物联网与EPC与RFID技术.doc

浅议物联网与EPC与RFID技术 作者： 日期：2 浅议物联网与EPCRFID技术1引言随着全球经济一体化和信息技术的发展，顾客个性化需求日益增长，不确定性也大大增加，在贸易物流、生产制造等领域对供应链效率提出了越来越高的要求。由于物品标识和识别技术的落后，造成信息不对称，严重地影响到社会物流效率。1998年麻省理工学院(MIT)的两位教授提出，以射频识别技术(REID)为基础，对所有的货品或物品赋予其唯一的编号方案，来进行唯一的标识。这一标识方案采用数字编码，并且通过实物互联网来实现对物品信息的进一步查询。这一技术设想催生了EPC(产品电子代码)和物联网概念的提出。即利用数字编码，通过一个开放的、全球性的标准体系，借助于低价位的电子标签，经由互联网来实现物品信息的追踪和即时交换处理，在此基础上进一步加强信息的收集、整合和互换，并用于生产和物流决策。2EPCRFID物品识别的基本模型EPCRFID物品识别功能的实现主要由EPC编码标准、RFID电子标签、识读器、Savant网络、对象名解析服务以及EPC信息服务系统等六方面组成。(1)EPC编码。EPC提供对物理对象的唯一标识。储存在EPC编码中的信息包括嵌入信息(EmbeddedInformation)和参考信息(InformationReference)。嵌入信息可以包括货品重量、尺寸、有效期、目的地等。其基本思想是利用现有的计算机网络和当前的信息资源来存储数据，这样EPC就成了一个网络指针，拥有最小的信息量。参考信息其实是有关物品属性的网络信息。(2)RFID电子标签。由天线、集成电路、连接集成电路与天线的部分、天线所在的底层四部分构成。RFID电子标签中存储EPC码。RFID电子标签有主动型、被动型和半主动型三种类型。主动和半主动标签在追踪高价值商品时非常有用，它们可以远距离的扫描，但这种标签每个成本也较高。被动标签相对便宜，正在被积极地研究和推广。(3)识读器。使用多种方式与标签交互信息，近距离读取被动标签中的信息最常用的方法就是电感式耦合。标签利用这个磁场发送电磁波给识读器。这些返回的电磁波被转换为数据信息，即标签的EPC编码。识读器读取信息的距离取决于识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。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305610rn的距离内被读取。(4)Savant系统。每件产品都加上RFID电子标签之后，在产品的生产、运输和销售过程中，识读器将不断收到一连串的EPC码。为了在网上传送和管理这些数据，Auto-ID中心开发了一种名叫Savant的软件系统，它是一个树状结构，这种结构可以简化管理，提高系统运行效率，如图1所示。它可以安装在商店、本地配送中心、区域甚至全国数据中心中，它的主要任务是数据校对、识读器协调、数据传送、数据存储和任务管理。图1典型的Savant系统结构(5)对象名解析服务系统(0NS)。通过将EPC码与相应物品信息进行匹配来查找有关实物的参考信息。比如：当一个识读器读取到EPC标签的信息时，EPC码就传递给Savant系统，然后再在局域网或因特网上利用ONS找到这个产品信息所存储的位置。由ONS给Savant系统指明了存储这个产品的有关信息的服务器，并将这个文件中的关于这个产品的信息传递过来。(6)EPC信息服务。在物联网中，有关产品信息的文件存储在EPC信息服务器中。这些服务器往往由生产厂家来维护。所有产品信息将用一种新型的标准计算机语言物理标记语言(PML)书写，PML是基于为人们广为接受的可扩展标识语言(L)发展而来的。PML文件将被存储在EPC信息服务器上，为其它计算机提供他们需要的文件。(7)EPC码的识读流程。解读器读取一个EPC码，将信息传送给Savant系统，并通过ONS获取与当前所探测到的远程EPC信息服务器的地址，此后Savant向远程的EPC信息服务器发送读取PML数据的请求，EPC信息服务器返回给savant它所请求的PML数据，再由Savant处理新读取的EPC码的内容，其识读流程如图2所示。