物联网的关键技术之RFID.docx
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物联网的关键技术之RFID
题目:
物联网的关键技术之RFID
一、物联网简介
1、什么是物联网
物联网是由具有自我标识、感知和智能的物理实体，基于通信技术相互连接形成的网络，这些物理设备可以在无人工干扰的情况下实现协同和互动，为人们提供智慧和集约的服务。
物联网利用RFID、传感器、二维码等能够随时随地采集物体的动态信息，实现物体的标识功能；采用传感器技术实现物体的识别、感知功能；通过网络将感知层的各种信息进行实时传送，主要实现信息的传输；利用计算机技术，及时地对海量的数据进行信息控制，真正达到了人与物的沟通、物与物的沟通。
概括的说就是：
感知识别是一个基础，网络传输是一个平台，是一个支撑，智能应用是一个标志和体现。
2、物联网的体系架构
物联网的体系架构主要有应用层、网络层、数据采集和编码层组成。
应用层是在物联网技术架构上的应用系统，可以分为商业贸易、物流、农业、军事等等不同种类的应用系统。
网络层是进行信息交换的通信网络，包括有Internet，WIFI网以及无线通信网络等网络。
数据采集是指通过包括条码、射频识别、无线传感器、蓝牙等在内的自动识别与近场通信技术回去物品编码信息的过程。
编码层是物联网的基石，是物联网信息交换内容的核心和关键字。
3、物联网的特征
物联网和传统的互联网相比具有以下特征：
物联网应用了大量的感知技术，物联网上应用了多种类型传感器，不同类别的传感器所捕获的信息内容和信息不一样。
传感器获得的数据具有实时性，按一定的频率周期性的采集环境信息，不断更新数据进行信息采集。
物联网是建立互联网上的凡在网络，物联网技术基础和核心仍旧是互联网，通过各种有线和无线网络与互联网融合，将物体的信息实时准确地传递出去。
在物联网上的传感器定时采集的信息需要通过网络传输，在传输海量信息的过程中，必须适应各种异构网络和协议，以确保数据的正确性和及时性。
物联网能够对物体实施智能控制。
物联网将传感器和智能处理相结合，利用云计算、模式识别等各种智能技术，扩充其应用领域，根据不同的客户实现不同的要求。
4、物联网发展历程
1999年，物联网（InternetofThings）这个概念在美国召开的移动计算和网络国际会议被首先提出。
2003年，美国《技术评论》提出传感网络技术将是未来改变人们生活的十大技术之首。
2005年11月17日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟（ITU）发布《ITU互联网报告2005：
物联网》，引用了“物联网”的概念。
物联网的定义和范围已经发生了变化，覆盖范围有了较大的拓展，不再只是指基于RFID技术的物联网了。
2008年后，为了促进科技发展，寻找经济新的增长点，各国政府开始重视下一代的技术规划，将目光放在了物联网上，特别是以西方发达国家行动很迅速。
2009年1月28日，奥巴马就任美国总统后，与美国工商业领袖举行了一次“圆桌会议”，美国将新能源和物联网列为振兴经济的两大重点。
2009年8月温家宝总理在视察中科院无锡物联网产业研究所后，物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一，写入“政府工作报告”，目前物联网在中国受到了全社会极大的关注。
在新一代信息技术方面开展研究，以形成支持新一代信息技术的一些新政策措施，从而推动我国经济的发展。
二、物联网的核心技术之RFID
物联网主要涉及电子标签、传感器、芯片及智能卡等三大领域，而在对传感网技术的开发和市场的拓展中，其中非常关键的技术之一是RFID技术。
实质是利用RFID技术结合已有的网络技术、数据库技术、中间件技术等，构筑一个由大量联网的阅读器Reader和无数移动的标签Tag组成比互联网更为庞大的物联网，因此RFID技术成为物联网发展的重点。
1、RFID的概念
RFID是RadioFrequencyIdentification的缩写，即射频识别，也称电子标签。
RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。
RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。
国际上目前还没有统一的RFID编码规则。
目前，日本支持的UID（泛在识别）标准和欧美支持的EPC（电子产品码）标准是当今影响力最大的两大标准，我国的RFID标准还未形成。
2、RFID系统架构
RFID系统由数据采集端、信息处理端和数据传输端构成。
信息采集端由读写器、天线和标签构成，负责前端的数据采集。
信息处理端是指管理PC与服务器，负责信息的处理与备份。
数据传输端是指由交换机、网线构成的一个局域网，负责信息的传送。
系统中的电子标签内存有一定格式的标识物体信息的电子数据，能够轻易嵌入或附着，并对所附着的物体进行追踪定位；读取距离更远，存取数据时间更短；标签的数据存取有密码保护，安全性更高。
阅读器与电子标签可按通信协议互传信息，即阅读器向电子标签发送命令，电子标签根据命令将内存的标识性数据回传给阅读器。
3、RFID技术革沿
在1940-1950年雷达的改进和应用催生了射频识别技术，1948年奠定了射频识别技术的理论基础。
1950-1960年早期射频识别技术的探索阶段，主要处于实验室实验研究。
1960-1970年射频识别技术的理论得到了发展，开始了一些应用尝试。
1970-1980年射频识别技术与产品研发处于一个大发展时期，各种射频识别技术测试得到加速。
出现了一些最早的射频识别应用1980-1990年射频识别技术及产品进入商业应用阶段，各种规模应用开始出现1990-2000年射频识别技术标准化问题日趋得到重视，射频识别产品得到广泛采用，射频识别产品逐渐成为人们生活中的一部分。
至今，射频识别技术的理论得到丰富和完善。
单芯片电子标签、多电子标签识读、无线可读可写、无源电子标签的远距离识别、适应高速移动物体的射频识别技术与产品正在成为现实并走向应用。
4、系统工作原理
无线射频识别是一种非接触式的自动识别技术，标签进入磁场后，如果接收到阅读器发出的特殊射频信号，就能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或者主动发送某一频率的信号，阅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。
详细的工作原理如下：
当装有电子标签的物体接近微波天线时，阅读器受控发出微波查询信号。
安装在物体表面的电子标签收到经微波天线发出的查询信号后，根据查询信号中的命令要求，将标签中的数据信息反射回微波天线。
微波天线接收到电子标签反射回的微波合成信号后，经阅读器内部微处理器处即可将电子标签中的识别代码等信息分离出来。
这些识别信息作为物体的特征数据被传送到控制计算机作进一步处理，从而完成与物体有关的信息查询、统计、管理等应用。
整个识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。
RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，并且阅读器能自行判断RFID标签是否被重复读取处理。
RFID技术的这些功能特性很适合流水线上产品的控制，以实现流水作业管理，得以使整个流水线管理自动化。
RFID系统由阅读器、应答器和应用系统三部分组成，通过电波在响应媒介和询问媒介间传递信息。
阅读器，一般是一台内含天线和芯片解码器的阅读设备，可设计为手持式或固定式；阅读器可无接触地读取并识别电子标签中所保存的电子数据，从而达到自动识别体的目的。
通常阅读器与电脑相连，所读取的标签信息被传送到电脑上进行下一步处理。
应用系统，一般是由计算机支撑的有线或无线管理系统。
视不同应用要求，对于实时型的智能型控制器，不一定必须要有后台应用系统。
标签，主要是射频标签，响应端内含天线，两者组成所谓的“雷达收发机”，以卡、标签等形式存在。
5、RFID在物联网中的应用
（1）物流。
RFID在物流诸多环节上发挥了重大的作用，其主要的一些应用如下：
零售环节。
