RFID在物联网中的应用.docx
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RFID在物联网中的应用
RFID在物联网中的应用
关键词：
射频识别物流管理仓储管理
目录
摘要Ⅱ
AbstractⅢ
绪论1
1RFID技术及在物联网中的应用3
1.1RFID技术3
1.1.1RFID系统的构成4
1.1.2RFID系统的工作原理5
1.2RFID技术在物联网中的应用5
1.2.1基于RFID技术高速公路电子不停车收费系统（ETC）5
1.2.2RFID技术在一卡通中的应用6
1.2.3RFID技术在零售业中的应用7
2物流管理中的仓储管理系统9
2.1RFID仓储管理系统9
2.1.1RFID仓储管理系统的硬件构成10
2.1.2RFID在仓储管理中的应用11
2.1.3RFID仓储管理系统的工作流程11
2.2关键技术12
3RFID仓储管理的应用前景及其安全问题15
3.1制约超高频RFID发展的一些因素15
3.2超高频电子标签在仓储管理中的应用前景16
3.3RFID技术的安全问题16
3.3.1业务拒绝式攻击16
3.3.2XX截取传输数据16
3.3.3发送虚假信息16
3.4仓储管理系统中RFID安全问题的解决方法17
结论18
参考文献20
绪论
最近几年中国的电子商务发展迅速，随着阿里巴巴、京东、亚马逊等电子商务公司的壮大，网上购物已经成为人们生活中不可缺少的一部分了。
在小区、学校等人口居住密集的地方我们会常常看到很多快递员在送快递。
从小到牙签、钥匙扣、茶杯等，大到手机、电脑、电视、洗衣机、冰箱等都可以在网上买到，网上购物极大的丰富了人们的物质文化需求。
网上购物的人越来越多、购物量也越来越大，这就极大刺激了物流行业的蓬勃发展。
传统的物流行业采用的是条形码，条形码因其输入速度快、可靠性高、采集信息量大、灵活实用、易于制作、成本低廉等优势等到了广泛的应用。
目前大多数零售业、物流业都是使用了条形码。
然而条形码有它自身的不足，比如在扫码的时候必须无遮挡而且条形码上必须没有污染物，在运输过程中容易破损。
所以RFID被认为是取代条形码的一种可行的新技术，相对于条形码RFID有许多优势，比如：
RFID电子标签具有环境适应力强，有较好的抗污染能力和较长的使用时间，传统条形码的载体是纸张，所以很容易受到污染，但RFID则不会这样，比如：
RFID对油、水和化学药品等具有很强抵抗性；扫描速度非常快，RFID阅读器可以同时读取数个RFID标签内的数据；体积比较小且形状多样化，RFID在读取上可以不受尺寸大小与形状限制，不需要为了迎合各类货物而印刷特定的尺寸，同时RFID标签可以往更加小型化与多样形态发展；RFID电子标签可重复使用，如今的条形码在印刷上去之后就无法更改，而RFID标签则可以重复地删除、新增和修改RFID标签内储存的数据，因此非常方便RFID电子标签内信息的更新；由于条形码是粘贴在外包装纸箱或者塑料袋上，因此条形码比较容易受到损害；具有一定的穿透性，在RFID电子标签被覆盖的情况下，RFID任然可以穿透纸张、木材和塑料等非金属的材质，然而条形码扫描器就必须在非常近的距离而且必须在没有东西阻挡的情况下，才能够识别条形码；安全性，由于RFID存储的是电子式信息，其数据信息可以通过加密机制进行保护，使其内容不易被窃取和伪造；数据存储容量很大，RFID标签的数据存储容量比条形码要大得多，同时随着技术的发展，RFID的数据存储量也会有扩大的趋势，因为在未来物品所需携带的信息量会越来越大，所以标签能存储的数据量必须足够大。
目前物流仓储是RFID最有潜力的领域之一。
相对于传统的条形码，RFID具有识别距离短、识别速度快、自身体积小、适应力强、可重复使用等多方面优势。
而且可以基本实现货物跟踪自动化，避免了人员操作失误，可实现可视化操作，简单方便。
