IOT就在身邊——物聯(lián)網(wǎng)的應用現(xiàn)狀與前景探析

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，簡稱IOT)的概念最早在1999年由美國麻省理工學院Auto-ID Center提出，即把所有物品通過無線射頻識別(RFID)等信息傳感設備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實現(xiàn)智能化識別和管理。

顧名思義，IOT是“萬物互聯(lián)之網(wǎng)”，指通過射頻識別(RFID)、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把所有物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡。物聯(lián)網(wǎng)的核心是互聯(lián)網(wǎng)，在互聯(lián)網(wǎng)基礎上延伸和擴展的一種網(wǎng)絡；其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行信息交換和通信。

2.RFID和物聯(lián)網(wǎng)技術原理

物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術是無線射頻識別技術(RFID Radio Frequency Identification)，RFID是20世紀90年代開始興起的一種自動識別技術，是目前比較先進的一種非接觸識別技術。以簡單RFID系統(tǒng)為基礎，結合已有的網(wǎng)絡技術、數(shù)據(jù)庫技術、中間件技術等，構筑一個由大量聯(lián)網(wǎng)的閱讀器和無數(shù)移動的標簽組成的，比Internet更為龐大的物聯(lián)網(wǎng)成為RFID技術發(fā)展的趨勢。

RFID通常是由RFID閱讀器(Reader)和RFID標簽(Tag)所組成的系統(tǒng)。閱讀器主要負責與電子標簽的雙向通信，同時接受來自于主機系統(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別的有效距離，是RFID系統(tǒng)信息控制和處理中心。標簽的電氣部分由一個感應天線和專用集成電路組成。標簽的ASIC由一個高速接口、一個控制單元、一個8K位EEPROM組成，其讀寫過程通常由射頻卡與讀寫器之間通過無線電波來完成讀寫操作。其運作的原理是利用閱讀器發(fā)射無線電波，觸動感應范圍內的RFID標簽，藉由電磁感應產生電流，供應RFID標簽上的芯片運作并發(fā)出電磁波回應閱讀器。將標簽加貼在商品或者商品包裝上，即可將標簽中的信息通過無線電波發(fā)射出去，借助閱讀器，就可以獲知貨物的相關信息和具體位置。

圖1 RFID系統(tǒng)組成

3.RFID技術的應用

RFID技術最早出現(xiàn)在第二次世界大戰(zhàn)時期，當時被英國空軍用于空中戰(zhàn)機的敵我識別系統(tǒng)(IFF∶Identification Friend and Foe)。戰(zhàn)后經過幾十年的研究發(fā)展，1981年至1990期間RFID技術及其產品進入商業(yè)應用階段，被用于多種封閉式系統(tǒng)。1991年至2000年隨著計算機、通信產品的發(fā)展，RFID得到廣泛應用。特別是2001年以后至目前，隨著物聯(lián)網(wǎng)概念的推出，RFID產品向低功耗，高性能，低成本發(fā)展，與信息系統(tǒng)和網(wǎng)絡技術緊密結合，發(fā)展越來越快。

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

3.1 軍事部門的運用

吸取在海灣戰(zhàn)爭中落后的后勤供給系統(tǒng)的教訓，美軍全面改進了作戰(zhàn)后勤供應系統(tǒng)，成功運用RFID技術用于軍事后勤保障系統(tǒng)。伊拉克戰(zhàn)爭中，美軍將RFID標簽貼于軍用物資上，標簽內包含元件規(guī)格、序列號等信息，當物資通過安裝在預置地點的RFID閱讀器時，便可以完成庫存信息的自動盤點，指揮中心便能夠得到實時的物資儲存信息。

