机电一体化课程设计(物联网综述).docx

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1、目 录摘要2第1章 物联网的发展31.1物联网的产生背景31.2国际物联网发展史31.3国内物联网发展史41.4物联网发展现状51.4.1国际物联网发展现状和未来51.4.2我国物联网发展状况6第2章 物联网相关概念及分类62.1相关概念62.2物联网按其应用领域分类6第3章 物联网的优缺点73.1主要优点73.2物联网缺点73.3我国物联网产业现存问题分析83.3.1缺乏核心技术自主知识产权83.3.2行业技术标准缺失83.3.3产业链发展不均衡83.3.4各行业间协作困难多83.3.5盈利模式无经验供借鉴83.3.6用户使用成本壁垒存在9第4章 物联网结构94.1物联网的体系结构94.2物

2、联网技术体系结构10第5章 信息流5115.1信息流传递过程115.2信息流的功能12第6章 支撑物联网的核心技术136.1 RFID自动识别技术136.1.1 RFID的工作原理136.1.2 RFID系统的组成136.1.3 RFID技术特点及应用146.2产品电子标签（EPC）146.2.1 EPC 编码结构156.2.2 EPC 标 签(eTag)156.3 解读器(Reader)166.4 对象名解析服务(ONS)166.4.1 服务过程166.4.2 特殊要求166.4.3 ONS系统架构17第7章 物联网在各领域的运用简介17参考资料23 摘要：您是否想拥有一双“千里眼”，隔过千

3、山万水看到家里是否一切安好；您是否想拥有一对“顺风耳”，倾听一下祖国山河另一端的天籁之音；您是否想拥有一双“火眼金睛”，看看你的宝物是否物有所值；您是否想生活在一个理想王国，和您的每件爱物能够亲切交谈。这些令我们神往的世界，不是梦想，不是童话，在物联网世界里，这一切将伴随我们左右。物联网是继计算机、互联网与移动通信网之后的又一次信息产业革命的浪潮，是一个全新的技术领域。传感网于1999年最先被提出，在“互联网概念”的基础上随后引申为物联网这一概念，将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间，进行信息交换和通信的一种网络概念。物联网将把新一代IT技术充分运用在各行各业之中，具体地说，就是把感应器嵌

4、入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、大坝、油气管道等各种物体中，然后将“物联网”与现有的互联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合，在这个整合的网络当中，存在能力超级强大的中心计算机群，能够对整合网络内的人员、机器、设备和基础设施实施实时的管理和控制，以更加精细和动态的方式管理生产和生活，达到“智慧”状态，提高资源利用率和生产力水平，改善人与自然间的关系。第1章 物联网的发展11.1物联网的产生背景21世纪是一个以网络计算机为核心的信息时代。数字化、网络化与信息化、经济全球化是21世纪的时代特征。随着信息技术的飞速发展，经济全球化不断加快。通过计算机技术、数据通讯和互联网技术实现现

5、代化物流和电子商务已是大势所趋。而现代物流和电子商务的实施离不开信息化的支持，信息化是现代物流及电子商务发展的基础。在物流信息交换、供应链管理等方面，由于信息传递的不及时、信息失真、信息交换错误所造成的损失每年高达数千亿美元。以全球零售业巨头沃尔玛为例，每年由于信息传递问题所造成的缺货率大约是8%左右，如果可以减少1%的缺货率，仅此一项每年就可以给沃尔玛增加10亿美元的收入1。另外，在社会信息化过程中，信息资源剧增，各类信息内容呈爆炸式增长。庞大的信息资源和昂贵的信息成本，使得人们无法独立生产所需要的数据，而必须通过共享来获取资源和必要的信息。那么如何实现实时地信息交流呢？物联网技术就应运而生

6、并迅速发展起来。1.2国际物联网发展史1999年，美国召开的移动计算和网络国际会议提出，传感网是21世纪人类面临的又一个发展机遇，传感网的重要性得到学术界充分的肯定。同年美国麻省理工大学Auto-ID研究中心首次提出：Auto-ID中心的目标就是在Internet的基础上建造一个网络，实现计算机与物品（objects）之间的互联 1999年至2003年，物联网方面的工作局限于实验室中，Auto-ID中心是引领者，这一时期的主要工作集中在物品身份的自动识别，如何减少识别错误和提高识别效率是关注的重点。2004年，日本信息通信产业的主管机关总务省（MIC）提出20062010年间发展任务japan

