張罡

摘要：物聯(lián)網(wǎng)是一種新興的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，RFID技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中具有重要作用，越來越受到人們的重視。該文首先介紹了物聯(lián)網(wǎng)的概念以及發(fā)展現(xiàn)狀，然后闡述了RFID技術(shù)的內(nèi)涵、分類，重點(diǎn)分析了RFID系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及工作原理，探討了現(xiàn)階段RFID技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：RFID技術(shù)；物聯(lián)網(wǎng)；應(yīng)用；結(jié)構(gòu)；工作原理

中圖分類號：TP271 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2012）32-7874-03

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)也不斷得到發(fā)展，受到人們的重視。物聯(lián)網(wǎng)是一種大規(guī)模的自組織網(wǎng)，是利用RFID技術(shù)以及傳感設(shè)備獲得關(guān)于物體的具體的信息，然后對這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，以實(shí)現(xiàn)智能化轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控并分析和處理問題。RFID技術(shù)運(yùn)用射頻信號以及耦合傳輸，自動(dòng)識別目標(biāo)物體，獲取和傳遞數(shù)據(jù)信息。RFID技術(shù)是先進(jìn)的非接觸自動(dòng)識別技術(shù)，在物聯(lián)網(wǎng)中具有重要的應(yīng)用。

1物聯(lián)網(wǎng)概述

隨著科技的發(fā)展，信息技術(shù)進(jìn)入到一個(gè)新的階段，在新興的信息技術(shù)中，物聯(lián)網(wǎng)占有重要地位，是對傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)一步的延伸，并且實(shí)現(xiàn)了任何物體之間的信息交換。具體來說，物聯(lián)網(wǎng)是利用RFID技術(shù)以及傳感設(shè)備獲得具體的信息，然后根據(jù)約定協(xié)議進(jìn)行傳遞，以實(shí)現(xiàn)對各種數(shù)據(jù)信息的智能化處理及監(jiān)控，是一種規(guī)模比較大的組織網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)的典型特征表現(xiàn)為：全面感知性，獲取信息更加方便快捷；可靠傳遞性，信息傳遞更加及時(shí)準(zhǔn)確；以及智能處理，利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，對各種信息以及數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和監(jiān)控。

物聯(lián)網(wǎng)的層級結(jié)構(gòu)可以分為四層：信息采集層、信息傳輸層、信息運(yùn)營層、整合應(yīng)用層。1）信息采集層，這一層是運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)手段，收集各種信息和數(shù)據(jù)，并對這些信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)記，將其轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢赃M(jìn)行自動(dòng)化處理的智能數(shù)據(jù)。2）信息傳輸層，這一層主要是通過運(yùn)用傳感器，將采集到的信息進(jìn)行傳遞整合。3）信息運(yùn)營層，這一層主要是信息的進(jìn)一步分析以及處理，或者根據(jù)要求進(jìn)行分類管理，建立一個(gè)信息平臺。4）整合應(yīng)用層，這一層主要是根據(jù)信息分析實(shí)際問題，對于現(xiàn)實(shí)問題的處理和決策提供依據(jù)。從這個(gè)分層結(jié)構(gòu)可以看出，信息的收集和處理是關(guān)鍵，而RFID技術(shù)的運(yùn)用可以有效地自動(dòng)識別目標(biāo)物體，獲取所需數(shù)據(jù)信息。

2RFID技術(shù)概述

2.1RFID技術(shù)概念

RFID技術(shù)即無線射頻識別技術(shù)，也叫做電子標(biāo)簽，是一種新型的非接觸自動(dòng)識別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了脫離物理接觸的限制以及人工干預(yù)，對于普適計(jì)算環(huán)境的建立和發(fā)展具有重要作用。主要運(yùn)用射頻信號以及耦合傳輸，達(dá)到自動(dòng)識別目標(biāo)物體的目的。無線電技術(shù)以及芯片技術(shù)是RFID的基礎(chǔ)。RFID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡單，由閱讀器、標(biāo)簽和天線三大部分組成?？梢杂行?shí)現(xiàn)對物體的追蹤以及監(jiān)控，具有操作便捷、可以識別多個(gè)目標(biāo)，可以識別高速運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)，對工作環(huán)境限制小等優(yōu)點(diǎn)。