图2EPC码的识读流程3基于EPCRFID的物联网概念EPCRFID技术是以网络为支撑的大系统，它一方面利用现有的Internet网络资源，另一方面可在世界范围内构建出实物互联网。如图3所示为基于EPCRFID的物联网系统。在这个由RFID电子标签、识别设备、Savant服务器、Internet、0NS服务器、EPC信息服务系统以及众多数据库组成的实物互联网中，识别设备读出的EPC码只是一个指针，由这个指针从Internet找到相应的IP地址，并获取该地址中存放的相关物品信息，交给Savant软件系统处理和管理。由于在每个物品的标签上只有一个EPC码，计算机需要知道与该EPC匹配的其它信息，这就需要用ONS来提供一种自动化的网络数据库服务，Savant将EPC码传给ONS，ONS指示Savant到一个保存着产品文件的EPC信息服务器中查找，Savant可以对其进行处理，还可以与EPC信息服务器和系统数据库交互。图3基于EPCRFID的物联网系统4EPCRFID与条码技术EPCRFID物品识别的目标是为每一物理实体提供唯一标识。它与传统条码技术相比有以下几方面的优点。(1)唯一标识。条码只能识别一类产品，而无法识别单品，因此条码容易伪造。EPC却可以为单品提供唯一标识。(2)读取方便。条码是可视传播技术。即扫描仪必须“看见”条码才能读取它，这表明人们通常必须将条码对准扫描仪才有效。相反，无线电识别并不需要可视传输技术，射频标签只要在识读器的读取范围内就可以了，甚至可以穿过外包装进行识别。这大大减少了人的参与，提高了识别效率。(3)长寿耐用。纸型条码容易破损和受到污染。而RFID电子标签可以应用于粉尘、油污等高污染环境和放射性环境。(4)动态更改。条码信息一旦需要更改就必须重贴，而RFID电子标签中的信息可以编辑，便于更新。(5)可扩展性。RFID电子标签存储的是电子数据。在需要的时候可以改变其中的编码结构，便于升级。(6)RFID电子标签可以设置密码，保密性强。(7)条码技术是为自动结算设计的，虽然现在已经在产品生产和流通的其他环节有一定的应用并取得一定的收益，但是其自身存在的一些问题限制了其在物流领域中发挥更大的作用。虽然EPC/RFID与条码技术相比有巨大的优势，但是条码技术作为一项十分成熟的技术在物联网中仍然可以起到一定的作用。EPC代码实际上是一种编码手段，EPC并没有对其信息载体进行任何限制，我们现在有飞速发展起来的射频识别技术，也有成熟的条码技术，EPC码可以储存在RFID芯片中。同样可以储存在条码中。电子标签广泛采用后的隐私问题和环保问题一直有争论。而EPC在某些产品上采用条码技术，可以有效的解决目前普遍关注的射频标签如何避免隐私的问题、磁污染问题和废弃标签中芯片的处理问题。5物联网与EPC/RFID技术应用展望物联网技术的应用可以使电子商务变得更强大，它使消费者可以在网上查到任何一家商店的任何一件商品，选择起来得心应手。在物流领域，RFID电子标签可以应用于自动仓储库存管理、产品物流跟踪、供应链自动管理、产品装配和生产管理、产品防伪等多个方面。生产组织大量使用RFID电子标签可以提高整个供应链和生产作业管理水平。(1)零售业。今后人们到商场去购物，可能只要将货架上的商品放进购物车，然后推车出门就可以了。因为商店使用了EPCRFID技术，在商店的出口装有RFID识读器，当有人把商品带出去的时候，识读器自动列出所购商品清单并通过结算系统自动在该人的帐户上扣取相应的货款。这一技术还使得人们可以带着自己的物品进入超级市场，因为这些物品上的标签显示它们不属于这家商店，因此出门时也不会带来不必要的麻烦。(2)物流业。货物的清点、查询、发货将变得非常简单和准确。仓库的管理效率更高，用人更少。车辆管理安装了相应系统之后，将有效降低空驶率，并为“智能交通”提供信息管理的平台。(3)制造业。通过将EPC/RFID技术引入企业生产管理，可实现企业生产信息的自动实时录入，准确记录每一产品形成的全部过程和成本发生的因果信息，实现对物品在加工环节及以后的信息追踪和管理。(4)有效防伪。由于消费者可以通过商品标签在网上查到有关商品的几乎全部信息，因此假冒产品将变得更加困难。这一技术对高值物品尤其有利。(5)军事领域。一些国家已经开始在军需物资上使用RFID技术，以加强物资的管理、盘点和查询工作。