基于RFID的物聯(lián)網(wǎng)研究與應(yīng)用

馮曉媛

基于RFID的物聯(lián)網(wǎng)研究與應(yīng)用

馮曉媛

擬從物聯(lián)網(wǎng)的概念切入，談到了物聯(lián)網(wǎng)目前用到的一些關(guān)鍵技術(shù)、什么是RFID技術(shù)及其與物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系，并且闡述了電子代碼與射頻識別技術(shù)(EPC/RFID)的基本原理和工作特點。通過RFID技術(shù)被廣泛使用的條碼技術(shù)分析RFID技術(shù)對物連網(wǎng)的支持，展望了 EPC/RFID技術(shù)廣闊的應(yīng)用前景。

RFID技術(shù)；物聯(lián)網(wǎng)；M2M

中國制造業(yè)市場競爭日益激烈，客戶需求日趨個性化，國內(nèi)市場國際化的趨勢加劇促使中國制造企業(yè)應(yīng)更為關(guān)注信息化建設(shè)以提升企業(yè)的核心競爭力。隨著全球信息革命的深入，“物聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)正受到業(yè)界的廣泛關(guān)注。物聯(lián)網(wǎng)的概念是在1999年提出的。當時基于互聯(lián)網(wǎng)、RFID技術(shù)、EPC標準，在計算機互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用射頻識別技術(shù)、無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)等，構(gòu)造了一個實現(xiàn)全球物品信息實時共享的實物互聯(lián)網(wǎng)“Internet of things”(簡稱物聯(lián)網(wǎng))，這也是在2003年掀起第一輪華夏物聯(lián)網(wǎng)熱潮的基礎(chǔ)?！拔锫?lián)網(wǎng)技術(shù)”的核心和基礎(chǔ)仍然是“互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”，是在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)上的延伸和擴展的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；其用戶端延伸和擴展到了任何物品和物品之間，進行信息交換和通訊。

一 “中國式”物聯(lián)網(wǎng)定義

物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things)指的是將無處不在(Ubiquitous)的末端設(shè)備(Devices)和設(shè)施(Facilities)。Things指物體或者東西、也可以指一個事件和“外在使能”(Enabled)的，如貼上RFID的各種資產(chǎn)(Assets)、攜帶無線終端的個人與車輛等等“智能化物件或動物”或“智能塵?！?Mote)，通過各種無線和/或有線的長距離和/或短距離通訊網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)互聯(lián)互通(M2M)、 應(yīng)用大集成(Grand Integration)、以及基于云計算的SaaS營運等模式，在內(nèi)網(wǎng)(Intranet)、專網(wǎng)(Extranet)、和/或互聯(lián)網(wǎng) (Internet)環(huán)境下，采用適當?shù)男畔踩Ｕ蠙C制，提供安全可控乃至個性化的實時在線監(jiān)測、定位追溯、報警聯(lián)動、調(diào)度指揮、預(yù)案管理、遠程控制、 安全防范、遠程維保、在線升級、統(tǒng)計報表、決策支持、領(lǐng)導桌面(集中展示的Cockpit Dashboard)等管理和服務(wù)功能，實現(xiàn)對“萬物”的“高效、節(jié)能、安全、環(huán)保”的“管、控、營”一體化。物聯(lián)網(wǎng)就是物物相連的網(wǎng)絡(luò)。顧名思義，物聯(lián)網(wǎng)三個字中“物”就是物體智能化，“聯(lián)”就是物體智能后信息的傳輸，“網(wǎng)”就是建立網(wǎng)絡(luò)后的應(yīng)用服務(wù)。

物聯(lián)網(wǎng)是由感知層、通信層和應(yīng)用層構(gòu)成的三層網(wǎng)絡(luò)體系。感知層：通過智能卡、傳感器、工業(yè)自動化、音頻、視頻等電子工具，把物體進行標識、采集相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，使物體智能化，讓物體“活”起來。傳輸層：通過無線、光纖、電纜等方式進行傳輸，建立通信網(wǎng)絡(luò)。應(yīng)用層：將采集的信息存儲在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)中心，進行數(shù)據(jù)處理，開發(fā)各種應(yīng)用軟件，為不同的需求提供智能服務(wù)。

二 物聯(lián)網(wǎng)四大支撐技術(shù)

1. RFID： 電子標簽屬于智能卡的一類，物聯(lián)網(wǎng)概念是1998年MIT Auto-ID中心主任Ashton教授提出來的，RFID技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中重要起“使能”(Enable)作用。

2.傳感網(wǎng)：傳感網(wǎng)不等于物聯(lián)網(wǎng)，傳感網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)的一種，通常是指由各種傳感器，通過無線通訊方式組成的網(wǎng)絡(luò)。

