物联网的平衡木

时间:2022-07-14 02:51:42

物联网的平衡木

作为新一代信息技术的高度集成和综合运用,物联网被称为是继计算机、互联网之后世界信息产业的第三次浪潮。当前我国物联网应用建设正如火如荼,但也有不少专家提出我国物联网发展还面临标准、成本、规模化应用三大问题。为此,《中国信息化》专门采访了IEEE会员、美国Enigmatics顾问公司董事长DanielDobkin博士,就物联网的成本、标准、应用进行了解读。

应用的价值

日常生活中,我们经常可以应用到条形码。在超市购物或者在商场买衣服,一刷条码就可以交费、查价,现代护照也包含了13.56MHz的标签,可以通过可读文本编码密钥保护持有人信息。

这些都是无源标签射频识别技术的应用场景。UHF(超高频)标签被广泛使用于标记日用消费品,尤其是女士服装和服装的库存管理中,高频(13.56MHz)标签也被广泛应用于非接触式信用卡上。同时,UHF(超高频)标签也适用于多种利基应用(高度专门化的需求应用)。举个例子来说,卡车或货车拖车装上无源标签后,分流车场召回其他拖车时,有关数据能够被主车场读取。通过这种方式每个拖车位置跟踪的成本都会降低,

无源RFID标签没有自带电源,它通过询问器接收的无线信号为本地电路供电。它自身不能发射无线电,只能调制询问器无线电信号的反射,就像人们用镜面反射太阳光来传送信息一样。有源RFID自带电源,并且也有自身的无线电发射器。此外还有一个介于两者中间的类别,一般可称为半无源、半有源或电池辅助标签,配有为其供电的电池组,但没有无线电发射器,并不像无源标签一样能够散射读卡器的信号。

标签类型的选择取决于使用的范围,成本及功能。无源标签是非常便宜的,但它们的作用范围非常有限。因为它们需要从环境中获取足够的能量来维持标签的运作,同时它们的功能也非常有限。一个小型无源标签只能在几米到20米的范围内被识别(取决于当地无线电的运行规则)。通过增大标签天线或将标签粘到一个专设的金属物体上都可以扩大标签的作用范围。如果在读取的过程中有障碍物,例如金属棚架,大型物体或人,标签的作用范围则会大大缩短。由于不需要电池供电运转,无源标签能够持续运作很长一段时间。因此,无源标签一般被用于标记便宜的对象,如日用消费品,或需长时间持续监测的对象,如机架式服务器、管道或电线杆。

有源标签可以当作无线电发射器,其传输范围能达到几百甚至几千米,取决于它发射功率和途中障碍物的多少。他们可以完成复杂的通信、加密协议以及全网通讯。有源标签经常参与到传感的功能且其本身可能就是传感网络的一部分。但是他们靠电池供电,电池可以使用多久取决于使用的频率和耗电量,一般寿命都可以达到数月或数年。因为有源标签有着较长的作用范围,他们往往能准确标示自身所处的位置,所以协议一般规定了带宽信号以根据信息抵达的时间进行排序。有源标签通常用于定位大范围内价值昂贵的对象,例如港口或轮船上的集装箱,卡车运载的集装箱,或人口密集的大型建筑的紧急通道。

Daniel Dobkin博士表示,在大多应用里,有源标签的应用主要受成本驱动,成本是无法回避且必须面对的因素。有源标签的成本很难像打印条形码一样便宜。并不是因为印刷比硅加工便宜,而是有源标签比条形码复杂得多。现在我们面临的最大挑战是要找到应用、标签/读取器体系结构、软件及系统管理之间的平衡,以符合成本效益。

“在服装的库存管理中,即使是无源标签射频识别技术造价也比较高昂,但使用最少的劳动力去实现良好的库存管理也可以提高效益。在其他类型的产品应用中,例如含水的或水状液体,金属或镀过金属层的塑料可能会给无线信号传输带来更多问题,尤其是当这些货物的物理排列没有得到良好控制的时候,问题会更加突出。在这样的情况下,为了证明其合理性,跟踪的价值必须要比成本高。”他说。

互不兼容的标准

在安全方面,无源标签价格便宜,操作简易并且续航时间长,但是作用范围小,相对而言并不智能。无源标签能执行复杂的加密(如高级加密标准),但这些标签使用的是13.56MHz的励磁,并且作用范围非常短,一般小于0.5米。部分使用13.56MHz标签的智能信用卡能够支持加密;因为信号稍远一点就无法被读取,所以只能提供一些简单的安全措施。作用范围更大的UHF超高频标签(900MHz或2.4GHz)一般没有安全规定或只是采取非常简单、很容易被攻击的安全措施。无源标签不应该包含有那些泄露后会损害标记对象所有者利益的信息。

而在供电条件下的有源标签可以支持完全加密,例如有源标签能够使用恰当的安全加密方法(如SSL安全套接层)来发送传感器信息。然而,越是复杂的方法越需要耗费大量的计算能力,并且我们需要在密钥分配的成本及其生成的安全之间做权衡。

在标准方面,无源标签射频识别有很多标准。纵观历史,存在太多互不兼容的标准是这个领域中的一个重要问题。

Daniel Dobkin博士说,在过去的5年里,UHF标签(约900兆赫兹)几乎全部采用了EPC全球第二代标准(实际上等同于ISO 18000-6c)。这个标准围绕库存管理而设计,并且能够以最小的信息回复碰撞快速处理大量同时存在的标签。它支持辨识信息、部分用户储存器、传感器资料的信息交换,但这个功能并不是专门为常规通信而设计的。

具备RFID功能的护照及其它短程标签使用兼容ISO 14443标准的物理层通讯,但也存在其他不兼容的标准,如ISO 15693等。为高频标签而设的新版ISO标准也逐渐被采纳。有源标签可以使用专用协议,可以采用ISO国际标准化组织的标准或802.15.4/Zigbee、802.11等IEEE协议。但这些协议彼此并不兼容,各有不同的优势与劣势。

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