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基于RFID技术的物联网研究
 

作者:冯晓媛,发布于2012-2-8

 

引言

近期刮起的“物联网”旋风,引起了人们越来越多的关注。那么到底什么是物联网呢?物联网与互联网又有何关系呢?其实物联网的概念早在1999年就已提出,它的定义很简单:把所有物品通过射频识剐等信意传感设备与互联阏连接超来,实现智能化识别和管理。因此物联网是基于RFID技术组成的传感网。

1物联网基本原理与RFID技术

物联网是在计算机互联网的基础上,利用射频自动识别(RFID,radiofrequencyidentification)、无线数据通信等技术,构造一个覆盖世界上万事万物的“InternetofThings”,奠核心技术之一就是RFID技术。在这个网络中,物品(商品)能够彼此进行“交流”,而无需人的干预。其实质是利用RFID技术,通过计算机互联网实现物品(商品)的自动识别和信息的互联与共享。而RFID,正是能够让物品“开口说话”的一种技术。在“物联网”的构想中,RFID标签中存储着规范而具有互用性的信息,通过无线数据通信网络把它们自动采集到中央信息系统,实现物品(商品)的识别,进而通过开放性的计算机网络实现信患交换和共享,实现对物品的“透明”管理。

1.1物联网组成及其工作原理

1.1.1物联网的由来

如互联网可以把世界上不同角落的人紧密地联系在一起一样,采用RFID技术的Intemet也可以把世界上所有物品联系在一起,而且彼此之间可以互相“交流”,从而组成—个全球性实物相互联系的“物联网”。

1.1.2物联网的组成

典型的物联网由三大部分组成,即RFID系统、中间件Savant系统和Intemet系统,如图1所示。其中RFID系统主要包括RFID电子标签(tag)、阅读器(reader)及数据交换和管理系统(processor)软件;中间件savant系统由Savant服务器、ONS(objectnamingservice)服务器、PML(physi—calmarkuplanguage)服务器及相应的数据软件等组成;Intemet系统通常由计算机系统和网络服务器等组成。

1.1.3工作原理

物联网系统中的RFID阅读器可控制射频模块向电子标签发射读取信号,并接收标签的应答信号,同时可对电子标签的对象标识信息进行解码,从而将对象标识信息连带电子标签上的其他相关信息传输到Savant系统以供处理。通常其工作频段和电子标签上频率是一致的。

图1物联网的基本组成框图

在如图1所示的物联网系统中,阅读器在接收到来自电子标签的载波信息,并对接收信号进行解调和解码后,会将其信息送至计算机中的中间件sa—vant系统软件进行处理,处理后传送到Intemet,然后再在Intemet上利用ONS找到这个物品信息所存储的位置,由ONS给Savant系统指明存储这个物品的有关信息的服务器,并将这个文件中的关于这个物品的信息传递过来。

1.2RFlD系统工作原理

1.2.1系统组成

由于应用不同,RFID系统的组成会各有不同,但基本上都由电子标签、阅读器和数据交换与管理系统三大部分组成。电子标签,由耦合元件及芯片组成,其中包含带加密逻辑。

1.2.2工作原理

RFID是一种高级的自动识别技术,利用它通过无线射频方式进行非接触式的全双工数据通信,以对实物目标加以识别。RFID标签由芯片和天线组成,每个标签具有惟一的产品电子码。

RFID系统可以在无线电收发器与传感器收发器(含有标签,又称RFID收发器)之间传送数据。RFID系统的工作原理如图2所示。

图2RIGID系统工作原理框图

RFID系统工作时,先由阅读器通过天线发送一定频率的射频信号,当RFID标签进入阅读器的工作场时,其天线产生感应电流,从而使RFID标签获得能鼍被激活并向阅读器发送自身的编码等信息。对于无源系统,阅读器通过耦合元件(无线电收发器)发送出一定频率的射频信号,当标签进入该区域时通过耦合元件从中获得能量以驱动后级芯片与阅读器进行通信。阅读器读取标签的自身编码等信息并解码后送至数据交换、管理系统(计算机系统)处理。而对于有源系统,标签进入阅读器工作区域后,由自身内嵌的电池为后级芯片供电以完成与阅读器间的相应通信过程。

1.3RFlD电子标签标准

国际上现在有两家权威的RFID电子标签标准研究机构,代表着RFID电子标签标准的发展力向。一个是1999年成立总部设在美国麻省理工学院的自动ID中心,另一个是日本2003午3月成立的泛在ID中心,上述两个中心所推出的标准化规格有一些差别。

我国电子标签RFID技术的生产和应用领域仅有一些行业标准、各厂家自主开发的射频标签产品在容量、信息格式等方面不一致、不兼容。因此,我国应尽快制定出具有我国自主知识产权的“电子标签”国家标准,同时和目前国际的相关标准互通兼容,以促进中国的“电子标签”发展的标准化和规范化。