7、战略，该战略的理念是以人为本，实现所有人与人、物与物、人与物之间的连接，希望能够在2010年将日本建设成一个“实现随时、随地、任何物体、任何人均可连接的泛在网络社会”。2005年11月27日，在突尼斯举行的信息社会峰会上，国际电信联盟（ITU）发布了ITU互联网报告2005：物联网，正式提出了物联网的概念。 2007年EPC行业标准由EPC Global正式发布，为资产、产品和服务在全球的移动、定位和部署带来了前所未有的可见度，标志着EPC发展的一个里程碑。2009年奥巴马就任美国总统后，在与美国工商业领袖举行的圆桌会议上，IBM首席执行官首次提出“智慧地球”的概念，建议政府投资新一代的智慧型

8、基础设施，随后得到美国各界的高度关注，有分析认为，IBM公司的这一构想极有可能上升至美国的国家战略，并在世界范围内产生影响。 2009年9月：Internet of Things An action plan for Europe 欧盟行动计划，具体而务实的强调了RFID的广泛应用，注重信息安全。2009年月，欧盟委员会向欧盟议会、理事会、欧洲经济和社会委员会及地区委员会递交了欧盟物联网行动计划，以确保欧洲在建构物联网的过程中起主导作用。行动计划共包括项内容，主要有管理、隐私及数据保护、“芯片沉默”的权利、潜在危险、关键资源、标准化、研究、公私合作、创新、管理机制、国际对话、环境问题、统计数据

9、和进展监督等一系列工作。1.3国内物联网发展史参与物联网研究的有中科院、中国物品编码中心（ANCC）、中国标准协会、AIM China、复旦大学Auto-ID中国实验室等。中科院早在1999年就启动了传感网的研究和开发。与其它国家相比，我国的技术研发水平处于世界前列，具有同发优势和重大影响力。1999年ANCC完成原国家技术监督局的科研项目新兴射频识别技术研究，制定了作为物联网系统关键技术之一的射频识别技术的技术规范。2002年ANCC开始积极跟踪国际EPC的发展动态，2003年完成EPC产品电子代码课题的研究，出版了条码与射频标签应用指南一书。2003年11月，EPC global成立，在中

10、国我们也成立相应的机构，在中国，由中国物品编码中心管理和实施EPC工作。 EPC global于2004年1月12日授权中国物品编码中心ANCC，是EPCglobal在中国境内的唯一代表2009 年 8 月 温家宝总理在无锡考察传感网产业发展时明确指示要早一点谋划未来，早一点攻破核心技术，并且明确要求尽快建立中国的传感信息中心，或者叫“感知中国”中心。2009年10月底，全国的传感技术科学家以及移动、联动、电信、华为、中兴、大唐、联想等其他行业的大企业代表齐聚无锡，宣布成立中国传感网产业联盟；2010年是物联网热点不断、亮点迭出、观点纷呈的一年。物联网作为战略性新兴产业在政府的高度重视下迅速推

11、进，首次进入政府工作报告，并列为国家“十二五信息化规划”重大专项，各省市积极推出了物联网产业发展规划。2010年3月，海南、广东、武汉等省市相继开展物联网应用的研究与实践，海南省计划将物联网应用与该省国际旅游业相结合；广东省以整合物联网零散应用形式推进物联网商用。中国工程院副院长、院士邬贺铨表示，中国物联网产业正进入“百花齐放”和“应用启动”阶段。目前：经国家标准化管理委员会批准，全国信息技术标准化技术委员会组建了传感器网络标准工作组，标准工作组现聚集了中国科学院、中国移动通信集团公司等国内传感网主要的技术研究和应用单位。1.4物联网发展现状1.4.1国际物联网发展现状和未来从国际上看，欧盟、

12、美国、日韩等国都十分重视物联网的发展，并且已作了大量研究开发和应用工作。如美国已把它当成重振经济的法宝，所以非常重视物联网和互联网的发展，它的核心是利用信息通信技术（ICT）来改变美国未来产业发展模式和结构（金融、制造、消费和服务等），改变政府、企业和人们的交互方式以提高效率、灵活性和响应速度。把ICT技术充分应用到各行各业，把感应器嵌入到全球每个角落，例如电网、交通（铁路、公路、市内交通、相关设备、工具）等物体上。并利用网络和设备收集的大量数据通过云计算、数据仓库和人工智能技术作出分析给出解决方案。把人类智慧赋予万物，赋予地球。美国提出“智慧地球、物联网和云计算”就是想要作为新一轮IT技术革

