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1、第一章 引言21.1研究背景21.2RFID的发展进程31.3、RFID技术的发展优势41.4、RFID在国内外研究现状41.5本章小结:7第二章RFID技术概述72.1RFID技术概述72.2RFID的分类92.2.1被动式92.2.2半主动式92.2.3主动式102.3RFID系统构成102.4RFID工作原理112.4.1.电子标签112.4.2.读写器122.4.3.标签与读写器的通信132.4.4、中间件142.4.5、应用软件142.5、RFID技术的典型应用152.6、RFID应用系统发展趋势152.6.1.系统向高频化发展152.6.2.系统网络化152.6.3.系统的兼容性高
2、152.6.4.标签性能更强，智能化、加密特性更完善162.7、目前研究存在的问题162.7.1测试标准体系的不完善162.7.2缺乏天线结构对标签天线性能的影响的研究162.7.3国内自主研发标签天线的力量薄弱172.8本章小结17第三章 物联网技术173.1、发展历程183.2、概念分析203.3关键技术213.3.1.射频识别（RFID）技术213.3.2.传感器技术223.3.3.传感器网络223.3.4.智能技术223.3.5.纳米技术233.4、应用领域举例23第四章物联网实验箱管理现状分析264.2.1当前高校实验室管理的现状与存在问题274.2.2成因分析284.2.3改革实验
3、室管理的对策294.3实验箱管理系统的必要性304.4本章小结30第五章实验箱管理系统需求分析315.1系统功能需求315.2系统性能需求315.3系统安全需求315.4系统关键技术315.5本章小结31第六章 系统设计326.1系统模块划分326.2系统逻辑结构336.3 系统功能分析346.4.软件架构346.4.1数据库设计366.4.2数据库逻辑结构36第一章 引言1.1研究背景 随着社会的快速发展，物联网逐渐深入到社会的各个角落，物流运输、医药卫生、航天技术等。各大高校的发展也不能有所落后，实验室在高校学生的学习中起着很大的作用，因此，实验箱的智能化管理对于实验室的快速发展有很大的帮
4、助。 互联网的发展推动了实验室内实验箱的管理向着科学化和现代化的方向发展，使实验室管理成本降低，提高了工作效率，节约了时间。但是在现阶段国内实验室信息化建设仍存在很多问题。l受种种因素的影响，目前国内大部分高校的IT能力还是很有限的，很多的高校都是向国内外成熟的系统开发商购买相应的软件系统辅助完成各种工作，但是系统开发商由于对各个高校的实验箱状况有不同的理解，对信息的处理方式也不尽相同。信息化虽然在一定程度上提高了实验室管理的效率，但是，高校引进信息化管理是逐步性的，这样就会导致前后信息系统间的信息无法互用。这就是逐步信息化给高校实验室带来的无法忽视的信息共享难题，使得信息再利用率降低很多。
5、将RFID(Radio Frequency Identification)技术应用到高校的实验室管理中具有重大的意义，首先实验室通过应用RFID技术后可以节约高校的资本，因为应用RFID技术后其电子标签可以存储的信息量比较大，能够将资产设备的信息尽可能的存在电子标签中，这样有利于高校对实验室进行综合调度，提高利用率，减少浪费，为实验室节约很多不必要的投入。第二可以简化高校的业务流程，借助网络通讯工具，可以使得实验室在使用和分配各种实验室设备时省去大量的时间，使得实验箱设备能尽快的投入到生产中去。第三是数据的采集比较准确，利用RFID技术后人工的干预将会大大减少。第四可以实现实验室设备的动态管理
6、，实验室管理人员随时能够通过RFID实验室管理系统了解到每个设备当前以及过往的运行情况。第五自动报废预警技术不但能够根据固定的报废条件做出报废预警，同时也能够利用动态追踪的数据提前计算出设备报废的时间。第六生命周期的建立使设备的整个生命流程都尽收眼底。将RFID技术引入到实验箱设备管理后，只需现场工作人员通过手持终端机扫描生产设备上的电子标签，同时将设备运转的各个指数录入，然后通过无线传输的方式将信息传到系统服务器，那么实验室的人员就可以登陆系统，实时查询各个设备的运行情况，并可以将其指导意见以留言的方式发送给工作人员，这个过程只需要很短时间就可以完成。可以预见在不远的未来中国RFID技术标准
