物联网核心技术研究综述

1、物联网核心技术研究综述刘瑞雪08950113通信工程一班摘要:物联网是通过射频识别(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,把任何物体与互联网相连接,进行信息交换和通信,以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。本文对物联网作一简单定义,提出了物联网体系结构,并对其中的核心技术和特性进行探讨,在此基础上着重分析了物联网的核心技术:RFID(Radio Frequency Identification,射频识别技术。关键词:物联网;感知层;网络层;应用层;RFIDContent networking core technology resea

2、rchLiuruixue08950113Communication engineering class oneAbstract:The content networking is through the radio frequency identification (RFID, infrared sensors, global positioning system, laser scanner, according to information such as sensing equipment, the agreement agreed with Internet connected to

3、any object, exchange information and communication, in order to realize the intelligent recognition to the object, location, tracking and monitoring and management of network. This paper defines a simple thing networking, puts forward the content networking system and structure for the core technolo

4、gy and properties are discussed, based on this thing is analyzed emphatically the core technology: network have been RFID (Identification, RFID technology.Keywords:Content networking; Perception layer; The network layer; The application layer; RFID1引言“物联网”(Internet of Things, 指的是将各种信息传感设备, 如射频识别(RFI

5、D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。其目的是让所有的物品都与网络连接在一起, 系统可以自动的、实时的对物体进行识别、定位、追踪、监控并触发相应事件。“物联网”是继计算机、互联网与移动通信网之后的世界信息产业第三次浪潮。“物联网”概念的问世,打破了之前的传统思维。过去的思路一直是将物理基础设施和IT 基础设施分开:一方面是机场、公路、建筑物, 而另一方面是数据中心, 个人电脑、宽带等。而在“物联网”时代, 钢筋混凝土、电缆将与芯片、宽带整合为统一的基础设施, 在此意义上, 基础设施更像是一块新的地球工地, 世界的运转就在它上面进行, 其中包

6、括经济管理、生产运行、社会管理乃至个人生活。“物联网”的概念是在1999年提出的, 它的定义很简单:把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来, 实现智能化识别和管理。也就是说, 物联网是指各类传感器和现有的互联网相互衔接的一个新技术。美国麻省理工学院的自动识别实验室在美国统一代码委员会(UCC的支持下,提出:要在计算机互联网的基础上,利用RFID、无线数据通信技术,构造一个覆盖世界万物的系统还提出了产品电子代码(EPC的概念,随后由国际物品编码协会和美国统一代码委员会主导,实现了全球统一标识系统中的GTIN编码体系与EPC概念的完善结合,将EPC纳入了全球统一标识系统,从而确立了E

7、PC在全球统一标识体系中的战略地位。EPC标签是编号(每一个商品唯一的号码,“牌照”的载体,当EPC标签贴在物品上或内嵌在物品中的时候,即将该物品与EPC标签中的产品电子码建立起了一对一的对应关系。EPC标签从本质上来说是一个电子标签,通过射频识别系统的电子标签读写器可以实现对EPC标签内存信息的读取1。这个内存信息通常就是产品电子码,产品电子码经读写器上报给物联网中间件,经处理后存储在分布式数据库中。用户查询产品信息时只要在网络浏览器的地址栏输入产品名称、生产商、供货商等信息,就可以实时获悉产品在供应链中的状况。“物联网”, 有两个重要因素。一是规模性, 只有具备了规模, 才能使物品的智能发

8、挥作用; 二是流动性, 物品通常都不是静止的, 而是处于运动的状态,必须保持物品在运动状态, 甚至高速运动状态下都能随时实现对话。2 物联网的体系结构目前, 物联网还没有一个广泛认同的体系结构,最具代表性的物联网架构是欧美支持的EPCglobal 和日本的UID物联网系统。EPC系统由EPC编码体系、射频识别系统和信息网络系统3 部分组成。UID技术体系架构由泛在识别码(uCode、泛在通信器、信息系统服务器、和ucode解析服务器等4部分构成8。EPCglobal 和UID上只是RFID 标准化的团体,离全面的“物联网”体系架构相去甚远。美国的IBM公司在2008年提出“智慧的地球”这一与物

9、联网概念相近的概念,并提出通过INSTRUMENTED,INTERCONNECTED和INTELLIGENT这三个层面来实现智慧地球。在文献基础上,本文提出了物联网体系架构2。1、智能物体层:通过传感器捕获和测量物体相关数据,实现对物理世界的感知。同时具备局部的互动性,需要一定的存储和计算能力。2、数据传输层:以有线或无线的方式实现无缝、透明、安全的接入,提供并实施编码、认知、鉴权、计费等管理。3、信息关联层:通过云计算实施对海量数据的存储和管理、数据处理与融合,屏蔽其异质性与复杂性,形成一个与真实世界对应的虚拟世界。4、应用服务层:从虚拟世界中提取信息,提供丰富的面向服务的应用。如智能交通、

