物联网原理体系Word文件下载.docx

1、（1）二维码和RFID，主要是二维码溯源的新大陆（000997.SZ）、RFID芯片、电子标签与读写器的远望谷、上海贝岭（600171.SH）及子公司阿法迪、厦门信达（000701.SZ）子公司信达汇聪；（2）传感器有关的华东科技（000727.SZ）子公司南京高华科技、MEMS封装的长电科技（600584.SH）；（3）与TDSCDMA芯片与SIM卡的有关公司大唐电信（600198.SH）、东信和平（002017.SZ）、SiP封装的长电科技。日信证券认为，未来35年相对明确受益物联网建设的首推RFID制造厂商远望谷；新大陆短期看凭借二维码的低成本优势、在供应链管理领域也将获得不错的发展机遇

2、。中国移动出于扩张增值业务收入的考虑对发展物联网兴趣浓厚，东信和平、大唐电信有望获得超预期增长机会。除此之外，投资者可关注MEMS传感器概念厂商歌尔声学（002241.SZ）、家用电器智能控制领域的拓邦电子（002139.SZ）以及集成电路产业链相关上市公司。联合证券则认为，从产生物联网信息方面受益的设备公司包括远望谷和新大陆，不过IT设备制造的产业逻辑是技术和成本比拼的全球竞争。在行业向好的背景下，相关公司是否能够获得成长机会需要自下而上再次分析和确认；从传递物联网信息方面受益的设备公司包括光通信系统和光器件领域的烽火通信（600498.SH）、中兴通讯（000063.SZ）和光迅科技（00

3、2281.SZ）。通信设备制造的产业结构明显向中国的优势企业倾斜，物联网产生的需求将带动相关公司的持续成长；而在传递物联网信息方面受益的运营公司包括WIFI运营商中国联通（600050.SH）和中国电信。国信证券同时提醒，从目前国内的发展水平来看，物联网的发展仍存在瓶颈：一是RFID高端芯片等核心领域无法产业化，国内RFID以低频为主；二是国内传感器产业化水平较低，高端产品国外厂商垄断；三是实现物物互联的数据计算量庞大，更需要算法的革命。下面，介绍一下物联网网络结构 物联网网络结构介绍:在由EPC标签、解读器、Savant服务器、Internet、ONS服务器、PML服务器以及众多数据库组成的

4、物联网中，解读器读出的EPC只是一个信息参考（指针），该信息经过网络，传到ONS服务器，找到该EPC对应的IP地址并获取该地址中存放的相关的物品信息。而采用分布式Savant软件系统处理和管理由解读器读取的一连串EPC信息，Savant将EPC传给ONS，ONS指示Savant到一个保存着产品文件的PML服务器查找，该文件可由Savant复制，因而文件中的产品信息就能传到供应链上。1 标签数据：EPC Auto-ID（自动识别技术） 希望为每一件物理目标分配一个唯一的、可查找的标识码。Auto-ID称之为EPC，或者是产品电子代码。这个编码类似因特网上分配给节点的IP（网际协议）地址。这也跟U

5、PC/EAN（统一产品代码/国际物品编码）体系类似，UPC/EAN标识一类产品，而EPC可以唯一标识单品。EPC编码是由一个版本号和另外三段数据（依次为域名管理、对象种类、序列号）组成的一组数字。其中版本号标识EPC的版本号，它使得以后的EPC可有不同的长度或类型;域名管理是描述与此EPC相关的生产厂商的信息。RFID普及的“瓶颈”之一，就是标签价格居高不下。普通最便宜的标签在20美分以上，有源标签最便宜也要超过1美元，这显然无法用于某些价值较低的单件商品。虽然制造商宣称，只要年生产量在100亿个以上，单个标签的成本就有可能降到10美分。 2 物理标签 Auto-ID假定存储EPC的物理标签是

