RFID与物联网技术

摘要：该文简要介绍了RFID与物联网技术，对其所面临的问题进行了分析。

关键词：RFID；物联网；ONS

中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)08-1938-02

RFID and IOT Techniques

SHA Bo

(People's Bank of China, Urumqi Central Branch, Urumqi 830002, China)

Abstract: The paper introduces the RFID and IOT techniques briefly and analyzes the problems these techniques have to face.

Key words: RFID; internet of things; ONS

RFID（无线射频识别）与传统的条形码技术相比，具有抗干扰能力强、信息量大、非视觉范围读写和寿命长等优点，已经广泛应用在交通、物流等领域。而将RFID、EPC（电子产品代码）、互联网三个要素综合到一起的物联网，正在变革着世界产品生产和销售管理模式，被誉为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮。

1 RFID系统

1.1 RFID技术背景与优势

RFID是基于雷达技术发展起来的一种自动识别技术，它利用射频信号或空间耦合（电感或电磁耦合）的传输特性，实现对物体或商品的自动识别。RFID技术自上世纪五十年代以来获得了长足的发展，尤其在2001年以后，在物流和供应管理、生产制造和装配、航空行李处理、动物身份标识等方面得到了广泛的应用。

埃森哲实验室首席科学家弗格森将RFID技术与当前广泛应用的条形码技术进行了对比，认为RFID是一种突破性的技术：它可以识别单个的非常具体的物体，而不是像条形码那样只能识别一类物体；它采用无线电射频可以透过外部材料读取数据，而条形码必须靠激光来读取信息；它还可以同时对多个物体进行识读，而条形码只能一个一个地读；此外，RFID储存的信息量也非常大。

1.2 RFID系统组成

一个典型的RFID系统包括标签、读写器和数据库，如图1。

标签由耦合天线及芯片构成，每个标签具有唯一的电子产品代码（EPC），附着在被标识的物体或对象上。读写器读取或擦写标签信息，可外接天线，用于发送和接受射频信号。中央信息系统（数据库）包括了中间件、信息处理系统、数据库等，用以对读写器读取的标签信息进行处理，其功能涉及到具体的系统应用，如实现信息加密和安全认证等。其工作过程为：读写器在数据管理系统的控制下发送出一定频率的射频信号，标签进入磁场时产生感应电流从而获得能量，并使用这些能量向读写器发送出自身的数据和信息，该信息被读写器接收并解码后送至中央信息管理系统行相关的处理，信息的收集和处理过程都是以无线射频通信方式进行的。

1.3 RFID研究热点

目前，针对RFID的研究主要基于标签成本、统一技术标准、关键技术等。

标签成本是制约RFID大规模应用的瓶颈之一。如图2中所示，标签主要由天线、射频模块、控制模块和存储器四部分组成，标签设计得简单，不能满足安全性的需要，设计得复杂，成本的提升就无法避免。如何在满足安全性要求的前提下又能够控制成本，一直是标签研究的重点。

RFID的发展还受到了标准的限制。各个国家和地区从自身的利益出发，设计了不同的标准体系，这大大限制了RFID技术在全球范围内的应用。目前，已经形成了日本“泛在ID中心”和美国的EPC Globle两大标准组织互不兼容的对抗局面，预计其他许多国家也会陆续制定自己的标准，这些各异的标准使得物品在全球的流通变的异常困难。

尽管RFID已经获得了广泛的应用，但是从总体上看，包括读写器、数据交换与管理系统的很多关键性的技术还不够成熟。主要集中在：频率选择、天线技术、低功耗技术、封装技术、定位与跟踪、防碰撞、安全技术等，其中尤以防碰撞技术研究得最为深入，其具体分类如图2所示。RFID采用无线技术，容易受到干扰，产生碰撞，导致数据读写错误。数据读写错误会导致两种后果：标签收到错误信息，错误地响应读写器命令，造成工作状态混乱或错误地进入休眠状态，又称为标签碰撞；读写器接受标签数据出错，不能正常识别标签或将一个标签判断为另一个标签，称为读写器碰撞。为了防止此类读写错误，设计了两类防碰撞算法。由于读写器相互之间能够通信，所以读写器防碰撞算法的研究相对标签防碰撞算法简单，而标签的防碰撞算法就相对复杂些。

