張萌， 趙振宇， 余松森

（1.深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院繼續(xù)教育學(xué)院，廣東 深圳 518172；2. 深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電學(xué)院，廣東 深圳 518172；3.華南師范大學(xué)，廣東 佛山 528225）

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基于RFID的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究和應(yīng)用

張萌1， 趙振宇2， 余松森3

（1.深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院繼續(xù)教育學(xué)院，廣東 深圳 518172；2. 深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電學(xué)院，廣東 深圳 518172；
3.華南師范大學(xué)，廣東 佛山 528225）

摘 要：由于物聯(lián)網(wǎng)具有巨大的應(yīng)用前景，因而受到廣泛重視。本文介紹了物聯(lián)網(wǎng)和射頻識(shí)別技術(shù)-RFID的相關(guān)內(nèi)容，利用RFID技術(shù)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)物品的自動(dòng)識(shí)別和信息的互聯(lián)與共享，說(shuō)明了RFID在物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)際應(yīng)用，促進(jìn)了交通、物流等行業(yè)快速發(fā)展。

關(guān)鍵詞：無(wú)線射頻；物聯(lián)網(wǎng)

引言

物聯(lián)網(wǎng)（The Internet of things）是當(dāng)前的熱點(diǎn)問(wèn)題之一，甚至被譽(yù)為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)之后的第三次信息革命。實(shí)際上，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的推進(jìn)比較緩慢，一般的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用并沒(méi)有與實(shí)體經(jīng)濟(jì)緊密地聯(lián)系在一起，主要集中在社會(huì)生活服務(wù)和公共管理領(lǐng)域，也就是說(shuō)物聯(lián)網(wǎng)與實(shí)物產(chǎn)品的流動(dòng)關(guān)聯(lián)性不夠。如果將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于實(shí)體經(jīng)濟(jì)，利用先進(jìn)的信息采集、處理交換等技術(shù)完成物與物之間的聯(lián)動(dòng)，以智能的方式實(shí)現(xiàn)人與物、物與物之間的溝通，從而可以實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)與物理系統(tǒng)的整合，達(dá)到更加精細(xì)和動(dòng)態(tài)的方式去管理生產(chǎn)和生活。

射頻識(shí)別技術(shù)（Radio Frequency Identification-RFID）是一種非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，利用射頻信號(hào)及其空間耦合和傳輸特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)靜止或移動(dòng)物體的自動(dòng)識(shí)別。射頻識(shí)別的信息載體是射頻標(biāo)簽，其形式有卡、鈕扣等多種標(biāo)簽表現(xiàn)形式。射頻標(biāo)簽一般安裝在產(chǎn)品或物品上，由射頻識(shí)讀器讀取存儲(chǔ)于標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)。RFID 可以用來(lái)追蹤和管理幾乎所有物理對(duì)象。基于RFID 的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，將成為繼條碼技術(shù)之后，再次變革商品零售結(jié)算、物流配送以及產(chǎn)品跟蹤管理模式的一項(xiàng)新技術(shù)。

1　物聯(lián)網(wǎng)

在短短幾年時(shí)間內(nèi)，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為全社會(huì)和產(chǎn)業(yè)界熱切關(guān)注的寵兒，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為信息網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的重要趨勢(shì)，成為人類社會(huì)邁向更加高速發(fā)展、高效、智能的信息社會(huì)的一大特征。

物聯(lián)網(wǎng)的概念最早是1999 年由美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）的Auto-ID實(shí)驗(yàn)室Ashton 教授提出，是指通過(guò)射頻識(shí)別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)，即“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”［1］。隨著物聯(lián)網(wǎng)研究的進(jìn)一步開(kāi)展，一般來(lái)說(shuō)，物聯(lián)網(wǎng)是指對(duì)物體具有全面感知能力，對(duì)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(wǎng)絡(luò)。如果說(shuō)互聯(lián)網(wǎng)溝通著人與人之間的通信交流，那么物聯(lián)網(wǎng)也可以實(shí)現(xiàn)人與物之間的通信，甚至物與物之間的通信。