7、将成为焦点。实验室的智能化管理要通过物联网来实现，物联网实验箱智能管理感知系统的设计有利于物联网的智能化管理，能使实验箱的管理更加的规范化，让实验箱的管理更加的方便。1.2RFID的发展进程1940-1950年：雷达的改进和应用催生了射频识别技术，1948年奠定了射频识别技术的理论基础。 1950-1960年：早期射频识别技术的探索阶段，主要处于实验室实验研究。 1960-1970年：射频识别技术的理论得到了发展，开始了一些应用尝试。 1970-1980年：射频识别技术与产品研发处于一个大发展时期，各种射频识别技术测试得到加速。出现了一些最早的射频识别应用。 1980-1990年：射频识别技术
8、及产品进入商业应用阶段，各种规模应用开始出现。 1990-2000年：射频识别技术标准化问题日趋得到重视，射频识别产品得到广泛采用，射频识别产品逐渐成为人们生活中的一部分。 2000年后：标准化问题日趋为人们所重视，射频识别产品种类更加丰富，有源电子标签、无源电子标签及半无源电子标签均得到发展，电子标签成本不断降低，规模应用行业扩大。如今射频识别技术的理论得到丰富和完善。单芯片电子标签、多电子标签识读、无线可读可写、无源电子标签的远距离识别、适应高速移动物体的射频识别技术与产品正在成为现实并走向应用。1.3、RFID技术的发展优势RFID技术具有以下优势：1)具有非接触性，因此完成识别工作无需
9、人工干预，能够实现自动化;2)数据量大，根据需要可传输除识别信息外的其他身份信息、运行状态等;3)信息处理速度快，在某些应用场合可以达到几十微秒;4)保密性高，未经允许几乎不能复制与修改数据;5)识别距离远，数据载体与读写器之间的最远距离可到数十米;6)具有很强的环境适应性，抗干扰能力强，可在全天候下使用，几乎不受污染与潮湿的影响，同时还避免了机械磨损;7)一种系统可以满足多用途的要求，可以实现多目标识别，运动目标识别;8)系统可靠性高，操作方便快捷。1.4、RFID在国内外研究现状在国外，RFID技术的研究己有相当长的历史，可以检索到的国外RFID专利达到6000多项，其中50%以上是发明专
10、利。在国内，科技部、国家发展改革委、商务部、信息产业部等十五个部委共同编制的中国射频识别技术政策白皮书于2006年发布。国外致力于覆盖各种频率的复合天线设计，研究可以用来纺织复合天线、电源和数据总线的未来服装所需要的新型材料，促进电子标签在服装上的使用。国外厂商都在研制和生产低成本的电子标签天线和标签产品，用以满足产品商品标志等方而的需要。国外注重标签天线知识产权保护，许多标签天线都申请专利保护。国内在特高频和微波频段的标签天线的形式、体积、成本方而和国外技术存在一定的差距。在RFID标签的小型化方面【5】，日本的Maxell公司生产出只有米粒大小的RFID标签，用于13.56MHz射频识别系
11、统，该RFID标签中集成有电感线圈。Micromen公司以及国际纸业(International paper)公司共同开发“纸质”芯片的封装技术。现在可供应的最小标签芯片尺寸为0.6mm*1.5mm。在RFID天线研究领域取得较大进展：有些文献【6】讨论了标签天线问题，给出了标签天线在物品识别应用中受到附属物的影响。另一些文献【7】讨论了标签天线的弯曲对RFID系统性能的影响。有些文献对远距离RFID系统的标签性能测试进行了初步的研究，例如文献【8】讨论了基于无源RFID技术的高速物体自动识别的性能研究，给出了物体运动情况下RFID标签的性能。天线的问题主要集中在超高频和微波频段。标签天线的目
12、标是传输最大的能量进出标签芯片，这需要仔细地设计天线和自由空间以及其相连的标签芯片的匹配。Fractal Antenna system公司开发出应用于RFID系统的分形天线，包括标签天线和读写器天线。芬兰的Ruamonen【7】等人将电磁带隙（EBG）结构引入阅读器天线设计，降低了螺旋天线的高度。新加坡的Qing【9】等人利用缝隙藕合的形式制作了圆极化微带天线，用于2.45GHz频段的RFID读写器。为了推动RFID系统更快更好的部署，世界上众多公司，企业投入巨大人力财力建立RFID系统测试实验室(中心)，这些RFID系统实验室的主要工作包括： (1)应用演示：引导客户了解并熟悉B2B领域中针
