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系統識別號 U0002-2906201116143900
中文論文名稱 RFID應用於多樓層室內環境之定位研究與實作
英文論文名稱 Research and Implementation on RFID Positioning in Multi-Story Indoor Environment
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 資訊工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Computer Science and Information Engineering
學年度 99
學期 2
出版年 100
研究生中文姓名 張智淵
研究生英文姓名 Chih-Yuan Chung
學號 698411724
學位類別 碩士
語文別 中文
第二語文別 英文
口試日期 2011-06-17
論文頁數 96頁
口試委員 指導教授-林其誼
委員-林振緯
委員-許輝煌
委員-林其誼
中文關鍵字 射頻識別  接收訊號強度  室內定位  樓層切換 
英文關鍵字 RFID  RSSI  Indoor Positioning  PositioningHandoff 
學科別分類 學科別應用科學資訊工程
中文摘要 本篇論文提出一個方法,利用現有的主動式RFID設備,實作出可以在多樓層中進行無縫切換的相關定位系統。本篇論文並沒有使用複雜的三維定位技術進行研究,我們是利用現有的二維定位技術和相關硬體實作出不同樓層之間無縫切換系統的定位。我們在校園內的多樓層之間進行這項實作,切換的準則是依靠樓梯間所擺放的RFID reader接收到的信號強度值(RSSI)作為切換的依據。本論文研究的方向、目的和其他研究不同處在於,我們的重點是著重於不同樓層之間無縫切換技術,而目前還未有類似技術。我們相信這項研發可以提升相關追蹤定位系統的使用者體驗,並促進以RFID為基礎的個人導航系統之普及性。
英文摘要 In this research, an active RFID-based personal navigation system for multi-story indoor environments is proposed. Without using complicated three-dimensional positioning algorithms, we employ an existing two-dimensional positioning engine and equip the system with the capability of seamless positioning handoffs between different floors. The handoff process is triggered by monitoring the received signal strength indicator (RSSI) value observed by the RFID reader deployed in the stairway. The usefulness of the proposed system is verified by conducting an experiment in a campus building. What distinguishes our work from other related works is that we focus on the capability of seamless positioning handoffs between floors, whereas none in the literature mentioned this feature, which we regard as a key to improve user experiences.
論文目次 第一章 緒論 1
1.1 研究背景和動機 1
1.2 研究目的和重要性 3
1.3 論文架構 7
第二章 相關研究 8
2.1 室內定位簡介 8
2.2 無線射頻辨識技術 13
2.2.1 無線射頻辨識技術的發展 13
2.2.2 無線射頻辨識原理 14
2.2.3 無線射頻辨識設備介紹 15
2.2.4 無線射頻辨識技術相關標準 18
2.2.5 無線射頻辨識當前的運用及室內定位運用 19
2.3 室內定位原理 25
2.4 室內定位演算法 29
2.4.1 Onion Skin Location Estimation Algorithm 29
2.4.2 LANDMARC Algorithm 30
第三章 系統架構分析與研究方法 33
3.1 系統架構 33
3.2 RSSI與LQI的介紹 36
3.3 樓層切換演算法 37
3.3.1 RSSI值的抓取 38
3.3.2 RSSI值的判讀 39
3.3.3 樓層切換的機制 41
3.3.4 自動與手動模式 44
3.3.5 RSSI值臨界值 46
第四章 系統實作與實測 47
4.1 系統架構 47
4.2 定位設備介紹 48
4.2.1 讀取器 49
4.2.2 Ethernet Gateway 54
4.2.3 電子標籤 56
4.3 Rifartek RFID室內定位使用軟體介紹 57
4.3.1 Server端 58
4.3.2 Client端 60
4.3.3 資料庫介紹 62
4.4 相關實作與實測 68
4.4.1 距離與RSSI值強弱判斷 68
4.4.2 測量固定距離內RSSI值的標準差 70
4.4.3 樓層切換實作與實測 71
4.4.4 多樓層之間的實測 81
第五章 結論與未來展望 83
5.1 結論 83
5.2 未來展望 84
參考文獻 85
附錄—英文論文 88