2 物联网

2.1 物联网的定义

物联网英文名称为“The Internet of Things ( IOT )”，翻译成中文即为“物物相连的互联网”，指通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，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。物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通讯。物联网对社会经济发展有着巨大的推动作用：能够推动自动识别技术的快速发展；在整个供应链内对货品进行实时跟踪；通过优化供应链以提供用户支持；提高全球消费者、千家万户的生活质量。

2.2 物联网的组成

物联网由全球产品电子编码体系、RFID系统和信息网络系统组成，如图3所示。

接下来详细解析物联网的各组成部分及功能：

全球产品电子编码（EPC）在世界范围内为每件商品进行唯一标识。EPC编码是由使用协议的版本号、物品的生产厂商代码、物品的分类代码及单个物品的SN序列编号这四部分的数据字段所组成的一组数字，应用较多的主要有64位、96位及256位三种。

物联网中的信息网络系统由本地网络和全球互联网组成，在全球互联网的基础上，通过EPC中间件以及对象命名称解析服务(ONS)和实体标记语言(PML)实现全球“实物互联”。

物联网中，读写器读取标签的EPC代码，应用程序发送EPC代码至ONS并得到URL信息，最后应用程序根据URL从EPCIS处获得物品的PML信息，达到信息管理、流通的功能。ONS为对象解析服务，主要负责将EPC代码解析为物品的名称，借鉴了互联网络中成熟的域名解析服务技术思想，采用DNS的实现原理，并利用DNS构架实现ONS服务，实行分层管理，分级分配，如图4。

PML（实体标记语言）在XML基础上发展起来，设计成用于人及机器都可使用的自然物体的描述标准，是物联网网络信息存储、交换的标准格式。

EPCIS（EPC信息服务）主要负责存储各种类型EPC事件，并对外提供访问接口，为进一步数据交换与应用做准备，由EPCIS查询接口、EPCIS捕获接口、EPCIS捕获应用、EPCIS数据库等组成。

2.3 物联网的发展瓶颈

尽管物联网的发展受到世界各国的空前重视，但是仍然存在着许多问题亟待解决。

1) 物联网的概念尚未统一。物联网的概念从1999年提出距今已有十多年，但初期的发展一直较为缓慢，没有统一的定义，特别是物联网和传感网的概念交替出现时，哪个名称更准确，业界至今都没有达成共识。

2) 缺少完备的标准规范。从物联网的概念诞生起，世界各地都是先从应用出发，根据当地当时的情况开发针对性的应用产品，同时物联网涉及的技术范围很宽，各大企业、研究机构在技术标准上的主导权之争一直没有停止，且愈演愈烈。

3) 可运营可管理物联网的概念尚未形成。 目前针对物联网的应用大都是针对私有网络体系，即闭环结构，有些应用虽然也利用公众通信网实现多点互联，但通信网只是这些应用的管道，没有一个统一中心对众多应用进行互操作和沟通协调。

3 结束语

本文详细介绍了RFID与物联网的相关技术，分别对其架构进行了深入的探讨，分析了其发展过程中存在的问题。RFID与基于RFID技术的物联网正悄然改变着人类的生活，尽管面临着许多技术、政策方面的难题，但我们有理由相信，随着经济的发展和技术的进步，这些难题将会一一得到解决。

参考文献：

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[2] 陆东.无线射频识别技术的应用及发展研究[J].科技资讯,2007(14):103-104.

[3] 宁焕生,王炳辉.RFID重大工程与国家物联网[M].北京:机械工业出版社,2008.