13、对不同领域应用的RFID物流过程。 (2)基础设施开发和验证：开发和测试针对特定领域的RFID产品和解决方案。 (3)技术评估：确定RFID技术的性能和局限，保证RFID软硬件能够在物流系统中充分发挥价值。(4)培训中心：而对潜在客户、合作伙伴和RFID服务人员，提供培训服务。技术和标准上处于领先地位的EPCglobal授权专业测试机构MET labs对外颁发EPCglobal全球网络测试中心”认证标志。被授权的测试中心使用由MET labs制定、EPCglobal通过的性能测试资质和规范，模拟应用现场开展读取率的测试。获得此项认证标志了该企业在RFID技术及EPC供应链应用测试的领先地位，目
14、前分为性能测试和硬件测试两类，未来还将引入软件测试认证。目前许多国家的高速公路都设有电子收费站，其原理就是将一个RFID电子标签贴在汽车上，当汽车通过收费站时，被安装在收费站的扫描设备所扫描，读取到相关的信息，自动进行收费。美国太空总署想用这种技术追踪发射到太空中的设备，澳洲政府想用此来管理比澳洲人口还多的袋鼠等，能够这样做的前提都是将电子标签贴在所要追踪的物体上，简单易行，深受研究者们的推崇。当然在其他的交通场合也能十分方便的利用这项技术进行安检工作，比如人口比较密集的场所:飞机场、车站等。 从RFID技术在中国得到应用至今已有十几年的历史了，RFID凭借其巨大的优势:无接触读取、群体识别、
15、信息的动态更新、安全性高等，在很多行业得到广泛的推广，例如:交通运输业、生产制造业、零售业、政府后勤、海关监管、司法监督和资产管理等各个方面，但是其整个市场中所占比例来还是比较低的，同时应用的场合也比较集中，下面举例来说明：1、门禁控制。这是国内应用RFID技术比较广泛的场合，当被监控对象经过一定的控制区域时，区域中的读写器就会获得电子标签上的信息并实时的传输到后台控制系统，系统会根据相应的要求做出不同的处理动作，如允许人员或者车辆通过等。很多的停车场就是采用了基十RFID技术的门禁抓制系统。2、电子票务。普通的票据容易损坏，而电子票证可以克服这样的缺点，并且不易被造假或者说造假的成本较高，这
16、样不法分子不易采用，同时也可以被多次使用，既节约资源，又减少浪费，票中的信息可以被更新，后台的各种数据的处理可以通过“刷卡”的方式很容易被完成。如第二代居民身份证就是利用了这种技术。3、自动识别车辆。基十RFID技术的车辆识别可以在车辆高速行驶的情况下获取车辆信息，这样就可以结合一定的后台控制系统来完成车辆的合理调度或者是不停车收费。中国首次应用大规模的RFID技术就是铁道部中国铁路车号自动识别系统的实施，该系统实现了对高速运行环境下车辆的自动识别，完成对车辆的实时监控与调度。1.5本章小结:本章主要介绍了当前高校试验箱管理需要智能化，需要通过RFID来实现智能化管理，第二部分介绍了一下当前R
17、FID在国内外的研究现状。第二章RFID技术概述2.1RFID技术概述射频识别技术（Radio Frequency Identification，缩写RFID），是20世纪80年代发展起来的一种新兴自动识别技术，射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。 射频识别技术在低频段基于变压器耦合模型（初级与次级之间的能量传递及信号传递），在高频段基于雷达探测目标的空间耦合模型（雷达发射电磁波信号碰到目标后携带目标信息返回雷达接收机）。1948年哈里斯托克曼发表的利用反射功率的通信奠定了射频识别技术的理论基础。 RFID（射频
18、识别)作为信息技术领域的一项新兴技术，应用价值与日俱增。其中工作在超高频频段的无源RFID系统，由于在物流与供应链管理等领域的突出优势，近年来得到了人们的广泛关注。目前在市场上出现了各种品牌型号的UHF RFID无源标签，由于不同品牌型号的标签在设计与制造工艺上的差异，这些标签在性能表现上各不相同。这就迫切要求提出一种对标签应用性能进行评估，进而进行优化的方法论，它包括标签天线的标签应用性能测试评估和优化设计。 RFID (Radio Frequency Identification)即射频识别技术，是从20世纪90年代兴起的一项自动识别技术，利用无线射频方式进行非接触双向通信，以达到识别目的
