技術的功能逐漸從“識別”轉變為“感知”。另一方面，RFID的可識別特性可以有效區分反向散射信號的來源，從而保證無源感知機制的“可識別”。如下圖所示，RFID系統利用反向散射通信機制的環境敏感性，可以根據標簽反射信號中攜帶的環境因素的動態特征感知指定對象，如肢體行為識別、呼吸和心跳監測。

無源感知技術可以標記RFID

面臨的問題和挑戰

RFID的出現為標記無源感知提供了新的可能性，具有固有的“識別基因”和反向散射特性所賦予的“感知能力”。但事實上，基于反向散射通信的RFID系統無源感知的新感知模式尚不清楚。射頻信號從感知環境中獲得的各種感知特征（如信號強度、相位變化、多普勒頻移等）與不同感知狀態（如空間位置、動作行為、生命體征等）之間的變化關系和敏感性有待進一步探索。具體而言，基于RFID的無源感知主要存在以下挑戰性問題：

1. 跨域感知缺乏理論模型支持：RFID系統利用信號域反向散射信號的特征推理其他感知域的狀態，實現跨域感知。然而，仍然缺乏一套有效的理論感知模型來描述多個感知域與射頻信號在時間、空間、頻率等信號域之間的潛在相關性，不能通過量化來衡量相關特征參數之間的數學關系，因此不能有效地指導跨域感知。

2. 感知信號容易受到各種因素的干擾：面對真實復雜環境中常見的動態、復雜和不可控性，從無源感知RFID系統中獲得的射頻感知信號容易受到能量吸收、多徑反射等環境因素的干擾，導致周圍環境噪聲和干擾中的相關信號特征，直接影響無源感知系統的感知性能，這挑戰了提高無源感知機制的泛化能力。

3. 綁定/非綁定感知缺乏方法論指導：在RFID無源感知過程中，一個或多個RFID標簽通常通過接觸或非接觸來實現“綁定感知”或“非綁定感知”。然而，對于感知模型、部署結構、感知方法、協作方法等綁定感知和非綁定感知的核心內容，仍缺乏一套成熟完善的方法論進行指導。

綜上所述，如何保證RFID感知機制的“泛化能力”，在不同感知環境和不同感知對象的情況下提高實際感知性能，已成為當前無源感知領域的一個重要科學問題。