基于RFID的物聯(lián)網技術研究和應用

張萌， 趙振宇， 余松森

（1.深圳信息職業(yè)技術學院繼續(xù)教育學院，廣東 深圳 518172；2. 深圳信息職業(yè)技術學院機電學院，廣東 深圳 518172；3.華南師范大學，廣東 佛山 528225）

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基于RFID的物聯(lián)網技術研究和應用

張萌1， 趙振宇2， 余松森3

（1.深圳信息職業(yè)技術學院繼續(xù)教育學院，廣東 深圳 518172；2. 深圳信息職業(yè)技術學院機電學院，廣東 深圳 518172；
3.華南師范大學，廣東 佛山 528225）

摘 要：由于物聯(lián)網具有巨大的應用前景，因而受到廣泛重視。本文介紹了物聯(lián)網和射頻識別技術-RFID的相關內容，利用RFID技術，通過物聯(lián)網實現(xiàn)物品的自動識別和信息的互聯(lián)與共享，說明了RFID在物聯(lián)網的實際應用，促進了交通、物流等行業(yè)快速發(fā)展。

關鍵詞：無線射頻；物聯(lián)網

引言

物聯(lián)網（The Internet of things）是當前的熱點問題之一，甚至被譽為繼計算機、互聯(lián)網技術之后的第三次信息革命。實際上，物聯(lián)網應用的推進比較緩慢，一般的物聯(lián)網應用并沒有與實體經濟緊密地聯(lián)系在一起，主要集中在社會生活服務和公共管理領域，也就是說物聯(lián)網與實物產品的流動關聯(lián)性不夠。如果將物聯(lián)網技術應用于實體經濟，利用先進的信息采集、處理交換等技術完成物與物之間的聯(lián)動，以智能的方式實現(xiàn)人與物、物與物之間的溝通，從而可以實現(xiàn)人類社會與物理系統(tǒng)的整合，達到更加精細和動態(tài)的方式去管理生產和生活。

射頻識別技術（Radio Frequency Identification-RFID）是一種非接觸式自動識別技術，利用射頻信號及其空間耦合和傳輸特性，實現(xiàn)對靜止或移動物體的自動識別。射頻識別的信息載體是射頻標簽，其形式有卡、鈕扣等多種標簽表現(xiàn)形式。射頻標簽一般安裝在產品或物品上，由射頻識讀器讀取存儲于標簽中的數(shù)據。RFID 可以用來追蹤和管理幾乎所有物理對象。基于RFID 的物聯(lián)網系統(tǒng)，將成為繼條碼技術之后，再次變革商品零售結算、物流配送以及產品跟蹤管理模式的一項新技術。

1　物聯(lián)網

在短短幾年時間內，物聯(lián)網已經成為全社會和產業(yè)界熱切關注的寵兒，物聯(lián)網已經成為信息網絡化發(fā)展的重要趨勢，成為人類社會邁向更加高速發(fā)展、高效、智能的信息社會的一大特征。

物聯(lián)網的概念最早是1999 年由美國麻省理工學院（MIT）的Auto-ID實驗室Ashton 教授提出，是指通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網連接起來，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網絡，即“物物相連的互聯(lián)網”［1］。隨著物聯(lián)網研究的進一步開展，一般來說，物聯(lián)網是指對物體具有全面感知能力，對信息具有可靠傳送和智能處理能力的連接物體與物體的信息網絡。如果說互聯(lián)網溝通著人與人之間的通信交流，那么物聯(lián)網也可以實現(xiàn)人與物之間的通信，甚至物與物之間的通信。