19、并交换数据 【2】。2003年，由美国麻省理工学院和英国剑桥大学发起成立的国际性RFID研究机构AutoID中心推出了一系列的RFID研究成果【3】，其中较著名的有产品电子码（ Electronic Product Code ， EPC )和物联网。2004年中国标准化协会和“物联网，应用标准化工作组的调查结果表明:未来三到五年在中国每年至少需要30亿个RFID标签，其中电子消费品将需求8300万个标签，香烟产品将需要8亿个标签，酒类产品将需要1.3亿，信息电子产品大概需要13-14亿，现在这些预测己经逐步得到验证。以上这些数字仅仅涉及商业流通领域的部分产品，如果再考虑其它领域，例如现代服务业
20、、制造业、邮政、医药卫生、军事等领域，数字将更加惊人。根据ARC顾问集团的预测，到2008年RFID仅在全球供应链领域的市场需求将达到40亿美元，事实证明，RFID在全球供应链领域的市场需求己经远远超过这个数字。据iSuppli公司调查得，中国的射频识别(RFID)半导体市场未来几年将突飞猛进，达到巨大的规模，2009-2014年销售额将增长一倍以上。预计2010年中国RFID市场将增长到14亿美元，比2009年的11亿美元增长 22 070。未来的发展也不可估量，预计到2014年，RFID市场将达到24亿美元，两倍于2009年的市场规模。在国家科技部、发改委、工业和信息化部等部委，以及香港特
21、区政府及各省地方政府的实质性支持和推动下，国内RFID行业迎来了一个发展的高潮，从国家到地方到企业都投入重金支持技术研究和产品研发，大量关键技术相继被攻克。2010年RFID技术也为世博会保驾护航，更彰显了创意和亮点。但在现实应用中，RFID技术仍然尚未走向大规模应用。其重要原因在于不同品牌型号的标签在设计与制造工艺上的差异，市场上亟需由国家建立一套完整的测评标准体系，对RFID标签的性能、可靠性与一致性进行研究，并建立一套测试与应用工程技术规范，以满足企业产品的需求。同时，对RFID标签天线的优化设计也是提高标签性能的关键因素，制备低成本的、小型化的、宽频带的、背景不敏感、同时可以适用于不同
22、类型的芯片以及具有一定鲁棒性的标签天线，并且为这样的天线建立快速设计模型，快速规范评估和优化设计就具有非常重要的研究意义和非常广阔的市场价值。2.2RFID的分类 RFID标签分为被动，半被动（也称作半主动），主动三类。 2.2.1被动式被动式标签没有内部供电电源。其内部集成电路通过接收到的电磁波进行驱动，这些电磁波是由RFID读取器发出的。当标签接收到足够强度的讯号时，可以向读取器发出数据。这些数据不仅包括ID号（全球唯一标示ID），还可以包括预先存在于标签内EEPROM中的数据。 由于被动式标签具有价格低廉，体积小巧，无需电源的优点。目前市场的RFID标签主要是被动式的。 2.2.2半主动
23、式一般而言，被动式标签的天线有两个任务，第一：接收读取器所发出的电磁波，藉以驱动标签IC；第二：标签回传信号时，需要靠天线的阻抗作切换，才能产生0与1的变化。问题是，想要有最好的回传效率的话，天线阻抗必须设计在“开路与短路”，这样又会使信号完全反射，无法被标签IC接收，半主动式标签就是为了解决这样的问题。半主动式类似于被动式，不过它多了一个小型电池，电力恰好可以驱动标签IC，使得IC处于工作的状态。这样的好处在于，天线可以不用管接收电磁波的任务，充分作为回传信号之用。比起被动式，半主动式有更快的反应速度，更好的效率。 2.2.3主动式与被动式和半被动式不同的是，主动式标签本身具有内部电源供应器
24、，用以供应内部IC所需电源以产生对外的讯号。一般来说，主动式标签拥有较长的读取距离和较大的记忆体容量可以用来储存读取器所传送来的一些附加讯息。1. 按应用频率分低频、高频、超高频、微波2. 按能源供给分类 有源、无源、半有源2.3RFID系统构成一个典型的RFID系统一般由读写器、标签以及计算机系统等部分组成，如图2-1所示。 读写器通过天线发送出一定频率的射频信号;当标签进入读写器工作场时，标签天线产生感应电流，标签获得能量并被激活，向读写器发送出自身编码等信息;读写器接收到来自标签的载波信号，对接收的信号进行解调和解码后送至计算机主机进行处理;计算机系统针对不同的设定做出相应的处理和控制，
