物联网射频识别(RFID)技术与应用 - 第1章.ppt

,物联网射频识别（RFID）技术与应用,本书初衷本书在物联网的框架下阐述RFID技术。本书的初衷有3个，一是介绍物联网的系统架构，给出物联网与RFID之间的关系，使读者领悟RFID在物联网中所处的地位和作用；二是给出RFID的工作原理和技术实现，这部分是本书的重点，这些工作原理和技术实现可以构成物联网RFID解决方案；三是给出物联网RFID应用实例，使读者认识到物联网的时代即将来临，物联网RFID将对社会经济的各个领域产生重大影响。,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,本书内容组织方式本书分为11章内容。第1章为物联网RFID系统概述，分别介绍了物联网的概念、RFID的概念、物联网RFID历史与未来、RFID系统构成。第210章系统介绍了RFID技术，包括RFID工作频率和无线传输、RFID天线技术、RFID射频前端电路、编码与调制、数据的完整性与数据的安全性、电子标签体系结构、读写器体系结构、中间件和RFID标准体系。第11章为物联网RFID实际应用，介绍了物联网RFID在制造、物流、防伪、安全、铁路、民航6个不同领域的应用优势和应用实例。,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,第1章物联网RFID系统概述,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,1.1.1物联网的概念1、什么是物联网物联网是在互联网的基础上，将用户端延伸和扩展到任何物体，进行信息交换和通信的一种网络。物联网的英文名称为TheInternetofThings，由该名称可见，物联网就是“物与物相连的互联网”。物联网的定义是，通过射频识别（RFID）、传感器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按照约定的协议，把任何物体与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,2、物联网世界信息产业的第三次浪潮物联网被称为继计算机、互联网之后世界信息产业的第三次浪潮。物联网可以实现全球范围内物品的跟踪与信息的共享，从而给物体赋予智能，实现人与物体、物体与物体的沟通和对话。在物联网时代，人类在信息与通信的世界里将获得一个新的沟通维度，从任何时间、任何地点人与人之间的沟通和连接，扩展到人与物、物与物之间的沟通和连接。,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,1.1.2射频识别的概念1、什么是射频识别射频识别（RadioFrequencyIdentification，RFID）是一种自动识别技术，它利用无线射频信号实现无接触(无线的)信息传递，达到自动识别目标对象的目的。RFID技术无需人工干预，即可完成物品信息的采集和传输，被称为21世纪十大重要技术之一。,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,什么是射频？射频,RF,RadioFrequency，表示可以辐射到空间的电磁频率，频率范围从300KHz300GHz之间。射频简称RF射频就是射频电流，它是一种高频交流变化电磁波的简称。每秒变化小于1000次的交流电称为低频电流，大于10000次的称为高频电流，而射频就是这样一种高频电流。高频(大于10K)；射频（300K-300G）是高频的较高频段；微波频段（300M-300G）又是射频的较高频段。,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,2、RFID与物联网的关系RFID是实现物联网的关键技术。RFID技术与互联网、移动通讯等技术相结合，可以实现全球范围内物体的跟踪与信息的共享，从而给物体赋予智能，实现人与物体以及物体与物体的沟通和对话，最终构成联通万事万物的物联网。RFID技术将物联网的触角伸到了物体之上。互联网时代，人与人之间的距离变小了；而继互联网之后的物联网时代，RFID技术将人与物、物与物之间的距离变小了。,点击此处结束放映,RFID,智能仪表,传感器,传感网,通信网,数据网(云计算),智能交通,智能电网,智能物流,智能医疗,智能城管,智能应用,2、RFID与物联网的关系,物联网射频识别（RFID）技术与应用,1.1.3物联网起源于射频识别领域1、EPC系统与物联网1999年，美国麻省理工学院（MassachusettsInstituteofTechnology，MIT）首先提出了物联网的概念。