物聯(lián)網(wǎng)射頻技術(shù)在通信領(lǐng)域的應(yīng)用

劉志宇

從21 世紀(jì)開始，世界各地逐漸廣泛地運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)射頻技術(shù)，各大有名的上市公司都在大量推行物聯(lián)網(wǎng)射頻技術(shù)，例如：日用消費(fèi)品公司、波音公司和連鎖企業(yè)等。物聯(lián)網(wǎng)射頻技術(shù)的使用現(xiàn)處于上升環(huán)節(jié)，其發(fā)展與推行使用對自動(dòng)鑒識(shí)領(lǐng)域是一次巨大的進(jìn)步，為通信技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

1 RFID——物聯(lián)網(wǎng)射頻技術(shù)的內(nèi)涵

1.1 RFID——物聯(lián)網(wǎng)射頻技術(shù)的界說

射頻是一種電磁頻率，它可以折射到空間，全稱是電磁波，射頻屬于高頻電流，在300 千赫茲～30千兆赫茲之間，其電流變化每秒都在一萬次以上。當(dāng)射頻的頻率在100 千赫茲以上時(shí)，它就可以在空氣中進(jìn)行傳播，可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳播，射頻就是這種能遠(yuǎn)距傳輸?shù)母哳l率電磁波。所謂射頻技術(shù)就是掃描設(shè)備發(fā)出一個(gè)固定頻率的Airwave 給接收儀器，接收儀器用所接收到的Airwave 里的電路，輸出代碼，掃描設(shè)備便能接收到代碼信息。此中，使用接收儀器可以不用刷卡、無需安裝電池、不用直接接觸，因此不用擔(dān)心會(huì)弄臟，而且所使用的晶片密碼使用年限較長、安全性能好。比較常用的射頻技術(shù)是“radio frequency identification”（無線射頻識(shí)別），即RFID，這種射頻識(shí)別既能鑒識(shí)特定的目標(biāo)，又能識(shí)別目標(biāo)的數(shù)據(jù)信息。

1.2 構(gòu)成RFID——物聯(lián)網(wǎng)射頻技術(shù)體系的部件

物聯(lián)網(wǎng)射頻技術(shù)體系由天線、標(biāo)簽和閱讀器3部分構(gòu)成。其中，標(biāo)簽由芯片和耦合元件構(gòu)成，每一個(gè)標(biāo)簽都有屬于自己的電子編碼；獲取或輸入標(biāo)簽信息的儀器就是閱讀器，閱讀器的樣式是多種多樣的；在標(biāo)簽與閱讀器之間用來傳遞信號(hào)的部件就是天線[1]。

1.3 RFID——物聯(lián)網(wǎng)射頻技術(shù)的內(nèi)涵

RFID——物聯(lián)網(wǎng)射頻技術(shù)容納了兩種技術(shù)，分別是電子標(biāo)簽與“RFID”技術(shù)。這里談到的電子標(biāo)簽其實(shí)就是一種自動(dòng)鑒識(shí)技術(shù)，自動(dòng)鑒識(shí)工作無需工作人員親手操作，這項(xiàng)技術(shù)有很多其他技術(shù)所沒有的優(yōu)點(diǎn)，例如：使用年限久、更改存儲(chǔ)信息簡便、存儲(chǔ)信息容量足夠、獲取距離較遠(yuǎn)等。電子標(biāo)簽由3 個(gè)部分構(gòu)成：主動(dòng)型標(biāo)簽、半主動(dòng)型標(biāo)簽以及被動(dòng)型標(biāo)簽。1）主動(dòng)型標(biāo)簽：這種形式的標(biāo)簽自身就有內(nèi)部電源提供設(shè)備，主要是給內(nèi)部集成電路提供所需的電量，以此來產(chǎn)生外界信號(hào)。2）半主動(dòng)型標(biāo)簽：這種形式的標(biāo)簽與被動(dòng)型標(biāo)簽有很多相似之處，但它比被動(dòng)型標(biāo)簽多了一個(gè)部件：小型電池，這個(gè)小型電池的電力正好可以提供給標(biāo)簽Ic 使用，使集成電路能夠盡快開始工作。3）被動(dòng)型標(biāo)簽：這種形式的標(biāo)簽內(nèi)部并沒有供給電源，它是通過收到的物聯(lián)網(wǎng)射頻技術(shù)閱讀器發(fā)出的電磁波來進(jìn)入工作。物聯(lián)網(wǎng)射頻技術(shù)（RFID）是一種能夠進(jìn)行自動(dòng)鑒識(shí)且非接觸型的技術(shù)，RFID 不僅能鑒識(shí)出正在進(jìn)行高速運(yùn)動(dòng)的東西，還可以在同一時(shí)間鑒識(shí)多個(gè)標(biāo)簽，除此以外，它既無需人工操作和鑒識(shí)，又能借助所接收的射頻信息，主動(dòng)去鑒識(shí)目標(biāo)，這項(xiàng)特有的功能在一些惡劣環(huán)境中也可以使用[2]。