25、发出指令信号;RFID标签的数据解调部分从接收到的射频脉冲中解调出数据并送到控制逻辑，控制逻辑接收指令完成数据存储、发送或其它相关操作。 从图2-1标签部分结构可以看到，标签由标签天线(或线圈)和芯片两部分组成，天线(或线圈)通过芯片上的两个触点与芯片相连。 典型的RFID系统由标签读写器和后台软件三大部分组成，大规模规范化的RFID系统后台软件一般包括中间件和企业应用系统。对于RFID系统的测试通常分为两个层次:各个组成部分的单独测试和联合测试，根据测试的项目又可以分为功能性测试和可靠性测试，前者测试系统是否完成了指定的功能，后者重点考察系统应对破坏性考验的能力。2.4RFID工作原理RFI
26、D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。典型的RFID应用系统组成包括两大部分：硬件组件部分:包括电子标签，读写器及其用于相互间通讯的天线;软件组件部分:包括RFID中间件、应用系统两大部分。2.4.1.电子标签电子标签(Electronic Tag)，是指由IC芯片和无线通信天线组成的小标签，内部功能模块如图2-1。它通过内置的射频天线与读写器通信，自动或在外力的作用下，把存储的信息发射出去。2.4.2.读写器读写器又称阅读器，基本的功能就是提供与标签进行数据传输的途径。同时它也接受来自主机系统的控制指令。读写器频率决定RFID系统工作频段，根据支持的标
27、签类型不同与完成的功能不同，读写器的复杂程度是显著不同的。 读写器在整个RFID应用系统中的作用如下图所示:：为满足不同应用系统的功能需求，读写器分为固定式或移动式两类，其中固定式又可根据读写器与其天线的连接方式分为固定集成式、固定分离式。典型样式如下：2.4.3.标签与读写器的通信在RFID系统中，标签与读写器之间的通信以无线方式来完成，因此标签与读写器都必须具有自己的天线，用以接受和发送电磁波，完成相互间的数据传输。天线是一种可逆的换能器，它可以将射频信号经天线变换为无线电波发射出去，也可以将无线电波能量转换成射频电流能量。读写器与其天线的连接方式分为集成式和分离式两种。对于近距离高频(1
28、3. 56MHz) RFID应用(识别距离3m)的RFID系统中，天线和读写器通常采用分离式结构，并通过阻抗匹配的同轴电缆连接在一起。标签的天线均为内置。 标签与读写器的通信过程具体如下： 当RFID系统工作时，控制电脑向读写器发出工作指令，此时，读写器射频模块通过天线将指令以电磁波的方式发射出去。当标签进入读写器天线可识别范围时，标签天线感应电磁波祸合，并对标签内部电容充电，以驱动标签内的芯片工作。随后标签芯片与读写器建立无线通信，从而完成标签数据到阅读的自动传输。 当读写器感应到标签回传的射频波时，读写器控制电路对该信号进行解调并通过读写器上的数据接口回传到控制电脑上，从而完成标签识别工作
29、。2.4.4、中间件 中间件是一种独立的系统软件或服务程序，根据需求安装在客户机或服务器的操作系统上，作为电子标签与应用程序间的连通桥梁，承担多项功能: 中间件是连接平台，它能够与多个读写器以及多个后段应用程序连接，减轻系统架构于维护的复杂性; 数据处理，它对数据进行收集、过滤、整合，将需要的信息传送给后端的应用系统。还可以按照预定义的数据采集规则对数据进行检验; 统一标准，它可以识别不同厂家、不同标准的数据格式，并进行数据整合和集。2.4.5、应用软件 针对不同行业，不同业务的特定需求开发的应用软件，可以控制读写器对电子标签进行读写，对收集的信息进行集中统计与处理，还可以与现有的各类ERP,
30、CRM等系统进行集成，提高工作效率。2.5、RFID技术的典型应用 2003年全球最大的零售商沃尔玛提出了“要求其前100家供应商在2005年1月之前向其配送中心发送货盘和包装箱时使用RFID技术，2006年1月前在单件商品中使用这项技术“的决议，把RFID推到了聚光灯下，成为全球热门新科技。自1993年我国政府颁布实施“金卡工程”计划以来，各行业的信息化进程提速，REID技术以其独特的优势，正逐渐被应用于物流和供应管理、生产制造和装配、航空行李处理、邮件快运包裹处理、文档追踪、图书馆管理、动物身份标识、运动计时、门禁控制、道路自动收费、公共信息服务等工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理领