3. M2M：側(cè)重于末端設(shè)備的互聯(lián)和集控管理，X-Internet，中國三大通訊營運商在推行M2M這個理念。

4. 兩化融合：工業(yè)信息化也是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)主要推動力之一，自動化和控制行業(yè)是主力。

它們四者的關(guān)系如下圖

圖1 四大支撐技術(shù)關(guān)系圖

三 什么是RFID技術(shù)

射頻卡，俗稱電子標簽，是一種能夠組成無線系統(tǒng)的智能卡，用于控制、檢測和跟蹤物體。它最早應(yīng)用于戰(zhàn)爭中的雷達，識別敵機和友機，現(xiàn)在的用途之一就是我們的二代身份證，它應(yīng)用了高頻射頻卡技術(shù)。除高頻之處，還有低頻、超高頻和微波射頻卡技術(shù)。另一個著名的應(yīng)用是在物流領(lǐng)域，即用射頻卡監(jiān)測貨物的屬性、位置及其變化。射頻卡的使用離不開讀寫器來識別和更改電子標簽。2005年，美國沃爾瑪公司應(yīng)用了FRID射頻卡的技術(shù)，建立了新型物流大網(wǎng)絡(luò)，銷售額提高了14%，同時提供99%的店面庫存可見度，并減少30%的勞動力和15%的庫存。

四 RFID與物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系及應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things)，指的是將各種信息傳感設(shè)備，如射頻識別(RFID)、二維碼、全球定位系統(tǒng)等與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來而形成的一個巨大網(wǎng)絡(luò)，方便識別和管理，RFID電子標簽是核心技術(shù)。

一條完整的RFID產(chǎn)業(yè)鏈包括標準、芯片、天線、標簽封裝、讀寫設(shè)備、中間件、應(yīng)用軟件、系統(tǒng)集成等，其中最關(guān)鍵的技術(shù)是芯片的設(shè)計與制造。通用芯片的設(shè)計和制造技術(shù)掌握在國外飛利浦(Phillips)、德州儀器(TI)、Amtech等公司。

RFID的應(yīng)用正在從閉環(huán)市場到開環(huán)市場，類似互聯(lián)網(wǎng)初期的局域網(wǎng)到互聯(lián)網(wǎng)的過程。

RFID技術(shù)是以網(wǎng)絡(luò)為支撐的大系統(tǒng)，它一方面利用現(xiàn)有的Internet網(wǎng)絡(luò)資源，另一方面可在世界范圍內(nèi)構(gòu)建出實物互聯(lián)網(wǎng)。如圖2所示為基于RFID的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。在這個由RFID電子標簽、識別設(shè)備、Savant服務(wù)器、Internet、0NS服務(wù)器、EPC信息服務(wù)系統(tǒng)以及眾多數(shù)據(jù)庫組成的實物互聯(lián)網(wǎng)中，識別設(shè)備讀出的EPC碼只是一個指針，由這個指針從Internet找到相應(yīng)的IP地址，并獲取該地址中存放的相關(guān)物品信息，交給Savant軟件系統(tǒng)處理和管理。由于在每個物品的標簽上只有一個EPC碼，計算機需要知道與之匹配的其它信息，這就需要用ONS來提供一種自動化的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫服務(wù)，Savant將EPC碼傳給ONS，ONS指示Savant到一個保存著產(chǎn)品文件的信息服務(wù)器中查找，Savant可以對其進行處理，還可以與信息服務(wù)器和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫交互。

圖2 基于RFID的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

五 RFID技術(shù)的基本工作原理

RFID技術(shù)的基本工作原理并不復(fù)雜：標簽進入磁場后，接收解讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息(Passive Tag，無源標簽或被動標簽)，或者主動發(fā)送某一頻率的信號(Active Tag，有源標簽或主動標簽)；解讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。

一套完整的RFID系統(tǒng), 是由閱讀器(Reader)與電子標簽(TAG)也就是所謂的應(yīng)答器(Transponder)及應(yīng)用軟件系統(tǒng)三個部份所組成, 其工作原理是Reader 發(fā)射一特定頻率的無線電波能量給Transponder, 用以驅(qū)動 Transponder電路將內(nèi)部的數(shù)據(jù)送出，此時 Reader 便依序接收解讀數(shù)據(jù), 送給應(yīng)用程序做相應(yīng)的處理。

以RFID 卡片閱讀器及電子標簽之間的通訊及能量感應(yīng)方式來看大致上可以分成, 感應(yīng)偶合(Inductive Coupling) 及反向散射偶合(Backscatter Coupling)兩種, 一般低頻的RFID大都采用第一種方式, 而較高頻大多采用第二種方式。