13、命的领头羊的证明。美国政府在经济刺激计划中提出数百亿美元支持物联网发展，支持IBM的“智慧地球”，目前美国在RFID、FPCglobal已取得主导地位，而国防部开展的“智能微尘”更是在军事、民用两大方面对物联网进行全面控制。在欧盟方面，按欧盟专家的说法，欧盟发展物联网先于美国，事实上欧盟围绕物联网技术和应用作了不少创新性工作。2009年布置的欧盟物联网行动计划（Internet of thingsAn action plan for Europe）其目的也是企图在“物联网”的发展上引领世界。在欧盟较为活跃的是各大运营商和设备制造商，他们推动了M2M（机器与机器）的技术和服务的发展，同年又推出了

14、欧盟物联网战略研究线路图。再看亚洲日韩方面，均在2004年启动泛在网国家战略，物联网被纳入国家整体发展重点规划内容，把物联网应用、基础设施和技术产业发展列入其优先行动议程。美国很多大学在无线传感器网络方面已开展了大量工作，如加州大学洛杉矶分校的嵌入式网络感知中心实验室、无线集成网络传感器实验室、网络嵌入系统实验室等。另外，麻省理工学院从事着极低功耗的无线传感器网络方面的研究；奥本大学也从事了大量关于自组织传感器网络方面的研究，并完成了一些实验系统的研制；宾汉顿大学计算机系统研究实验室在移动自组织网络协议、传感器网络系统的应用层设计等方面做了很多研究工作；州立克利夫兰大学（俄亥俄州）的移动计算实

15、验室在基于IP的移动网络和自组织网络方面结合无线传感器网络技术进行了研究。除了高校和科研院所之外，国外的各大知名企业也都先后参与开展了无线传感器网络的研究。克尔斯博公司是国际上率先进行无线传感器网络研究的先驱之一，为全球超过2000所高校以及上千家大型公司提供无线传感器解决方案；Crossbow公司与软件巨头微软、传感器设备巨头霍尼韦尔、硬件设备制造商英特尔、网络设备制造巨头、著名高校加州大学伯克利分校等都建立了合作关系。IBM提出的“智慧地球”概念已上升至美国的国家战略。2009年，IBM与美国智库机构向奥巴马政府提出通过信息通信技术（ICT）投资可在短期内创造就业机会，美国政府只要新增30

16、0亿美元的ICT投资（包括智能电网、智能医疗、宽带网络三个领域），鼓励物联网技术发展政策主要体现在推动能源、宽带与医疗三大领域开展物联网技术的应用。美国权威咨询机构forrester预测，到2020年，世界上物物互联的业务，跟人与人通信的业务相比，将达到30比1，因此，物联网被称为是下一个万亿级的信息产业。1.4.2我国物联网发展状况出“在传感网发展中，要早一点谋划未来，早一点攻破核心技术”，“在国家重大科技专项中，加快推进传感网发展”，“尽快建立中国的传感信息中心，或者叫感知中国中心”。江苏省委省政府接到指示后认真落实总理的要求，热情拥抱“物联网”，突出抓好平台建设和应用示范工作，并迅速形成

17、了研发安全感与产业突破的先发优势。无锡市则作出部署：举全市之力，抢占新一轮科技革命制高点，把无锡建成传感网信息技术的创新高地、人才高地和产业高地。2009年，无锡传感网中心的传感器产品在上海浦东国际机场和上海世博会被成功应用，首批价值1500万元的传感安全防护设备销售成功，这套设备由10万个微小的传感器组成，散布在墙头墙角墙面和周围道路上。传感器能根据声音、图像、震动频率等信息分析判断，爬上墙的究竟是人还是猫狗等动物。多种传感手段组成一个协同系统后，可以防止人员的翻越、偷渡、恐怖袭击等攻击性入 第2章 物联网相关概念及分类22.1相关概念传感网：借助于各种传感器，探测和集成包括温度、湿度、压力

18、、速度等物质现象的网络，也是温总理“感知中国”提法的主要依据之一；“物联网”（Internet of Things）指的是将各种信息传感设备，如射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络。把任何物品与互联网连 接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。EPC：是一种电子标签，他是电子标签超高频率的射频标签，广义的EPC系统是指在全球统一的编码系统基础之上，利用互联网和RFID技术形成广义的技术体系。RFID：RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相