31、域。1996年10月北京首都机场高速路率先安装了基于RFID技术的ETC不停车收费系统;铁道部于1999年开始投资建设自动车号识别系统并于2000年开始正式投入使用，作为电子清算的依据。随着第二代身份证，公交一卡通、奥运电子门票等项目的实现，越来越多的以RFID技术为基础的非接触式智能卡快步走入百姓的日常生活中，目前RF工D技术正与通信技术、互联网技术进一步融合，朝着构建一个实现全球物品、人员信息实时共享的“物联网”目标迈进。2.6、RFID应用系统发展趋势2.6.1.系统向高频化发展 由于超高频RF工D系统具有低频系统无可比拟的特性，如识别距离远、体积小巧等，随着制造成本的不断降低，超高频系
32、统的应用会越来越广泛。2.6.2.系统网络化RFID系统与网络化数据系统相结合，实现系统的远程控制与管理，才能满足现代企业数据采集实时化、决策实时化的要求。2.6.3.系统的兼容性高 在RFID技术标准化推进的过程中，用户为实现统一管理、降低投资成本的目标，在选择不同厂家的设备时对兼容性要求较高。2.6.4.标签性能更强，智能化、加密特性更完善不同的应用系统对电子标签的读写性能和作用距离有着不同的要求，为了适应需要多次改写标签数据的场合，进一步完善电子标签的读写能力，降低误码率，提高抗干扰性。同时在强磁场下的自我保护功能进一步提升。 电子标签将带有更多附属功能，比如在特点场合或时间段发出声光指
33、示。在特定的安全性要求较高的应用领域，数据未经授权不能读取，较好的实现对数据的加密。2.7、目前研究存在的问题2.7.1测试标准体系的不完善 国内RFID标准的制定以及测试技术都取得了一定的成果。国内RFID技术的相关研究成果主要集中在中高频段，在超高频段方而仍然有些欠缺。国际标准尚未出台，因此目前市场上同时存在多个国家、多种标准的产品，这对企业的实际应用起到了一定的影响。市场上亚需由国家建立一套完整的测评标准体系，对RFID产品的性能、可靠性与一致性进行研究，并建立一套测试与应用工程技术规范，以满足企业产品的需求。目前在RFID标签性能测试方法中，根据其中一些指标的测试方法存在一定的误差。2
34、.7.2缺乏天线结构对标签天线性能的影响的研究大规模应用涉及的一个关键环节就是电子标签的制备和研究，尤其对于天线设计与制造，研究标签天线匹配技术、针对不同应用对象的RFID标签天线结构优化技术、多标签天线优化分布技术。国外与RFID标签天线研究相关的文献大部分是针对特定标签IC的试验性研究，较少论述天线结构对RFID天线性能的影响，缺乏具有普遍意义的天线设计理论和技术。2.7.3国内自主研发标签天线的力量薄弱国内对RFID天线的研究主要是电感藕合型的RFID天线，对反射调制式的RFID天线研究较少。由于知识产权观念淡薄等因素影响，国内RFID产业界对RFID天线专利问题没有引起足够的重视，普遍
35、借用国外的RFID天线式样。2.8本章小结本章主要介绍了RFID技术的基本内容，包括它的构成、分类、工作原理等。 第三章 物联网技术物联网是新一代的IT技术，可以应用于许多领域。物联网通过借助网络能够实现物物联通，可以方便识别和管理，达到“智能”的状态。近年来，物联网概念在国内乃至全球都成为热潮，物联网被称为继计算机、互联网之后世界信息产业第三次浪潮。据专家预测，未来10年内物联网将大规模普及，其产业规模会达到互联网的30倍，是一个万亿元级的高科技产业。物联网是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。它具有普通对象设备化、自治终端互联化和普
36、适服务智能化3个重要特征。 物联网(Internet of Things)指的是将无处不在（Ubiquitous）的末端设备（Devices）和设施（Facilities），包括具备“内在智能”的传感器、移动终端、工业系统、楼控系统、家庭智能设施、视频监控系统等和“外在使能”(Enabled)的，如贴上RFID的各种资产（Assets）、携带无线终端的个人与车辆等“智能化物件或动物”或“智能尘埃”（Mote），通过各种无线/有线的长距离/短距离通讯网络实现互联互通（M2M)、应用大集成（Grand Integration)、以及基于云计算的SaaS营运等模式，提供安全可控乃至个性化的实时在线监