本课题从RFID技术和它在物流管理中的应用做一个综述，然后着重针对现有的RFID在物流管理中的物流仓储管理做出了一个具体的研究。
最后对射频识别技术在未来物流管理中的发展趋势做出描述。
1RFID技术及在物联网中的应用
1.1RFID技术
射频识别（RFID）是一种无线通信技术，可以通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触。
也就是说在读取目标数据是可以是不接触式的同时可以有遮挡物。
而且可以一次性读取多个目标数据，这就大大减少了数据输入时间，大大提高了物流工作的效率，同时减少了传统物流行业中运用的条形码的人工扫码过程，这就大大减少了人力，同时也大大就少了这一过程中的人员操作失误，提高了其准确性。
无线电信号通过电磁波把依附在物品上RFID电子标签上的数据传送出去，以自动识别和跟踪此物品。
有些电子标签可以通过电磁振荡获取能量从而不需要电源，这种标签被称为是无源式标签。
当然，也有些是有电源的RFID标签，这些标签可以自己发送数据，由于RFID技术可以识别不在视线之内的物品，所以相对于条形码只能贴在物品表面，RFID可以将电子标签镶嵌在物品里里面。
由于电子标签的个头越来越小甚至可以植入人体之内。
当然，这项技术可能在未经他人允许而窃取他人信息，从而涉及侵犯他人隐私的隐患。
RFID早在二十世纪四十年代就已经在英国投入使用，但主要是用来在第二次世界大战中识别敌我战机。
RFID最早商用是在二十世纪六十年代，在2005年，美国国防部规定所有的军事物资都必须使用RFID，2006年美国食品与药品管理局建议药商利用RFID技术去跟踪一些常常被造假的药，以打击造假行为。
在2000年以后RFID技术得到了蓬勃的发展，刚开始RFID之所以不被业内人士看好主要是因为RFID电子标签的价格相对于条形码来说是非常昂贵的，所以在2000年以前RFID发展缓慢。
近些年来由于Walmart、Metro等零售业巨头应用RFID技术更是大大推动了RFID的发展，同时RFID电子标签的价格也在下降，在2000年时RFID标签价格大约是1美元一个，在2005年价格大约是12美分。
RFID要大规模的应用就必须降低它的成本。
目前RFID主要应用于门禁系统、身份证件的识别、智能交通、库存跟踪、汽车收费、生产控制等领域。
比如现在的高速公路不停车系统（ETC），校园一卡通等。
作为物联网的前端，RFID技术的发展将有利于物联网的发展。
1.1.1RFID系统的构成
RFID主要由三个部分构成，分别是读写器、应答器和应用软件系统。
读写器：
这部分是由天线、耦合器件、芯片组成。
主要是用来读取应答器（电子标签）中储存的物品信息，有时也可写入一些物品信息。
读写器可以设计为手持或固定式的RFID读写器。
应答器：
这部分由天线、耦合器件和芯片组成的。
应答器一般为电子标签，也就是说用RFID电子标签作为应答器。
每一个RFID电子标签都会有一个唯一的编号，电子标签会附着在物品上，标签上的信息代表着这个物品的信息。
由于RFID可以不在视野范围内就可以识别，所以标签甚至可以镶嵌到物品里面。
当然这也基于电子标签越来越小型化。
图1-1无线射频系统构成图
应用软件系统：
这是一个应用层软件，主要功能是收集和处理数据，将这些数据转化为人能理解的数据，而且可以把界面设计的合理。
实现简单的可视化操作，让一般员工都可以操作。
整个RFID系统如图1-1所示，电子标签通过天线将数据传给读写器，然后经过软件显示和改写这些信息。
1.1.2RFID系统的工作原理
RFID系统的工作原理非常简单，实际应用中标签读写器是不断的在发射电磁波，当RFID电子标签进入磁场后，标签接收读写器发出的射频信号，并从磁场中获得感应电流作为能量驱动芯片将储存在芯片中的物品信息发送出去（无源式RFID电子标签或被动式标签），或者由标签主动发送某一个频率信号（主动标签或有源标签）。
