物聯(lián)網(wǎng)與射頻識(shí)別技術(shù)應(yīng)用研究

■渠連恩 青島科技大學(xué)

■趙 珊 青島大學(xué)醫(yī)學(xué)院松山醫(yī)院

在10年前就已經(jīng)提出物聯(lián)網(wǎng)的概念，物聯(lián)網(wǎng)其實(shí)質(zhì)就是把物聯(lián)接到網(wǎng)絡(luò)上，連接方式是通過(guò)射頻技術(shù)，紅外技術(shù)、無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)等方式進(jìn)行，但是這些設(shè)備進(jìn)行通信必須按照約定的協(xié)議進(jìn)行信息交換，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)概念。物聯(lián)網(wǎng)概念定義其實(shí)質(zhì)還是以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，把互聯(lián)網(wǎng)的用戶拓展到物體和物體之間。物聯(lián)網(wǎng)的概念的實(shí)質(zhì)有兩層意思：

第一：物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的延伸和擴(kuò)展，其核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)；

第二：其用戶端不僅僅是個(gè)人，還包括任何物品。

一、物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)

從技術(shù)架構(gòu)上看物聯(lián)網(wǎng)可分為三層：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，如圖1所示。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)

1.感知層由二維碼標(biāo)簽、RFID標(biāo)簽和讀寫(xiě)器和各種傳感器以及傳感器網(wǎng)關(guān)構(gòu)成。感知層是物聯(lián)網(wǎng)獲取和識(shí)別物體層，它從物體中獲取物體的信息，它是物聯(lián)網(wǎng)信息采集的來(lái)源。

2.網(wǎng)絡(luò)層是由通訊與互連網(wǎng)的融合技術(shù)，包括信息存儲(chǔ)和查詢，網(wǎng)絡(luò)管理等功能，網(wǎng)絡(luò)層的感知數(shù)據(jù)管理與處理技術(shù)是實(shí)現(xiàn)以數(shù)據(jù)為中心的物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)，感知數(shù)據(jù)管理處理技術(shù)包括傳感網(wǎng)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、查詢、分析、挖掘、和理解以及基于感知數(shù)據(jù)的決策和行為的理論和技術(shù)。

3.應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)和用戶（包括人、組織和其他系統(tǒng)）的接口，它與行業(yè)需求結(jié)合，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能應(yīng)用。

二、射頻識(shí)別技術(shù)

射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）是無(wú)線電技術(shù)在自動(dòng)識(shí)別領(lǐng)域中的具體應(yīng)用，RFID技術(shù)是通過(guò)無(wú)線射頻方式進(jìn)行，通信雙方自動(dòng)識(shí)別實(shí)現(xiàn)交換數(shù)據(jù)，它主要是通過(guò)射頻信號(hào)進(jìn)行識(shí)別目標(biāo)對(duì)象，并自動(dòng)獲取物體的相關(guān)數(shù)據(jù)，同時(shí)也向后臺(tái)的計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)進(jìn)行通信，完成相關(guān)的數(shù)據(jù)信息處理。射頻識(shí)別技術(shù)包括數(shù)據(jù)的采集，數(shù)據(jù)的傳輸和數(shù)據(jù)的處理的功能。

工作原理

當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入磁場(chǎng)以后，標(biāo)簽接收讀卡器發(fā)出的無(wú)線射頻信號(hào)，標(biāo)簽內(nèi)的感應(yīng)電流所獲取的能量把標(biāo)簽內(nèi)存儲(chǔ)的信息發(fā)送出去，如果標(biāo)簽自身有電源標(biāo)簽就會(huì)主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(hào)；解讀器讀取信息并且解碼，然后把信息送到中央信息處理系統(tǒng)，最后由中央信息系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

射頻識(shí)別技術(shù)主要是電子標(biāo)簽和讀寫(xiě)器之間的信息主要通過(guò)無(wú)線信號(hào)進(jìn)行穿梭，這種信息傳送的射頻信號(hào)分兩種耦合類型。

三、RFID系統(tǒng)組成

RFID系統(tǒng)有標(biāo)簽、閱讀器、Internet，服務(wù)器、中間軟件和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。系統(tǒng)通過(guò)閱讀器發(fā)送信號(hào)至電子標(biāo)簽，電子標(biāo)簽通過(guò)射頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)內(nèi)部的電磁電路提供電力，由天線將內(nèi)部存儲(chǔ)器所儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)傳至閱讀器，經(jīng)由中介軟件編碼，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)最后再將信息存入對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)。

讀寫(xiě)器讀出的電子標(biāo)簽的信息，并采用分布式的系統(tǒng)中間件處理由讀寫(xiě)器讀取的一連串標(biāo)簽信息。由于每一個(gè)電子標(biāo)簽上只有唯一代碼，計(jì)算機(jī)需要知道與該EPC匹配的其它信息，這就需要ONS來(lái)提供一種自動(dòng)化的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)，EPC中間件將EPC代碼傳給ONS，ONS指示EPC中間件到一個(gè)保存著產(chǎn)品文件的服務(wù)器（EPCIS）查找，該文件可由EPC中間件復(fù)制，因而文件中的產(chǎn)品信息就能傳到供應(yīng)鏈上，系統(tǒng)的工作流程如圖2所示。