MIT最初的构想是为全球所有物品都提供一个电子产品编码（ElectronicProductCode，EPC），来实现对全球任何物理对象的唯一有效标识。物联网最初的思想来源于MIT的这一构想，MIT的这一构想就是现在经常提到的物联网EPC系统。,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,2、EPC系统与射频识别EPC系统利用射频识别（RFID）技术追踪、管理物品。2003年，世界最大的连锁超市美国沃尔玛宣布将使用EPC系统的RFID技术。EPC系统以射频识别技术作为一种物联网的实现模式，目标是构建全球的、开放的、物品标识的物联网。,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,1.2自动识别技术传统的信息采集是通过人工手段录入的，不仅劳动强度大，而且数据误码率高。以计算机和通信技术为基础的自动识别技术，可以对信息自动识别，使得人类得以对大量数据信息进行及时、准确的处理。自动识别技术是物联网体系的重要组成部分，是构造全球物品信息实时共享的重要组成部分，是物联网的基石。,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,1.2.1自动识别技术的概念自动识别技术是一种高度自动化的信息或数据采集技术，自动地获取被识别物品的相关信息，并提供给后台的计算机处理系统来完成相关后续处理。信息识别和管理过去多采用单据、凭证、传票为载体，手工记录、电话沟通、人工计算、邮寄或传真等方法，对物流信息进行采集和处理。自动识别技术应用识别装置，通过被识别物品与识别装置之间的接近活动，自动地获取被识别物品的相关信息。,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,1.2.2自动识别技术的分类按照应用领域和具体特征，自动识别技术可以分为：条码识别技术、磁卡识别技术IC卡识别技术、射频识别技术其中，条码是光识别技术、磁卡是磁识别技术、IC卡是电识别技术、射频识别是无线识别技术。此外，还有生物识别技术、图像识别技术、光学字符识别技术和等。,点击此处结束放映,现有的自动识别技术有哪些？,一维条形码,二维条形码,磁卡和读卡设备,集成电路,IC卡,物联网射频识别（RFID）技术与应用,1.条码识别技术条码是由一组条、空和数字符号组成，按一定编码规则排列，用以表示一定的字符、数字及符号等信息。条码识别是对红外光或可见光进行识别，由扫描器发出的红外光或可见光照射条码标记，深色的“条”吸收光，浅色的“空”将光反射回扫描器，扫描器将光反射信号转换成电子脉冲，再由译码器将电子脉冲转换成数据，最后传至后台。,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,条码的种类很多，大体可以分为一维条码和二维条码。一维条码和二维条码都有许多码制。（1）一维条码（a）EAN-13码（b）EAN-8码（2）二维条码（a）Datamatrix码（b）PDF417码,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,2.磁卡识别技术磁卡最早出现在20世纪60年代，当时伦敦交通局将地铁票背面全涂上磁介质，用来储值。磁条从本质意义上讲和计算机用的磁带或磁盘是一样的，它可以用来记载字母、字符及数字信息。磁条记录信息的方法是变化磁的极性（如S-N和N-S），一部解码器可以识读到磁性变换，并将它们转换回字母或数字的形式，以便由一部计算机来处理。,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,磁卡的特点是数据可读写，即具有现场改变数据的能力。这个优点使得磁卡的应用领域十分广泛，如信用卡、银行ATM卡、电话磁卡和机票等。磁卡数据存储的时间长短受磁性粒子极性耐久性的限制，另外磁卡存储数据的安全性一般较低。,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,3.IC卡识别技术IC卡，英文名称为IntegratedCircuit。IC卡是一种电子式数据自动识别卡。按照是否带有微处理器，IC卡可分为存储卡和智能卡两种。存储卡仅包含存储芯片而无微处理器，一般的电话IC卡即属于此类。将带有内存和微处理器芯片的大规模集成电路嵌入到塑料基片中，就制成了智能卡，银行的IC卡通常是指智能卡，现在我国开始推广银行IC卡。,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,IC卡是集成电路卡。