然后解读器获取信息并解码，最后将解码后的信息送至计算机数据处理系统进行处理，处理完了信息将信息在电子显示屏上显示出来。
工作原理如图1-2所示。
图1-2RFID工作原理图
1.2RFID在物联网中的应用
物联网是新一代信息技术的重要组成部分，物联网顾名思义就是物物相连。
物联网是互联网的应用延伸，物联网应用于智能交通、智能农业、智能电网、智能家居、智能物流、智能医疗、智慧城市等。
RFID作为物联网的前端技术，它的发展无疑会促进物联网的发展，物联网会让人类未来生活越来越智能化。
下面简单的介绍几种RFID的应用。
1.2.1基于RFID技术的高速公路电子不停车系统（ETC）
据报道2015年1月中国机动车保有量已达2.64亿辆，其中汽车保有量1.54亿辆。
汽车数量世界大二（仅次于美国），所以许多人口密集的大城市都出现了堵车的现象，老百姓形象的称首都北京为“首堵”。
在节假日各大高速公路更是排起长龙，在高速出入口我们会看到醒目的ETC专用通道，ETC就是ElectronicTollCollection（不停车电子收费系统）的简称。
ETC专用通道就是给那些装有ETC汽车终端的汽车通过用的。
ETC工作原理如图1-3所示，RFID读写器安装在天线上，当汽车经过ETC收费站时就会被地感线圈检测到，这时安装在天线上的RFID读写器会与安装在汽车上的车载终端进行信息交换，然后将数据传送到ETC收费站的PC，软件系统会根据数据处理的结果给出相应的指令，当车主缴费成功（自动缴费），收费站的拦车杆会自动抬起让汽车通过，汽车通过后自动放下。
图1-3ETC工作原理图
在高速入口及车辆密集的桥梁或隧道入口设置ETC专用通道会大大的缓解交通压力，ETC（不停车电子收费系统）是目前最先进的路桥收费系统，所以各国都在发展自己的ETC系统。
ETC在国外有很长的历史了，在国内近几年也发展迅猛。
1.2.2RFID技术在一卡通中的应用
校园一卡通系统是一卡通系统中的一个广泛的应用，由于大学校园师生众多，为了方便师生的生活，大部分高校都实现了校园一卡通服务。
一卡通就是以一张卡取代以前的各种证件（学生证、图书证、饭卡、水卡、出入证、工作证等）的全部或部分功能，避免了重复制证，方便师生的生活，同时也方便了学校的管理。
将校园卡与银行卡实现自助圈存，实现“一卡在手，走遍校园”。
一卡通系统是校园数字化建设的重要组成部分，是师生员工信息化采集的前端环节，是数字化校园建设的基础工程。
一卡通系统是整合了校园餐饮收费系统、图书馆借书系统、校园综合收费系统、签到系统、考勤系统等。
城市交通一卡通系统，现代城市的交通发达，自然交通方式也是多种比如公交车、公共自行车、出租车、汽船、地铁、轻轨等。
我国基本大城市都实现了交通一卡通，既市民只需要一张卡就可以通过刷卡实现乘坐所有交通工具。
大大方便了市民的出行及生活，目前正在推广城市一卡通系统，这个系统将不仅仅只是用于交通出行更是覆盖了多种消费领域其中包括居民的水电煤气缴费、物业费等小额缴费。
一卡通中的“一卡”就是RFID电子标签，这种方式大大的方便了居民的生活，因为它避免了现金交易的种种麻烦。
1.2.3RFID技术在零售业中的应用
人们生活中缺少不了超市，超市给人们带来了生活上的便捷。
RFID技术由于其自身的诸多优势，在零售业中应用RFID技术极大的提高了工作效率。
主要有以下几个方面。
（1）减少物品脱销，提高超市货架利用率
在零售业中有一个非常重要的环节，那就是“补货环节”，这就涉及到需要补什么货、补的数量是多少以及什么时候该补货等。
在货物销售过程中有些销售的好的货物会出现缺货的现象，这有时候是由于货架管理不善导致的。
这种现象会导致企业蒙受损失，而RFID技术应用于零售业会让工作人员很清晰的了解货物的销售情况，及时的补货避免损失。
（2）加强安全管理