2物联网技术的开发应用及未来发展

基于RFID标签对物体的惟一标识性,引发了人们对基于RFID技术的应用进行研究的热潮。物联网是当前RFID应用研究的热点。而作为条形码的无线版本,RFID技术有条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离大、数据可以加密、存储信息更改自如等优点,也可识别高速运动物体并可同时识别多个标签,操作方便快捷。伊拉克战争中,美军利用物联网技术建置的可视化后勤化网络,使美军的后勤补给能力变得前所未有的强大。美军将RFID标签贴于仓库内的托盘、包装箱或元件上,标签内包含元件规格、序列号等信息,当物资通过安装在预置地点的RFID识读器时,便可以完成库存信息的自动盘点,无线局域网将数据传输到后台管理信息系统中共享,指挥中心便能够得到实时的物资储存信息。整个过程不再需要保管员使用手持条形码扫描器对仓储物资进行逐个扫描,大大加快物资在物流供应链中的流通速度,减少了人工操作失误,降低管理成本,同时美军呵以轻松掌握所有后勤补给的实时信息。英军也利用这个网络,让高达90%的后勤物资能够有效率地运抵前线。

基于RFID技术的物联网,利用RFID、天线数据通讯等技术,构造了一个实现全球物品信息实时共享的“IntemetofThings”。通过给所有物品贴上RFID标鉴,在现有互联网基础上构建所有参与流通的物品信息网络,在这个物品信息网络系统中存在着异构的成分导致了系统中各个子系统无法实现有效的交互,因此系统的各部分之间能否彼此有机地和协调地工作,以发挥整体效益,达到整体优化的异构系统集成的相关技术也将取得长足发展,其中,最吸引人的人工智能领域中关于agent交互方面的研究理论的研究工作定会取得突飞猛进的发展,这对于整个社会的信息化建设都具有十分重要的意义。物联网的建立使人们生活中可随时、随地得到信息访问和计算服务,将对生产制造、销售、运输、使用、回收等物品流通的各个环节,以及政府、企业和个人行为带来深刻影响。

今年美国总统奥巴马就职以后,在他和工商领袖举行的圆桌会议上,“智慧地球”的概念被提出,其中包括美国要形成智慧型基础设施“物联网”,其被美国人认为是振兴经济、确立竞争优势的关键战略。2009年8月7日,温家宝总理在无锡调研时指出“在传感网发展中,要早一点谋划未来,早一点攻破核心技术”,“在国家重大科技专项中,加快推进传感网发展”,“尽快建立中国的传感信息中心,或者叫‘感知中国’中心”。通过物联网,世界上任何物品都可以随时随地按需被标识、追踪和监控。物联网被视为继Internet后IT业的又一次革命。

3亟待解决的问题

3.1标准问题

物联网将给我们的生活带来一个更加舒适、便捷、安全的时代,但目前物联网还有一些瓶颈问题亟待解决,其中之一就是技术标准。由于各国存在不同的标准,因此需要加强国家之间的合作,解决异构标准的集成问题。

3.2价格问题

除上述标准统一的问题外,物联网在商业应用方面业务模式还不是很明朗。另外,目前生产物联网所需的芯片等组件的费用也比较高,把所有物品都植入识别芯片这一点现在看来还不太现实。

3.3安全问题

还有一个难题是如何实现数据安全与隐私保护,在物联网中,由于物体之间的联系更紧密,甚至物体和人也被连接起来,因此大量的数据及用户隐私如何得到保护,就成为亟待解决的问题。没有可靠安全机制,对于只读标签中的数据信息无法进行很好的保密,对于可读可写标签,还存在电子标签上的信息被恶意更改的隐患。如果电子标签中的信息被窃取甚至恶意更改,将带来无法估量的损失。而解决这些安全问题的唯一途径就是研究RFID标签加密技术。加密技术可用来防止未授权的窥探者取得或篡改电子标签信息,但目前只有少数RFID芯片能够处理压人加密钥等较复杂的工作。从国家安全的高度考虑,应该积极发展自己的RFID加密技术,而不能坐等别人研制相关的加密技术。

3.4数据管理平台问题

一旦物联网技术真正投入实用,如何有效管理应用物联网技术带来的巨大数据,才能使数以亿计的各类物品的实时动态管理变得可能。为此,需要建立这样的数据管理平台,它包括后端数据库,应用程序以及正确的分析能力来处理由RFID系统生成的大量数据。该平台应具有能实现多个用户共同使用,以及所有识别系统都能使用的通用语言;RFID读取器和后台的信息支撑系统、认证系统、安全系统和每个环节的信息系统必须具备规格统一的公共标准接口。该平台在使用时应该设定不同用户所具有的相应访问权限,并且能实现信息通讯的加密。该平台要能适应大通信量的读取支持,能同时支持成千上万的电子标签识别,并进行验证。

3.5产业链发展问题

也有业内人士分析,面向普通用户的物联网,短期内仍然只会是一个“概念”,在技术发展、商业模式、利益博弈等诸多问题的限制下,它绝大部分的业务仍然会是数据采集应用的扩展,难以实现更加“智能”,很难实现“物与物对话”的“真正物联网”。

物联网的发展还需要产业链的共同努力。目前,物联网需要的自动控制、信息传感、射频识别等上游技术和产业都早已成熟或基本成熟,而下游的应用也已广泛存在。实现上下游产业的联动,跨专业的联动,还需包括移动运营商在内的产业链企业形成产业联盟,共同推动物联网发展。

4结语

物联网作为一个智能项目,世界各国都极为重视。相信当“物联网”的构想成为现实的时候,世界上的万事万物无论何时、何地都能够彼此相关、互相“交流”,整个世界的面貌就会为之焕然一新。更重要的是“物联网”将给人类与事物之间的关系带来深刻的变化,人们从许多简单而枯燥的劳动中解脱出来,并赋予人类更大的力量,去探索和开发“物的世界”。

 
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