IC卡通过卡里的集成电路存储信息，它将一个微电子芯片嵌入到卡基中，做成卡片形式，通过卡片表面8个金属触点与读卡器进行物理连接，来完成通信和数据交换。,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,4.射频识别技术射频识别技术是通过无线电波进行数据传递的自动识别技术。射频识别技术逐渐成为自动识别领域中最优秀和应用最广泛的技术之一，是目前最重要的自动识别技术。,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,1.2.3RFID技术RFID与传统的条码识别相比有很大优势，其优势如下。（1）RFID电子标签抗污损能力强。（2）RFID电子标签安全性高。（3）RFID电子标签容量大。（4）RFID可远距离同时识别多个电子标签。（5）RFID是物联网的基石。,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,点击此处结束放映,1.3.1RFID的发展历史,物联网射频识别（RFID）技术与应用,RFID技术的产生RFID的诞生源于战争的需要，二战期间，英国空军首先在飞机上使用RFID技术，是用来分辨敌方飞机和我方飞机。,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,RFID技术推广阶段20世纪60年代是RFID技术应用的初始期，一些公司引入RFID技术，开发电子监控设备来保护财产、防止偷盗。例如，1位的电子标签系统用于商场防盗。20世纪70年代是RFID技术应用的发展期，RFID技术成为人们研究的热门课题，出现了一系列RFID技术的研究成果。,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,20世纪80年代是RFID技术应用的成熟期，挪威使用了RFID电子收费系统，美国铁路用RFID系统识别车辆，欧洲用RFID电子标签跟踪野生动物来对野生动物进行研究。20世纪90年代RFID技术首先在美国的公路自动收费系统得到了广泛应用。发达国家配置了大量的RFID电子收费系统，并将RFID用于安全和控制系统。,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,RFID技术的普及阶段RFID技术在沃尔玛公司的应用。沃尔玛的100个主要供应商2005年应用RFID电子标签，在2006年将扩展到其他的供应商，同时将很快在欧洲实施，然后是剩下的其他海外区域。RFID技术在美国国防部的应用。美国国防部认为，RFID在集装箱联运跟踪和库存物资跟踪方面具有巨大的发展潜力。RFID的技术标准。目前国际上有多种RFID标准，其中ISO/IEC、EPCGlobal和UID是三种主要RFID标准。,点击此处结束放映,1.3.2RFID的发展现状,IDTechEx最新的RFID市场研究表明，2012年整个RFID市场规模将达到76.7亿美元，比2011年增长17%。主要包括RFID卡、标签、读写器以及软件和相关服务等。尤其以服装和动物标签领域增长最为迅猛。在零售方面，RFID在服装标签方面呈现了迅速增长，2012年这一领域需要10亿个RFID标签，并且预计2013年将需要13.5亿个标签。2012年还需要5亿个用于公共交通票证的RFID标签。对比2011年的29.3亿张标签，2012年将会销售掉39.8亿张标签。其中的大部分增长都来自无源超高频RFID标签。尽管如此，这一领域的供应商短期内还难以实现大规模的利润。RFID市场增长的主要因素是服装标签和封闭应用的无源超高频系统的增长，同时也因为各国政府对这两项的推动。日益增多的政府部门将RFID技术应用规范化，他们花大量的费用来购买RFID，体现在从高速公路不停车收费、图书馆标签到国家政府更多地购买身份证卡、护照以及其他方面的RFID技术上。,国外篇美国政府是RFID应用的积极推动者，在其推动下美国在RFID标准的建立、相关软硬件技术的开发与应用领域均走在世界前列。欧洲RFID标准追随美国主导的EPCglobal标准。在封闭系统应用方面，欧洲与美国基本处在同一阶段。日本虽然已经提出UID标准，但主要得到的是本国厂商的支持，如要成为国际标准还有很长的路要走。RFID在韩国的重要性得到了加强，政府给予了高度重视，但至今韩国在RFID的标准上仍模糊不清。目前，美国、英国、德国、瑞典、瑞士、日本、南非等国家均有较为成熟且先进的RFID产品。,目前RFID产业主要集中在RFID技术应用比较成熟的欧美市场。