RFID技術(shù)與在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用

李洋

（陜西省電子信息產(chǎn)品監(jiān)督檢驗(yàn)院 陜西 西安 710004）

RFID是Radio Frequency Identification首字母的簡(jiǎn)寫，即無線射頻識(shí)別技術(shù)，俗稱電子標(biāo)簽。該技術(shù)是一項(xiàng)利用射頻信號(hào)通過空間耦合實(shí)現(xiàn)非接觸式信息傳遞，并通過所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的的技術(shù)[1]。作為一種自動(dòng)識(shí)別與數(shù)據(jù)采集技術(shù)快速進(jìn)入制造業(yè)、交通、物流、安檢、軍事等領(lǐng)域并得到廣泛應(yīng)用，且應(yīng)用行業(yè)不斷擴(kuò)大、發(fā)展和完善，正在成為一個(gè)跨專業(yè)的獨(dú)立領(lǐng)域。

物聯(lián)網(wǎng)，顧名思義就是“物物相聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)”，是物體的互聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)的核心依然是互聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用RFID、無線數(shù)據(jù)通信等技術(shù)，借助紅外感應(yīng)器、激光掃描儀、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)等信息設(shè)備，構(gòu)造一個(gè)覆蓋世界上萬事萬物的“Internet of Things”，通過計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)物品的自動(dòng)識(shí)別和信息交換與共享，將互聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)展成人與物之間、物與物之間隨時(shí)隨地交流的網(wǎng)絡(luò)。

1 RFID技術(shù)簡(jiǎn)述

1.1 RFID基本理論

RFID是一種簡(jiǎn)單的無線系統(tǒng)。射頻識(shí)別是信息技術(shù)與無線電技術(shù)在自動(dòng)識(shí)別領(lǐng)域中的結(jié)合，以該技術(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建的射頻識(shí)別系統(tǒng)通常由電子標(biāo)簽、讀寫器、天線組成[2]。射頻識(shí)別系統(tǒng)實(shí)際上是讀寫器與電子標(biāo)簽之間用無線電頻率進(jìn)行通訊的無線通訊系統(tǒng)。

RFID技術(shù)的基本工作原理：在電子標(biāo)簽中存有一定格式的電子數(shù)據(jù)，以此作為待識(shí)別物品的標(biāo)識(shí)性信息。電子標(biāo)簽附在待識(shí)別物品上，讀寫器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號(hào)，當(dāng)射頻卡進(jìn)入發(fā)射天線工作區(qū)域時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流，通過感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的產(chǎn)品信息[3]，系統(tǒng)接收天線接收到從射頻卡發(fā)送來的載波信號(hào)，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到讀寫器，讀寫器對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解碼，然后送到后臺(tái)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理，數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)發(fā)出指令信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。從而，讀寫器通過天線可實(shí)現(xiàn)無接觸地讀取并識(shí)別標(biāo)簽中所保存的電子數(shù)據(jù)，從而達(dá)到自動(dòng)識(shí)別物體的目的。

1.2 RFID的結(jié)構(gòu)及原理

1.2.1 讀寫器

也稱閱讀器，用于讀?。ɑ?qū)懭耄?biāo)簽信息的設(shè)備。讀寫器的收發(fā)距離范圍較大，根據(jù)輸出功率和使用頻率的不同，從幾厘米到幾十米不等。從電路實(shí)現(xiàn)角度來說，讀寫器可分為兩大部分，即射頻模塊與基帶模塊。射頻模塊主要由調(diào)制解調(diào)電路模塊及天線組成，主要功能有兩個(gè)，一是實(shí)現(xiàn)將讀寫器欲發(fā)往射頻標(biāo)簽的命令調(diào)制到射頻信號(hào)上，經(jīng)由發(fā)射天線發(fā)送到射頻標(biāo)簽上，而射頻標(biāo)簽對(duì)照射在其上的射頻信號(hào)做出響應(yīng)。二是實(shí)現(xiàn)將射頻標(biāo)簽返回到讀寫器的回波信號(hào)進(jìn)行加工處理，并從中解調(diào)提取出射頻標(biāo)簽回送的數(shù)據(jù)。

