大唐南京發(fā)電廠 李 劼

1.物聯(lián)網(wǎng)的基本概念

物聯(lián)網(wǎng)(The Internet of things，簡(jiǎn)稱IOT)的概念最早在1999年由美國(guó)麻省理工學(xué)院Auto-ID Center提出，即把所有物品通過(guò)無(wú)線射頻識(shí)別(RFID)等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別和管理。

顧名思義，IOT是“萬(wàn)物互聯(lián)之網(wǎng)”，指通過(guò)射頻識(shí)別(RFID)、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把所有物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)的核心是互聯(lián)網(wǎng)，在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上延伸和擴(kuò)展的一種網(wǎng)絡(luò)；其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間，進(jìn)行信息交換和通信。

2.RFID和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)原理

物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)是無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)(RFID Radio Frequency Identification)，RFID是20世紀(jì)90年代開始興起的一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，是目前比較先進(jìn)的一種非接觸識(shí)別技術(shù)。以簡(jiǎn)單RFID系統(tǒng)為基礎(chǔ)，結(jié)合已有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、中間件技術(shù)等，構(gòu)筑一個(gè)由大量聯(lián)網(wǎng)的閱讀器和無(wú)數(shù)移動(dòng)的標(biāo)簽組成的，比Internet更為龐大的物聯(lián)網(wǎng)成為RFID技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。

RFID通常是由RFID閱讀器(Reader)和RFID標(biāo)簽(Tag)所組成的系統(tǒng)。閱讀器主要負(fù)責(zé)與電子標(biāo)簽的雙向通信，同時(shí)接受來(lái)自于主機(jī)系統(tǒng)的控制指令。其頻率決定了RFID系統(tǒng)工作的頻段，其功率決定了射頻識(shí)別的有效距離，是RFID系統(tǒng)信息控制和處理中心。標(biāo)簽的電氣部分由一個(gè)感應(yīng)天線和專用集成電路組成。標(biāo)簽的ASIC由一個(gè)高速接口、一個(gè)控制單元、一個(gè)8K位EEPROM組成，其讀寫過(guò)程通常由射頻卡與讀寫器之間通過(guò)無(wú)線電波來(lái)完成讀寫操作。其運(yùn)作的原理是利用閱讀器發(fā)射無(wú)線電波，觸動(dòng)感應(yīng)范圍內(nèi)的RFID標(biāo)簽，藉由電磁感應(yīng)產(chǎn)生電流，供應(yīng)RFID標(biāo)簽上的芯片運(yùn)作并發(fā)出電磁波回應(yīng)閱讀器。將標(biāo)簽加貼在商品或者商品包裝上，即可將標(biāo)簽中的信息通過(guò)無(wú)線電波發(fā)射出去，借助閱讀器，就可以獲知貨物的相關(guān)信息和具體位置。

圖1 RFID系統(tǒng)組成

3.RFID技術(shù)的應(yīng)用

RFID技術(shù)最早出現(xiàn)在第二次世界大戰(zhàn)時(shí)期，當(dāng)時(shí)被英國(guó)空軍用于空中戰(zhàn)機(jī)的敵我識(shí)別系統(tǒng)(IFF∶Identification Friend and Foe)。戰(zhàn)后經(jīng)過(guò)幾十年的研究發(fā)展，1981年至1990期間RFID技術(shù)及其產(chǎn)品進(jìn)入商業(yè)應(yīng)用階段，被用于多種封閉式系統(tǒng)。1991年至2000年隨著計(jì)算機(jī)、通信產(chǎn)品的發(fā)展，RFID得到廣泛應(yīng)用。特別是2001年以后至目前，隨著物聯(lián)網(wǎng)概念的推出，RFID產(chǎn)品向低功耗，高性能，低成本發(fā)展，與信息系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)緊密結(jié)合，發(fā)展越來(lái)越快。

目前RFID的應(yīng)用系統(tǒng)研究集中于公共安全、現(xiàn)代物流與供應(yīng)鏈管理兩方面，交通管理、生產(chǎn)管理和控制方面也取得了一定進(jìn)展;電子標(biāo)簽封裝與裝備的研究是共性基礎(chǔ)技術(shù)的薄弱環(huán)節(jié)，一定程度制約了國(guó)內(nèi)電子標(biāo)簽制造業(yè)的發(fā)展壯大。