19、关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。RFID是一种简单的无线系统，只有两个基本器件，该系统用于控制、检测和跟踪物体。系统由一个询问器(或阅读器)和很多应答器(或标签)组成。2.2物联网按其应用领域分类M2M平台 智能文博 智能校园 智能物流 智能农业 智能司法 智能交通 智能环保 智能城市 智能医疗 智能家居第3章 物联网的优缺点33.1主要优点物联网用途广泛，遍及智能交通、物流管理、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、老人护理、个人健康、花卉栽培、水系监测、食品溯源、敌情侦查和情报搜集等

20、多个领域。物联网把新一代IT技术充分运用在各行各业之中，具体地说，就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，然后将“物联网”与现有的互联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合，在这个整合的网络当中，存在能力超级强大的中心计算机群，能够对整合网络内的人员、机器、设备和基础设施进行实时的管理和控制，在此基础上，人类可以以更加精细和动态的方式管理生产和生活，达到“智慧”状态，提高资源利用率和生产力水平，改善人与自然间的关系3.2物联网缺点安全问题：在射频识别系统中，标签有可能预先被嵌入任何物品中，比如人们的日常生活物品中，但由于该物品（比如衣

21、物）的拥有者，不一定能够觉察该物品预先已嵌入有电子标签以及自身可能不受控制地被扫描、定位和追踪，这势必会使个人的隐私问题受到侵犯。这样的安全问题进一步发展，甚至可以关系到单位，企业甚至国家的机密。因此，安全问题是物联网技术发展所需要解决的关键问题之一。政策和法规及管理问题：物联网不是一个小产品，也不是只是一个小企业可以做出来，做起来，它不仅需要技术，它更是牵涉到各个行业，各个产业，需要多种力量的整合。这就需要国家的产业政策和立法上要走在前面，要制定出适合这个行业发展的政策和法规，保证行业的正常发展。技术标准问题：物联网发展过程中，传感、传输、应用各个层面会有大量的技术出现，可能会采用不同的技术

22、方案。如果各行其是，那结果是灾难的，大量的小而破的专用网，相互无法连通，不能进行联网，不能形成规模经济，不能形成整合的商业模式，也不能降低研发成本。因此，尽快统一技术标准，形成一个管理机制，这是物联网马上就要面对的问题。3.3我国物联网产业现存问题分析3.3.1缺乏核心技术自主知识产权在物联网技术发展产品化的过程中，我国一直缺乏一些关键技术的掌握，所以产品档次上不去，价格下不来。缺乏RFID等关键技术的独立自主产权这是限制中国物联网发展的关键因素之一。3.3.2行业技术标准缺失 目前行业技术主要缺乏以下两个方面标准：接口的标准化；数据模型的标准化。虽然我国早在2005年11月就成立了RFID产

23、业联盟，同时次年又发布了中国射频识别(RFID)技术政策白皮书，指出应当集中开展RFID核心技术的研究开发，制定符合中国国情的技术标准。但是，现在我们可以发现，中国的RFID产业仍是一片混乱。技术强度固然在增强，但是技术标准却还如镜中之月。正如同中国的3G标准一样，出于各方面的利益考虑，最后中国的3G有了三个不同的标准。物联网的标准最终怎样，只能等时间来告诉我们答案了。 3.3.3产业链发展不均衡 和美国相比，国内物联网产业链完善度上还存在着较大差距。虽然目前国内三大运营商和中兴华为这一类的系统设备商都已是世界级水平，但是其他环节相对欠缺。物联网的产业化必然需芯片商、传感设备商、系统解决方案厂

24、商、移动运营商等上下游厂商的通力配合，所以要在我国发展物联网，在体制方面还有很多工作要做，如加强广电、电信、交通等行业主管部门的合作，共同推动信息化、智能化交通系统的建立。加快电信网，广电网，互联网的三网融合进程。产业链的合作需要兼顾各方的利益，而在各方利益机制及商业模式尚未成型的背景下，物联网普及仍相当漫长。3.3.4各行业间协作困难多 物联网应用领域十分广泛，许多行业应用具有很大的交叉性，但这些行业分属于不同的政府职能部门，要发展物联网这种以传感技术为基础的信息化应用，在产业化过程中必须加强各行业主管部门的协调与互动，以开放的心态展开通力合作，打破行业、地区、部门之间的壁垒，促进资源共享，