閱讀器根據(jù)使用的結(jié)構(gòu)和技術(shù)不同可以是讀或讀/寫裝置，是RFID系統(tǒng)信息控制和處理中心。閱讀器通常由耦合模塊、收發(fā)模塊、控制模塊和接口單元組成。閱讀器和應(yīng)答器之間一般采用半雙工通信方式進行信息交換，同時閱讀器通過耦合給無源應(yīng)答器提供能量和時序。在實際應(yīng)用中，可進一步通過Ethernet或WLAN等實現(xiàn)對物體識別信息的采集、處理及遠程傳送等管理功能。應(yīng)答器是RFID系統(tǒng)的信息載體，目前應(yīng)答器大多是由耦合原件(線圈、微帶天線等)和微芯片組成無源單元。

六 物聯(lián)網(wǎng)與RFID技術(shù)應(yīng)用展望

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用可以使電子商務(wù)變得更強大，它使消費者可以在網(wǎng)上查到任何一家商店的任何一件商

品，選擇起來得心應(yīng)手。在物流領(lǐng)域，RFID電子標簽可以應(yīng)用于自動倉儲庫存管理、產(chǎn)品物流跟蹤、供應(yīng)鏈自動管理、產(chǎn)品裝配和生產(chǎn)管理、產(chǎn)品防偽等多個方面。生產(chǎn)組織大量使用RFID電子標簽可以提高整個供應(yīng)鏈和生產(chǎn)作業(yè)管理水平。

1.物聯(lián)網(wǎng)開辟智慧城市“新大陸”。在地理信息系統(tǒng)上，建立大型數(shù)據(jù)中心即云計算中心。將國土、建設(shè)、城管、規(guī)劃、市政、公安、教育、交通、醫(yī)療、旅游等信息，由各種智能設(shè)備采集數(shù)據(jù)，通過光纖或無線通信網(wǎng)絡(luò)，傳到云計算中心。根據(jù)不同的需求，建立各種應(yīng)用系統(tǒng)。政府可以統(tǒng)一調(diào)配資源，增強城市管理，提供城市服務(wù)，啟動應(yīng)急預(yù)案，統(tǒng)一聯(lián)動指揮等。建立數(shù)字城市也就是建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范工程，即“一個資源中心、地眼工程、四個應(yīng)用、兩個公共平臺”。一個資源中心：城市政府云計算中心；四個應(yīng)用：“數(shù)字城管”、“數(shù)字土地”、“數(shù)字校園”、“數(shù)字交通” ；兩個公共平臺：物聯(lián)網(wǎng)政府管理系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)公共服務(wù)系統(tǒng)；“地眼”工程——感知地下，服務(wù)地上， “地眼”工程由城市地下管網(wǎng)綜合監(jiān)測系統(tǒng)和城市管網(wǎng)預(yù)警應(yīng)急指揮聯(lián)動系統(tǒng)組成。應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)對地下管網(wǎng)的動態(tài)管理，通過地理信息系統(tǒng)，把地上、地下連接起來，地上有天眼、地下有地眼，天地融合，服務(wù)城市。

2.物聯(lián)工廠。當我們把物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，將推動產(chǎn)業(yè)的升級換代。傳統(tǒng)的工廠將成為物聯(lián)的世界。

3.物聯(lián)煤礦物。聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與煤礦管理的結(jié)合。采用智能的設(shè)備，將下井人數(shù)降到最少，設(shè)備聯(lián)動率提到最高。把井上井下的各種設(shè)備連通，監(jiān)測和控制礦山生產(chǎn)、運輸、銷售。

隨著中國企業(yè)信息化的進程，RFID的應(yīng)用將會由點到面，逐步拓展到更廣的領(lǐng)域而RFID的實施成本必然隨著RFID應(yīng)用的推廣和市場的擴大而逐步降低，RFID的應(yīng)用將會從目前的托盤或整箱的貨物跟蹤逐步擴展到單品貨物跟蹤的水平。盡管物聯(lián)網(wǎng)道路曲折,但前途絕對光明?；ヂ?lián)網(wǎng)也是曾經(jīng)歷過一場泡沫才走到今天,一旦相關(guān)的技術(shù)和配套系統(tǒng)得以完善,物聯(lián)網(wǎng)市場也就一定會爆炸式地增長。因為隨時、隨物之前自由的交流是人類長期追求的目標。我們期盼著物聯(lián)網(wǎng)時代的到來。

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ClassNo.:TP393.03DocumentMark:A

(責任編輯：鄭英玲)

ApplicationofInternetofThingsBasedonRFIDTechnology

Feng Xiaoyuan

This paper discusses the key part of the Internet of Things technology from the concept of the IOT perspective and analyzes the principle and features of the electronic code and RFID technology (EPC/RFID) . The paper also view the application prospect of EPC/RFID technology through explanation of the application of RFID in the Internet of Things .

RFID technology; Internet of Things ; M2M

馮曉媛，碩士，講師，太原理工大學計算機應(yīng)用專業(yè)，山西·太原。研究方向：人工智能。郵政編碼：030012

1672-6758(2011)03-0069-2

TP393.03

A