3.1 軍事部門的運(yùn)用

吸取在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中落后的后勤供給系統(tǒng)的教訓(xùn)，美軍全面改進(jìn)了作戰(zhàn)后勤供應(yīng)系統(tǒng)，成功運(yùn)用RFID技術(shù)用于軍事后勤保障系統(tǒng)。伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)中，美軍將RFID標(biāo)簽貼于軍用物資上，標(biāo)簽內(nèi)包含元件規(guī)格、序列號(hào)等信息，當(dāng)物資通過(guò)安裝在預(yù)置地點(diǎn)的RFID閱讀器時(shí)，便可以完成庫(kù)存信息的自動(dòng)盤點(diǎn)，指揮中心便能夠得到實(shí)時(shí)的物資儲(chǔ)存信息。

3.2 我國(guó)公民第二代身份證中的使用

截止2008年總量高達(dá)10億的我國(guó)居民二代身份證己經(jīng)換發(fā)完畢，這是近年來(lái)RFID在中國(guó)的最大的單項(xiàng)應(yīng)用，在世界范圍內(nèi)也首屈一指。第二代IC卡身份證采用非接觸式的邏輯加密卡，卡與讀卡模塊之間的通訊標(biāo)準(zhǔn)為ISO/IEC14443的TypeB協(xié)議，它們的數(shù)據(jù)傳輸率為106kbps（載波頻率為13.56MHz）。其中存儲(chǔ)了居民的九個(gè)身份信息，包括∶姓名、性別、民族、出生日期、常住戶口所在地住址、公民身份證號(hào)、本人相片、證件的有效期和簽發(fā)機(jī)關(guān)。第二代身份證由于采用了RFID技術(shù)，還可以進(jìn)行非接觸的機(jī)器自動(dòng)閱讀，提高了識(shí)別效率，公安部門可以對(duì)卡內(nèi)信息進(jìn)行更新而不必重新制卡。警察可以在巡查手持移動(dòng)式閱讀器，對(duì)可疑人員的身份證進(jìn)行盤查；有的小區(qū)、寫字樓設(shè)置門禁系統(tǒng)，可以直接用RFID技術(shù)的身份證閱讀器，實(shí)名制進(jìn)出，減少了犯罪率。

3.3 防偽技術(shù)

將射頻識(shí)別技術(shù)應(yīng)用在防偽的領(lǐng)域有它自身的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。利用射頻識(shí)別技術(shù)，廠家、批發(fā)商、零售商之間可以使用唯一的產(chǎn)品號(hào)來(lái)標(biāo)識(shí)產(chǎn)品的身份。生產(chǎn)過(guò)程中在產(chǎn)品上封裝入射頻卡，記載上唯一的產(chǎn)品號(hào)。批發(fā)商、零售商用讀寫器就可以嚴(yán)格檢驗(yàn)產(chǎn)品的合法性。同時(shí)注意利用這種技術(shù)不能改變現(xiàn)行的數(shù)據(jù)管理體制。利用標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品標(biāo)識(shí)號(hào)完全可以做到與已用數(shù)據(jù)庫(kù)體系兼容。

3.4 現(xiàn)代物流倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)中的運(yùn)用

RFID技術(shù)的應(yīng)用對(duì)現(xiàn)代物流管理系統(tǒng)產(chǎn)生了重大影響，全球開放的市場(chǎng)將為RFID帶來(lái)巨大的商機(jī)，2009年，約70%的RFID應(yīng)用都在供應(yīng)鏈產(chǎn)業(yè)中。美國(guó)多家企業(yè)采用RFID技術(shù)，包括零售商沃爾瑪、制造商吉列、強(qiáng)生、寶潔物流行業(yè)的聯(lián)合包裹服務(wù)公司以及政府方面的物流應(yīng)用。尤其是沃爾瑪和美國(guó)國(guó)防部這兩大商品采購(gòu)巨頭產(chǎn)生了龍頭效應(yīng)，美國(guó)的Target，英國(guó)的Tesco，德國(guó)的麥德龍紛紛采用這項(xiàng)新技術(shù)。