3.2 我國公民第二代身份證中的使用

截止2008年總量高達10億的我國居民二代身份證己經換發(fā)完畢，這是近年來RFID在中國的最大的單項應用，在世界范圍內也首屈一指。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準為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）。其中存儲了居民的九個身份信息，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、本人相片、證件的有效期和簽發(fā)機關。第二代身份證由于采用了RFID技術，還可以進行非接觸的機器自動閱讀，提高了識別效率，公安部門可以對卡內信息進行更新而不必重新制卡。警察可以在巡查手持移動式閱讀器，對可疑人員的身份證進行盤查；有的小區(qū)、寫字樓設置門禁系統(tǒng)，可以直接用RFID技術的身份證閱讀器，實名制進出，減少了犯罪率。

3.3 防偽技術

將射頻識別技術應用在防偽的領域有它自身的技術優(yōu)勢。利用射頻識別技術，廠家、批發(fā)商、零售商之間可以使用唯一的產品號來標識產品的身份。生產過程中在產品上封裝入射頻卡，記載上唯一的產品號。批發(fā)商、零售商用讀寫器就可以嚴格檢驗產品的合法性。同時注意利用這種技術不能改變現(xiàn)行的數(shù)據(jù)管理體制。利用標準的產品標識號完全可以做到與已用數(shù)據(jù)庫體系兼容。

3.4 現(xiàn)代物流倉儲系統(tǒng)中的運用

RFID技術的應用對現(xiàn)代物流管理系統(tǒng)產生了重大影響，全球開放的市場將為RFID帶來巨大的商機，2009年，約70%的RFID應用都在供應鏈產業(yè)中。美國多家企業(yè)采用RFID技術，包括零售商沃爾瑪、制造商吉列、強生、寶潔物流行業(yè)的聯(lián)合包裹服務公司以及政府方面的物流應用。尤其是沃爾瑪和美國國防部這兩大商品采購巨頭產生了龍頭效應，美國的Target，英國的Tesco，德國的麥德龍紛紛采用這項新技術。

4.物聯(lián)網(wǎng)建設中存在的問題

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

4.2 在快速移動物體上的標簽讀取準確性問題，還沒有很好解決。在讀取的準確度上，尤其是對靠近液體和金屬等特殊介質材料的超高頻標簽的讀取差錯率還比較高。

4.3 成本是阻礙RFID技術大規(guī)模應用的關鍵之一，目前市場上RFID標簽芯片價格大約6角錢，而大規(guī)模推廣RFID要求芯片價格至少降低到2角錢以下，否則采用RFID技術所帶來的技術優(yōu)勢會被其成本所降低，而采用RFID的成本要由制造商和物流商來承擔，這也是現(xiàn)在RFID沒有辦法全面取代條形碼一個很重要的原因。

4.4 在安全隱私方面，和其他無線通信產品一樣，由于數(shù)據(jù)是通過無線方式進行傳輸?shù)?，這就無法避免安全問題，對于安全問題比較理想的方法是在RFID系統(tǒng)中加入加解密算法和認證協(xié)議，但是由于涉及到成本的問題，RFID應用系統(tǒng)還比較少采用復雜的加密、解密等的算法，所以目前國內外在RFID技術的應用上也沒有一個比較完善的低成本、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技術經過近七十年的發(fā)展，很多技術難題都被陸續(xù)克服，在過去十年間，共產生數(shù)千項關于RFID技術的專利，成為一種相當成熟的應用推廣型技術。2010年上海世博會，RFID技術成為“城市讓生活更美好”的焦點。配載RFID技術的手機SIM卡得到大規(guī)模的應用，可以刷手機坐地鐵、出租車，到園區(qū)刷手機買票進園，吃飯時刷手機消費，兼具導航、手機報等用途。

未來RFID技術可以把感應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、油氣管道等各種設施中，甚至把地球上的每一個人都“網(wǎng)進去”，萬事萬物與現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)整合起來，人類可以用更好的方式管理生產和生活，達到“智慧”狀態(tài)，提高資源利用率和生產力水平，改善人與自然間的關系。

[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與無線網(wǎng)絡融合關鍵理論和技術研究[D].北京郵電大學博士學位論文,2008.

[4]楊樺.RFID技術在國內圖書館的應用再思考[J].圖書情報,2009(8).

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

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