1.4 RFID——物聯(lián)網(wǎng)射頻技術(shù)運(yùn)轉(zhuǎn)的原理

在“物聯(lián)網(wǎng)射頻技術(shù)”的3 個(gè)構(gòu)成部件中，閱讀器和電子標(biāo)簽兩者之間是借助耦合元件來完成空間耦合的。通常情況下，有兩種空間耦合方式，第一種是電磁反向散射耦合，它的運(yùn)作原理就是利用電磁波的空間傳播規(guī)則，發(fā)射儀器傳播出電磁波，電磁波在遇到目標(biāo)后進(jìn)行反射，通過反射收集目標(biāo)所需的數(shù)據(jù)信息。第二種就是電感耦合，這種耦合方式是利用電磁感應(yīng)定律，通過高頻率的交變磁場完成空間耦合。高頻或低頻工作的鑒識(shí)體系一般都采用電感耦合。工作頻率通常是135 千赫茲、235千赫茲及13.56 兆赫茲。而微波工作和超高頻率的工作一般采用電磁反向散射耦合，工作頻率通常是5.8 千兆赫茲、925 兆赫茲和423 兆赫茲[3]。

2 物聯(lián)網(wǎng)射頻技術(shù)在無線通信領(lǐng)域中常見的應(yīng)用

2.1 無線局域網(wǎng)射頻技術(shù)

現(xiàn)階段最先進(jìn)的無線局域網(wǎng)射頻技術(shù)有很高的信息傳輸能力，它采用無線電磁波開展數(shù)據(jù)傳輸工作，傳輸范圍能夠達(dá)到幾十米。無線局域網(wǎng)射頻技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)信息時(shí)需要借助一個(gè)或幾個(gè)無線連接儀器，現(xiàn)階段經(jīng)常使用的是2.4 千兆赫茲、無線網(wǎng)絡(luò)802.11b/g 操作的Wi-Fi，采用高端模塊或配置時(shí)可以提供雙波段Wi-Fi 或者高速多輸入多輸出。雙波段Wi-Fi 能夠供給使用工具兩種頻段，即2.4 千兆赫茲802.11b/g 與5.8 千兆赫茲802.11b/g。高速輸入或輸出在2.4 千兆赫茲的范疇內(nèi)可以同時(shí)使用幾個(gè)射頻，進(jìn)而提升性能[4]。一言以蔽之，無線局域網(wǎng)射頻技術(shù)不僅可以避免儀器之間的滋擾，還能增強(qiáng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

2.2 常見的藍(lán)牙射頻技術(shù)

藍(lán)牙射頻技術(shù)采用的頻帶一般為2.4 千兆赫茲，這個(gè)頻帶的使用有助于傳輸工作的順利進(jìn)行。把調(diào)頻技術(shù)當(dāng)做藍(lán)牙射頻技術(shù)的基礎(chǔ)，不但可以開闊頻譜，還能使信號(hào)功率譜的密度降低。藍(lán)牙射頻技術(shù)使用的頻帶大概是2.402 千兆赫茲～2.480 千兆赫茲，低端配置的保護(hù)屏段通常是兩兆赫茲，而高端設(shè)備的保護(hù)頻段是3.5 兆赫茲。藍(lán)牙射頻技術(shù)的發(fā)射功率分為3個(gè)階段，第1階段的發(fā)射功率是1兆瓦，第2 階段的發(fā)射功率是2.5 兆瓦，而第3 階段的發(fā)射功率是100 兆瓦。通常人們選擇的發(fā)射功率是處于第1 階段的1 兆瓦，其傳輸速度是1024kb/s，傳輸距離在10 米左右。但如果采用100 兆瓦的發(fā)射功率，那么傳播速度就是10Mb/s，傳輸距離在100米左右。藍(lán)牙射頻技術(shù)體系的構(gòu)成部件有發(fā)送設(shè)備、接收設(shè)備、合成設(shè)備等，合成設(shè)備是藍(lán)牙射頻技術(shù)體系的關(guān)鍵構(gòu)成部分，合成設(shè)備的工作頻率只是發(fā)射頻率的二分之一[5]。