2.2RFID技術(shù)分類

RFID技術(shù)系統(tǒng)根據(jù)不同的頻率主要分為低頻、中頻以及高頻系統(tǒng)三類。

低頻系統(tǒng)的頻率一般位于100-500kHz之間，低頻系統(tǒng)的標(biāo)簽具有成本低，形狀多樣的特點(diǎn)，同時(shí)具有數(shù)據(jù)量保存比較少，而且閱讀距離相對較短、預(yù)讀速度不高、閱讀天線缺乏穩(wěn)定有效方向的缺點(diǎn)，因此主要適用于門禁系統(tǒng)等對技術(shù)要求相對不高的環(huán)境。中頻系統(tǒng)的工作頻率位于10-15MHz之間，中頻系統(tǒng)的標(biāo)簽內(nèi)存數(shù)量比較大，而且閱讀距離增加，閱讀速度實(shí)現(xiàn)中等速度，但是其標(biāo)簽以及閱讀器的成本比較高、同時(shí)閱讀天線缺乏較強(qiáng)的方向性。適合運(yùn)用于于門禁系統(tǒng)以及智能卡的工作環(huán)境。高頻系統(tǒng)的標(biāo)簽形狀為軟襯底，基本特點(diǎn)是標(biāo)簽內(nèi)存進(jìn)一步增大，閱讀距離比較遠(yuǎn)而且閱讀速度很快，但是標(biāo)簽和閱讀器的成本很高。目前主要運(yùn)用于火車車皮監(jiān)視以及零售系統(tǒng)。

3RFID技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用分析

3.1RFID系統(tǒng)組成

一個(gè)基本的射頻識別系統(tǒng)要包括標(biāo)簽、閱讀器以及天線三部分。閱讀器發(fā)出射頻信號，磁場內(nèi)的標(biāo)簽獲得能量并實(shí)現(xiàn)和閱讀器之間的通信。然后閱讀器讀取標(biāo)簽存儲的信息并進(jìn)行解碼，然后把數(shù)據(jù)信息傳遞給管理系統(tǒng)進(jìn)行處理。

3.1.1標(biāo)簽

電子標(biāo)簽，也可以被稱為射頻卡，主要是由耦合元件和芯片組成。通過貼標(biāo)簽的方式，實(shí)現(xiàn)了把目標(biāo)物體變?yōu)橹悄芪矬w，進(jìn)行跟蹤和監(jiān)控，因此電子標(biāo)簽是RFID系統(tǒng)的數(shù)據(jù)載體。通過天線的連接，閱讀器和電子標(biāo)簽之間可以進(jìn)行通信，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)讀出以及輸入標(biāo)簽的識別碼以及數(shù)據(jù)。標(biāo)簽的形狀具有多種，可以根據(jù)實(shí)際需要來設(shè)計(jì)，以保證標(biāo)簽不易被損壞，保護(hù)標(biāo)簽內(nèi)存數(shù)據(jù)。電子標(biāo)簽的優(yōu)點(diǎn)很多，體積小使用便捷，較高的數(shù)據(jù)存儲量，使用壽命比較長，而且還可以實(shí)現(xiàn)對于快速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)以及多個(gè)目標(biāo)的長時(shí)間的追蹤和監(jiān)控。根據(jù)不同的頻率，電子標(biāo)簽主要分為低頻、高頻、超高頻以及微波電子標(biāo)簽。根據(jù)標(biāo)簽是否有內(nèi)置電池，還可以劃分為有源以及無源系統(tǒng)。有源系統(tǒng)也就是指標(biāo)簽有內(nèi)置電池的RFID系統(tǒng)，這種系統(tǒng)適合閱讀距離比較遠(yuǎn)的環(huán)境，但是會受到電池使用時(shí)間的限制。無源系統(tǒng)也就是指標(biāo)簽沒有內(nèi)置電池的RFID系統(tǒng)，這種標(biāo)簽的能量來源于閱讀器發(fā)射出的電磁波，但是這種系統(tǒng)對于閱讀距離有一定的限制，不適合閱讀距離較遠(yuǎn)的環(huán)境。根據(jù)標(biāo)簽信息的注入方式還可以劃分為集成電路固化式、現(xiàn)場有線改寫式以及現(xiàn)場無線改寫式三種。集成固化式標(biāo)簽的信息是集成電路在生產(chǎn)的時(shí)候注入的，因此其儲存的信息是不可以改變的；現(xiàn)場有線改寫式標(biāo)簽是指，通過運(yùn)用編程器或者寫入器，把標(biāo)簽內(nèi)的信息轉(zhuǎn)入到標(biāo)簽內(nèi)部的存貯區(qū)中；現(xiàn)場無線改寫式標(biāo)簽主要運(yùn)用在于有源標(biāo)簽上面，并且需要有改寫指令。

