物联网与RFID的应用与发展.docVIP

物联网与RFID的应用与发展一、引言近年来，“物联网”与“RFID”再次成为媒体与大众关注的热词。在相当的程度上，“物联网”与“RFID”已经成为新一代信息技术的代表。那么“物联网”与“RFID”到底是什么意思，两者有什么样的关系？“物联网”与“RFID”的过去和将来是什么样子，对老百姓的生活、学习与工作又有什么关联关系？本文将以回答这些问题为中心，展开对“物联网”与“RFID”技术、应用与发展的讨论。二、物联网与RFID“物联网”与“RFID”在专业人士的眼中已经不是一个新词，如果要追溯这两个词的历史，大致出现在2000年前后，至今有十年左右的历史。这两个词能够再次成为热词，可能源于两个主要因素：一个是2008年末爆发的金融危机，另一个是物联网与RFID内在因素是新一代信息技术的代表。如何走出金融危机？新的经济增长点在哪里？回答这些问题，促使人们在比较大的范围内进行了一番搜寻与深入研究。通过一番深度的探索与研究，相关结果相继浮出水面。随着美国推出“智慧地球”，中国提出“感知中国”，人们从中再次提取出了中性表达的“物联网”与RFID。当然，“物联网”不是救世主，也不是走出金融危机阴影的全部努力方向，只是在信息技术的进一步发展方面，物联网起到了较好的概括和代表。1、物联网与RFID的关系经过近两年左右的再次讨论，人们对物联网的认识基本上达成了如图1所示的共识。应该说，物联网仍然是一个网，这样一个网可以实现对物的感知，并服务于各种已经开发和更多正在开发与等待开发的应用。对物感知产生的信息利用目前已经基本成熟的网络（如互联网等）可实现信息的有效传输，由此构成了物联网基本的三层技术架构，即感知层、传输层和应用层，如图1所示。图1 物联网技术架构示意图下面根据图1对物联网和RFID展开进一步的讨论。（1）物联网。物联网的英文简写为“IoT”，全称为“Internet of Things”。通俗点来说，物联网是“实物互联网”的简称。实物互联网可进一步诠释为利用互联网基础设施构架物联网体系，实现对入网物品的感知、传输与应用。（2）RFID。RFID是英文“Radio Frequency Identification”的缩写，中文表述为“射频识别”。通俗点说，RFID是一种与条码相似但又不同的无接触自动识别技术。笼统地说，RFID技术可以实现从几毫米到几百米远的无接触识别。条码利用的是“光”，RFID利用的是“磁场”或“电磁场”。条码与RFID技术均是代码识别技术，即通过一种以标签作载体的代码来标识物品，建立起代码与物品的对应关系，识别标签承载的代码即为等效识别了物品。这是一种预编代码的自动识别技术，与音视频技术不同。物品通过标签技术代码化之后，即可方便地将物品虚拟化，再网络化并可实现代码与实物的链接。2、信息技术发展的四个阶段物联网与RFID技术归根到底还是信息技术。人们对信息技术的驾驭从远古一路走来，大致可以划分为如图2所示的四个阶段。图2 信息技术伴随着人们从远古一路走来古代、近代与现代的信息技术人们已经感受过了，接着向人们走来的信息技术时代将是物联网信息时代。无线电、互联网与物联网均是人类的发明创造，在大自然面前，这些人为的创造也许不堪一击，这一方面提醒我们对大自然需要有敬畏的心态，另一方面也提醒我们如何做好应对各种危机与灾害的准备。3、物联网的时空约束人们在对物联网的憧憬过程中，无形中会有一些夸大性的表述，尤其是人们典型应用的“任何/Any”的说法。如果对这些“任何/Any”附加上时空约束，可能会使人们的理解更加准确一些。图3 任何时间、任何地点、任何物品如图3所示的三个“任何/Any”来源于“ITU Internet Reports 2005 The Internet of Things”，即“任何时间/Any Time”、“任何地点/Any Place”与“任何物品/Any Things”具有过去、现在与未来的三个时间态解释。（1）任何物品的互联/Any THING connection。过去时：没有互联；现在时：正在讨论互联；将来时：选定的物品实现互联，诸如PC之间互联、人与人互联、人与物互联、物与物互联。（2）任何时间的互联/Any TIME connection。过去时：混沌状态；现在时：朦胧状态；将来时：清醒状态，诸如：白天、黑夜、室内、室外、移动中。（3）任何地点的互联/Any PLACE connection。过去时：零星入网；现在时：体系入网；将来时：体系间互通，诸如：在PC上、在室内、在室外、在移动中。