许多商品都有一定的保质期，RFID技术可以让管理人员很清楚的知道那些商品即将过期，及时的采取措施，避免顾客买到过期商品而与企业产生纠纷对企业产生不利影响。
（3）降低人工成本
传统零售业需要花大量的人力去管理货物，比如每天都必须去检查货物销售情况，这就需要大量的人工成本，RFID是自动识别技术。
有了它就不用人工去清点货物了。
由于RFID是一种非接触式的自动识别技术，所以在顾客选完自己需要购买的商品后只需要收银人员用扫描一次就可以了（传统方式是一件一件的扫描），这样大大提高了收银效率，避免了在节假日购物人多的时候出现拥挤的现象，同时也大大的节约了人工成本。
（4）减少货物被偷窃的情形发生
目前超市里的偷窃行为时有发生，全球零售业因此一项就损失几百亿美元，应用RFID技术之后，可以通过管理系统实时跟踪货物，从而减少这种行为的发生，降低成本，目前在国外某些超市已经得到了应用，尤其是那些比较昂贵的物品。
2物流管理中的仓储管理系统
仓储管理是一门经济管理科学，同时又需要运用其他科学技术。
仓储管理就是对仓库和仓库内的货物及物质进行管理，是充分利用有限的仓储资源为客户提供高效率的仓储服务而进行的组织、计划、控制及协调的过程。
仓储管理又可以细分为仓储的流程管理、仓储的作业管理、仓储的商务管理以及仓储的安全管理等。
现代企业的仓库依然成为企业的物流中心，仓储管理成为物流管理中最为重要的一个环节。
在以前，仓库被认为是一种没有附加价值的成本中心，然而现在这种观念已经不复存在，现在的观念认为仓库是附加价值形成过程中的一个重要环节。
仓库作为一个连接供应方与需求方的桥梁，所以对于企业来说，仓库的科学有效的管理尤其重要。
对于供应方来说，仓库是一个流通中心，仓储管理就是进行科学有效率的流通加工、库存的管理、以及货物的运输和配送等。
在需求方的角度上看，仓库可以灵活和及时的满足各种顾客的需求，会大大的方便顾客。
所以在当前的经济形势下，科学的仓储管理有着极其重要的作用。
现在的仓库已经不是原来的简单的货物储存的作用了，而更多的是有效率的对物质进行调度与周转，在以前，仓库考虑最多的事情就是安全问题，既货物的安全。
而现代企业的仓库着重解决的问题是如何运用现代高科技比如：
信息技术、自动化技术等使得仓储管理及运作速度和效益得到提高。
现在比较实用的立体仓库就是利用高位货架然后配合叉车和升降机等机械设备可以大大提高货物的储存量。
现代仓库更是利用信息技术及自动化技术来提高仓库运作效率比如：
RFID技术。
现代仓储主要功能有入库作业、仓储管理、出库作业、财务结算还有查询报表这五个主要部分。
2.1RFID仓储管理系统
RFID技术应用于物流，大大提高了物流中运输、仓储等的工作效率，RFID技术与互联网技术相结合更是实现了在全球范围内的信息共享。
目前在仓储管理方面RFID有着很很光明的前景，相对于目前广泛应用的条形码，RFID拥有识别距离远、可以在有遮挡物的影响下进行自动识别、识别速度快、自身可以做到很小的尺寸、数据存储量大而且可以重复使用等优点，可以让仓储管理实现动态的可视化管理。
由于很多环节都是自动识别的，这就减少了这些环节中的人为干预，从而大大减少了人力成本。
2.1.1RFID仓储管理系统构成
RFID仓储管理系统主要有主控系统、车载终端、手持终端及仓库的硬件设施等。
如图2-1所示。
图2-1系统构成图
主控系统：
这部分由主控计算机、提供计算机网络的设备（比如：
路由器等）、数据服务器、无线接入设备及网络服务器等。
其中主控计算机：
运行应用软件，支持打印机、扫描器等输出设备
路由器：
可以实现企业内外联网，进行数据处理。
无线接入设备：
可以使终端方便的与网络连接。
网络服务器：
应答客户的要求和运行网络操作系统，并处理各种后台数据。
车载终端：
类似一个个人笔记本电脑，它包括控制计算机、显示器、无线网连接器、阅读器及电子标签。
手持终端：
就是一个RFID阅读器的手持终端既手持PDA。