RFID可以改进零售商的库存管理，实现适时补货，有效跟踪运输与库存，提高效率，减少出错。
同时，智能标签能够对某些具有时效性商品的有效期限进行监控；商店还能利用RFID系统在付款台实现自动扫描和计费，取代人工收款方式。
存储环节。
在仓库里，射频技术最广泛的使用是存取货物与库存盘点，它能用来实现自动化的存货和取货等操作。
在整个仓库管理中，通过将供应链计划系统制定的收货计划、取货计划、装运计划等与射频识别技术相结合，能够高效地完成各种业务操作，如指定堆放区域、上架／取货与补货等。
这样，增强了作业的准确性和快捷性，提高了服务质量，降低了成本，节省劳动力和库存空间，同时减少了整个物流中由于商品误置、送错、偷窃、损害和库存、出货错误等造成的损耗。
运输环节。
在运输管理中，在途运输的货物和车辆是通过在其上贴上RFID标签，例如将标签贴在集装箱和装备上通过射频识别来完成设备与跟踪控制。
RFID接收转发装置通常安装在运输线的一些检查点上（如门柱上、桥墩旁等），以及仓库、车站、码头、机场等关键地点。
接收装置收到RFID标签信息后，连同接收地的位置信息上传至通信卫星，再由卫星传送给运输调度中心，送入数据库中。
配送、分销环节。
在配送环节，采用射频技术能大大加快配送的速度和提高拣选与分发过程的效率与准确率，并能减少人工、降低配送成本。
到达中央配送中心的所有商品都贴有RFID标签，在进入中央配送中心时，托盘通过一个门阅读器，读取托盘上所有货箱上的标签内容。
系统将这些信息与发货记录进行核对，以检测出可能的错误，然后将RFID标签更新为最新的商品存放地点和状态。
这样就确保了精确的库存控制，甚至可确切了解目前有多少货箱处于转运途中、转运的始发地和目的地，以及预期的到达时间等信息。
RFID技术使得合理的产品库存控制和智能物流技术成为可能。
借助电子标签，可以实现商品对原料、半成品、成品、运输、仓储、配送、上架、最终销售，甚至退货处理等环节进行实时监控。
比如，经营者透过RFID技术，可以实时了解到货架情况并迅速补货，减少10％至30％的安全库存量，从而大大降低仓储成本。
自动化程度的提高和差错率的降低，使整个供应链管理显得透明而高效。
RFID技术非常适用于物料跟踪、运载工具、仓库货架以及其他目标的识别等要求非接触数据采集和交换的场合。
广泛用于物流管理中的仓库管理、运输管理、物料跟踪、运载工具和货架识别、商店、特别是超市中商品防盗等场合。
（2）仓储管理。
各制造企业、商业企业集团对库存的可视化管理。
结合RFID和读写器的工作，可实时了解库存的情况，自动化进库，出库，盘点的工作。
（3）零售。
RFID在大型超市中的应用，可以为零售业带来包括降低劳动力成本、商品的可视度提高，降低因商品断货造成的损失，减少商品偷窃现象等等好处。
（4）制造业。
应用于生产过程的生产数据实时监控，质量追踪，自动化生产，个性化生产等。
在贵重及精密的货品生产领域应用更为迫切。
如飞机、汽车制造业，对飞机、汽车零部件生产质量追踪。
另外像服装、烟草、高档酒、药品等行业现也已经得到广泛的应用。
实现其在仓储管理，品牌管理，单品管理，渠道管理等的过程
（5）军事。
军队对枪支，弹药，军用物资的识别与自动化管理，军事物流的应用。
哨兵枪械监管，军区大门出入口监管，军队派车管理，人员搜救系统等的应用。
实现对军队内部的每个人，每件物资，每辆车的监管。
（6）交通。
高速公路ETC不停车收费系统，环卫车辆监管，出租车稽查，公交枢纽管理，铁路机车识别，智能交通应用：
公交优先，智能调度。
（7）电力。
智能电网中的自动抄表，自动检测各输变电站仪器设备的工作状态，及对电力工作人员的巡检。
可及时发现设备故障，避免造成重大的安全事故，提高维护管理水平和工作效率。
（8）食品。
对水果，蔬菜，生鲜，食品等保鲜度的管理，生猪及其他生鲜食品的追溯，防止食品过期变质。
（9）环境。
结合温湿度标签和其他传感器可实现的环境的实时监控，可用在湖泊水质监控、森林防火监控，气象的监测等应用。
总之,在强大的市场导向下，RFID技术在世界范围内必将引起一场重大的变革，它将成为未来一个新的经济增长点。