三、物联网的应用与发展下面详细讨论一下物联网的过去、现在与未来。1、物联网发展的阶段划分物联网发展的几个重要阶段可以归纳为如图5所示的五个阶段。根据有据可查的资料，物联网（Internet of Things）最早出现在1999年10月1日美国麻省理工学院（MIT）成立的一个Auto ID Center组织时推出的新概念，与此相伴的还有（全球）产品电子代码（EPC-Electronic Product Code）概念。而“物联网”与“EPC”概念的产生则可前推到1998年，这是对图5中灵感触发阶段的解说。图5 物联网发展的几个重要阶段在图5中的“灵感触发”阶段产生了一个“超想”，其基本含义是利用RFID技术的电子标签，对全球所有的物品进行惟一性编码，再将物品从生成到消亡的过程中，尤其是物流过程中途经各节点时将其电子标签中的代码采集下来，再基于互联网的传输、加工与处理等技术为每件物品构建起从生到死且随时可查的过程档案。这一“超想”，经过20002004年的发酵，曾以物流信息新技术的名义于2003年12月在国内首次引起官方重视，并于2003年12月2223日在中国物品编码中心，由国家标准委主持召开了国内首次物联网联席会议。20082009年，在金融危机的背景下，物联网再次以“智慧地球”与“感知中国”等主题提出，引起热议，并最终回归到“物联网”。可以说，20092010年，人们对“物联网”的深入讨论与理性归纳，搭建了将“物联网”概念由“超想”到落地的阶梯，可以预计，20112019年，将是物联网概念逐步落地具体实施的主要时段。2、物联网的技术特征物联网的技术特征可以归纳如下：（1）物联网是信息技术（IT-Information Technology）发展走向高级阶段的象征。信息技术的发展一路走过单元IT技术（电报、电话、广播、电视、雷达、导航、中继、等等）的发展、网络IT技术（移动通信、互联网、等等）的发展，走到物物互联IT技术（物联网）发展的系统阶段。（2）物联网的分层技术已获得相对独立的发展，典型包括： 应用层：应用平台、应用服务 传输层：有线网、无线网、固网、移动网络，短距离、长距离 感知层：多种传感器多媒体信息采集：RFID、视音、物理参数（3）系统特征（分层技术融合，目标应用导向）更加明显： 整体特征：应用目标统贯全局 分层特征：各层功能、定位不同 单元特征：各子系统间相对独立（4）集成设计与分布应用特征（网特征：节点+分布）更加突出： 应用需求支撑的应用目标 非单一技术或简单系统可予实现 系统设计与现场安装相结合3、物联网的纵向发展物联网的纵向发展可以从跨地域，覆盖全行业角度归纳。国内和国际方面的关注侧重点略有不同。（1）国内方面跨地域的行业应用有： 烟草物联网，具有单一管理的特征，建设内容有：卷烟物流物联网、资产管理物联网、烟叶农工商物联网，等等。 铁路物联网，具有单一管理的特征，建设内容有：车号物联网、资产物联网、运输调度物联网，等等。 医药物联网，具有多头管理的特征，建设内容有：药品目录管理、生产企业管理、质量监控、物流配送、价格监控，等等。 人口物联网，具有多头管理的特征，建设内容有：身份证管理、出生地管理、居住地管理、流动状态管理，等等。 车辆物联网，具有多头管理的特征，建设内容有：车牌管理、审验管理、违章管理、应纳税费管理，等等。 防伪物联网，具有多头管理的特征，建设内容有：酒类防伪、奶粉防伪、文物字画防伪、图书音像防盗版、珠宝鉴定防伪，等等。（2）国际行业应用有： 国际海运集装箱物流。 基于GS1统一标识的（条码+EPC码）物品物流。4、物联网的横向发展物联网的横向发展可以从地域为特征的区域内的绿色城市、数字城市与智慧城市方面来归纳。典型的发展方向包括：（1）区域智慧城市应用试点： 城市交通：智能交通路况、智能交通导引，智能公交、公交一卡通，等等。 城市医疗、城市警务、城市电网，等等。 城市环保、食品安全、等等。（2）智慧/数字/生态城市建设项目起动：上海、广州、深圳、南京、昆明、无锡、昆山、宁波、沈阳、佛山、等等。（3）旅游景点应用：门票、导览、定位、食宿、交通、天气、等等。5、物联网的纵横交织发展物联网的纵横交织发展，用简单的归纳法已难以概括。一种抽象的归纳可能更有意义。基于物联网三要素的概括，可能更能说明问题，如图6所示。其中：（1）物的因素。包括：物质、商品，离散物、连续物，等等。（2）网的因素。包括：与物接口，互联网功能的延伸（针对物信息的采收、储存、加工与传输，等等。