6、电磁（Electromagnetic Identification EMID）标签。EMID标签是一种可以跟标签解读器进行无线通信的存储装置。标签可以按照技术和性能等多方面进行分类。EMID标签重要的特性有数据传送技术，调制方法，编密码方案，底层制作，传送频率和防止冲突算法，读取顺序，标签尺寸，编码位数，读取能力和能源等等。 在标签设计中最重要的方面是标签的价格。为了降低价格，Auto-ID必须在标签上放置最少的数据。通过减少标签上的数据以减少标签存储器的容量，从而降低价格。为了适合低价的目标，标签上仅仅存储EPC，相关该标签的别的信息存储在网络数据库中。在信息时代，数据不需要在产品上过渡冗余

7、-它们可以在网络上单独传输。 3 标签的关键属性 3.1频率 还没有确定是否采用单一的标准频率作为EPC标准频率。Auto-ID初步选择了四种频率作为低频、高频、超高频的代表：125KHZ，13.56MHZ，900MHZ，2.45GHZ。不幸的是，每一种频率都存在问题以至于不能广泛应用。大体上说，较低频率穿透力较强;而较高频率有较好的数据流量，有更大的读取范围，但是需要更高的能量。选择频率时，还需要符合不同的国家和地区标准，主要是服从不同国家的发射能量的限制。频率问题也需要受到应用软件的影响。其实，选择频率主要受地方标准影响，而不仅仅是技术的问题。全世界有通用的ISM波段标准，因此，标签在不同

8、地区用不着调整。 我们认为确定频率标准为时过早，因为：1、标签很可能有新的应用范围，也就是说标签的需求还不能充分预知。2. 可能要设计读写很宽范围频率的解读器，从KHZ到GHZ。事实上，一个大波段或者轻巧解读器的项目正在由麻省理工学院的Neil Gershenfeld教授带领下展开。3. 许多高级通讯技术，比如频谱通讯技术，将应用在EMID标签上。 3.2 调制方法 有许多调制方案，其中比较重要的有：Amplitude Shift Keying （ASK）, Frequency Shift Keying （FSK）, Phase Shift Keying （PSK）,和multiple acc

9、ess schemes （TDMA, FDMA, CDMA and WCDMA），正在考察这些标准，还没有确定哪个标准更适合。 3.3防止冲突，同时读取标签的能力 Sunny Siu教授已开发了一个hands up协议，该协议达到了理论上的最好水平，并且该协议需要很少的附加功能。Auto-ID正在跟标签生产者一起努力，考察该标准是否可以更加便宜的应用。如果成功，该协议很可能是未来推荐标准的基础。 4 解读器 4.1基本工作原理 解读器使用多种方式与标签交互信息，近距离读取被动标签中信息的最常用的方法就是电感式耦合。只要贴近，盘绕解读器的天线与盘绕标签的天线之间就形成了一个磁场。标签就是利用这个

10、磁场发送电磁波给解读器。这些返回的电磁波被转换为数据信息，即标签的EPC编码。 目前，一个解读器成本大约为1000美元甚至更多，而且大多数只能读取单一频率芯片中的信息。Auto-ID中心已经设计了灵敏解读器的详细参考规范，这种解读器能够读取不同频率芯片中的信息。通过这种途径，公司能够在不同的情况下利用不同种类的标签，且不必为每一种频率的标签都购买一个解读器。因为公司将需要购买许多解读器以覆盖他们运营的各个领域，所以解读器价钱一定要能够为他们所接受。Auto-ID的规范将使得生产商在大批量生产的情况下能生产出成本大约100美元的灵敏解读器。 4.2. 避免解读器冲突 利用解读器遇到的一个问题就是

11、，从一个解读器发出的信号可能与另一个覆盖范围重叠的解读器发出的信号互相干扰。这种现象叫做解读器冲突，Auto-ID中心利用一种叫做时分多址（TDMA）机制来避免冲突。简而言之，就是解读器被指示在不同时段读取信息，而不是在同一时刻都试图读取信息，这保证了它们不会互相干扰。但是这意味着处于两个解读器重叠区域的任何一个RFID标签都将被读取两次信息，为此开发出了一套删除冗余信息的系统。 4.3 避免标签冲突 解读器遇到的另一个问题就是在同一范围内要读取多个芯片的信息，当在同一时刻超过一个芯片向解读器返回信号时，这样标签冲突就发生了，它使解读器不能清晰判断信息。Auto-ID中心已经采用了一个标准化的