37、测、定位追溯、报警联动、调度指挥、预案管理、远程控制、安全防范、远程维保、在线升级、统计报表、决策支持、领导桌面（集中展示的Cockpit Dashboard)等管理和服务功能，实现对“万物”的“高效、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化。3.1、发展历程 1 1990年 物联网的实践最早可以追溯到1990年施乐公司的网络可乐贩售机Networked Coke Machine。 2、1999年 在美国召开的移动计算和网络国际会议首先提出物联网(Internet of Things)这个概念；是1999年MIT Auto-ID中心的Ashton教授在研究RFID时最早提出来的。提出了结合物品
38、编码、RFID和互联网技术的解决方案。当时基于互联网、RFID技术、EPC标准，在计算机互联网的基础上，利用射频识别技术、无线数据通信技术等，构造了一个实现全球物品信息实时共享的实物互联网“Internet of things”（简称物联网），这也是在2003年掀起第一轮华夏物联网热潮的基础。 1999年，在美国召开的移动计算和网络国际会议提出了“传感网是下一个世纪人类面临的又一个发展机遇”。 3、 2003年，美国技术评论提出传感网络技术将是未来改变人们生活的十大技术之首。 4、 2005年11月17日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟（ITU）发布ITU互联网报告
39、2005：物联网，引用了“物联网”的概念。物联网的定义和范围已经发生了变化，覆盖范围有了较大的拓展，不再只是指基于RFID技术的物联网。 报告指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行交换。射频识别技术（RFID）、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将得到更加广泛的应用。 根据ITU的描述，在物联网时代，通过在各种各样的日常用品上嵌入一种短距离的移动收发器，人类在信息与通信世界里将获得一个新的沟通维度，从任何时间任何地点的人与人之间的沟通连接扩展到人与物和物与物之间的沟通连接。物联网概念的兴起，很大程度上得益于国际电信联盟20
40、05 年以物联网为标题的年度互联网报告。然而，ITU的报告对物联网缺乏一个清晰的定义。 虽然目前国内对物联网也还没有一个统一的标准定义，但从物联网本质上看，物联网是现代信息技术发展到一定阶段后出现的一种聚合性应用与技术提升，将各种感知技术、现代网络技术和人工智能与自动化技术聚合与集成应用，使人与物智慧对话，创造一个智慧的世界。物联网技术被称为是信息产业的第三次革命性创新。物联网的本质概括起来主要体现在三个方面：一是互联网特征，即对需要联网的物一定要能够实现互联互通的互联网络；二是识别与通信特征，即纳入物联网的“物”一定要具备自动识别与物物通信（M2M）的功能；三是智能化特征，即网络系统应具有自
41、动化、自我反馈与智能控制的特点。 5、 2008年后，为了促进科技发展，寻找经济新的增长点，各国政府开始重视下一代的技术规划，将目光放在了物联网上。在中国，同年11月在北京大学举行的第二届中国移动政务研讨会“知识社会与创新2.0”提出移动技术、物联网技术的发展代表着新一代信息技术的形成，并带动了经济社会形态、创新形态的变革，推动了面向知识社会的以用户体验为核心的下一代创新（创新2.0）形态的形成，创新与发展更加关注用户、注重以人为本。而创新2.0形态的形成又进一步推动新一代信息技术的健康发展。 6、2009年1月28日，奥巴马就任美国总统后，与美国工商业领袖举行了一次“圆桌会议”，作为仅有的两
42、名代表之一，IBM首席执行官彭明盛首次提出“智慧地球”这一概念，建议新政府投资新一代的智慧型基础设施。当年，美国将新能源和物联网列为振兴经济的两大重点。 2009年2月24日2009IBM论坛上，IBM大中华区首席执行官钱大群.公布了名为“智慧的地球”的最新策略。此概念一经提出，即得到美国各界的高度关注，甚至有分析认为IBM公司的这一构想极有可能上升至美国的国家战略，并在世界范围内引起轰动。IBM认为，IT产业下一阶段的任务是把新一代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，并且被普遍连接，形成物