1.2.2 電子標(biāo)簽

也稱射頻標(biāo)簽、射頻識(shí)別。它是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，通過射頻信號(hào)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。由耦合元件及芯片組成，標(biāo)簽含有內(nèi)置天線，用于和射頻天線間進(jìn)行通信，它是射頻識(shí)別系統(tǒng)真正的數(shù)據(jù)載體，由線圈（天線）和存儲(chǔ)有關(guān)應(yīng)用標(biāo)識(shí)信息的存儲(chǔ)器及微電子芯片組成。一般來說射頻標(biāo)簽的主要特點(diǎn)有：體積小、容量大、壽命長(zhǎng)、可重復(fù)利用等特點(diǎn)，可支持快速讀寫、移動(dòng)識(shí)別、多目標(biāo)識(shí)別、定位及長(zhǎng)期跟蹤管理。

1.2.3 天線

用于在電子標(biāo)簽和讀寫器之間傳遞射頻信號(hào)，以控制數(shù)據(jù)的獲取和通訊。天線在射頻標(biāo)簽和讀寫器間發(fā)射電磁波，給射頻標(biāo)簽提供微量能量，并負(fù)責(zé)接收來自射頻標(biāo)簽發(fā)出的射頻信號(hào)。一般而言，天線都會(huì)與讀寫器整合在一起，可設(shè)計(jì)為手持式或固定式。

1.3 RFID的優(yōu)勢(shì)

RFID是一種非接觸式自動(dòng)的無線電射頻識(shí)別技術(shù)，它通過無線射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，操作快捷方便。RFID之所以是一種備受矚目的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，主要因?yàn)樗哂蟹墙佑|，讀取距離遠(yuǎn)；讀寫速度快，可對(duì)高速物體進(jìn)行識(shí)別；穿透力強(qiáng)，可穿過玻璃、布料、木材、塑料等非金屬物體進(jìn)行識(shí)別；耐環(huán)境性好、可在油污、粉塵等惡劣環(huán)境下工作，能夠防水、防磁、耐高溫，不受風(fēng)、雨、雪、霧等天氣影響全天候工作。此外，RFID還具有數(shù)據(jù)的讀寫功能、容易小型化和多樣化的形狀、快速自動(dòng)掃描、耐久性強(qiáng)、可重復(fù)使用、安全保密性高、數(shù)據(jù)的記憶容量大、存儲(chǔ)信息更改自如等優(yōu)點(diǎn)[4]。

2 物聯(lián)網(wǎng)綜述

2.1 物聯(lián)網(wǎng)基本概念

物聯(lián)網(wǎng)是通過RFID射頻識(shí)別技術(shù)、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，進(jìn)行智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。

物聯(lián)網(wǎng)作為一種大規(guī)模的自組織網(wǎng)絡(luò)，其特點(diǎn)包括：傳感器節(jié)點(diǎn)密集布設(shè)、協(xié)作式、自組織、無線通信等。物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，它有兩層意思：第一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)；第二，其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物體與物體之間，進(jìn)行信息交換和通信。

物聯(lián)網(wǎng)體系可劃分為3個(gè)層次：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層[5]。感知層所要解決的是信息的感知與采集，主要包括RFID及其讀寫技術(shù)、傳感器與傳感器網(wǎng)絡(luò)、RFID射頻標(biāo)簽技術(shù)等。網(wǎng)絡(luò)層主要包括各種通信網(wǎng)絡(luò)與物聯(lián)網(wǎng)形成的承載網(wǎng)絡(luò)。承載網(wǎng)絡(luò)主要是現(xiàn)行的通信網(wǎng)絡(luò)，如互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)等，完成物聯(lián)網(wǎng)感知層與應(yīng)用層之間的信息通信與數(shù)據(jù)傳輸。應(yīng)用層主要由各種應(yīng)用系統(tǒng)組成，主要功能包括對(duì)感知層采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯集、轉(zhuǎn)換、分析與共享，以及為用戶提供物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用接口，為各種用戶設(shè)備及終端提供應(yīng)用服務(wù)。