25、加强体制优化改革，才能有效的保障物联网产业的顺利发展。 3.3.5盈利模式无经验供借鉴 物联网分为感知，网络，应用三个层次，在每一个层面上，都将有多种选择去开拓市场。这样，在未来生态环境的建设过程中，商业模式变得异常关键。对于任何一次信息产业的革命来说，出现一种新型而能成熟发展的商业盈利模式是必然的结果，可是这一点至今还没有在物联网的发展中体现出来，也没有任何产业可以在这一点上统一引领物联网的发展浪潮。 目前物联网发展直接带来的一些经济效益主要集中在与物联网有关的电子元器件领域，如射频识别装置、感应器等等。而庞大的数据传输给网络运营商带来的机会以及对最下游的如物流及零售等行业所产生的影响还需要

26、相当长时间的观察。 3.3.6用户使用成本壁垒存在 物联网产业是需要将物与物连接起来并且进行更好的控制管理。这一特点决定了其发展必将会随着经济发展和社会需求而催生出更多的应用。所以，在物联网传感技术推广的初期，功能单一，价位高是很难避免的问题。因为，电子标签贵，读写设备贵，所以，很难形成大规模的应用。而由于没有大规模的应用，电子标签和读写器的成本问题便始终没有达到人们的预期。成本高，就没有大规模的应用，而没有大规模的应用，成本高的问题就更难以解决。如何突破初期的用户在成本方面的壁垒成了打开这一片市场的首要问题。所以在成本尚未降至能普及的前提下，物联网的发展将受到限制。第4章 物联网结构44.1

27、物联网的体系结构物联网的体系结构可以分为三个层次：泛在化末端感知网络、融合化网络通信基础设施与普适化应用服务支撑体系。人们也经常将它们称为感知层、网络层、应用层。（1）泛在化末端感知网络：泛在化末端感知网络的主要任务是信息感知。（2）融合化网络通信基础设施：融合化网络通信基础设施的主要功能是实现物联网的数据传输。目前能够用于物联网的通信网络主要有互联网、无线通信网与卫星通信网、有线电视网。（3）普适化应用服务支撑体系：普适化应用服务支撑体系的主要功能是物联网的数据处理与应用 图41 物联网体系结构4.2物联网技术体系结构从物联网技术体系结构角度解读物联网，可以将支持物联网的技术分为四个层次：感

28、知技术、传输技术、支撑技术与应用技术。图42 物联网技术体系结构（1）感知技术感知技术是指能够用于物联网底层感知信息的技术，它包括RFID与RFID读写技术、传感器与传感器网络、机器人智能感知技术、遥测遥感技术以及IC卡与条形码技术等。（2）传输技术传输技术是指能够汇聚感知数据，并实现物联网数据传输的技术，它包括互联网技术、地面无线传输技术以及卫星通信技术等。（3）支撑技术支撑技术是指用于物联网数据处理和利用的技术，它包括云计算与高性能计算技术、智能技术、数据库与数据挖掘技术、GIS/GPS技术、通信技术以及微电子技术等。（4）应用技术应用技术是指用于直接支持物联网应用系统运行的技术，它包括物

29、联网信息共享交互平台技术、物联网数据存储技术以及各种行业物联网应用系统。第5章 信息流55.1信息流传递过程信息流的广义定义是指人们采用各种方式来实现信息交流，从面对面的直接交谈直到采用各种现代化的传递媒介，包括信息的收集、传递、处理、储存、检索、分析等渠道和过程。信息流在由EPC标签、解读器、Savant服务器、Internet、ONS服务器、PML服务器以及众多数据库组成的EPC物联网中，解读器读出的EPC只是一个信息参考（编码），该信息经过网络，传到ONS服务器，找到该EPC对应的IP地址并获取该地址中存放的相关的物品信息。而采用分布式Savant软件系统处理和管理由解读器读取的一连串E

30、PC信息，Savant将EPC传给ONS，ONS指示Savant到一个保存着产品文件的PML服务器查找，该文件可由Savant复制，因而文件中的产品信息就能传到供应链上信息流可以说是流通体系的神经，它是流通体系存在和运动的内在机制，在商品流通过程中具有十分重要的作用。 图51 物联网中的信息流传递过程5.2信息流的功能联接功能流通过程是作为一个整体的运动，即体系的运动来实现的。流通体系又是各种要素的集合，不同的要素之所以能形成集合，是靠信息把它们联接在一起的。在流通体系申不同主体之间的关系，从本质上讲是交换关系。买卖双方是通过信息的交流了解对方的意愿，连结在一起。没有信息交流，买和卖永远不会结

