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基于RFID技术的物联网研究与应用
 

作者:冯晓媛 ,发布于2012-2-6

 

中国制造业市场竞争日益激烈,客户需求日趋个性化,国内市场国际化的趋势加剧促使中国制造企业应更为关注信息化建设以提升企业的核心竞争力。随着全球信息革命的深入,“物联网”技术正受到业界的广泛关注。物联网的概念是在1999年提出的。当时基于互联网、RFID技术、EPC标准,在计算机互联网的基础上,利用射频识别技术、无线数据通信技术等,构造了一个实现全球物品信息实时共享的实物互联网“Internetofthings”(简称物联网),这也是在2003年掀起第一轮华夏物联网热潮的基础。“物联网技术”的核心和基础仍然是“互联网技术”,是在互联网技术基础上的延伸和扩展的一种网络技术;其用户端延伸和扩展到了任何物品和物品之间,进行信息交换和通讯。

一 “中国式”物联网定义

物联网(InternetofThings)指的是将无处不在(Ubiquitous)的末端设备(Devices)和设施(Facilities)。Things指物体或者东西、也可以指一个事件和“外在使能”(Enabled)的,如贴上RFID的各种资产(Assets)、携带无线终端的个人与车辆等等“智能化物件或动物”或“智能尘埃”(Mote),通过各种无线和/或有线的长距离和/或短距离通讯网络实现互联互通(M2M)、应用大集成(GrandIntegration)、以及基于云计算的SaaS营运等模式,在内网(Intranet)、专网(Extranet)、和/或互联网(Internet)环境下,采用适当的信息安全保障机制,提供安全可控乃至个性化的实时在线监测、定位追溯、报警联动、调度指挥、预案管理、远程控制、安全防范、远程维保、在线升级、统计报表、决策支持、领导桌面(集中展示的CockpitDashboard)等管理和服务功能,实现对“万物”的“高效、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化。物联网就是物物相连的网络。顾名思义,物联网三个字中“物”就是物体智能化,“联”就是物体智能后信息的传输,“网”就是建立网络后的应用服务。

物联网是由感知层、通信层和应用层构成的三层网络体系。感知层:通过智能卡、传感器、工业自动化、音频、视频等电子工具,把物体进行标识、采集相应的数据信息,使物体智能化,让物体“活”起来。传输层:通过无线、光纤、电缆等方式进行传输,建立通信网络。应用层:将采集的信息存储在统一的数据中心,进行数据处理,开发各种应用软件,为不同的需求提供智能服务。

二 物联网四大支撑技术

1.RFID:电子标签属于智能卡的一类,物联网概念是1998年MITAuto-ID中心主任Ashton教授提出来的,RFID技术在物联网中重要起“使能”(Enable)作用。

2.传感网:传感网不等于物联网,传感网是物联网的一种,通常是指由各种传感器,通过无线通讯方式组成的网络。

3.M2M:侧重于末端设备的互联和集控管理,X-Internet,中国三大通讯营运商在推行M2M这个理念。

4.两化融合:工业信息化也是物联网产业主要推动力之一,自动化和控制行业是主力。

三 什么是RFID技术

射频卡,俗称电子标签,是一种能够组成无线系统的智能卡,用于控制、检测和跟踪物体。它最早应用于战争中的雷达,识别敌机和友机,现在的用途之一就是我们的二代身份证,它应用了高频射频卡技术。除高频之处,还有低频、超高频和微波射频卡技术。另一个著名的应用是在物流领域,即用射频卡监测货物的属性、位置及其变化。射频卡的使用离不开读写器来识别和更改电子标签。2005年,美国沃尔玛公司应用了FRID射频卡的技术,建立了新型物流大网络,销售额提高了14%,同时提供99%的店面库存可见度,并减少30%的劳动力和15%的库存。

四 RFID与物联网的关系及应用

物联网(InternetofThings),指的是将各种信息传感设备,如射频识别(RFID)、二维码、全球定位系统等与互联网结合起来而形成的一个巨大网络,方便识别和管理,RFID电子标签是核心技术。

一条完整的RFID产业链包括标准、芯片、天线、标签封装、读写设备、中间件、应用软件、系统集成等,其中最关键的技术是芯片的设计与制造。通用芯片的设计和制造技术掌握在国外飞利浦(Phillips)、德州仪器(TI)、Amtech等公司。