物聯(lián)網(wǎng)是通過智能感知、識(shí)別技術(shù)與普適計(jì)算、廣泛在網(wǎng)絡(luò)的融合應(yīng)用，被稱為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮。與其說物聯(lián)網(wǎng)是網(wǎng)絡(luò)，不如說物聯(lián)網(wǎng)是業(yè)務(wù)和應(yīng)用，物聯(lián)網(wǎng)也被視為互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用拓展。因此應(yīng)用創(chuàng)新是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的核心，以用戶體驗(yàn)為核心的創(chuàng)新是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的靈魂。

2.2 RFID技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用

RFID中的射頻模塊是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，RFID的應(yīng)用是物聯(lián)網(wǎng)的核心。RFID中的射頻模塊主要實(shí)現(xiàn)3大功能：1）通過天線發(fā)射足夠功率的射頻電磁波，以激發(fā)電子標(biāo)簽并為其提供能量；2）對(duì)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，然后將已調(diào)制的信號(hào)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電磁波傳送給標(biāo)簽；3）接收并解調(diào)來自電子標(biāo)簽的射頻信號(hào)。據(jù)RFID射頻模塊功能分析可知，一個(gè)簡(jiǎn)易的RFID包括了：射頻振蕩器、頻率合成器、射頻放大器、功率控制器、射頻天線、射頻接收等與射頻電路有關(guān)的技術(shù)。

射頻識(shí)別技術(shù)優(yōu)勢(shì)很明顯，它可以容納大量數(shù)據(jù)信息，能反復(fù)修改，讀取速度快，識(shí)別的功能、效率也得到了大大提升，可以同時(shí)遠(yuǎn)距離識(shí)別多個(gè)高速運(yùn)動(dòng)的物體，不受惡劣環(huán)境影響，且安全性好。從理論上說，裝上射頻標(biāo)簽后，全世界的物品都將擁有一個(gè)獨(dú)一無二、功能強(qiáng)大、非接觸快速讀取的“身份證”。正是因?yàn)檫@個(gè)特征，它可以被廣泛的應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，如物流過程中的貨物追蹤，信息自動(dòng)采集，倉儲(chǔ)應(yīng)用，港口應(yīng)用，快遞；商品的銷售數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)、補(bǔ)貨、防盜 ；生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、質(zhì)量追蹤、自動(dòng)化生產(chǎn)；旅客機(jī)票，行李包裹追蹤；車輛管理、人員進(jìn)出；物流管理、資產(chǎn)跟蹤識(shí)別、產(chǎn)品核心組件跟蹤識(shí)別、產(chǎn)品核心組件的生命周期管理等各個(gè)領(lǐng)域[6]，RFID技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要組成部分，它的發(fā)展將極大地推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，其應(yīng)用前景不可估量。

3 結(jié) 論

基于RFID的系統(tǒng)顯著特征是操作方便快捷，所以它必然會(huì)為人們所利用，而RFID也將在各行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。但目前國(guó)內(nèi)的RFID產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在一定的障礙，核心問題是成本和標(biāo)準(zhǔn)化；成本偏高是其替代傳統(tǒng)識(shí)別技術(shù)的最大障礙，而國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)遲遲不能夠出臺(tái)，因此難以形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模，沒有規(guī)模反過來就難以降低成本，難以在應(yīng)用行業(yè)形成普及和覆蓋。但是，RFID的種種優(yōu)勢(shì)仍是傳統(tǒng)識(shí)別技術(shù)無法比擬的，我們應(yīng)該積極研究各行業(yè)RFID的應(yīng)用情況，為物聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展汲取經(jīng)驗(yàn)，互相發(fā)展。

隨著物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的臨近，應(yīng)加深RFID技術(shù)的研究，進(jìn)一步推動(dòng)其在各行業(yè)的應(yīng)用。發(fā)展RFID產(chǎn)業(yè)對(duì)提升社會(huì)信息化水平、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展、提高人民生活質(zhì)量等方面都將產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，具有重大戰(zhàn)略意義。如果將其發(fā)展應(yīng)用，就會(huì)有巨大的發(fā)展?jié)摿εc應(yīng)用空間，那么真正的“智慧地球”就會(huì)實(shí)現(xiàn)。

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