31、合起来。买卖交易的实现，流通过程的顺利进行，仍然要依靠信息流把一个个孤立的环节，连结成为连续不断的有序活动。我们在上一节已经说明，流通信息产生于流通过程，是流通活动的客观反映。每一个主体都是依据它所接收到的信息从事活动，它所进行的活动又表现为一定的信息传递出去，被其他主体接收，成为其他主体活动的依据。如此循环往复，形成了流通体系的有机联系和运动。 信息流不仅具有连结流通体系的功能，而且具有沟通流通体系与外部系统和环境的功能。流通体系不是孤立的系统，它处在社会经济的大系统之中，是大系统的组戊部分。其它系统构成流通体系的外部系统和外部环境，影响着流通体系的运动。流通体系反过来也影响其它系统的运动。

32、不同系统之间的相互影响和联系，同样是靠信息来联接的 调控功能信息流的调控功能产生于联接功能。我们在前面已经指出，流通信息是能够被人类理解、接收和利用的信息，是经过一定程度处理的信息。因此，信息在联接要素的时候，所反映的客观内容就是流通当事人行为的状态和结果。这样，在当事人之间就产生了一个过程，每一个当事人都取得其他当事人的信息，这些信息会影响他的行动和后果，而他的信息同时也影响相互联系的其他当事人行为，信息的变化将会使当事人行为发生变化，这就是信息流的调控功能。 第6章 支撑物联网的核心技术6物联网涉及到的关键性的应用技术：RFID技术、传感器、通信技术以及终端数据智能处理技术等等。RFID被

33、公认为是物联网的构建基础和核心。6.1 RFID自动识别技术 该技术作为物体的“身份证”，它由标签、阅读器和天线三部分组成，作为物联网的关键技术之一，它利用无线射频方式在阅读器和射频卡之间进行非接触双向数据传输，以达到目标识别和数据交换的目的；通过采集物品的信息，并给它贴上特定的 标签，通过无线数据通信网络把它们自动采集到中央信息系统，实现物品 (商品)的识别，进而通过开放性的计算机网络实现信 息交换和共享，实现对物品的“透明”管理。RFID具有识读距离远、识读速度快、不受环境限制、可读写性好、可同时识读多个物品等优点，随着RFID技术的不断进步，成本的不断降低，RFID技术开始进入物流、供应

34、链管理领域。6.1.1 RFID的工作原理标签进入磁场后，如果接收到阅读器发出的特殊射频信号，就能凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(即 Passive Tag，无源标签或被动标签)，或者主动发送某一频率的信号(即Active Tag，有源标签或主动标签)，阅读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。6.1.2 RFID系统的组成射频识别系统至少应包括以下两个部分，一是读写器，二是电子标签(或称射频卡、应答器等，本文统称为电子标签)。另外还应包括天线，主机等。RFID系统在具体的应用过程中，根据不同的应用目的和应用环境，系统的组成会有所不同，但从RFID系统的工

35、作原理来看，系统一般都由信号发射机、信号接收机、发射接收天线几部分组成。下面分别加以说明：信号发射机在RFID系统中，信号发射机为了不同的应用目的，会以不同的形式存在，典型的形式是标签(TAG)。标签相当于条码技术中的条码符号，用来存储需要识别传输的信息，另外，与条码不同的是，标签必须能够自动或在外力的作用下，把存储的信息主动发射出去。 信号接收机在RFID系统中，信号接收机一般叫做阅读器。根据支持的标签类型不同与完成的功能不同，阅读器的复杂程度是显著不同的。阅读器基本的功能就是提供与标签进行数据传输的途径。另外，阅读器还提供相当复杂的信号状态控制、奇偶错误校验与更正功能等。标签中除了存储需要

36、传输的信息外，还必须含有一定的附加信息，如错误校验信息等。识别数据信息和附加信息按照一定的结构编制在一起，并按照特定的顺序向外发送。阅读器通过接收到的附加信息来控制数据流的发送。一旦到达阅读器的信息被正确的接收和译解后，阅读器通过特定的算法决定是否需要发射机对发送的信号重发一次，或者知道发射器停止发信号，这就是命令响应协议。使用这种协议，即便在很短的时间、很小的空间阅读多个标签，也可以有效地防止欺骗问题的产生。 编程器只有可读可写标签系统才需要编程器。编程器是向标签写入数据的装置。编程器写入数据一般来说是离线(OFF-LINE)完成的，也就是预先在标签中写入数据，等到开始应用时直接把标签黏附在