物聯(lián)網是利用網絡技術建立起來的。其中涉及到的關鍵技術非常廣泛，如典型物聯(lián)網標準體系架構［2］（如圖2 所示）所組成的感知層、網絡層和應用層，這些包括標準化、材料技術、安全和隱私、功率和能量存儲技術、發(fā)現(xiàn)和搜索引擎、組網技術、通信技術、物聯(lián)網體系結構、標識技術、硬件技術和軟件和算法技術等。其中感知層主要有：據采集與感知主要用于采集物理世界中發(fā)生的物理事件和數(shù)據，包括各類物理量、標識、音頻、視頻數(shù)據。物聯(lián)網的數(shù)據采集涉及傳感器、RFID、多媒體信息采集、二維碼和實時定位等技術；網絡層主要有：實現(xiàn)更加廣泛的互聯(lián)功能，能夠把感知到的信息無障礙、高可靠性、高安全性地進行傳送，需要傳感器網絡與移動通信技術、互聯(lián)網技術相融合。經過十余年的快速發(fā)展，移動通信、互聯(lián)網等技術已比較成熟，基本能夠滿足物聯(lián)網數(shù)據傳輸?shù)男枰?。應用層主要有：應用層主要包含應用支撐平臺子層和應用服務子層。其中應用支撐平臺子層用于支撐跨行業(yè)、跨應用、跨系統(tǒng)之間的信息協(xié)同、共享、互通的功能。應用服務子層包括智能交通、智能醫(yī)療、智能家居、智能物流、智能電力等行業(yè)應用。

圖1　物聯(lián)網Fig.1 The Internet of things

圖2　典型物聯(lián)網標準體系架構Fig.2 The typical standard architecture

2　RFID 技術

無線射頻識別（RFID）技術是一種非接觸式的通信方式，利用空間電磁波的耦合或傳播進行通信，通信目的是自動完成被標識對象的識別，準確獲取標識對象相關信息。RFID技術與傳統(tǒng)IC卡、磁卡、條碼識別技術相比較，具有識別精度高、保密性好、抗干擾強且存儲數(shù)據容量大，適應環(huán)境能力強、操作快捷等優(yōu)點［3］。

RFID技術在電子標簽中存有一定格式的電子數(shù)據，以此作為待識別物品的標識性信息。電子標簽附在待識別物品上，讀寫器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號，當射頻卡進入發(fā)射天線工作區(qū)域時產生感應電流，通過感應電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產品信息，系統(tǒng)接收天線接收到從射頻卡發(fā)送來的載波信號，經天線調節(jié)器傳送到讀寫器，讀寫器對接收的信號進行解調和解碼，然后送到后臺數(shù)據管理系統(tǒng)進行相關處理，數(shù)據管理系統(tǒng)發(fā)出指令信號控制執(zhí)行機構動作［4］。從而，讀寫器通過天線可實現(xiàn)無接觸地讀取并識別標簽中所保存的電子數(shù)據，從而達到自動識別物體的目的，如圖3所示。

圖3　RFID系統(tǒng)組成Fig.3 RFID system components

根據RFID系統(tǒng)電子標簽能量供應方式不同，可以分為有源系統(tǒng)和無源系統(tǒng)；根據RFID系統(tǒng)電子標簽內部存儲模塊讀寫方式不同，可以分為只讀式和讀寫式；根據RFID系統(tǒng)耦合類型不同，可以分為電感耦合系統(tǒng)和電磁反向散射耦合系統(tǒng)；根據RFID系統(tǒng)工作方式不同，可以分為全雙工系統(tǒng)、半雙工系統(tǒng)以及時序系統(tǒng)；根據RFID系統(tǒng)工作頻率不同，可以分為低頻系統(tǒng)、高頻系統(tǒng)、超高頻系統(tǒng)和微波系統(tǒng)［5］。典型工作頻率主要有：125、133kHz，13.56、27.12、433、902-928 MHz，2.45、5.8 GHz 等。

3　RFID技術在物聯(lián)網中的應用

RFID具有非接觸、讀取距離遠、讀寫速度快、可對高速物體進行識別、穿透力強等特點，在物聯(lián)網的應用中也越來越成熟，利用RFID 技術的產品也越來越多，例如綠色農業(yè)、公共安全、城市管理、遠程醫(yī)療、智能家居、智能交通、環(huán)境監(jiān)測等領域，實現(xiàn)了人類社會與物理系統(tǒng)的緊密結合，促進了智能化的發(fā)展。