仓库的硬件设施：
一个仓库是有很多的分区的，每一个分区都是放着不同的物品，这样方便管理。
所以在每个分区内都有便于识别的电子标签，以及在在每个货架、托盘、叉车上都贴有RFID电子标签。
然后通过无线网可以实现信息共享，方便员工高效率的操作叉车等设备。
2.1.2RFID在仓储管理中的应用
（1）在每一个库位上都贴上RFID电子标签，在员工进行作业时，通过手持或者固定终端可以确定当前作业是否正确。
（2）在托盘上贴上标签，同时在物品上也贴上电子标签。
在物品出入库时，可以通过读取这些电子标签上的信息来判别当前作业是否正确。
（3）在整个仓库内架设无线网络，方便手持终端等可以信息共享，通过主控系统的反馈识别可以通过手持或者固定终端上的显示器显示当前作业是否正确。
2.1.3RFID仓储管理系统的工作流程
图2-2工作流程图
图2-2工作流程图
仓储管理系统（WarehouseManagementSystem,WMS）主要分为入库管理、仓位管理、库存管理和出库管理四个部分同时还包括合同管理、报表管理、费用管理、系统管理等。
RFID工作流程如图2-2所示。
入库管理：
当货物需要入库的时候，仓储管理系统（WMS）给出入库指令，需要入库的物品上的电子标签被手持PDA或者固定的阅读器识别，若物品信息与WMS给出的指令相符即可入库，若不相符则人工检查核对后入库。
其中的手持PDA是通过无线通信网络与主机相连实现信息共享。
入库完成后，将入库的具体信息写入数据库储存。
仓位管理：
在物品入库的时候需要WMS分配将要入库的物品的仓位，在WMS确定存放仓位以后由叉车手将装有入库物品的托盘托起运送到分配的仓位，在送入仓位之前WMS会核对物品上电子标签上的信息与仓位是否相对应，若核对后是相符的就进行入库作业，若不相符则进行人工检查核对后再进行入库作业。
作业完成后，将仓位信息（仓位编号与所存放的物品信息及还剩哪些仓位）数据存入数据库。
库存管理：
WMS通过无线通信网络对安装在货架上的固定RFID阅读器发出盘点指令，阅读器读取射频覆盖范围内的物品的信息并将物品信息及其库存信息更新到数据库，从而实现自动盘点货物。
相比人工盘点可以做到高速率、零差错的盘点。
在有物品出入库之后通过仓储管理系统实现库存信息自动更新。
出库管理：
WMS给出出库指令后，出库管理系统就会想手持PDA发出拣货指令及信息，之后叉车手通过收到的指令取出需要出库的货物，并将货物送到指定地点进行验收，在手持PDA检查后装车出库。
在拣货作业过程中，可以通过设计程序在作业过程中发出警报声，这样可以进一步的减少出错率，从而提高工作效率。
在验收出库之后，将出库信息存入数据库同时更新库存信息。
通过无线通信网络及RFID自动识别技术再加上控制软件系统就组成了整个仓储管理系统。
2.2关键技术
仓储管理系统作为RFID在物流业的应用，企业首要考虑的问题就是成本问题。
RFID系统有多种划分方法，比较通用的是按照RFID电子标签的工作频率分为低频、高频和超高频系统。
低频系统：
RFID技术最早的应用是在低频段，该频率的射频的工作方式主要是通过电感耦合的方式，就是感应器上的感应线圈通过阅读器线圈的交变磁场得到感应电压，感应电压被整流可作为电子标签的供电电压。
低频系统的磁场范围可以被很好的定义，但缺点是场强会太快下降。
主要工作频率范围是从120khz至134khz,由于低频电磁波的波长比较长，所以低频一般情况下可以穿过障碍物（金属材料除外）但不降低他本来的读取距离。
相对于其他频段，低频RFID传输数据较慢。
高频系统：
该频段的电子标签的天线不是绕制的线圈，而是可以通过印刷或通过腐蚀的方法制作。
感应器通过负载调制工作，通过感应器上的负载电阻的接通与断开可以促使阅读器上天线上的电压发生变化，这就实现了感应器对阅读器天线上的电压进行振幅调制。
如果通过数据的变化来控制负载电阻的接通与断开，那就可以实现感应器与阅读器之间的数据传输。
