物聯網與射頻識別技術應用研究

■渠連恩 青島科技大學

■趙 珊 青島大學醫學院松山醫院

在10年前就已經提出物聯網的概念，物聯網其實質就是把物聯接到網絡上，連接方式是通過射頻技術，紅外技術、無線傳感網絡等方式進行，但是這些設備進行通信必須按照約定的協議進行信息交換，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡概念。物聯網概念定義其實質還是以互聯網為基礎，把互聯網的用戶拓展到物體和物體之間。物聯網的概念的實質有兩層意思：

第一：物聯網是互聯網的延伸和擴展，其核心和基礎仍然是互聯網；

第二：其用戶端不僅僅是個人，還包括任何物品。

一、物聯網的架構

從技術架構上看物聯網可分為三層：感知層、網絡層和應用層，如圖1所示。

圖1 物聯網的架構

1.感知層由二維碼標簽、RFID標簽和讀寫器和各種傳感器以及傳感器網關構成。感知層是物聯網獲取和識別物體層，它從物體中獲取物體的信息，它是物聯網信息采集的來源。

2.網絡層是由通訊與互連網的融合技術，包括信息存儲和查詢，網絡管理等功能，網絡層的感知數據管理與處理技術是實現以數據為中心的物聯網的核心技術，感知數據管理處理技術包括傳感網數據的存儲、查詢、分析、挖掘、和理解以及基于感知數據的決策和行為的理論和技術。

3.應用層是物聯網和用戶（包括人、組織和其他系統）的接口，它與行業需求結合，實現物聯網的智能應用。

二、射頻識別技術

射頻識別技術（RFID）是無線電技術在自動識別領域中的具體應用，RFID技術是通過無線射頻方式進行，通信雙方自動識別實現交換數據，它主要是通過射頻信號進行識別目標對象，并自動獲取物體的相關數據，同時也向后臺的計算機處理系統進行通信，完成相關的數據信息處理。射頻識別技術包括數據的采集，數據的傳輸和數據的處理的功能。

工作原理

當標簽進入磁場以后，標簽接收讀卡器發出的無線射頻信號，標簽內的感應電流所獲取的能量把標簽內存儲的信息發送出去，如果標簽自身有電源標簽就會主動發送某一頻率的信號；解讀器讀取信息并且解碼，然后把信息送到中央信息處理系統，最后由中央信息系統進行數據處理。

射頻識別技術主要是電子標簽和讀寫器之間的信息主要通過無線信號進行穿梭，這種信息傳送的射頻信號分兩種耦合類型。

三、RFID系統組成

RFID系統有標簽、閱讀器、Internet，服務器、中間軟件和計算機數據庫系統。系統通過閱讀器發送信號至電子標簽，電子標簽通過射頻信號驅動內部的電磁電路提供電力，由天線將內部存儲器所儲存的數據傳至閱讀器，經由中介軟件編碼，通過網絡最后再將信息存入對應數據庫。

讀寫器讀出的電子標簽的信息，并采用分布式的系統中間件處理由讀寫器讀取的一連串標簽信息。由于每一個電子標簽上只有唯一代碼，計算機需要知道與該EPC匹配的其它信息，這就需要ONS來提供一種自動化的網絡數據庫服務，EPC中間件將EPC代碼傳給ONS，ONS指示EPC中間件到一個保存著產品文件的服務器（EPCIS）查找，該文件可由EPC中間件復制，因而文件中的產品信息就能傳到供應鏈上，系統的工作流程如圖2所示。

圖2 RFID系統

1.電子標簽

RFID標簽是由耦合元件和芯片組成，它內置天線芯片中寫有能夠被識別的唯一的電子編碼，這種標簽附著在可被識別的物體上，標識目標對象。這種標簽具有持久性的特點，信息接收傳播穿透性強、存儲容量大、種類多的特點。有些標簽支持讀寫功能，目標物體的信息能夠隨時被更新。

2.讀寫器

讀寫器在射頻系統中起著關鍵性的作用，它是整個系統的基礎設施，它與RFID標簽進行信息交換，交換過程中，讀寫器把射頻電磁信號轉化成數字信號，特別是讀寫器進行對信號加工整理，然后從中解調出返回的信息，完成對RFID標簽的識別或讀/寫操作；讀寫器與計算機通訊：上層中間件及應用軟件與讀寫器進行交互，實現操作指令的執行和數據匯總上傳。

3.中間件（middleware）

為實現所采集信息的傳遞與分發而開發的中間件，中間件是一個軟件，它可以接受客戶端發送的請求，可以同時對多個讀寫器進行操作，進行并發處理，并且可以連接一個或者多個后端軟件應用系統連接，它是返回結果數據的特殊化軟件。應用程序使用中間件提供的應用程序接口（API），進行與讀寫器進行通信，讀取RFID標簽數據。

4.應用軟件

主要指企業系統軟件，應用軟件（application software）是直接面向RFID應用最終用戶的人機交互界面，協助使用者完成對讀寫器的指令操作以及對中間件的邏輯設置，逐級將RFID原子事件轉化為使用者可以理解的業務事件，并使用可視化界面進行展示。由于應用軟件需要根據不同應用領域的不同企業進行專門制定，因此很難具有通用性。從應用評價標準來說，使用者在應用軟件端的用戶體驗是判斷一個RFID應用案例成功與否的決定性因素之一。應用軟件也是系統的數據中心，它負責與讀寫器通信，將讀寫器經過中間件轉換之后的數據，插入到后臺企業倉儲管理系統的數據庫中，對電子標簽管理信息、發行電子標簽和采集的電子標簽信息集中進行存儲和處理。

四、RFID射頻設別系統應用示例

港口集裝箱RFID技術的應用，RFID應用系統主要有三部分組成，首先在集裝箱上安裝電子標簽，電子標簽內保存集裝箱信息，并且能夠進行自動識別；其次，在港口區域有無線覆蓋，進行信息傳輸，它可以完成對電子標簽的信息的傳輸，應具有實時性信息交互，并將數據導入TSS運輸安全管理系統；第三部分集裝箱信息實時交換系統，完成后端對集裝箱信息的實時處理和管理，并進行EDI數據交換，以實現起運港和目的港之間的集裝箱信息實時交換。

[1]王忠敏.《EPC技術基礎教程》.北京：中國標準出版社，2004[2]

[2]Easy EPC-ONS. University Of Cambridge，2004

[3]楊玉婷.RFID在零售業的應用研究[J].物流科技，2007，（11）：15.