圖2 RFID系統(tǒng)

1.電子標(biāo)簽

RFID標(biāo)簽是由耦合元件和芯片組成，它內(nèi)置天線芯片中寫(xiě)有能夠被識(shí)別的唯一的電子編碼，這種標(biāo)簽附著在可被識(shí)別的物體上，標(biāo)識(shí)目標(biāo)對(duì)象。這種標(biāo)簽具有持久性的特點(diǎn)，信息接收傳播穿透性強(qiáng)、存儲(chǔ)容量大、種類多的特點(diǎn)。有些標(biāo)簽支持讀寫(xiě)功能，目標(biāo)物體的信息能夠隨時(shí)被更新。

2.讀寫(xiě)器

讀寫(xiě)器在射頻系統(tǒng)中起著關(guān)鍵性的作用，它是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施，它與RFID標(biāo)簽進(jìn)行信息交換，交換過(guò)程中，讀寫(xiě)器把射頻電磁信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，特別是讀寫(xiě)器進(jìn)行對(duì)信號(hào)加工整理，然后從中解調(diào)出返回的信息，完成對(duì)RFID標(biāo)簽的識(shí)別或讀/寫(xiě)操作；讀寫(xiě)器與計(jì)算機(jī)通訊：上層中間件及應(yīng)用軟件與讀寫(xiě)器進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)操作指令的執(zhí)行和數(shù)據(jù)匯總上傳。

3.中間件（middleware）

為實(shí)現(xiàn)所采集信息的傳遞與分發(fā)而開(kāi)發(fā)的中間件，中間件是一個(gè)軟件，它可以接受客戶端發(fā)送的請(qǐng)求，可以同時(shí)對(duì)多個(gè)讀寫(xiě)器進(jìn)行操作，進(jìn)行并發(fā)處理，并且可以連接一個(gè)或者多個(gè)后端軟件應(yīng)用系統(tǒng)連接，它是返回結(jié)果數(shù)據(jù)的特殊化軟件。應(yīng)用程序使用中間件提供的應(yīng)用程序接口（API），進(jìn)行與讀寫(xiě)器進(jìn)行通信，讀取RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)。

4.應(yīng)用軟件

主要指企業(yè)系統(tǒng)軟件，應(yīng)用軟件（application software）是直接面向RFID應(yīng)用最終用戶的人機(jī)交互界面，協(xié)助使用者完成對(duì)讀寫(xiě)器的指令操作以及對(duì)中間件的邏輯設(shè)置，逐級(jí)將RFID原子事件轉(zhuǎn)化為使用者可以理解的業(yè)務(wù)事件，并使用可視化界面進(jìn)行展示。由于應(yīng)用軟件需要根據(jù)不同應(yīng)用領(lǐng)域的不同企業(yè)進(jìn)行專門(mén)制定，因此很難具有通用性。從應(yīng)用評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)說(shuō)，使用者在應(yīng)用軟件端的用戶體驗(yàn)是判斷一個(gè)RFID應(yīng)用案例成功與否的決定性因素之一。應(yīng)用軟件也是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，它負(fù)責(zé)與讀寫(xiě)器通信，將讀寫(xiě)器經(jīng)過(guò)中間件轉(zhuǎn)換之后的數(shù)據(jù)，插入到后臺(tái)企業(yè)倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，對(duì)電子標(biāo)簽管理信息、發(fā)行電子標(biāo)簽和采集的電子標(biāo)簽信息集中進(jìn)行存儲(chǔ)和處理。

四、RFID射頻設(shè)別系統(tǒng)應(yīng)用示例

港口集裝箱RFID技術(shù)的應(yīng)用，RFID應(yīng)用系統(tǒng)主要有三部分組成，首先在集裝箱上安裝電子標(biāo)簽，電子標(biāo)簽內(nèi)保存集裝箱信息，并且能夠進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別；其次，在港口區(qū)域有無(wú)線覆蓋，進(jìn)行信息傳輸，它可以完成對(duì)電子標(biāo)簽的信息的傳輸，應(yīng)具有實(shí)時(shí)性信息交互，并將數(shù)據(jù)導(dǎo)入TSS運(yùn)輸安全管理系統(tǒng)；第三部分集裝箱信息實(shí)時(shí)交換系統(tǒng)，完成后端對(duì)集裝箱信息的實(shí)時(shí)處理和管理，并進(jìn)行EDI數(shù)據(jù)交換，以實(shí)現(xiàn)起運(yùn)港和目的港之間的集裝箱信息實(shí)時(shí)交換。

[1]王忠敏.《EPC技術(shù)基礎(chǔ)教程》.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004[2]

[2]Easy EPC-ONS. University Of Cambridge，2004

[3]楊玉婷.RFID在零售業(yè)的應(yīng)用研究[J].物流科技，2007，（11）：15.