3.1.2閱讀器

RFID閱讀器也可以被稱作讀出裝置或者讀寫器，主要作用是讀取和識別電了標(biāo)簽的內(nèi)存數(shù)據(jù)以識別目標(biāo)物體。閱讀器和電子標(biāo)簽之間通過運(yùn)用耦合和射頻信號，實(shí)現(xiàn)無接觸的信息傳輸，主要工作原理是，它把主機(jī)的讀寫命令傳遞給電子標(biāo)簽，并對主機(jī)傳輸給電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，然后把電子標(biāo)簽返回傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行解密，并傳遞給主機(jī)。讀寫器主要特點(diǎn)是收發(fā)的范圍很大，但是現(xiàn)階段讀寫器的成本比較高，制約了RFID系統(tǒng)的發(fā)展，因此閱讀器的小型、便捷、低成本是其主要發(fā)展趨勢。讀寫器包括射頻模塊以及基帶模塊兩大主要部分。

3.1.3天線

天線主要用來通過傳遞射頻信號實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽以及讀寫器之間的無線通信。天線分為無源天線和有源天線，以及手持式天線和固定式天線。在實(shí)際運(yùn)用中，天線的尺寸和波長相一致。同時(shí)天線的形狀和位置對于數(shù)據(jù)的傳遞具有重要的影響，因此天線的設(shè)計(jì)以及安裝對于工作人員的技術(shù)要求比較高。

3.2RFID工作原理

3.2.1耦合方式

耦合方式主要包括電容耦合、磁耦合、電磁耦合。電容耦合主要是通過平板電容進(jìn)行的。磁耦合也可以被稱為電感耦合，磁耦合對于傳輸距離具有一定的限制，現(xiàn)階段主要廣泛運(yùn)用于中、低頻RFID系統(tǒng)中，具體來說，閱讀器的線圈磁場通過感應(yīng)標(biāo)簽線圈內(nèi)的電壓，來為標(biāo)簽供應(yīng)能量。電磁耦合主要是運(yùn)用電磁輻射的原理，適用于高頻RFID系統(tǒng)。閱讀器天線發(fā)射出的電磁波，以球面波的形式向周圍傳播，使處于電磁輻射場之中的標(biāo)簽獲得能量，并且獲得能量的大小和與發(fā)射天線之間的距離的平方成反比。

3.2.2通信流程

閱讀器和標(biāo)簽之間通過通信，進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞。主要的通信系統(tǒng)有半雙工通信系統(tǒng)、全雙工通信系統(tǒng)以及時(shí)序通信系統(tǒng)。半雙工系統(tǒng)是指標(biāo)簽和閱讀器之間的數(shù)據(jù)傳輸是單向交替進(jìn)行的，全雙工系統(tǒng)是指標(biāo)簽和閱讀器之間的數(shù)據(jù)傳輸是雙向同時(shí)進(jìn)行的。在半雙工系統(tǒng)和全雙工系統(tǒng)中，閱讀器和標(biāo)簽之間的是一種連續(xù)的能量傳輸，和傳送方向沒有關(guān)系。時(shí)序系統(tǒng)是指，標(biāo)簽和閱讀器之間的數(shù)據(jù)傳輸在限定的時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)行的，從標(biāo)簽到閱讀器數(shù)據(jù)傳輸是在標(biāo)簽的能量供應(yīng)間隙進(jìn)行的。

3.3RFID技術(shù)的具體應(yīng)用

3.3.1在物流管理系統(tǒng)中的應(yīng)用

1）應(yīng)用于鐵路調(diào)度系統(tǒng)。在鐵路沿線安裝閱讀器，實(shí)時(shí)的獲取火車運(yùn)行信息以及檢測火車內(nèi)的行李物品。并對獲取的信息進(jìn)行分析，追蹤和監(jiān)控火車的運(yùn)行，可以有效的避免火車在運(yùn)行中的撞車、以及車內(nèi)出現(xiàn)危險(xiǎn)物品所引起的安全隱患。

2）應(yīng)用于集裝箱識別系統(tǒng)。在集裝箱上安裝標(biāo)簽，標(biāo)明位置、類別以及數(shù)量等相關(guān)信息和數(shù)據(jù)，并且通過運(yùn)用RFID技術(shù)，對集裝箱進(jìn)行位置追蹤和監(jiān)控，在移動(dòng)集裝箱時(shí)，變化的信息數(shù)據(jù)還可以被傳送到標(biāo)簽，并對禁止移動(dòng)的集裝箱進(jìn)行監(jiān)控和管理。