飞利浦、西门子、ST、TI等半导体厂商基本垄断了RFID芯片市场；IBM、HP、微软、SAP、Sybase、Sun等国际巨头抢占了RFID中间件、系统集成研究的有利位置；Alien、Intermec、Symbol、Transcore、Matrics、Impinj等公司则提供RFID标签、天线、读写器等产品及设备。,2004年国家金卡工程将RFID应用试点列为重点工作，积极而又稳妥地推动其发展,国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）列入相关内容,2006-2020年国家信息化发展战略,2006年国务院15个相关部门达成共识並联合颁布了中国射频识别（RFID）技术政策白皮书,2007年列入当前优先发展的高技术产业化重点领域指南,2007年列入高技术产业发展“十一五”规划,2008年列入国家金卡工程（2008-2013年）发展规划,RFID是二十一世纪最具发展前景和变革力的高新技术，中国政府高度重视其发展。,国内篇,2011年物联网“十二五”发展规划,2009年17个RFID技术相关项目被批准成为国家信息化试点工程项目。,中国RFID的市场规模,2012年全球RFID及应用的市场价值为76.7亿美元，较2011年同期增长了17.8%。预计RFID及应用市场在未来十年会继续稳步增长，保持约20%的增长率。中国RFID产业快速成长，2012年市场规模达236.6亿元人民币，年增长31.7%。2013年中国RFID市场将继续保持快速增长，预计比2012年增长35%左右，我国RFID产业市场规模将达320亿元左右。,物联网射频识别（RFID）技术与应用,1.3.3、RFID的应用现状（1）制造领域（2）物流领域（3）零售领域（4）医疗领域（5）身份识别领域（6）军事领域（7）防伪安全领域（8）资产管理领域（9）交通领域（10）食品领域（11）图书领域（12）动物领域（13）农业领域（14）电力管理领域（15）电子支付领域（16）环境监测领域（17）智能家居领域,1.3.3、RFID的应用现状,中国RFID技术应用现状,中国二代身份证已成为目前全球规模最大的RFID应用之一，截止2008年，中国第二代身份证发行量已经达到9亿多张城市交通一卡通-应用覆盖国内100多个大中型城市，累计发卡约1.2亿RFID电子门票应用发展迅速，2008年北京奥运会门票成功应用RFID技术，实现在6个城市的39个场馆，包括奥运会、残奥会开、闭幕式实名制查验及人员管理。2010年上海世博会采用RFID电子门票，将涉及全世界参观者5000万以上。,中国RFID技术应用现状-票证,中国RFID技术应用现状-车辆,铁道部应用RFID的技术对机车调度及统计实现信息化管理，至今已有55万辆铁路车厢、机车安装了RFID标签，实现了统计的实时化、自动化。北京市环保局应用RFID标签实现城市机动车尾气排放检测管理，目前已经完成150万辆机动车的“绿标”安装，下一步将在全部机动车辆上安装电子标签。全国许多市城实施了ETC不停车收费系统,中国RFID技术应用现状危险品安全追溯,上海完成了400万枚危险品气瓶电子标签标识工作；上海市全市115个气瓶充装单位、35个气瓶检验机构已联网，可实现对气瓶的充装、配送和检验的信息动态管理建成一个面向企业、社会公众和政府监管部门的危险品气瓶、烟花爆竹等危险物品的公共安全监管服务平台，目前正向长三角区域2000万个危化品气瓶管理推广应用；,2008年北京奥运会采用电子标签（HF）实现烟花爆竹的严格监管与安全追溯,中国RFID技术应用现状危险品安全追溯,从生产、运输、仓储及每一个产品燃放点定位的实时监控和管理，为整个活动的安全保障提供了有力的技术支持。,中国RFID技术应用现状-食品安全追溯,在山东、上海等地建立了蔬菜RFID追溯系统，建立了基于RFID技术的猪肉应用示范，实现从养猪场到市场的全程安全追溯，销售加装电子标签的“金牌”猪肉；,中国RFID技术应用现状-烟草,烟草行业已经在全国28个省市自治区的72个库、物流中心实现卷烟电子标签托盘联运，制定出台了行业应用标准：卷烟联运平托盘电子标签应用规范,中国RFID技术应用现状-离散制造业,在汽车（奇瑞）、特种冰箱（海尔）、摩托车制造、航空发动机制造、服装加工得到成功应用，实现生产状态远程监控、配料管理、生产现场管理、质量分析与监控。,中国RFID技术应用现状-高价值商品防伪,在茅台酒、五粮液酒使用特制酒盖的超高频防伪标签实现供应链过程的有效监管，并在生产车间、仓库、物流、销售终端等多个场景开展示范应用,中国RFID技术应用现状-港口集装箱,在上海港、宁波港等港口开展了RFID示范应用。,中国RFID技术应用现状-粮食储运,在粮食储运行业开展RFID应用，实现粮库和粮食流通过程的有效监管,物联网射频识别（RFID）技术与应用,1.3.4、RFID的未来据美国权威咨询机构Forrester预测，到2020年，世界上“物物互联”的业务，跟“人与人通信”的业务相比，将达到301。