RFID與IPv6技術(shù)融合研究

張鷹+賴文曈

摘要摘要：RFID與IPv6融合可推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)更好地發(fā)展。介紹RFID（Radio Frequency Identification，RFID）的概念和工作原理，結(jié)合IPv6技術(shù)的特點(diǎn)，闡述RFID與IPv6技術(shù)融合的必要性和可行性。

關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：RFID；IPv6；技術(shù)融合

DOIDOI：10.11907/rjdk.143998

中圖分類號(hào)：TP301

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)文章編號(hào)：16727800（2015）004000302

0引言

互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信、RFID（Radio Frequency Identification，RFID）三大信息技術(shù)變革推進(jìn)了全網(wǎng)融合，延伸了各類網(wǎng)絡(luò)體系的邊界，出現(xiàn)了技術(shù)相互融合的趨勢(shì)，未來網(wǎng)絡(luò)將是一個(gè)相互融合、協(xié)同的網(wǎng)絡(luò)。隨著物品信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)逐漸成熟以及無線射頻識(shí)別標(biāo)簽成本的大幅降低，物品電子標(biāo)示代碼標(biāo)準(zhǔn)得到廣泛推廣，逐步形成了一個(gè)物品的互聯(lián)網(wǎng)——“物聯(lián)網(wǎng)”。

本文在介紹RFID技術(shù)及工作原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合RFID應(yīng)用中的問題，探討RFID與IPV6融合的必要性、可行性。

1RFID技術(shù)概述

RFID是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過射頻信號(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)別過程無需人工干預(yù)，實(shí)現(xiàn)條形碼的無線識(shí)別，可以使每個(gè)物品都連上互聯(lián)網(wǎng)[1]。通過RFID技術(shù)，可以輕松在網(wǎng)上對(duì)各種植入RFID芯片的物體進(jìn)行查找、管理。

1.1RFID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

RFID系統(tǒng)一般由電子標(biāo)簽（Tag）、閱讀器（Reader）、天線（Antenna）及外圍計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)組成。其中，標(biāo)簽（Tag）由耦合元件及芯片組成，每個(gè)標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，附著在物品上以標(biāo)識(shí)目標(biāo)對(duì)象，保存物品信息，是RFID技術(shù)的核心[2]；閱讀器讀取標(biāo)簽信息，可設(shè)計(jì)為手持式RFID讀寫器或固定式；天線在標(biāo)簽和讀取器間傳遞射頻信號(hào)。

1.2RFID工作原理

當(dāng)閱讀器進(jìn)入發(fā)射天線工作區(qū)域時(shí)即產(chǎn)生感應(yīng)電流，電子標(biāo)簽獲得能量并被激活，將編碼等信息通過內(nèi)置天線發(fā)送出去；接收天線收到從射頻卡發(fā)送過來的載波信號(hào)后，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到閱讀器，閱讀器對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解碼后送到后臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理；主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運(yùn)算判斷芯片卡的合法性，針對(duì)不同的設(shè)定進(jìn)行相應(yīng)的處理和控制，并發(fā)出指令信號(hào)控制執(zhí)行。閱讀器和電子標(biāo)簽之間射頻信號(hào)的耦合類型有電感耦合（變壓器模型）和電磁反向散射耦合（雷達(dá)原理模型）兩種[3]。

2RFID與IPv6融合的意義

RFID與IPv6融合為物聯(lián)網(wǎng)高效運(yùn)行、智能化創(chuàng)造了基本的技術(shù)條件，融合意義在于：

（1）能有效解決物聯(lián)網(wǎng)中大量的尋址問題。物聯(lián)網(wǎng)中大規(guī)模RFID應(yīng)用需要眾多的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，節(jié)點(diǎn)之間的信息通信涉及大量的尋址問題。RFID和IPv6融合后的地址空間擴(kuò)展到128位，開辟了一個(gè)巨大的地址空間，可以解決IP地址匱乏問題。