在现今激烈的市场竞争中，快速、准确、实时的信息获取及处理将成为企业获得竞争优势的关键。
RFID技术的应用对于以信息化为基础的现代管理来说尤为重要。
相信在不久的将来，RFID技术将深入社会管理的方方面面，在生产和生活中发挥巨大的作用。
６、RFID优点和缺点
RFID物品识别的目标传统条码技术有以下几方面的优点：
（1）标识唯一。
条码只能识别一类产品,而无法识别单品,因此条码容易伪造。
RFID却可以为单品提供唯一标识。
（2）方便读取。
条码即扫描仪必须“看见”条码才能读取它,这表明人们通常必须将条码对准扫描仪才有效。
相反,无线电识别并不需要可视传输技术,射频标签只要在识读器的读取范围内就可以了,甚至可以穿过外包装进行识别。
这大大减少了人的参与,提高了识别效率。
（3）长寿耐用。
纸型条码容易破损和受到污染，而RFID电子标签可以应用于粉尘、油污等高污染环境和放射性环境。
（4）动态更改。
条码信息一旦需要更改就必须重贴,而RFID电子标签中的信息可以编辑,便于更新。
（5）可扩展性。
RFID电子标签存储的是电子数据,在需要的时候可以改变其中的编码结构,便于升级。
（6）RFID电子标签可以设置密码,保密性强。
RFID虽然具有上述优点，发展很快，应用范围和深度快速增加，但是仍然存在一些问题，主要表现在下面四个方面：
（1）标准化不统一，标准化是推动产品广泛获得市场接受的必要措施，但射频识别读取机与标签的技术仍未见其统一，因此无法一体化使用，尽管RFID的有关标准正在逐步开发制定、不断完善，但是不同国家又有自己的规则。
（2）价格比较贵，RFID系统不论是标签、读取器和天线，其价格都比较昂贵。
阻碍了其在很多产品上的应用推广，在制造工艺和技术上面应该努力改进，降低价格，扩大应用范围。
（3）RFID技术上尚未完全成熟，特别是应用于某些特殊的产品，大量RFID标签无法正常起作用，标签的可靠性也是个大问题。
此外，RFID标签与读取机有方向性，射频识别讯号易被物体阻断，也是RFID技术发展一大挑战。
即使贴上双重标签，仍有一部分的标签无法识别。
（4）RFID的大规模应用还会涉及到隐私保护以及安全问题，当前的无源RFID系统没有读写能力，所以无法使用密钥验证方法来进行身份验证，如果标签是有源的，并且会收到不断变化的验证密钥，那将会大大提高其安全性，不过这又会增加其成本。
正因为如此，目前的RFID技术要想在对信息有保密要求的领域展开应用还存在着障碍。
三、总结
通过对本课程的学习，对物联网的概念、架构、关键技术及应用等有了一定的了解。
例如：
物联网的发展进程、概念的提出、整体的架构的建立、关键技术的理解及物联网的发展前景及应用方向等等。
物联网主要涉及电子标签、传感器、芯片及智能卡等三大领域，而在对传感网技术的开发和市场的拓展中，其中非常关键的技术之一是RFID技术。
通过总结课堂所讲的知识和查阅相关资料写这次报告后，对RFID的认识更加深入细致了。
这有助于对物联网的进一步深入的学习，收获很多。
同时也认识到，物联网所设计知识很宽广，其关键技术RFID包含的内容也很多，需要更进一步深入地学习才能更好地的掌握，以便以后的应用。
最近我们实验室开的课题是关于泛在网的架构及关键技术，这个课题涉及的范围很大，内容很多，目前国内很多机构也在谈论这个问题，是一个很热门的话题，泛在网其中一个很重要的组成部分就是物联网，通过对这门课的学习我对物联网的架构及其关键技术有个比较清晰的了解，关于泛在网的架构目前国内还没有一个统一的标准，在这一点上如果可以提出一种言之合理的标准草案获得专门机构的认可是很大的成功。
这是我准备考虑设计的方向之一。
另外三大运营商对海量信息的挖掘及分布式计算技术是相当感兴趣的。
通过导师的介绍和目前个人的了解，这一点是大有可为的，最近我们组正在做两个采集机之间怎么更好地实现通信，这一点做成功了可以拓展到实现很多个采集机之间的通信，形成一个很大的网络以便实现海量信息的分析。
而海量信息的分析也是物联网中比较关键的技术，总之通过这门课的学习，对我以后的研究方向有很大的帮助。
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