12、方法来解决这个问题。解读器只要求第一位数符合它所要求的数字的标签回应解读器。从本质上来讲，就是，解读器提出要求：产品电子码以0开头的标签回应解读器。如果超过一个标签回应，则解读器继续要求：产品电子码以00开头的标签回应解读器。 这样操作直到仅有一个标签回应为止。这一过程非常迅速，一个解读器在1秒之内可以读取50个标签的信息。 4.4. 读取距离 解读器读取信息的距离取决于解读器的能量和使用的频率。通常来讲，高频率的标签有更大的读取距离，但是它需要解读器输出的电磁波能量更大。一个典型的低频标签必须在一英尺内读取，而一个UHF标签可以在10到20英尺的距离内被读取。在某些应用情况下，读取距离是一个

13、需要考虑的关键问题，例如有时需要读取较长的距离。但是较长的读取距离并不一定就是优点，如果你在一个足球场那么大的仓库里有两个解读器，你也许知道有哪些存货，但是解读器不能帮你确定某一个产品的具体位置。对于供应链来讲，在仓库中最好有一个由许多解读器组成的网络，这样它们能够准确地查明一个标签的确切地点。Auto-ID中心的设计是一种在4英尺距离内可读取标签的灵敏解读器。 5 本地网络技术 标签如果数万亿计的话，需要上百万个解读器安置在仓库，码头，工厂，卡车和架子。因此需要大批量的解读器和附加传感器。Auto-ID正在开发便宜的网络解读器，传感器和当地数据库。 TCP/IP网络可以作为该网络的参考，然而

14、，TCP/IP控制器比较贵。Auto-ID正寻找别的标准，比如RS 232（已经执行），RS 485（已经执行），Lon Works IEEE 1473（正在执行）。 数据存储在当地数据库中，标签解读器与当地数据库相连结。（如上图表示）Auto-ID正在开发便宜的数据库工具。目前应用的数据库软件是MySQL。经过授权，数据库可以经由网络存取。 Auto-ID正在观望一些新标准。蓝牙TM（BlueTooth）是一种局域网射频标准，其支持者包括（NOKIA）诺基亚，（Ericsson ）爱立信公司，IBM，英特尔（Intel），微软（Microsoft）和东芝（Toshiba）。Auto-ID正在

15、研究该标准，同时采用一些应用程序进行内部测试。JiniTM由Sun微系统公司开发并注册的协议。Sun公司是Auto-ID中心的成员之一。Auto-ID已经对其进行了内部测试。随着JiniTM的发展，Auto-ID跟Sun公司一道保证标准的兼容性。微软也在开发一个协议名叫UPnP（Universal Plug n Play），Auto-ID正在研究该标准。 6 Savant系统 每件产品都加上RFID标签之后，在产品的生产、运输和销售过程中，解读器将不断收到一连串的产品电子编码。 整个过程中最为重要、同时也是最困难的环节就是传送和管理这些数据。自动识别产品技术中心于是开发了一种名叫Savant的

16、软件技术。 Savant是处在解读器和Internet之间的中间件。解读器把从传感器和电子标签上的信息读取出来，送到Savant，Savant具有数据平滑，数据校验以及数据暂存等功能。数据经过Savant处理后，传送到Internet。 分布式结构:Savant与大多数的企业管理软件不同，它不是一个拱形结构的应用程序。而是利用了一个分布式的结构，以层次化进行组织、管理数据流。Savant将被利用在商店、分销中心、地区办公室、工厂，甚至有可能在卡车或货运飞机上应用。 每一个层次上的Savant系统将收集、存储和处理信息，并与其他的Savant系统进行交流。例如，一个运行在商店里的Savant系统

