基于RFID和WSN的智能购物环境技术及应用

摘要

近年来，射频识别(RFID)和无线传感网(WSN)技术的快速发展，扩展了信息获取的方式。随着智能区域的提出，应用RFID和WSN等新型信息采集和输入方式，人们将物理空间和信息空间连接在了一起。购物环境是智能区域研究的一个重要领域，目前RFID与WSN集成架构仅仅是在通用环境下成立，直接将通用架构应用在智能购物环境存在着诸多的问题，如缺乏整合RFID和WSN信息的处理架构，缺乏描述智能购物环境中各种实体的模型，上层服务智能化程度低，导致服务订阅操作复杂。本文结合上海市经委的《面向世博的RFID未来商店关键技术与装备研发和示范工程建设》项目深入研究了智能购物环境的相关技术，应用RFID和WSN集成架构，根据智能购物环境各个场景中的上下文模型和业务事件为用户推送服务并推理产品状态。本文定义了架构中操作数据层中的采集实体，信息采集层中获取信息的两种方法及处理步骤，中间件层中的服务代理、事件处理和信息代理机制，服务层的主要功能；阐述了复杂事件处理、服务匹配、上下文处理模块的组成和工作原理；对购物环境进行建模，定义了商品本体、用户本体、位置本体、采集点本体和环境本体等智能零售区域中的本体模型；对整个购物流程进行分析，定制购物场景中特有的RFID和WSN事件，并组成上层业务逻辑事件，提出业务事件的处理方法；对用户的上下文信息进行分析，实现了在不同业务区域为用户推送个性化服务；通过定义商品的状态和在各个流程之间的转换关系，实现商品的状态推理；详细描述了未来商店作为智能购物环境不同业务区域中用户购物的核心场景，包括用户从进入零售门店到完成购买的各个流程以及在这些流程中系统与用户之间的交互过程。本文首先分析了智能购物环境研究面临的问题，以世博未来商店作为智能购物环境的实践，设计并实现一套轻量级的集成RFID技术与WSN的体系架构，进行购物环境中信息和事件的处理；其次，在分析本体建模方法的基础上，为业务场景的各个实体进行建模，并给出OWL描述。接着，结合具体场景罗列出底层RFID和WSN事件，并且利用这两种底层事件构成智能购物环境中的业务事件。然后，根据构建模型和架构底层采集的信息，应用Drools推理引擎进行用户的服务推送和商品状态推理。最后，完成世博未来商店的系统设计、核心需求实现以及实际部署。

目录

摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 研究现状分析及目前所存在的问题

1.2.1 RFID 与 WSN 技术

1.2.2 上下文感知的应用现状分析

1.2.3 购物环境的现状分析

1.2.4 目前所存在的问题

1.3 主要研究内容与所取得的成果

1.4 创新点

1.5 论文结构

2 相关技术分析

2.1 相关技术现状

2.1.1 RFID 技术及其发展现状

2.1.2 无线传感网技术及其发展现状

2.1.3 上下文感知的相关综述

2.2 当前所存在的问题

2.3 本文的研究思路

2.4 相关理论和技术

2.4.1 RFID 技术与无线传感网现有集成框架

2.4.2 上下文感知基于 RFID 与无线传感网的相关理论

2.4.3 智能零售门店中的相关研究

2.5 本章小结

3 智能购物环境的相关研究

3.1 基于 RFID 技术与 WSN 的智能购物环境体系架构

3.1.1 基于场景的 RFID 与 WSN 集成架构的总体框架

3.1.2 架构中各层的作用和相互之间的关系

3.1.3 集成架构中各个模块的核心功能和作用

3.2 基于上下文建模的本体模型及事件描述

3.2.1 操作环境采集数据的本体模型

3.2.2 RFID 和传感器事件及业务事件的构建

3.3 智能购物环境下的相关服务推送

3.3.1 用户服务推送机制

3.3.2 商品状态推理机制

3.4 本章小结

4 未来商店系统的实现与场景描述

4.1 未来商店系统概述

4.2 未来商店总体部署

4.3 未来商店核心场景描述

4.3.1 注册区

4.3.2 购物区

4.3.3 结账区

4.4 本章小结

5 总结与展望

5.1 本文总结

5.2 未来工作展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文目录

附录 未来商店实景