基于RFID的物联网研究与应用

引言

物联网是当前的热点，甚至被誉为继计算机、互联网技术之后的第三次信息革命。但物联网实际应用的推进却比较缓慢，一般的物联网应用还只集中在社会生活服务和公共管理领域，并没有与实体经济紧密地联系在一起，即物联网与实物产品的流动关联性不够，传统意义上所界定的物联网实际上还是严格意义上的用传感技术将互联网和物品连接起来的传感网络，只能说是物联网的一个重要组成部分。

如果将物联网技术应用于实体经济，利用先进的信息采集、处理交换等技术完成物与物之间的联动，以智能的方式实现人与物、物与物之间的沟通，从而可以实现人类社会与物理系统的整合，达到更加精细和动态的方式去管理生产和生活。物联网作为新一代信息技术，近几年来一直受到了人们广泛的关注，必将带来继计算机、互联网与移动通信网之后的世界信息产业第三次浪潮。同时，也伴随着各种物联网设备大量的涌现，其中RFID具有非接触、读取距离远、读写速度快、可对高速物体进行识别、穿透力强等特点，在物联网的应用中也越来越成熟，利用RFID技术的产品也越来越多，例如利用RFID技术来追踪车辆轮胎、管理仓库库存等，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的信息传送至中央信息系统，实现物品的识别，进而通过开放性的计算机网络实现信息交换和共享，实现对物品的透明跟踪和管理。此外，RFID在一些智能处理和行业应用有关的物联网系统，例如绿色农业、公共安全、城市管理、远程医疗、智能家居、智能交通、环境监测等领域，实现了人类社会与物理系统的紧密结合，促进了智能化的发展。

1　物联网概述

物联网的概念是1999年由美国麻省理工学院(MIT)的Auto-ID实验室提出，是指把所有物体通过射频识别RFID等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理的网络，随着物联网研究的开展，物联网一般是指对物体具有全面感知能力，对信息具有可靠传送和智能处理能力的连接物体与物体的信息网络。如果说互联网沟通着人与人之间的通信交流，那么物联网也可以实现人与物之间的通信，甚至物与物之间的通信，物联网的概念模型如图1所示。

从图1可以看出，物联网的建设离不开信息化的支持，通过全面广泛的传感技术获取物体的特征信息，在无处不在的网络上较好地传输物体信息，并用各种智能化处理技术对海量数据进行分析和处理。

2　RFID技术

射频识别技术（RFID，RadioFrequencyIdentification）是自动识别技术在无线电技术方面的具体应用与发展，利用射频信号通过空间耦合实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的技术。RFID是一个综合系统，通常最基本的RFID系统由三部分组成，即：电子标签(tag)，它由耦合元件及芯片组成，每个标签具有惟一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；阅读器(Read)读取标签信息的设备，可设计为手持式或固定式；天线(Antenna)在标签和阅读器之间传递射频信号的设备。如图2所示。

其中，电子标签又称为射频卡或非接触式IC卡，它由集成电路（控制电路与存储器）和天线组成，附着在被识别的物体上，是RFID系统真正的数据载体，每个标签具有全球唯一的电子编码（即ID号———UID。UID是在制作芯片时放在ROM中的，无法修改）。依据供电方式的不同，电子标签可分为有源标签和无源标签。有源标签内装有电池；无源标签内没有电池，无源标签从读取器产生的电磁场中以电感耦合的方式获得能量，电子标签的工作频率有3种：低频(125kHz)、中频(13.56MHz)和高频(915MHz，2.45GHz，5.8GHz)。读取器完成与电子标签的数据交换，并实现和后台计算机的通信，读取器首先从后台计算机或智能设备接收命令，然后将命令数据按照某种特定的标准进行编码调制并通过天线发射出去，处于读取器工作区的电子标签接收命令数据并发射响应信息，读取器通过天线接收电子标签的响应信号进行检测解码后传送给上位机做进一步处理。

射频识别系统3种不同的通信形式：①“无线广播”式，即1个读取器的阅读范围内存在多个电子标签，读取器发出的数据流同时被多个电子标签接收；②在读取器的作用范围内有多个电子标签同时传输数据给读取器，这种通信形式被称为多路存取通信；③多个读取器同时给多个电子标签发送数据，这种情况很少遇到。

RFID可以广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理和身份认证等多个领域，而在仓储物流管理、生产过程制造管理、智能交通、网络家电控制等方面更是引起了众多厂商的关注，广泛地体现了RFID在应用中的感知和采集功能，是物联网技术的应用基础。

3　基于RFID的物联网系统

从技术上看，物联网是指物体通过智能传感装置，经过传输网络，将物体信息传送到指定的信息处理中心，形成人与物、物与物相连的智能网络。而RFID技术是互联网中让物品间能够通信的关键技术。物联网中，RFID标签上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，实现物品的识别。

通常，物联网可划分为三层架构，如图3所示。

第一层即感知部分，就是把各种物体的信息能够感知出来，通过在物体上安装存储了物体相关信息的RFID标签，用读取器把物体的各种数据和信息实时取下来。

第二层是信息传递部分，承担信息的传输，从物体上通过读取器获取的数据和信息需要传递到上层应用，目前无处不在的网络已经基本具备这个功能。第三层是应用层，上层应用通过网络获取感知部分采集到的物体信息，完成信息的分析处理和决策，以及实现或完成特定的智能化应用和服务任务，以实现物与物、人与物之间的识别与感知，发挥智能作用。

在实际物联网中，每个物体都贴有存储了EPC数据的RFID标签后，它整个生命周期中，该标签将成为物体的唯一标识，读取器读取EPC数据后，通过各个网关在网络层中传输物体信息到应用层，应用层可以根据物体的电子编码检索或更新物体相关信息，同时，对物体进行跟踪和应用，在上位机上开发物联网信息系统，可以实时地对物体进行综合管理。在一些大型的物联网应用系统中，同时引入中间件系统来处理物体信息的通信，例如Savant系统，它以电子编码为信息源在本地的对象名解析ONS服务器上获取包含该物体信息的服务器网络地址，查询到物体信息进行相应的计算处理后经网络传输到应用终端。

根据上面的物联网三层架构，物联网应用系统的设计包括前端数据的采集系统、网络数据传输系统、后端数据处理系统，每个系统的功能都是明确的，系统间相互衔接和支撑，更有利于物联网应用的部署和实施。

4　结语

以RFID系统为基础，结合已有的网络技术、数据库技术、中间件技术等，用无数的电子标签和大量联网的读取器构成的物联网实现物体的自动识别和信息的互联与共享，推动着各个行业领域的重大变革，但物联网也存在标准问题、RFID标签和读卡器的价格问题、安全问题和统一的数据格式问题。如果要大规模地推广和应用到各个行业领域，提升综合服务和竞争力，需要对物联网技术更深入的研究。