37、被标识项目上。也有一些RFID应用系统，写数据是在线(ON-LINE)完成的，尤其是在生产环境中作为交互式便携数据文件来处理时。 天线天线是标签与阅读器之间传输数据的发射、接收装置。在实际应用中，除了系统功率，天线的形状和相对位置也会影响数据的发射和接收，需要专业人员对系统的天线进行设计、安装。6.1.3 RFID技术特点及应用采用RFID最大的好处是可以对企业的供应链进行高效管理，以有效地降低成本。因此对于供应链管理应用而言，射频技术是一项非常适合的技术。RFID技术标签成本低廉，但RFID一般不具备数据采集功能，多用来进行物品的身份甄别和属性的存储，且在金属和液体环境下应用受限，RFID技

38、术属于物联网的信息采集层技术。目前RFID在汽车、火车等交通监控，高速公路自动收费系统，仓储管理，安全检查，车辆防盗等方面得到应用，从而引起全球各界的广泛关注。成熟的RFID技术应用于新生的EPC系统，将极大拓展RFID技术的应用领域，使RFID技术特别是RFID标签市场带来迅猛增长。6.2产品电子标签（EPC）EPC是一种新型的射频识别标签，每个标签包含唯一的电子产品代码，可以对所有实体对象提供唯一有效的标识。它利用计算机自动地对物品的位置及其状态进行管理，并将信息充分应用于物流过程中，详细掌握从企业流向消费者的每一件商品的动态和流通过程，这样可以对具体产品在供应链上进行跟踪。EPC的出现有

39、其历史必然，在EPC出现之前，条码作为一种最常见的自动识别技术，在全世界得到了广泛的推广和应用。20世纪70年代，商品条码的出现引发了商业的第一次革命，实现了数据的准确采集、信息的及时交换，几乎每个人都享受到了条码技术带来的便捷和好处，员工的劳动强度大大减轻，顾客购物的自由度和舒适度大大提高，商家管理水平大幅度提高的同时也获得了巨大的经济效益。EPC 系统的最终目标是为每一单品建立全球的、开放的标识标准。通过 EPC 系统的发展：（1）能够推动自动识别技术的快速发展；（2）通过整个供应链对货品进行实时跟踪； （3）通过优化供应链来给用户提供支持；（4）提高全球消费者的生活质量；EPC代码作为产

40、品信息沟通的纽带，通过识别承载EPC代码信息的RFID标签，利用计算机互联网，实现整个供应链中物品的自动识别和信息交换与共享，进而实现对物品的透明化管理。EPC与自动识别之间有着密切的联系。 技术特性：EPC标签芯片的面积不足1平方毫米，可实现二进制96（128）字节信息存储，它的标识容量很大，意味着每类产品的每个单品都能分配一个标识身份的唯一电子代码。EPC系统射频标签与视频识读器之间是利用无线感应方式进行信息交换的，因此可以进行无接触识别。EPC1秒钟可以识别50150件物品6.2.1 EPC 编码结构EPC 编码将是新一代的与UPC 兼容的新的编码标准，在EPC 系统中EPC编码与现行G

41、TIN 相结合，因而EPC 并不是取代现行的条码标准，而是由现行的条码标准逐渐过渡到EPC 标准或者是在未来的供应链中EPC 和EAN.UCC系统共存。EPC 是存储在射频标签中的唯一信息且已经得到UCC 和国际EAN的支持。目前，其还与其它国家、国际的贸易集团和标准机构进行合作。EPC 的目标是为每一物理实体提供唯一标识，它是由一个头字段和另外三段数据（依次为EPC 管理者、对象分类、序列号）组成的一组数字。其中头字段标识EPC 的版本号，它使得以后的EPC 可有不同的长度或类型；EPC 管理者是描述与此EPC 相关的生产厂商的信息，例如“可口可乐公司”；对象分类记录产品精确类型的信息。目前

42、，EPC 的位数有64 位、96 位或者更多位。为了保证所有物品都有一个EPC 并使其载体标签成本尽可能降低，建议采用96 位，这样它可以为2.68亿个公司提供唯一标识，每个生产厂商可以有1600 万个对象分类并且每个对象分类可有680 亿个序列号，这对未来世界所有产品已经十二分的够用了。鉴于当前不用那么多序列号，所以只采用64 位EPC，这样会进一步降低标签成本。至今已经推出EPC-96型、EPC-64型、型、型等编码方案。6.2.2 EPC 标 签(eTag)EPC 标签基本构造及原理：EPC 标签由天线、集成电路、连接集成电路与天线的部分、天线所在的底层四部分构成。96 位或者64 位产