物聯(lián)網(wǎng)是利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立起來(lái)的。其中涉及到的關(guān)鍵技術(shù)非常廣泛，如典型物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)［2］（如圖2 所示）所組成的感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，這些包括標(biāo)準(zhǔn)化、材料技術(shù)、安全和隱私、功率和能量存儲(chǔ)技術(shù)、發(fā)現(xiàn)和搜索引擎、組網(wǎng)技術(shù)、通信技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)、標(biāo)識(shí)技術(shù)、硬件技術(shù)和軟件和算法技術(shù)等。其中感知層主要有：據(jù)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(jù)，包括各類物理量、標(biāo)識(shí)、音頻、視頻數(shù)據(jù)。物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集涉及傳感器、RFID、多媒體信息采集、二維碼和實(shí)時(shí)定位等技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)層主要有：實(shí)現(xiàn)更加廣泛的互聯(lián)功能，能夠把感知到的信息無(wú)障礙、高可靠性、高安全性地進(jìn)行傳送，需要傳感器網(wǎng)絡(luò)與移動(dòng)通信技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相融合。經(jīng)過(guò)十余年的快速發(fā)展，移動(dòng)通信、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)已比較成熟，基本能夠滿足物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?。?yīng)用層主要有：應(yīng)用層主要包含應(yīng)用支撐平臺(tái)子層和應(yīng)用服務(wù)子層。其中應(yīng)用支撐平臺(tái)子層用于支撐跨行業(yè)、跨應(yīng)用、跨系統(tǒng)之間的信息協(xié)同、共享、互通的功能。應(yīng)用服務(wù)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(yīng)用。

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

圖2　典型物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)Fig.2 The typical standard architecture

2　RFID 技術(shù)

無(wú)線射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)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(jìn)行通信，通信目的是自動(dòng)完成被標(biāo)識(shí)對(duì)象的識(shí)別，準(zhǔn)確獲取標(biāo)識(shí)對(duì)象相關(guān)信息。RFID技術(shù)與傳統(tǒng)IC卡、磁卡、條碼識(shí)別技術(shù)相比較，具有識(shí)別精度高、保密性好、抗干擾強(qiáng)且存儲(chǔ)數(shù)據(jù)容量大，適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)、操作快捷等優(yōu)點(diǎn)［3］。

RFID技術(shù)在電子標(biāo)簽中存有一定格式的電子數(shù)據(jù)，以此作為待識(shí)別物品的標(biāo)識(shí)性信息。電子標(biāo)簽附在待識(shí)別物品上，讀寫(xiě)器通過(guò)發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號(hào)，當(dāng)射頻卡進(jìn)入發(fā)射天線工作區(qū)域時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流，通過(guò)感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的產(chǎn)品信息，系統(tǒng)接收天線接收到從射頻卡發(fā)送來(lái)的載波信號(hào)，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到讀寫(xiě)器，讀寫(xiě)器對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解碼，然后送到后臺(tái)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理，數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)發(fā)出指令信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作［4］。從而，讀寫(xiě)器通過(guò)天線可實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸地讀取并識(shí)別標(biāo)簽中所保存的電子數(shù)據(jù)，從而達(dá)到自動(dòng)識(shí)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(jù)RFID系統(tǒng)電子標(biāo)簽?zāi)芰抗?yīng)方式不同，可以分為有源系統(tǒng)和無(wú)源系統(tǒng)；根據(jù)RFID系統(tǒng)電子標(biāo)簽內(nèi)部存儲(chǔ)模塊讀寫(xiě)方式不同，可以分為只讀式和讀寫(xiě)式；根據(jù)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(jù)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(shí)序系統(tǒng)；根據(jù)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(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用

RFID具有非接觸、讀取距離遠(yuǎn)、讀寫(xiě)速度快、可對(duì)高速物體進(jìn)行識(shí)別、穿透力強(qiáng)等特點(diǎn)，在物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用中也越來(lái)越成熟，利用RFID 技術(shù)的產(chǎn)品也越來(lái)越多，例如綠色農(nóng)業(yè)、公共安全、城市管理、遠(yuǎn)程醫(yī)療、智能家居、智能交通、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了人類社會(huì)與物理系統(tǒng)的緊密結(jié)合，促進(jìn)了智能化的發(fā)展。

