一種基于有源RFID和紅外通信的服務器定位系統

劉恒

引言：隨著云計算的興起，數據中心逐年增多，傳統的人工定時檢查的監管方式，效率低且易出錯。本論文提供了一種基于有源RFID和紅外通信的服務器精確定位監控系統，該系統能夠實現對數據中心的服務器精確定位和實時盤點。

一、背景

隨著互聯網行業的高速發展，以及云計算的興起，數據中心逐年增多，對數據中心服務器的有效監管日益迫切。對于互聯網金融行業和云服務提供商來說服務器的安全具有非常重要的經濟和法律意義。而傳統數據中心的服務器監管一般采用人工定時檢查，效率低且易出錯。目前數據中心的RFID服務器監控系統主要實現服務器的自動盤點，不能實現服務器精確定位，難以解決由于服務器安裝位置錯誤引起的數據安全事故。本論文提供了一種基于有源RFID和紅外通信的服務器精確定位監控系統，該系統能夠實現對服務器的精確定位和實時盤點。

二、方案設計

本服務器定位系統分為三部分：讀寫器，紅外觸發標簽，紅外定位器。紅外定位器安裝在機柜側面，ID號碼與機柜編碼對應。紅外觸發標簽黏貼在服務器前面板，標簽ID與服務器編碼建立一一對應關系。讀寫器安裝在機房內合適的位置，讀取標簽信息以及標簽的位置信息。

紅外定位器通過紅外發射器廣播自身ID；紅外觸發標簽定時喚醒偵聽紅外廣播ID，如果偵聽到有效ID則記錄在RAM中，同時啟動射頻發射，將自身ID號碼和位置編碼發送出去；讀寫器接收到標簽的信息之后進行數據解析和數據包重組，通過以太網絡定時把數據包上傳到遠端服務器。

2.1 紅外定位器

紅外定位器由單片機，紅外LED，驅動電路，菲涅爾準直透鏡等組成。如圖1所示，單片機將ID號碼轉變為二進制基帶信號，然后使用OOK調制方式將基帶信號加載到PWM載波上。載波經過驅動電路，驅動紅外LED，將電信號轉變成紅外信號發射出去。紅外線通過菲涅爾準直透鏡把點光源的發散光，轉變成光斑可調的平行光。平行的紅外光可以使每個U位對應的編碼，只被黏貼在對應U位上的標簽接收，這樣可以對標簽的位置進行區分。

對于正菲涅爾透鏡，光線從一側進入，經過透鏡在另一側聚焦成一點或以平行光射出。LED可以近似為點光源，經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，因此可以根據系統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域。

2.2 紅外觸發標簽

紅外觸發標簽卡由低功耗MCU，一體化紅外接收頭，射頻單元，電池等組成。采用STM8L作為標簽處理器，在停機模式電流只需400nA。一體化紅外接收頭采用VISHAY公司的TSOP38140，其內部集成了光敏二極管，自動增益調節，帶通濾波器等，可以有效解調出基帶信號。射頻IC選擇Silicon Labs公司的SI4463，頻帶119MHZ-1050MHZ，輸出功率最大20dB，待機電流50nA，適合有源RFID應用。

紅外觸發標簽工作模式分為休眠模式，偵聽模式，和活動模式。休眠模式，MCU處在停機狀態，射頻IC設置為掉電模式，同時通過IO端口切斷紅外接收頭電源，使標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行模式，持續搜索10ms。如果接收到有效信息，進入活動模式，反之等待搜索時間結束再進入活動模式；活動模式下，MCU啟動HSI時鐘，進入全速運行狀態，將ID信息加載到射頻IC。啟動無線發射，發射完畢后，將射頻IC設置為掉電模式，之后MCU切換到HALT狀態，標簽重新進入休眠模式。

2.3 讀寫器

讀寫器主要有CPU，FLASH存儲器，射頻接收單元，天線，以太網模塊，POE電源系統等組成。實現對紅外觸發標簽信息的讀取，并對標簽信息進行解碼和數據包重組。按照規定的協議幀格式，通過以太網把數據發送到遠程服務器。

結語

有源RFID讀取距離遠，識別速度快，抗干擾能力強，但是無法實現位置信息精確識別；紅外通信傳輸角度小，物理空間可隔離的特征，同時利用菲涅爾準直透鏡的成像特征，可以將紅外通信范圍分割成互不干擾的帶狀區域，實現空間信息的精確判定。本系統結合了兩者優勢，具有很好的應用推廣價值。

參考文獻

[1]許中兵. 紅外觸發RFID卡的設計.科技咨詢，2008，10.

[2]Silicon Labs . SI4463智能電網參考設計.世界電子元器件.2012，10.

（作者單位：東南大學蘇州研究院）