2.3 射頻管理應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)改善

所謂的射頻管理就是指通過運(yùn)轉(zhuǎn)使射頻能量得以在良好的環(huán)境中進(jìn)行傳輸。例如：目前生活中有許多無線AP 儀器都是有射頻管理功能的，通常情況下，射頻管理這個(gè)功能，可以隨時(shí)監(jiān)控周圍的環(huán)境，自動(dòng)建立一切與無線AP 儀器相關(guān)的數(shù)據(jù)，協(xié)調(diào)AP 儀器所需的工作頻率和發(fā)射頻率，盡量減少相似或相同頻道間的互相滋擾，而且這是一個(gè)連續(xù)不斷的過程，這一特點(diǎn)確保了每一個(gè)AP 儀器能夠在最恰當(dāng)?shù)臒o線頻道上使用最合適的發(fā)射頻率提供服務(wù)。

2.4 物聯(lián)網(wǎng)射頻技術(shù)中的“超寬帶”無線技術(shù)

通過使用超寬帶無線技術(shù)可以提高物聯(lián)網(wǎng)射頻技術(shù)體系的安全性能，超寬帶無線技術(shù)運(yùn)用的是跳時(shí)擴(kuò)頻技術(shù)，并且發(fā)射功率譜的密度非常低，其射頻寬帶大于1GL，超寬帶信號(hào)可以藏匿于嘈雜的環(huán)境中或其他信號(hào)中，但不能采用以往的接收設(shè)備進(jìn)行接收與鑒識(shí)，一定要選擇和發(fā)射儀器一樣的擴(kuò)頻設(shè)備才能進(jìn)行接收和識(shí)別。擴(kuò)頻調(diào)解“超寬帶”無線技術(shù)信號(hào)的增益是很大的，若選擇低增益的全向天線可以在幾公里的范圍內(nèi)進(jìn)行通訊，而且使用1兆瓦以下的發(fā)射功率就能進(jìn)行，這是因?yàn)樵摪l(fā)射功率可以節(jié)約射頻技術(shù)體系的電源用量，增加電源的耐用程度，這種發(fā)射功率比較合適應(yīng)用于移動(dòng)通訊設(shè)備上，根據(jù)調(diào)查可知，采用超寬帶無線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，待機(jī)時(shí)長有了很大的提高，最高可以達(dá)到6 個(gè)月。超寬帶既給系統(tǒng)提供了很大的容量，又給系統(tǒng)帶來了較高的增益，而且擁有了較大的多徑分辨能力。當(dāng)前，超寬帶無線技術(shù)是無線通訊技術(shù)發(fā)展的目標(biāo)，和以往的截波通訊系統(tǒng)相比有較大的優(yōu)勢。

3 物聯(lián)網(wǎng)射頻技術(shù)在應(yīng)用時(shí)會(huì)產(chǎn)生的問題

物聯(lián)網(wǎng)射頻技術(shù)在應(yīng)用時(shí)擁有良好的保密性能，但是射頻技術(shù)的芯片和芯片在獲取數(shù)據(jù)信息時(shí)很容易被不良系統(tǒng)攻擊，因此，怎樣保護(hù)物聯(lián)網(wǎng)射頻技術(shù)的芯片數(shù)據(jù)不受攻擊，是一個(gè)值得深思的問題?！禪HF 空中接口協(xié)議》是用來管理標(biāo)簽至閱讀器的數(shù)據(jù)信息，最新規(guī)定的物聯(lián)網(wǎng)射頻技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)重新設(shè)置了UHF 空中接口協(xié)議，為芯片里的數(shù)據(jù)信息開啟了保護(hù)。RFID 新準(zhǔn)則的基礎(chǔ)是有一個(gè)較為安全的鏈路，該基礎(chǔ)可以保護(hù)被動(dòng)型標(biāo)簽不受攻擊。如果把數(shù)據(jù)信息輸入芯片中，系統(tǒng)就會(huì)存入數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)只能被獲取但不能被修改，即只有讀取功能。一些可獲取可修改的芯片若缺乏安全的系統(tǒng)保護(hù)，就可能會(huì)面臨芯片中的數(shù)據(jù)信息被篡改的問題[6]。一旦芯片里的數(shù)據(jù)信息被不懷好意的人獲取甚至篡改，就會(huì)完成難以評(píng)估的危害。

4 結(jié)束語

綜上所述，物聯(lián)網(wǎng)射頻技術(shù)的出現(xiàn)推動(dòng)了整個(gè)行業(yè)的發(fā)展。眾所周知，RFID 在社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域都有很大的發(fā)展前景，由于科技水平的不斷提高，物聯(lián)網(wǎng)射頻技術(shù)將在通訊領(lǐng)域起著至關(guān)重要的作用，將會(huì)被運(yùn)用于各個(gè)行業(yè)，得到更多的發(fā)展空間。