3.1物流供應鏈

物流供應鏈通過使用強大的分析和模擬引擎來優(yōu)化從原材料至成品的供應鏈網絡［6］（見圖4）。物流過程中的信息自動采集，倉儲管理應用，貨物追蹤，港口應用，快遞，郵政包裹等。RFID技術的物流倉儲管理中運用實現(xiàn)了高效物流管理，為物流業(yè)帶來革命性的變化。

圖4　物流供應鏈Fig.4 Logistics supply chain

3.2交通管理

RFID技術在我國的交通管理領域中的應用非常廣泛，通過射頻信號自動識別目標對象并獲取數(shù)據信息，并且利用其防水、防磁、使用壽命長、讀取距離遠等一系列優(yōu)點，實現(xiàn)高速公路ETC系統(tǒng)的功能，如聯(lián)網高速公路不停車收費系統(tǒng)（ETC）［7］（圖5）、公交車站車輛進出站管理系統(tǒng)、全國各地的停車場RFID收費系統(tǒng)等，這些都是在不停車條件下，完成交通費收取，極大提高了高速公路管理效率和服務質量。

3.3零售業(yè)

基于RFID 物聯(lián)網技術在零售業(yè)的應用越來越受到各大超市的重視，通過該網絡提供供應鏈管理的透明度，提高庫存轉轉率，減少缺貨損失，提升門店的消費體驗，實現(xiàn)產品編碼、產品信息的傳送、產品信息的存儲、產品信息的查詢［8］，根據信息系統(tǒng)建設的實用性原則，逐步擴大RFID 技術的應用范圍，最終順利實現(xiàn)單品電子標簽化，如圖6所示。

圖5　高速公路收費系統(tǒng)Fig.5 Highway toll system

圖6　商品信息查詢Fig.6 Product Information inquiry

3.4圖書館管理系統(tǒng)

智能化的圖書館管理系統(tǒng)通過無線傳感器網絡對讀者進行定位，并傳送監(jiān)控數(shù)據；利用RFID 對圖書進行識別定位，同時進行計算化處理，實現(xiàn)了圖書館監(jiān)控管理與服務的智能化，從而有效地提高了圖書館的管理效率，簡化了管理流程［9］，如圖7所示。系統(tǒng)能夠為讀者提供更加便利的圖書借還、查詢等服務，實現(xiàn)智能化管理。

圖7　圖書館管理系統(tǒng)Fig.7 Library management system

4　結論

本文詳細介紹了RFID 與物聯(lián)網的相關技術，分別對其架構進行了深入的探討，結合物聯(lián)網和RFID 技術，對RFID 技術在物聯(lián)網應用進行了分析和研究。物聯(lián)網技術是全球各行業(yè)正在實施應用的一項信息化新技術，研究基于RFID的物聯(lián)網技術，對于發(fā)展RFID 產業(yè)和提升社會信息化水平、促進經濟可持續(xù)發(fā)展、提高人民生活質量等方面都將產生深遠影響，具有重大戰(zhàn)略意義。

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【責任編輯：高潮】

【信息技術應用研究】

Technology research and application of the internet of things based on RFID

ZHANG Meng1， ZHAO Zhenyu2， YU Songsen3
（1. College of Continuning Education， Shenzhen Institute of Information Technology， Shenzhen 518172， China；2. School of Electromechanical Engineering， Shenzhen Institute of Information Technology， Shenzhen 518172， China；3. South China Normal University，F(xiàn)oshan 528225， China）

Abstract:As the internet of things has a great prospect， it is widespread attention. In the paper the content of things and RFID technology are described. The RFID and the internet of things are used， and items are automatically recognized and information is shared with the internet of things. The internet of things in the practical application of RFID is described in detail. The Internet of things promotes the rapid development of transportation， logistics and other industries.

Keywords:RFID； the internet of things

中圖分類號：TP391.44； TN929.5

文獻標識碼：A

文章編號：1672-6332（2016）01-0024-04

［收稿日期］2016-2-27

［基金項目］深圳市基礎應用研究項目（JCYJ20130401095559824）

［作者簡介］張萌（1986-），男（漢），江蘇南通人，碩士，講師，主要研究方向：計算機通信、物聯(lián)網等方面的技術研究。E-mail：zhangm@sziit.edu.cn