17、可能要通知分销中心还需要更多的产品，在分销中心运行的Savant系统可能会通知商店的Savant系统一批货物已于一个具体的时间出货了。Savant是具有数据捕获、监控、传送功能的数据挖掘工具，Savant系统需要完成的主要任务是数据校对、解读器协调、数据传送、数据存储和任务管理。 数据校对:处在网络边缘的Savant系统，直接与解读器进行信息交流，它们会进行数据校对。并非每个标签每次都会被读到，而且有时一个标签的信息可能被误读， Savant系统能够利用算法校正这些错误。 解读器协调:如果从两个有重叠区域的解读器读取信号，它们可能读取了同一个标签的信息，产生了相同且多余的产品电子码。Savan

18、t的一个任务就是分析已读取的信息并且删掉这些冗余的产品编码。 数据传送:在每一层次上，Savant系统必须要决定什么样的信息需要在供应链上向上传递或向下传递。例如，在冷藏工厂的Savant系统可能只需要传送它所储存的商品的温度信息就可以了。 数据存储: 现有的数据库不具备在一秒钟内处理超过几百条事务的能力，因此Savant系统的另一个任务就是维护实时存储事件数据库（RIED）。本质上来讲，系统取得实时产生的产品电子码并且智能地将数据存储，以便其他企业管理的应用程序有权访问这些信息，并保证数据库不会超负荷运转。 任务管理: 无论Savant系统在层次结构中所处的等级是什么，所有的Savant系统

19、都有一套独具特色的任务管理系统（TMS），这个系统使得他们可以实现用户自定义的任务来进行数据管理和数据监控。例如，一个商店中的Savant系统可以通过编写程序实现一些功能，当货架上的产品降低到一定水平时，会给储藏室管理员发出警报。 7 对象名解析服务（ONS） Auto-ID中心对于一个开放式的，全球性的追踪物品的网络需要一些特殊的网络结构。因为只将产品电子码存储在了标签中，计算机还需要一些将产品电子码匹配到相应商品信息的方法。这个角色就由对象名称解析服务（ONS）担当。 ONS（ Object Name System）是对象名称解析服务的英文缩写，它是一个自动的网络服务系统，有点类似于域名解

20、析服务DNS（Domain Name System），是一种将一台计算机定位到万维网上的某一具体地点的服务，是一种组织成域层次结构的计算机和网络服务命名系统，用于TCP/IP网络，主要是用来把EPC（如23AB.0922.1111.1007）转化成IP地址，用来定位相应的计算机和相应服务。因此，要想让EPC编码能被网络所认识，则需要EPC和IP地址之间有一位翻译官，它能将相关的EPC翻译成网络能接受的相应IP地址。ONS就是这样的一位，它的工作原理可用下图来表示。 当一个解读器读取一个EPC标签的信息时，产品电子码就传递给了Savant系统（参看前文）。Savant系统然后再在局域网或因特网上

21、利用ONS对象名解析服务找到这个产品信息所存储的位置。ONS给Savant系统指明了一个服务器，这个产品的有关文件就存储在这台服务器上。接着这个文件就能够在Savant系统中找到，并且存储在这个文件中的关于这个产品的信息将会被传递过来，从而应用于供应链管理。 对象名解析服务将处理比万维网上的域名解析服务更多的请求，因此，公司需要在局域网中有一台存取信息速度比较快的ONS服务器。这样一个计算机生产商可以将他现在的供应商的ONS数据存储在自己的局域网中，而不是每次一批货物到达组装工厂，都需要到万维网上去寻找这个产品的信息。这个系统也会有内部的冗余。例如，当一个包含某种产品信息的服务器崩溃时，ONS

22、将能够引导Savant系统找到存储着同种产品信息的另一台服务器。 8 实体标识语言（PML） EPC产品电子码识别单品，但是所有关于产品有用的信息都用一种新型的标准的计算机语言实体标识语言（PML）所书写，PML是基于为人们广为接受的可扩展标识语言（XML）发展而来的。因为它将会成为描述所有自然物体、过程和环境的统一标准，PML的应用将会非常广泛，并且进入到所有行业。AUTO-ID中心的目标就是以一种简单的语言开始，鼓励采用新技术。PML随着时间还会发展演变，就像互联网的基本语言HTML一样，它现在已经演变为比刚引入时复杂得多的一种语言了。 9 PML服务器 Savant把处理过的EPC编码传