（3）人的需要：包括：眼耳鼻舌身意感官的视听嗅味触意需要。图6 物联网纵横编织的要素关系四、RFID的应用与发展RFID技术大规模走向民用领域最早可以追溯到20世纪80年代与90年代前后，在此之前，则更多的是军事应用与民用探索性研究阶段。时值2010年前后，可以说RFID技术的民用发展获得了初步成熟，也取得了一些应用成效，如铁路车号自动识别系统应用已有十年，第二代身份证开始规模化应用也有56年左右的历史。但从宏观角度以及RFID技术与物联网技术发展的空间来看，RFID技术的应用也才刚刚走出朦胧期，未来的规模化应用发展潜力巨大，空间巨大。1、RFID规模应用的路径RFID技术是一种代码自动识别技术，通过代码方式的抽象，可将具体的识别问题大大简化。这样的代码识别就象电话号码、员工编号、病床编号、身份证编码、组织机构代码、货单编号一样。规模化应用RFID技术的系统考虑可以归纳为如图7所示的解决流程。图7 RFID技术规模化应用的途径如图7所示，通过代码标识物品、采用无接触识别技术、进入RFID世界、结合应用特征选择并制定合适的RFID应用解决方案、经过试点应用进行检验，最后走到规模应用阶段。2、RFID的技术特征RFID技术是一种利用磁场与电磁场耦合实现的无接触识别技术，其技术特征可由宏观到微观概括，或由粗到细概括为以下几个方面：（1）供电方式灵活、工作频段多样、通用专用并存： 无源、有源、半有源 LF、HF、UHF、MF 国际标准（通用）、行业标准（专用）（2）单芯片化电子标签技术： HF频段无源电子标签技术 UHF频段无源电子标签技术（3）多样性电子标签读写器技术 小型化：手持机等 嵌入式：读写器芯片与模块 网络式：自带网络功能（4）全方位满足应用需求 代码与数据存储容量 读写识别距离远近 移动状态识别与多标签识读3、RFID技术的发展RFID技术的发展走过了技术原创突破的概念阶段，正在走向应用驱动的产业化发展途经的通道中。进一步的发展可以概括为：（1）多频段、多样化、有重点地突破与发展 无源HF RFID技术：先行、基数较大、应用领域广泛 无源UHF RFID技术：国际普遍高度关注、发展迅速、较HF的优势逐步显现 有源与半无源RFID技术：无源RFID主流技术的补充、差异化空间方向发展（2）电子标签芯片技术的发展 单芯片设计的技术突破性能稳定，可靠性提升，成品率提高 单芯片标签成本迅速降低平稳起伏 单芯片产品功能与性能完善单芯片功能、性能扩展提升 读写器芯片与模块技术突破向成熟与多样方向发展（3）由技术标准为重心向应用标准为重心方向发展 基础性技术标准：空中接口协议ISO/IEC 18000系列 应用标准行业应用为主导（集装箱电子铅封、烟草托盘） 测试类标准ISO18046系列与18047系列标准（4）RFID技术发展离不开应用推动。 技术与应用环境的匹配是集成设计与应用的关键4、RFID的简单应用RFID的简单应用可以归纳为RFID单技术的独立应用。解决好RFID的简单应用是基础，通过大量的简单应用，可以为RFID的复杂应用积累经验。简单RFID应用的情况可以概括如下：（1）RFID独立应用可定位于RFID的简单应用 人员考勤应用 公交一卡通应用（2）应用需求分析需要考虑的几个问题 识别距离要求多远？ 识别速度要求多快？ 存储容量要求多少？ 有无多标签识别要求？具体情况如何？ 有无移动状态下的改写要求？具体情况如何？ 应用环境情况如何？（3）基于应用需求分析考虑产品选择与解决方案4、RFID的复杂应用RFID的复杂应用可以归结为与其它技术相结合的综合应用，具体情况可以概括如下：（1）复杂RFID应用的特征 一般对应于嵌入式RFID应用。嵌入式RFID应用不一定都是复杂应用，但复杂应用一般均为嵌入式应用。 电子标签数据在应用系统中走得流程比较长且复杂 RFID应用环境状况复杂。现场安装形式多样（标签与读写器），应用环境电磁状况复杂且不稳定。 RFID在整个应用系统中所占份量比较轻。针对RFID应用附加的制约因素可改变或可调整的空间比较小。（2）复杂RFID应用的案例 全物流应用。数据采集环节差异性比较大，电子标签数据流程比较长（应用流程+覆盖地域）。 物联网应用。电子车牌应用：赋予的潜在功能太多；行业资产管理应用：资产种类多、流通环节比较多。5、RFID的物联网应用RFID的物联网应用可以从两个方面来考虑，一个方面是对既有应用的总结与梳理，另一个方面是发展新的物联网应用。一些抽象的概括大致包括以下几方面的内容：（1）物联