圖目錄
圖2-1:Wi-Fi架構圖[19] 10
圖2-2:RFID的運作模式 15
圖2-3:工研院統計RFID於國內運用在各行各業的比例 [24] 21
圖2-4:AOA接收訊號角度定位法 27
圖2-5:OSLE場景佈置圖 30
圖3-1:系統整體架構分析圖 34
圖3-2:定位設備架構圖 35
圖3-3:定位設備傳輸方式 35
圖3-4:程式流程圖 37
圖4-1:硬體設備架構圖 48
圖4-2:Helicomm公司讀取器(IP-Link 2250)圖示 50
圖4-3:Minitool (Module)畫面 51
圖4-4:Minitool (General)畫面 52
圖4-5:點對點傳輸模式示意圖 53
圖4-6:Minitool (Binary)畫面 54
圖4-7:Ethernet Gateway (IP-Link 2220E) 55
圖4-8:IP-Link 2220E網頁呈現設定畫面 56
圖4-9:Helicomm公司的電子標籤(IP-Link 5110 Tag) 57
圖4-10:servRobot啟動畫面 58
圖4-11:Helicomm2的config 視窗 59
圖4-12:RTLS 的 config 視窗 60
圖4-13:cliRobot 啟動畫面 61
圖4-14:cliRobot 的 Helicomm2 分頁畫面 61
圖4-15:讀取器Rawdata傳輸畫面 62
圖4-16:資料庫畫面 63
圖4-17:reader資料表畫面 64
圖4-18:框中為reader資料表中的mid欄位 65
圖4-19:rawdata資料表畫面 66
圖4-20:rawdata資料表畫面 66
圖4-21:tag資料表畫面 67
圖4-22:tag資料表畫面 67
圖4-23:讀取器1(R1)所觀測到RSSI值變化的長條圖 69
圖4-24:讀取器3(R3)所觀測到RSSI值變化的長條圖 69
圖4-25:樓梯間場景圖 72
圖4-26:(a)2F場景地圖 (b)3F場景地圖 73
圖4-27:Server端和Client端同時啟動示意圖 74
圖4-28: Rifartek RoboTracer室內定位介面圖 75
圖4-29:室內定位介面Database設定圖 76
圖4-30:系統實作起始圖 77
圖4-31:自動模式實作圖 77
圖4-32:手動模式實作圖 78
圖4-33:R3和R7訊號強度實測圖 80
圖4-34:R3和R7訊號強度實測圖 82


表目錄
表2-1:無線區域網路標準[18] 10
表2-2:ZigBee技術特點[20] 12
表2-3:RFID發展史 [21] 13
表2-4:標籤依照能源區分比較[22][29] 16
表2-5:標籤依照頻率區分[22][23][28] 16
表2-6:RFID於各個領域的應用 [23] 22
表4-1:設備型號 49
表4-2:RSSI值標準差一覽 70
表4-3:不同臨界值實測出來的成功次數 79
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[20] ZigBee技術簡介http://aaron.spaces.eaw.com.cn/articles/article/item/361

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[24] 工研院系統中心RFID技術介紹, http://blog.sina.com.tw/no1_99/article.php?
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[25] 精聯電子, 什麼是EPC ?, http://adc-utt.unitech.com.tw/faq_detail.asp?
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[26] 葛煥昭,陳懷德, "兒童防護RFID監視系統", 淡江大學資工所(97)碩士論文, 2008.

[27] 瑞賦科技,http://ns.rifartek.com:8080/Web/

[28] Hui-Huang Hsu, Chien-Chen Chen, "Abnormal Behavior Detection for the Home Alone Elderly by RFID and Machine Learning," Department of science and Information Engineering Tamkang University, Taipei, Taiwan, 2009.

[29] Ay-Hwa Andy Liou, Ta-Sheng Lin, "The design and operation of RFID information sharing platform," Master Program of Information Management Department, Tamkang University, 2010.

[30] Hui-Huang Hsu, Po-Kai Chen, "Fuzzy RFID Information Processing in Home Safety," Department of science and Information Engineering Tamkang University, Taipei, Taiwan, 2010.
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