4.物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中存在的問(wèn)題

4.1 在技術(shù)層面，主要是缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各國(guó)使用的頻率不統(tǒng)一，編碼方式不統(tǒng)一等?，F(xiàn)在全球范圍內(nèi)沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，雖然己有歐美標(biāo)準(zhǔn)EPCGlobal(Electronic Product Code)、日本標(biāo)準(zhǔn)UID在使用，但它們都還處在不成熟階段，各種標(biāo)準(zhǔn)間互不兼容，由于EPC、UID和ISO的RFID頻率與中國(guó)的GSM網(wǎng)絡(luò)有沖突，因此，我國(guó)RFID的工作頻率長(zhǎng)期沒有確定下來(lái)，這對(duì)RFID產(chǎn)品的互通和發(fā)展造成相當(dāng)大的阻礙。

4.2 在快速移動(dòng)物體上的標(biāo)簽讀取準(zhǔn)確性問(wèn)題，還沒有很好解決。在讀取的準(zhǔn)確度上，尤其是對(duì)靠近液體和金屬等特殊介質(zhì)材料的超高頻標(biāo)簽的讀取差錯(cuò)率還比較高。

4.3 成本是阻礙RFID技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵之一，目前市場(chǎng)上RFID標(biāo)簽芯片價(jià)格大約6角錢，而大規(guī)模推廣RFID要求芯片價(jià)格至少降低到2角錢以下，否則采用RFID技術(shù)所帶來(lái)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)會(huì)被其成本所降低，而采用RFID的成本要由制造商和物流商來(lái)承擔(dān)，這也是現(xiàn)在RFID沒有辦法全面取代條形碼一個(gè)很重要的原因。

4.4 在安全隱私方面，和其他無(wú)線通信產(chǎn)品一樣，由于數(shù)據(jù)是通過(guò)無(wú)線方式進(jìn)行傳輸?shù)?，這就無(wú)法避免安全問(wèn)題，對(duì)于安全問(wèn)題比較理想的方法是在RFID系統(tǒng)中加入加解密算法和認(rèn)證協(xié)議，但是由于涉及到成本的問(wèn)題，RFID應(yīng)用系統(tǒng)還比較少采用復(fù)雜的加密、解密等的算法，所以目前國(guó)內(nèi)外在RFID技術(shù)的應(yīng)用上也沒有一個(gè)比較完善的低成本、高安全性的方案，還處于探索優(yōu)化的解決方案階段。

5.物聯(lián)網(wǎng)讓生活更美好

RFID技術(shù)經(jīng)過(guò)近七十年的發(fā)展，很多技術(shù)難題都被陸續(xù)克服，在過(guò)去十年間，共產(chǎn)生數(shù)千項(xiàng)關(guān)于RFID技術(shù)的專利，成為一種相當(dāng)成熟的應(yīng)用推廣型技術(shù)。2010年上海世博會(huì)，RFID技術(shù)成為“城市讓生活更美好”的焦點(diǎn)。配載RFID技術(shù)的手機(jī)SIM卡得到大規(guī)模的應(yīng)用，可以刷手機(jī)坐地鐵、出租車，到園區(qū)刷手機(jī)買票進(jìn)園，吃飯時(shí)刷手機(jī)消費(fèi)，兼具導(dǎo)航、手機(jī)報(bào)等用途。

未來(lái)RFID技術(shù)可以把感應(yīng)器嵌入和裝備到電網(wǎng)、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統(tǒng)、大壩、油氣管道等各種設(shè)施中，甚至把地球上的每一個(gè)人都“網(wǎng)進(jìn)去”，萬(wàn)事萬(wàn)物與現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)整合起來(lái)，人類可以用更好的方式管理生產(chǎn)和生活，達(dá)到“智慧”狀態(tài)，提高資源利用率和生產(chǎn)力水平，改善人與自然間的關(guān)系。

[1]May Tajima Strategic value of RFID in supply chain management,Journal of Purchasing & Supply Management 13(2007):261-273.

[2]N.C.Wu et al.Challenges to global RFID adoption Technovation 26(2006)1317-1323.

[3]蔣偉.RFID與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)融合關(guān)鍵理論和技術(shù)研究[D].北京郵電大學(xué)博士學(xué)位論文,2008.

[4]楊樺.RFID技術(shù)在國(guó)內(nèi)圖書館的應(yīng)用再思考[J].圖書情報(bào),2009(8).

[5]世博門票RFID技術(shù):讓“物聯(lián)網(wǎng)”走進(jìn)現(xiàn)實(shí)[OL].新華網(wǎng) http://news.xinhuanet.com.

[6]RFID商情網(wǎng).http://www.r fi dsalon.com.