这个频率的波长可以穿过大多数障碍物（金属材料除外），但与低频不同的是会降低读取距离。
感应器一般为电子标签，数据的传输速率相对于低频要快，且可以同时读取多个电子标签。
超高频系统：
这个频段是通过电场来传输能量。
电场能量下降不快，读取的区域不怎么好定义，但是读取距离比较远，现在无源式电子标签可以达到10米左右。
与低频段不同，超高频主要通过电容耦合方式实现。
这个频段在全球范围内的定义有些的不同比如欧洲和部分亚洲定义频率为868MHZ，北美为902至905MHZ，而日本则建议是950到956MHZ之间。
超高频的数据传输速率非常高，所以可以在很短时间内读取很多的电子标签，切读取距离也很远，但是环境对该频段的影响很大，因为波长较短所以该频段的电磁波不能通过很多材料（比如：
金属、灰尘等）。
微波系统：
标签在没有工作的时候是处于断电状态，当标签进入阅读器的工作磁场区域内时，电源模块会被激活为主电路供电，在通过了防碰撞算法后，将储存的数据通过射频放大后发射出去。
在阅读器读取完标签信息后，会发送一个关闭信号，标签在接到关闭信号后停止向阅读器发送储存数据。
在RFID电子标签离开了阅读的工作磁场后，电源芯片会被关闭停止供电。
微波系统是近几年发展起来的主要工作频率有2.4G和5.8G，由于微波系统的很好的识别距离及非常快的数据传输速率，而且，微波系统的RFID电子标签一般为有源式标签，相对于无源标签，有源标签具有工作功率低、距离远、数据传输量大和可靠性比较高等优势，因此近些年来得到了较快的发展。
主要应用于公路及桥梁的收费系统（比如：
电子不停车收费系统，ETC）和港口的货运管理。
一般仓库的出入库物品量都比较大，所以超高频系统是仓储管理系统的发展方向，因为超高频段的系统的信息传输速率快可以在很短时间内读取很多个电子标签，这就加快了仓库出入库的速度。
无源的超高频电子标签目前并没有一个统一的标准，目前国际上的标准：
（1）ISO/IEC18000-6定义了超高频物理层及通讯协议；空气接口定义了TypeA和TypeB两部分；支持可写和可读操作。
（2）EPCglobal定义了电子物品编码结构及甚高频的空气接口以及通讯的协议。
（3）UbiquitousID日本的组织，定义了UID编码结构和通信管理协议。
除了电子标签之外，仓库管理系统中还有中间件，由于目前没有统一的标准，中间件就起到了就很重要的作用，中间件可以屏蔽操作系统与网络协议的差异。
中间件位于RFID阅读器与后端应用程序之间，RFID系统的中间件具有对数据的收集、过滤、整合、传递等功能，从而是有用的数据传递到后端的应用系统。
中间件利用程序逻辑的功能向后端应用系统提供与顺序的信息数据，因此中间件具有数据管理的能力。
3RFID仓储管理的发展前景及其安全问题
目前物联网已经被确定为我国战略性新兴产业之一，随着《物联网“十二五”发展规划》的出台，物联网将在我国蓬勃发展。
RFID技术作为物联网的前端技术，自然成为物联网发展的关键性技术，随着物联网的市场扩大，RFID技术将会有巨大的发展。
有数据显示，到2010年全世界RFID电子标签的生产数量达到了330亿，有分析认为RFID技术的主要应用将在物流领域，那么物流这个市场将是RFID市场的主要市场，目前主要制约着RFID技术发展的的因素及时RFID电子标签的成本问题。
相信在未来随着电子标签的大规模量产之后，RFID标签的价格会迅速下降，将会有更多的企业在自己的物流环节使用RFID技术。
3.1制约超高频RFID发展的一些因素
（1）超高频的技术不够完善，制约着RFID应用的发展
在系统集成方面稳定性不够好，同时标签性能有一些物理缺陷等问题。
目前我国缺少专业的超高频系统集成公司，这就造成了系统不稳定的
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