美国军方早在2O世纪9O年代就开始采用RFID技术用于海湾战争中士兵个人信息识别，美国国防部要求2005年1月1日以后，所有军需物资都要使用RFID电子标签。物联网与EPC/RFID技术的应用推广具有它的必然性、必要性和系统性，国际上已经开始了一些重要的实验性的应用。中国有关部门也已经看到了应用推广物联网与EPCRFID技术的紧迫性和战略性，正在抓紧制定相关标准并在一些企业中进行试点。这一过程需要全社会各行各业的支持，尤其是大企业大公司的支持。6、超高频与低频、高频RFID电子标签的区别一超高频RFID电子标签(UHF)：超高频的射频标签简称为微波射频标签UHF及微波频段的RFID一般采用电磁发射原理工作频率：超高频（902MHz928MHz）符合标准：EPC C1G2（ISO 18000-6C）可用数据区：240位EPC码标签识别符：（TID） 64位工作模式：可读写 天线极化：线极化1.超高频标签的阅读距离大，可达10米以上。2.超高频作用范围广,现最先进的物联网技术都是采用超高频电子标签技术。3.传送数据速度快，每秒可达单标签读取速率170张/秒（EPC C1G2标签）4.标签存贮数据量大。5.超高频电子标签灵活性强，轻易就可以识别得到。6.有很高的数据传输速率，在很短的时间内可以读取大量的电子标签。7.防冲突机制，适合于多标签读取，单次可批量读取多个电子标签。8.电子标签的天线一般是长条和标签状。天线有线性和圆极化两种设计，满足不同应用的需求。9.数据保存时间 10年。10.手持读写器可对超高频电子标签进行读写操作。11.手持读写器可对超高频电子标签进行批量操作。12.手持读写器带CE操作系统，读取超高频电子标签数据时，可通过WIFI、GPRS实时上传至后台数据库。13.手持读写器相当一台PDA电脑，通过读取超高频电子标签数据，可在手持读写器完成读及写动作，且可在手持读写器即时查询标签数据。（如厂家信息、生产批号、生产日期等等）14.超高频电子标签具有全球唯一的ID号，安全保密性强，不易被破解。二低频(LF)和高频(HF)：低频(LF)和高频(HF)频段RFID电子标签一般采用电磁耦合原理高频典型工作频率为13.56MHz。该频段的射频标签，因其工作原理与低频标签完全相同，即采用电感耦合方式工作，所以宜将其归为低频标签类中。另一方面，根据无线电频率的一般划分，其工作频段又称为高频，所以也常将其称为高频标签。工作频率: 低频(125KHz)、高频(13.54MHz）1.低频标签的阅读距离只能在5厘米以内。2.低频作用范围现在主要是运用于低端技术领域范围内，如自动停车场收费和车辆管理系统等等。3.传送数据速度较慢。4.标签存贮数据量较少。5.低频电子标签灵活性差，不易被识别。6.数据传输速率低，在短时间内只可以一对一的读取电子标签。7.只能适合低速、近距离识别应用。8.与超高频电子标签相比，标签天线匝数更多，成本更高一些。9.读取的距离小，低频标签与阅读器之间传送数据时，低频标签需位于阅读器天线辐射的近场区内。低频标签的阅读距离一般情况下小于8厘米。10.读取电子标签数据时只能一对一进行读取。11.手持读写器读取电子标签时不能实时上传数据，必须通过USB连接电脑才能把数据上传至后台。12.手持读写器不能实时查询数据。13.低频电子标签安全保密性差，易被破解。对一个RFID系统来说，它的频段概念是指读写器通过天线发送、接收并识读的标签信号频率范围。从应用概念来说，射频标签的工作频率也就是射频识别系统的工作频率，直接决定系统应用的各方面特性。在RFID系统中，系统工作就像我们平时收听调频广播一样，射频标签和读写器也要调制到相同的频率才能工作。 射频标签的工作频率不仅决定着射频识别系统工作原理（电感耦合还是电磁耦合）、识别距离，还决定着射频标签及读写器实现的难易程度和设备成本。RFID应用占据的频段或频点在国际上有公认的划分，即位于ISM波段。典型的工作频率有：125kHz、133kHz、13.56MHz、27.12MHz、433MHz、902MHz928MHz、2.45GHz、5.8GHz等。 按照工作频率的不同，RFID标签可以分为低频(LF)、高频(HF)、超高频(UHF)和微波等不同种类。不同频段的RFID工作原理不同，LF和HF频段RFID电子标签一般采用电磁耦合原理，而UHF及微波频段的RFID一般采用电磁发射原理。