（2）能提高物聯(lián)網(wǎng)選路效率。物聯(lián)網(wǎng)需要支持諸多設(shè)備，包括網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、非PC類智能終端、信息家電、游戲終端、網(wǎng)絡(luò)汽車等。這些互相連接的智能終端設(shè)備要高效運(yùn)轉(zhuǎn)，需解決應(yīng)用中的包頭問題。RFID與IPv6融合的物聯(lián)網(wǎng)包頭總長(zhǎng)為40字節(jié)的8個(gè)字段（其中兩個(gè)是源地址和目的地址），使用固定格式的包頭減少了需要檢查和處理的字段數(shù)量。此外，依據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)確定的各類型地址層次結(jié)構(gòu)，可對(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的地址空間進(jìn)行層次性規(guī)劃，既便于路由的快速查找，也有利于路由聚合，降低網(wǎng)絡(luò)地址規(guī)劃難度，使選路效率更高[4]。

（3）能提高物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)質(zhì)量。

通過路由器配置，RFID與IPv6融合的物聯(lián)網(wǎng)報(bào)頭業(yè)務(wù)級(jí)別和數(shù)據(jù)流標(biāo)記可實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級(jí)控制和QoS保障，可使低性能業(yè)務(wù)終端支持物聯(lián)網(wǎng)的語音、視頻、優(yōu)先級(jí)服務(wù)等應(yīng)用。此外，新增流標(biāo)志域，使原宿端能快速處理實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)。通過引入重配置技術(shù)以及自動(dòng)配置技術(shù)，對(duì)IP地址等信息實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增刪更新配置，提高系統(tǒng)管理能力，可實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端在任何時(shí)間以任何方式進(jìn)行互聯(lián)，而且切換時(shí)不必脫離現(xiàn)有連接，很好滿足了物聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)性需求，提高了物聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量。

（4）提升物聯(lián)網(wǎng)智能化管理水平。EPC的載體是RFID電子標(biāo)簽，它通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行信息傳遞，提升物聯(lián)網(wǎng)智能化管理水平。EPC旨在為每一件物品建立全球的、開放的標(biāo)識(shí)標(biāo)準(zhǔn)，可在全球范圍內(nèi)對(duì)單件產(chǎn)品進(jìn)行跟蹤與追溯，從而有效提高供應(yīng)鏈管理水平，降低物流成本[4]。

（5）擴(kuò)展通信網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)、控制功能。RFID與IPv6的結(jié)合，增強(qiáng)了監(jiān)測(cè)和控制的智能化技術(shù)。這是由于IPSec可以無縫地為IP提供安全特性，如提供訪問控制、數(shù)據(jù)源身份驗(yàn)證、數(shù)據(jù)完整性檢查、機(jī)密性保證以及抗數(shù)據(jù)重發(fā)攻擊等，進(jìn)而可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，確保系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，遇突發(fā)情況能及時(shí)處理，同時(shí)可控制數(shù)據(jù)流量，從而實(shí)現(xiàn)控制功能。

（6）催生出新的應(yīng)用，強(qiáng)化兼容性。在RFID與IPv6融合的物聯(lián)網(wǎng)中，需要構(gòu)建全新的電子標(biāo)識(shí)體系，使物聯(lián)網(wǎng)電子標(biāo)簽在新的平臺(tái)上得到運(yùn)用。通過物聯(lián)網(wǎng)追蹤物品，促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)中各種智能終端設(shè)備技術(shù)創(chuàng)新。物品變成了網(wǎng)絡(luò)資源后，會(huì)衍生出許多運(yùn)用，使人們能夠?qū)崟r(shí)掌握信息、傳遞信息，甚至每件物品或設(shè)備之間也可以通過全網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互相通信。

3RFID與IPv6融合的可行性

RFID與IPv6無縫融合在技術(shù)層面具有可行性。具體如下：

（1）擴(kuò)展的編址豐富了RFID的需求。IPv6能夠滿足RFID海量地址資源的要求。IPv6采用128位地址長(zhǎng)度基本上可以不受限制地提供地址，有效解決IPv4空間地址耗盡問題，確保端到端連接的可能性，使RFID全面應(yīng)用具有發(fā)展基礎(chǔ)[7]。

（2）自動(dòng)配置便于即插即用。RFID技術(shù)與IPv6的融合，對(duì)即插即用自動(dòng)配置和地址重新編號(hào)尤為重要。IPv6內(nèi)置地址自動(dòng)配置功能，使大量的RFID終端不用手動(dòng)配置就能發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，并獲得新的唯一的IPv6地址，從而利用因特網(wǎng)RFID設(shè)備實(shí)現(xiàn)即插即用。