23、到Internet网络后，就能看到所需要的产品信息页面，这是因为有一个叫ONS服务器的计算机自动把我们的EPC编码翻译成了相应的IP地址，然后调出IP地址所对应的网页。其中，产品信息都是用PML标记的。 PML文件将被存储在一个PML服务器上，此PML服务器将配置一个专用的计算机，为其它计算机提供他们需要的文件。PML服务器将由制造商维护，并且储存由这个制造商生产的所有商品的文件信息。 目前，系统正在使用HTTP（Hyper-Text Transfer Protocol）对基于UDP的系统进行评估。 PML服务器中存储着各种不同种类的信息：分类数据（比如产品的名称）;实例数据（比如生产厂家的数

24、据）;分布式数据（比如货物存放信息）;说明书（比如如何用微波炉来烹饪食物）等。今后的聪明屋，像汽车一样普及1989年和2004年，我们先后运用TRON和泛在网技术，设计、制造了两幢智能住宅。现在回头去看，1989年设计的这座智能屋，依然很先进：300多平方米的范围内，装了1000多个小电脑；整个建筑就像一个巨大的计算机在运作，住宅内所有事务均由电脑指挥操作窗户瓦片上都布置了电脑传感器，窗户可根据风向、风量，室内外温湿度自动开合；屋顶瓦片可以吸收太阳能贮热，节省电耗；电灯可以感应房间中是否有人，自动开关；在任何一处，户主只要在屏幕上输入想找的物品，就能知道它的具体位置；厨房的电脑可自动根据冰箱里

25、的菜谱进行操作，做出各种美味佳肴；如厕的同时，智能马桶可以对屎、尿进行检验，同时将数据加密后传送给远处的医生而2004年建造的这座智能屋，耗资约10亿日元（约7000万人民币），它比1989年的房子更聪明，所用的电脑更少；它不仅可以给油电混合动力汽车充电，还可以在停电的时候，让汽车成为房子的“发电机”；窗上的光触媒材质能净化空气，分解垃圾，通过雨水自动冲刷干净今后的聪明住宅，可以像汽车一样，在工厂车间内进行生产，运达目的地后开始组装。2009年在台湾设计、建成的第三代u-home住宅，更关注能源问题，降低成本。让一套房子聪明起来的成本是多少？一辆汽车的价格，相当于人民币20万元左右。这其中，传

26、感器及电脑系统的费用其实并不高，在1万元左右；贵的，是太阳能设备、改装窗户的费用等。希望浙江早日建成这样一座聪明屋。智能了，更要注重隐私保护好莱坞著名电影我，机器人讲述了在公元2035年，智能型机器人已被人类广泛利用。作为最好的生产工具和人类伙伴，机器人在各个领域扮演着日益重要的角色，很多甚至已经成为了一个家庭的组成成员。最后智能机器人掌握了主动权，控制了人类。泛在网会不会让这一幕成为现实？（“泛在网”即广泛存在的网络，它以无所不在、无所不包、无所不能为基本特征，以实现在任何时间、任何地点、任何人、任何物都能顺畅地通信为目标。目前，随着经济发展和社会信息化水平的日益提高，构建“泛在网络社会”，

27、带动信息产业的整体发展，已经成为一些发达国家和城市追求的目标。）成本 安全 隐私：物联网发展的三大硬伤“物联网”被称为继打算机、互联网以后，世界信息产业的第三次风潮。业内内行认为，物联网一范围象样提高经济效益，大大节约成本；另一范围象样为全球经济的复苏欲望技术动力。目前，美国、欧盟、中国等都在输入巨资深入分析探索物联网。本国也正在高度关注、重视物联网的分析，工业和信息化部会同关于部门，在新一代信息技术范围正在开展分析，以形成撑持新一代信息技术发展的政策措施。 物联网以非常牛皮的容貌进入我们的视野。不管是媒体、企业甚至官方都将他视为下一度经济增长点，将来世界的缔造者。虽然物联网前途不错，但要想全面输入物联网世界的建设，还有三大题材不容疏忽。 一、成本相对，沃尔玛是第一强推RFID标签的零售商，在2004年4月30日表达声明：“RF