3）應(yīng)用于郵件自動(dòng)分揀系統(tǒng)。目前，在快遞業(yè)務(wù)領(lǐng)域的郵件分揀系統(tǒng)中，也已經(jīng)應(yīng)用了RFID技術(shù)。由于RFID技術(shù)具有非接觸性，當(dāng)許多包裹進(jìn)入識別區(qū)域時(shí)，可以運(yùn)用RFID技術(shù)同時(shí)識別，這樣分揀的工作效率大幅度提高，而且還提高了工作的準(zhǔn)確率。

3.3.2在自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)中的應(yīng)用

現(xiàn)階段，RFID技術(shù)比較成功的應(yīng)用就是高速公路自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)，高速公路自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)，通過運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)以及電子技術(shù)，在公路沿線設(shè)立天線，在車內(nèi)安裝射頻卡，通過天線和電子標(biāo)簽進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，對車輛進(jìn)行識別，對收費(fèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行信息處理，并實(shí)現(xiàn)對車輛的自動(dòng)收費(fèi)?？梢蕴岣吖ぷ餍剩瑥亩鰪?qiáng)了車輛通過率，有效地緩解了公路交通擁堵的狀況，而且還減少了人工成本，具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)效益。此外公交系統(tǒng)中的IC卡也應(yīng)用了RFID技術(shù)，方便操作，更加快捷，而且節(jié)約了人力成本。門禁系統(tǒng)的門卡、出入證、停車卡以及電子護(hù)照等都是射頻卡，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識別身份，并且在出現(xiàn)非法進(jìn)入的情況，會發(fā)出警報(bào)。

3.3.3在安全防偽中的應(yīng)用

RFID技術(shù)通過唯一的標(biāo)識號可以有效的實(shí)現(xiàn)安全防偽，可以實(shí)現(xiàn)快速掃描。傳統(tǒng)的條形碼掃描，只能一次識別一個(gè)，但是RFID技術(shù)可以通過非接觸的方式，實(shí)現(xiàn)對于磁場內(nèi)的目標(biāo)物體同時(shí)進(jìn)行檢測，并且沒有方向的限制。有利于進(jìn)行批量操作，大大的提高了工作效率。第二，具有重復(fù)使用性。傳統(tǒng)的條形碼無法修改，但是RFID電子標(biāo)簽可以重復(fù)使用和修改，及時(shí)的更新信息和數(shù)據(jù)。第三，具有數(shù)據(jù)容量大的特點(diǎn)。RFID標(biāo)簽的容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于條形碼，攜帶的信息量增加。第四，具有可穿透性，傳統(tǒng)的條形碼，必須在沒有阻擋的情況下才可以識別。RFID技術(shù)具有可穿透性，當(dāng)物品被覆蓋的情況下，也可以進(jìn)行穿透性通信，對標(biāo)簽的信息進(jìn)行識別。第五，耐久性，不易損壞。傳統(tǒng)的條形碼是紙質(zhì)的，容易受到環(huán)境的影響而造成損壞。但是RFID技術(shù)中，物品的信息儲存于芯片中，不易受到損壞。還有鈔票識別，可以有效地防止制造假鈔等違法行為，給人們的生活帶來便利。

4結(jié)束語

隨著科技的發(fā)展，信息技術(shù)也獲得更高的發(fā)展，其中物聯(lián)網(wǎng)占有重要地位。物聯(lián)網(wǎng)作為一種規(guī)模比較大的自組織網(wǎng)絡(luò)，RFID技術(shù)以及傳感設(shè)備是物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)基礎(chǔ)。RFID技術(shù)是一種新型的非接觸自動(dòng)識別技術(shù)，通過運(yùn)用射頻信號以及耦合傳輸，達(dá)到自動(dòng)識別目標(biāo)物體的目的。RFID技術(shù)系統(tǒng)根據(jù)不同的頻率主要分為低頻、中頻以及高頻系統(tǒng)三類。一個(gè)基本的射頻識別系統(tǒng)要由標(biāo)簽、閱讀器以及天線三部分組成。其中電子標(biāo)簽通過對目標(biāo)物體貼標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)對其進(jìn)行跟蹤和監(jiān)控；RFID閱讀器用來讀取和識別電子標(biāo)簽的內(nèi)存數(shù)據(jù)以識別目標(biāo)物體；天線主要用來通過傳遞射頻信號實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽以及讀寫器之間的無線通信。

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