（3）簡(jiǎn)化的報(bào)頭格式提供了高效的終端。IPv6的數(shù)據(jù)包遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過64k字節(jié)，使應(yīng)用程序可以利用最大的傳輸單元，獲得更可靠、更快的數(shù)據(jù)傳輸。同時(shí)通過改進(jìn)選路結(jié)構(gòu)；采用簡(jiǎn)化的報(bào)頭定長(zhǎng)結(jié)構(gòu)和合理的分段方法，可提高路由器數(shù)據(jù)包的處理速度，提高轉(zhuǎn)發(fā)效率，從而提高網(wǎng)絡(luò)整體吞吐量，使RFID傳輸更高效[8]。

（4）強(qiáng)制性安全機(jī)制保障端到端的安全傳輸。IPv6對(duì)兩端已建立連接主機(jī)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行IPSec封裝。通過對(duì)通信端的驗(yàn)證和數(shù)據(jù)加密保護(hù)，可以保證端到端的傳輸安全。IPSec協(xié)議為RFID連接隱私的傳遞奠定了基礎(chǔ)，通過無縫的方式保障了安全性，如提供數(shù)據(jù)源身份驗(yàn)證、訪問控制、數(shù)據(jù)完整性檢查、機(jī)密性保障，以抗擊重發(fā)攻擊等[9]。

（5）增強(qiáng)的移動(dòng)IP滿足RFID移動(dòng)運(yùn)用。RFID與IPv6的融合除了要在任何時(shí)間以任何方式相連外，還需在任何地點(diǎn)互聯(lián)。要實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端端到端切換的可移動(dòng)性保持不變，就需要提高結(jié)構(gòu)效率。IPv6不需要外地代理，使用內(nèi)置自動(dòng)配置獲取轉(zhuǎn)交地址，這一點(diǎn)與IPv4不同。此外，為避免IPv4中所要求的三角路由選擇的額外系統(tǒng)開銷，IPv6通過內(nèi)聯(lián)機(jī)制使通信節(jié)點(diǎn)能夠與移動(dòng)節(jié)點(diǎn)直接通信，使IPv6移動(dòng)結(jié)構(gòu)效率大大提高，從而滿足了RFID需要。

（6）IPv6增強(qiáng)了QoS，保證了RFID傳輸服務(wù)質(zhì)量。由于IPv6增加了增強(qiáng)的組播（Multicast）支持和對(duì)流支持（Flow Control），為服務(wù)質(zhì)量控制提供了良好的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，使得RFID有了更廣的發(fā)展機(jī)會(huì)。IPv6報(bào)頭中的業(yè)務(wù)級(jí)別和流標(biāo)記通過路由器配置，可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級(jí)控制和QoS保障。增強(qiáng)的QoS服務(wù)，一方面能滿足RFID應(yīng)用中的實(shí)時(shí)性、優(yōu)先級(jí)等服務(wù)質(zhì)量需求；另一方面，還可以根據(jù)傳感器傳輸需求特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)差異化服務(wù)，合理分配網(wǎng)絡(luò)帶寬[1011]。

4結(jié)語

RFID和IPv6的結(jié)合使網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用更加普及，使人們能享受到全網(wǎng)絡(luò)通信、全網(wǎng)絡(luò)協(xié)同服務(wù)。目前，世界上比較成熟的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中，IPv6最適合物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展需求。我國(guó)正在推動(dòng)IPv6技術(shù)的完善，使之成為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。這樣可以在RFID的發(fā)展中，搶占技術(shù)發(fā)展制高點(diǎn)。IPv6為物聯(lián)網(wǎng)的大規(guī)模應(yīng)用提供強(qiáng)大的技術(shù)支持；反過來，RFID的大規(guī)模應(yīng)用可推動(dòng)IPv6產(chǎn)業(yè)發(fā)展壯大，為下一代互聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模部署IPv6技術(shù)奠定基礎(chǔ)。

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責(zé)任編輯（責(zé)任編輯：陳福時(shí)）