43、品电子码是存储在RFID 标签中的唯一信息。EPC 标签有主动型，被动型和半主动型三种类型。主动型RFID 标签有一个电池，这个电池为微芯片的电路运转提供能量，并向解读器发送信号（同蜂窝电话传送信号到基站的原理相同）；被动型标签没有电池，相反，它从解读器获得电能。解读器发送电磁波，在标签的天线中形成了电流；半主动型标签用一个电池为微芯片的运转提供电能，但是发送信号和接受信号时却是从解读器处获得能量。主动和半主动标签在追踪高价值商品时非常有用，因为他们可以远距离的扫描，扫描距离可以达到100 英尺，但这种标签每个成本要1 美元或更多，这使得他不适合应用于低成本的商品上。Auto-ID 中心正在致

44、力研发被动标签，它们的扫描距离不像主动标签那么远，通常少于10 英尺，但它们比主动标签便宜得多，目前成本已经降至5 美分左右（还要进一步降低），而且不需要维护。6.3 解读器(Reader)解读器基本工作原理：解读器使用多种方式与标签交互信息，近距离读取被动标签中信息最常用的方法就是电感式耦合。只要贴近，盘绕解读器的天线与盘绕标签的天线之间就形成了一个磁场。标签就是利用这个磁场发送电磁波给解读器。这些返回的电磁波被转换为数据信息，即标签的EPC 编码。目前，一个解读器成本大约为1000 美元甚至更多，而且大多数只能读取单一频率芯片中的信息。Auto-ID 中心已经设计了灵敏解读器的详细参考规格

45、说明，这种解读器能够读取不同频率芯片中的信息。通过这种途径，公司能够在不同的情况下利用不同种类的标签，且不必为每一种频率的标签都购买一个解读器。因为公司将需要购买许多解读器以覆盖他们运营的各个领域，所以解读器价钱一定要能够为他们所接受。Auto-ID 的规格说明将使得生产商在大批量生产的情况下能生产出成本大约100 美元的灵敏解读器。6.4 对象名解析服务(ONS)Auto-ID 中心对于一个开放式的，全球性的追踪物品的网络需要一些特殊的网络结构。因为只将产品电子码存储在了标签中，计算机还需要一些将产品电子码匹配到相应商品信息的方法。这个角色就由对象名称解析服务(ONS)担当，它是一个自动的网

46、络服务系统，有点类似于域名解析服务(DNS),DNS 是将一台计算机定位到万维网上的某一具体地点的服务。6.4.1 服务过程当一个解读器读取一个 EPC 标签的信息时，产品电子码就传递给了Savant系统（参看前文）。Savant 系统然后再在局域网或因特网上利用ONS 对象名解析服务找到这个产品信息所存储的位置。ONS 给Savant 系统指明了一个服务器，这个产品的有关文件就存储在这台服务器上。接着这个文件就能够在Savant系统中找到，并且存储在这个文件中的关于这个产品的信息将会被传递过来，从而应用于供应链管理。6.4.2 特殊要求对象名解析服务将处理比万维网上的域名解析服务更多的请求，

47、因此，公司需要在局域网中有一台存取信息速度比较快的ONS 服务器。这样一个计算机生产商可以将他现在的供应商的ONS 数据存储在自己的局域网中，而不是每次一批货物到达组装工厂，都需要到万维网上去寻找这个产品的信息。这个系统也会有内部的冗余。例如，当一个包含某种产品信息的服务器崩溃时，ONS 将能够引导Savant 系统找到存储着同种产品信息的另一台服务器。6.4.3 ONS系统架构ONS体系结构是一个分布式的系统架构，主要由以下几部分组成： 映射信息映射信息是分布式存储在不同层次的ONS服务器里，这种信息可以便于管理。ONS服务器如果某个查询请求要求查询一个EPC对应的PML服务器的IP地址，则

48、ONS服务器可以对此作出响应并解决这一问题。每一台ONS服务器拥有一些EPC的权威映射信息和另一些EPC的缓冲存储映射信息。ONS缓冲存储器如果某个查询请求要求查询一个EPC对应的PML服务器的IP地址，则ONS服务器可以对此作出响应并解决这一问题。每一台ONS服务器拥有一些EPC的权威映射信息和另一些EPC的缓冲存储映射信息。第7章 物联网在各领域的运用简介7智能家居智能家居产品融合自动化控制系统、计算机网络系统和网络通讯技术于一体，将各种家庭设备(如音视频设备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、数字影院系统、网络家电等)通过智能家庭网络联网实现自动化，通过中国电信的宽带、固话和3G无线网络，可以实现对