也有预测这个比例将来可以达到1001甚至10001。欧洲EPOSS在InternetofThingsin2020报告中分析预测，物联网未来的发展将经历4个阶段：2010年之前RFID被广泛应用于物流、零售和制药领域，20102015年实现物体互联，20152020年物体进入半智能化，2020年之后物体进入全智能化。,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,1.4.1RFID基本组成1.RFID系统的构成RFID系统因应用不同其组成会有所不同，但基本都是由电子标签、读写器和系统高层这三大部分组成。,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,（1）电子标签电子标签由芯片及天线组成，附在物体上标识目标对象，每个电子标签具有唯一的电子编码，存储着被识别物体的相关信息。（2）读写器读写器是利用射频技术读写电子标签信息的设备。（3）系统高层复杂的RFID系统会有多个读写器，这需要系统高层处理问题。系统高层是计算机网络系统，数据交换与管理由计算机网络完成。,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,2.RFID系统的分类（1）按照频率分类低频系统、高频系统、微波系统。（2）按照供电方式分类无源供电系统、有源供电系统、半有源供电系统。（3）按照耦合方式分类电感耦合方式、电磁反向散射方式。,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,（4）按照技术方式分类主动广播式、被动倍频式、被动反射调制式。（5）按照保存信息方式分类只读电子标签、一次写入只读电子标签、现场有线可改写式、现场无线可改写式。（6）按照系统档次分类低档系统、中档系统、高档系统。（7）按照工作方式分类全双工和半双工工作方式、时序工作方式。,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,1.4.2电子标签电子标签（Tag）又称为射频标签、应答器或射频卡。电子标签附着在待识别的物品上，每个电子标签具有唯一的电子编码，是射频识别系统真正的数据载体。在RFID系统中，电子标签的价格远比读写器低，但电子标签的数量很大，应用场合多样，电子标签的组成、外形和特点也各不相同。,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,1.电子标签的基本组成一般情况下，电子标签由标签专用芯片和标签天线组成。芯片用来存储物品的数据，天线用来收发无线电波。,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,2.电子标签的结构形式电子标签的结构形式多种多样，有卡片型、环型、钮扣型、条型、盘型、钥匙扣型和手表型等。电子标签可能会是独立的标签形式，也可能会和诸如汽车点火钥匙集成在一起进行制造。,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,（1）卡片型电子标签我国第二代身份证门禁卡（2）标签类电子标签具有粘贴功能钥匙扣型,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,3.电子标签的工作特点（1）低频电子标签的特点低频频率使用自由；电波穿透力强；采用普通CMOS工艺，省电、廉价；有不同封装形式；磁场能产生相对均匀的读写区域。存储数据量小；识别距离近；数据传输速率比较慢，天线价格相对较贵。,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,（2）高频电子标签的特点存贮的数据量增大；用更高的传输速率传送信息；天线的制作更为简单；频段全球都免许可使用。该频率的波长可以穿过大多数的材料，但是会降低读取距离；识别距离近。,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,（3）微波电子标签的特点电子标签与读写器的距离较远；有很高的数据传输速率；可以读取高速运动物体的数据；多个电子标签同时读取。微波穿透力弱。,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,4.电子标签的技术参数标签激活的能量要求；标签信息的读写速度；标签信息的传输速率；标签信息的容量；标签的封装尺寸；标签的读写距离；标签的可靠性；标签的工作频率；5.电子标签的封装纸标签、塑料标签