目前国际上广泛采用的频率分布于4种波段，低频(125KHz)、高频(13.54MHz）、超高频（850MHz910MFz）和微波（2.45GHz）。每一种频率都有它的特点，被用在不同的领域，因此要正确使用就要先选择合适的频率。 低频段射频标签，简称为低频标签，其工作频率范围为30kHz300kHz。典型工作频率有125KHz和133KHz。低频标签一般为无源标签，其工作能量通过电感耦合方式从阅读器耦合线圈的辐射近场中获得。低频标签与阅读器之间传送数据时，低频标签需位于阅读器天线辐射的近场区内。低频标签的阅读距离一般情况下小于 1米。低频标签的典型应用有：动物识别、容器识别、工具识别、电子闭锁防盗（带有内置应答器的汽车钥匙）等。 中高频段射频标签的工作频率一般为3MHz30MHz。典型工作频率为13.56MHz。该频段的射频标签，因其工作原理与低频标签完全相同，即采用电感耦合方式工作，所以宜将其归为低频标签类中。另一方面，根据无线电频率的一般划分，其工作频段又称为高频，所以也常将其称为高频标签。鉴于该频段的射频标签可能是实际应用中最大量的一种射频标签，因而我们只要将高、低理解成为一个相对的概念，即不会造成理解上的混乱。为了便于叙述，我们将其称为中频射频标签。中频标签一般也采用无源设主，其工作能量同低频标签一样，也是通过电感（磁）耦合方式从阅读器耦合线圈的辐射近场中获得。标签与阅读器进行数据交换时，标签必须位于阅读器天线辐射的近场区内。中频标签的阅读距离一般情况下也小于1米。中频标签由于可方便地做成卡状，广泛应用于电子车票、电子身份证、电子闭锁防盗（电子遥控门锁控制器）、小区物业管理、大厦门禁系统等。 超高频与微波频段的射频标签简称为微波射频标签，其典型工作频率有433.92MHz、862(902)MHz928MHz、2.45GHz、5.8GHz。微波射频标签可分为有源标签与无源标签两类。工作时，射频标签位于阅读器天线辐射场的远区场内，标签与阅读器之间的耦合方式为电磁耦合方式。阅读器天线辐射场为无源标签提供射频能量，将有源标签唤醒。相应的射频识别系统阅读距离一般大于1m，典型情况为4m6m，最大可达10m以上。阅读器天线一般均为定向天线，只有在阅读器天线定向波束范围内的射频标签可被读/写。由于阅读距离的增加，应用中有可能在阅读区域中同时出现多个射频标签的情况，从而提出了多标签同时读取的需求。目前，先进的射频识别系统均将多标签识读问题作为系统的一个重要特征。超高频标签主要用于铁路车辆自动识别、集装箱识别，还可用于公路车辆识别与自动收费系统中。 以目前技术水平来说，无源微波射频标签比较成功的产品相对集中在902MHz928MHz工作频段上。2.45GHz和5.8GHz射频识别系统多以半无源微波射频标签产品面世。半无源标签一般采用钮扣电池供电，具有较远的阅读距离。微波射频标签的典型特点主要集中在是否无源、无线读写距离、是否支持多标签读写、是否适合高速识别应用，读写器的发射功率容限，射频标签及读写器的价格等方面。对于可无线写的射频标签而言，通常情况下写入距离要小于识读距离，其原因在于写入要求更大的能量。微波射频标签的数据存储容量一般限定在2Kbits以内，再大的存储容量似乎没有太大的意义，从技术及应用的角度来说，微波射频标签并不适合作为大量数据的载体，其主要功能在于标识物品并完成无接触的识别过程。典型的数据容量指标有：1Kbits、128Bits、64Bits等。由Auto-ID Center制定的产品电子代码EPC的容量为90Bits。微波射频标签的典型应用包括移动车辆识别、电子闭锁防盗（电子遥控门锁控制器）、医疗科研等行业。 不同频率的标签有不同的特点，例如，低频标签比超高频标签便宜，节省能量，穿透废金属物体力强，工作频率不受无线电频率管制约束，最适合用于含水成分较高的物体，例如水果等；超高频作用范围广，传送数据速度快，但是比较耗能，穿透力较弱，作业区域不能有太多干扰，适用于监测港口、仓储等物流领域的物品；而高频标签属中短距识别，读写速度也居中，产品价格也相对便宜，比如应用在电子票证一卡通上。 目前，不同的国家对于相同波段，使用的频率也不尽相同。欧洲使用的超高频是868MHz，美国则是915MHz。日本目前不允许将超高频用到射频技术中。 目前在实际应用中，比较常用的是13.