3.1物流供應(yīng)鏈

物流供應(yīng)鏈通過(guò)使用強(qiáng)大的分析和模擬引擎來(lái)優(yōu)化從原材料至成品的供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)［6］（見(jiàn)圖4）。物流過(guò)程中的信息自動(dòng)采集，倉(cāng)儲(chǔ)管理應(yīng)用，貨物追蹤，港口應(yīng)用，快遞，郵政包裹等。RFID技術(shù)的物流倉(cāng)儲(chǔ)管理中運(yùn)用實(shí)現(xiàn)了高效物流管理，為物流業(yè)帶來(lái)革命性的變化。

圖4　物流供應(yīng)鏈Fig.4 Logistics supply chain

3.2交通管理

RFID技術(shù)在我國(guó)的交通管理領(lǐng)域中的應(yīng)用非常廣泛，通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取數(shù)據(jù)信息，并且利用其防水、防磁、使用壽命長(zhǎng)、讀取距離遠(yuǎn)等一系列優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)高速公路ETC系統(tǒng)的功能，如聯(lián)網(wǎng)高速公路不停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng)（ETC）［7］（圖5）、公交車(chē)站車(chē)輛進(jìn)出站管理系統(tǒng)、全國(guó)各地的停車(chē)場(chǎng)RFID收費(fèi)系統(tǒng)等，這些都是在不停車(chē)條件下，完成交通費(fèi)收取，極大提高了高速公路管理效率和服務(wù)質(zhì)量。

3.3零售業(yè)

基于RFID 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在零售業(yè)的應(yīng)用越來(lái)越受到各大超市的重視，通過(guò)該網(wǎng)絡(luò)提供供應(yīng)鏈管理的透明度，提高庫(kù)存轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)率，減少缺貨損失，提升門(mén)店的消費(fèi)體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品編碼、產(chǎn)品信息的傳送、產(chǎn)品信息的存儲(chǔ)、產(chǎn)品信息的查詢［8］，根據(jù)信息系統(tǒng)建設(shè)的實(shí)用性原則，逐步擴(kuò)大RFID 技術(shù)的應(yīng)用范圍，最終順利實(shí)現(xiàn)單品電子標(biāo)簽化，如圖6所示。

圖5　高速公路收費(fèi)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(shū)館管理系統(tǒng)

智能化的圖書(shū)館管理系統(tǒng)通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)讀者進(jìn)行定位，并傳送監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)；利用RFID 對(duì)圖書(shū)進(jìn)行識(shí)別定位，同時(shí)進(jìn)行計(jì)算化處理，實(shí)現(xiàn)了圖書(shū)館監(jiān)控管理與服務(wù)的智能化，從而有效地提高了圖書(shū)館的管理效率，簡(jiǎn)化了管理流程［9］，如圖7所示。系統(tǒng)能夠?yàn)樽x者提供更加便利的圖書(shū)借還、查詢等服務(wù)，實(shí)現(xiàn)智能化管理。

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

4　結(jié)論

本文詳細(xì)介紹了RFID 與物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)，分別對(duì)其架構(gòu)進(jìn)行了深入的探討，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)和RFID 技術(shù)，對(duì)RFID 技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用進(jìn)行了分析和研究。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是全球各行業(yè)正在實(shí)施應(yīng)用的一項(xiàng)信息化新技術(shù)，研究基于RFID的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對(duì)于發(fā)展RFID 產(chǎn)業(yè)和提升社會(huì)信息化水平、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展、提高人民生活質(zhì)量等方面都將產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，具有重大戰(zhàn)略意義。

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【責(zé)任編輯：高潮】

【信息技術(shù)應(yīng)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(hào)：TP391.44； TN929.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-6332（2016）01-0024-04

［收稿日期］2016-2-27

［基金項(xiàng)目］深圳市基礎(chǔ)應(yīng)用研究項(xiàng)目（JCYJ20130401095559824）

［作者簡(jiǎn)介］張萌（1986-），男（漢），江蘇南通人，碩士，講師，主要研究方向：計(jì)算機(jī)通信、物聯(lián)網(wǎng)等方面的技術(shù)研究。E-mail：zhangm@sziit.edu.cn