43、联网。 在策略发布会上，IBM还提出，如果在基础建设的执行中，植入“智慧”的理念，不仅仅能够在短期内有力的刺激经济、促进就业，而且能够在短时间内为中国打造一个成熟的智慧基础设施平台。IBM希望“智慧的地球”策略能掀起“互联网”浪潮之后的又一次科技产业革命。IBM前首席执行官郭士纳曾提出一个重要的观点，认为计算模式每隔15年发生一次变革。这一判断像摩尔定律一样准确，人们把它称为“十五年周期定律”。1965年前后发生的变革以大型机为标志，1980年前后以个人计算机的普及为标志，而1995年前后则发生了互联网革命。每一次这样的技术变革都引起企业间、产业间甚至国家间竞争格局的重大动荡和变化。而互联网革
44、命一定程度上是由美国“信息高速公路”战略所催熟。20世纪90年代，美国克林顿政府计划用20年时间,耗资2000亿-4000亿美元,建设美国国家信息基础结构，创造了巨大的经济和社会效益。 而今天，“智慧地球”战略被不少美国人认为与当年的“信息高速公路”有 许多相似之处，同样被他们认为是振兴经济、确立竞争优势的关键战略。该战略能否掀起如当年互联网革命一样的科技和经济浪潮，不仅为美国关注，更为世界所关注。 2009年8月温家宝总理在视察中科院无锡物联网产业研究所时，对于物联网应用也提出了一些看法和要求。自温总理提出“感知中国”以来,物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一，写入“政府工作报告”，物
45、联网在中国受到了全社会极大的关注，其受关注程度是在美国、欧盟、以及其他各国不可比拟的。 物联网的概念与其说是一个外来概念，不如说它已经是一个“中国制造”的概念，它的覆盖范围与时俱进，已经超越了1999年Ashton教授和2005年ITU报告所指的范围，物联网已被贴上“中国式”标签。 截至2010年，发改委、工信部等部委正在会同有关部门，在新一代信息技术方面开展研究，以形成支持新一代信息技术的一些新政策措施，从而推动我国经济的发展。 3.2、概念分析鉴于对物联网的浓厚兴趣，在研究领域有多种对物联网的定义。这也恰恰证明了对物联网探讨的活跃性。国际电信联盟（ITU）对物联网的定义最为大家所熟知，即：
46、“无论何时何地对何人，都将实现物物联通”。 欧洲委员会（European Commission）也持有相似观点，在该组织对物联网最新定义中指出“在智能领域中具有可识别的虚拟身份的物品通过智能端口实现与社会、环境及用户的连接和交流”。 在仅基于RFID的方面，CASAGRAS组织给出了一个较好的物联网定义。该组织成员关注于“一个物品可以自动地跟计算机交流，并能做到物物联通，提供对人类有益服务的世界”。意大利学者Luigi Atzori等从物品、互联网、语义三个不同的出发点总结了物联网的含义，称物联网具有“一框架、多视角”。 另外，从技术角度看“物联网”是“基于标准通信协议唯一可寻址的物品可以相互
47、连接的世界范围内的网络”。 即通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，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。3.3关键技术将物联网的概念变得现实可行要依赖诸多支撑技术的集成，其中比较关键的技术包括：射频识别（RFID）技术、传感器技术、智能技术和纳米技术。 3.3.1.射频识别（RFID）技术射频识别（RFID）技术是一类非接触的自动识别技术。通过射频信号自动的识别物品并获取相关信息。RFID技术通过RFID标签来标记物品。该技术的优势在于远距离（读取半径可达数米甚至数十米）、穿透力强（可直接读取包装箱里面物品的信息）、无磨损、非接触、防污染、高效率（可以同时识别多个标签）及信息量大等。RFID技术是物联网最核心的技术之一。一个典型的RFID系统通常包括RFID标签、阅读器和信息处理系统。当一件带有RFID标签的物品通过特殊的信息阅读器时，标签就会被阅读器激活，标签内的信息就会通过无线电波传输给阅读器和信息处理系统，这样就完成了信息的采集工作。信息处理系统负责控制并根据具体要求适当地处理信息。由于每个RFI