RFID的应用正在从闭环市场到开环市场,类似互联网初期的局域网到互联网的过程。

RFID技术是以网络为支撑的大系统,它一方面利用现有的Internet网络资源,另一方面可在世界范围内构建出实物互联网。如图2所示为基于RFID的物联网系统。在这个由RFID电子标签、识别设备、Savant服务器、Internet、0NS服务器、EPC信息服务系统以及众多数据库组成的实物互联网中,识别设备读出的EPC码只是一个指针,由这个指针从Internet找到相应的IP地址,并获取该地址中存放的相关物品信息,交给Savant软件系统处理和管理。由于在每个物品的标签上只有一个EPC码,计算机需要知道与之匹配的其它信息,这就需要用ONS来提供一种自动化的网络数据库服务,Savant将EPC码传给ONS,ONS指示Savant到一个保存着产品文件的信息服务器中查找,Savant可以对其进行处理,还可以与信息服务器和系统数据库交互。

五 RFID技术的基本工作原理

RFID技术的基本工作原理并不复杂:标签进入磁场后,接收解读器发出的射频信号,凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(PassiveTag,无源标签或被动标签),或者主动发送某一频率的信号(ActiveTag,有源标签或主动标签);解读器读取信息并解码后,送至中央信息系统进行有关数据处理。

一套完整的RFID系统,是由阅读器(Reader)与电子标签(TAG)也就是所谓的应答器(Transponder)及应用软件系统三个部份所组成,其工作原理是Reader发射一特定频率的无线电波能量给Transponder,用以驱动Transponder电路将内部的数据送出,此时Reader便依序接收解读数据,送给应用程序做相应的处理。

以RFID卡片阅读器及电子标签之间的通讯及能量感应方式来看大致上可以分成,感应偶合(InductiveCoupling)及反向散射偶合(BackscatterCoupling)两种,一般低频的RFID大都采用第一种方式,而较高频大多采用第二种方式。

阅读器根据使用的结构和技术不同可以是读或读/写装置,是RFID系统信息控制和处理中心。阅读器通常由耦合模块、收发模块、控制模块和接口单元组成。阅读器和应答器之间一般采用半双工通信方式进行信息交换,同时阅读器通过耦合给无源应答器提供能量和时序。在实际应用中,可进一步通过Ethernet或WLAN等实现对物体识别信息的采集、处理及远程传送等管理功能。应答器是RFID系统的信息载体,目前应答器大多是由耦合原件(线圈、微带天线等)和微芯片组成无源单元。

六 物联网与RFID技术应用展望

物联网技术的应用可以使电子商务变得更强大,它使消费者可以在网上查到任何一家商店的任何一件商品,选择起来得心应手。在物流领域,RFID电子标签可以应用于自动仓储库存管理、产品物流跟踪、供应链自动管理、产品装配和生产管理、产品防伪等多个方面。生产组织大量使用RFID电子标签可以提高整个供应链和生产作业管理水平。

1.物联网开辟智慧城市“新大陆”。在地理信息系统上,建立大型数据中心即云计算中心。将国土、建设、城管、规划、市政、公安、教育、交通、医疗、旅游等信息,由各种智能设备采集数据,通过光纤或无线通信网络,传到云计算中心。根据不同的需求,建立各种应用系统。政府可以统一调配资源,增强城市管理,提供城市服务,启动应急预案,统一联动指挥等。建立数字城市也就是建设物联网应用示范工程,即“一个资源中心、地眼工程、四个应用、两个公共平台”。一个资源中心:城市政府云计算中心;四个应用:“数字城管”、“数字土地”、“数字校园”、“数字交通”;两个公共平台:物联网政府管理系统和物联网公共服务系统;“地眼”工程———感知地下,服务地上,“地眼”工程由城市地下管网综合监测系统和城市管网预警应急指挥联动系统组成。应用物联网技术实现对地下管网的动态管理,通过地理信息系统,把地上、地下连接起来,地上有天眼、地下有地眼,天地融合,服务城市。

2.物联工厂。当我们把物联网技术应用于传统产业,将推动产业的升级换代。传统的工厂将成为物联的世界。

3.物联煤矿物。联网技术与煤矿管理的结合。采用智能的设备,将下井人数降到最少,设备联动率提到最高。把井上井下的各种设备连通,监测和控制矿山生产、运输、销售。

随着中国企业信息化的进程,RFID的应用将会由点到面,逐步拓展到更广的领域而RFID的实施成本必然随着RFID应用的推广和市场的扩大而逐步降低,RFID的应用将会从目前的托盘或整箱的货物跟踪逐步扩展到单品货物跟踪的水平。尽管物联网道路曲折,但前途绝对光明。互联网也是曾经历过一场泡沫才走到今天,一旦相关的技术和配套系统得以完善,物联网市场也就一定会爆炸式地增长。因为随时、随物之前自由的交流是人类长期追求的目标。我们期盼着物联网时代的到来。

 
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