10、智能电网、智能医疗等等。需要指出的是,数据由底部的传感器通过网络到达应用服务层面,而实际上,在服务应用层面,各个中心、用户可以反向的通过网络由执行器对物体进行控制。在该体系结构中,感知层面的各种传感器、执行器都是具体的,随着技术的发展会不断升级,新设备不断引入物联网。而服务应用层的各种需求也是不断提出的,并不是一层不变的。若是每个具体的服务应用和传感设备都形成一个独立的网络,最后可能形成许多套特殊的网络,这不利于推广和不便于维护。因此这需要物联网的网络层有一定前瞻性,物体设备层可以变化,服务应用层可以变化,但它们都是通过一个普适的网络进行连接,这个网络可以在一定的时间内保持稳定。3 物联网核心

11、技术应用3.1无线射频识别技术(RFID技术无线射频识别是一种非接触式的自动识别技术,它的工作原理如下:使用射频电磁波通过空间耦合(交变磁场或电磁场在阅读器和进行识别、分类和跟踪的移动物品(物品上附着有RFID标签之间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3。RFID是一种利用电磁能量实现自动识别和数据捕获技术,可以提供无人看管的自动监视与报告作业。具体的工作原理如下:当装有电子标签的物体接近微波天线时,阅读器受控发出微波查询信号。安装在物体表面的电子标签收到经微波天线发出的查询信号后,根据查询信号中的命令要求,将标签中的数据信息反射回微波天线。微波天线接收到电子标签反射回的微

12、波合成信号后,经阅读器内部微处理器处即可将电子标签中的识别代码等信息分离出来。这些识别信息作为物体的特征数据被传送到控制计算机作进一步处理,从而完成与物体有关的信息查询、统计、管理等应用。整个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,并且阅读器能自行判断RFID标签是否被重复读取处理。RFID技术的这些功能特性很适合流水线上产品的控制,以实现流水作业管理,得以使整个流水线管理自动化。RFID系统一般由RFID系统由阅读器、应答器(标签和应用系统三部分组成,通过电波在响应媒介和询问媒介间传递信息4。阅读器,一般是一台内含天线和芯片解码器的阅读

13、(有时还可以写入设备,可设计为手持式或固定式;阅读器可无接触地读取并识别电子标签中所保存的电子数据,从而达到自动识别体的目的。通常阅读器与电脑相连,所读取的标签信息被传送到电脑上进行下一步处理。应用系统,一般是由计算机支撑的有线或无线管理系统。视不同应用要求,对于实时型的智能型控制器,不一定必须要有后台应用系统。标签,主要是射频标签,响应端内含天线,两者组成所谓的“雷达收发机”,以卡、标签等形式存在。RFID物品识别的目标是为每一物理实体提供唯一标识。它与传统条码技术相比有以下几方面的优点:(1唯一标识。条码只能识别一类产品, 而无法识别单品, 因此条码容易伪造。RFID却可以为单品提供唯一标

14、识。(2读取方便。条码是可视传播技术。即扫描仪必须“看见”条码才能读取它, 这表明人们通常必须将条码对准扫描仪才有效。相反, 无线电识别并不需要可视传输技术, 射频标签只要在识读器的读取范围内就可以了, 甚至可以穿过外包装进行识别。这大大减少了人的参与, 提高了识别效率。(3长寿耐用。纸型条码容易破损和受到污染。而RFID电子标签可以应用于粉尘、油污等高污染环境和放射性环境。(4动态更改。条码信息一旦需要更改就必须重贴, 而RFID电子标签中的信息可以编辑, 便于更新。(5可扩展性。RFID电子标签存储的是电子数据, 在需要的时候可以改变其中的编码结构, 便于升级。(6RFID电子标签可以设置

15、密码, 保密性强。3.2 RFID技术的应用物联网技术的应用可以使电子商务变得更强大, 它使消费者可以在网上查到任何一家商店的任何一件商品, 选择起来得心应手。在物流领域,RFID 电子标签可以应用于自动仓储库存管理、产品物流跟踪、供应链自动管理、产品装配和生产管理、产品防伪等多个方面5。2006年高科技项目申报国家共拨款1亿2800万人民币用以支持20项课题研究,其中“RFID系统测试技术研究及开放平台建设”、“RFID应用方案公共测试系统建设”、“符合ISO 18000-6 Type B/C标准的(UHF标签芯片研发和产业化”、“RFID标签集成技术研究及产业化”、“RFID公共服务体系架

16、构设计及应用服务关键技术研究与开发”.“区域RFID信息公共服务平台关键技术研究与开发”、“RFID标准研究与制定”这七项课题约占全部经费的50%。由此可见,在前一次的项目攻坚中主抓公共项目的基础建设.RFID设备的生产以及产业链完善建设以及RFID使用规范标准化。这对于我国RFID技术及应用这座宏伟大厦来说无异于坚实的地基。目前,此番不少课题已经相继取得了进展,部分已得到业界的认可。如中科院自动化所承担的物流领域研究和贵州茅台酒股份有限公司的RFID技术在茅台酒防伪的应用等,特别是RFID技术在票务和食品安全领域中的成果更被及时应用到奥运会中。依据目前情况来看RFID的产业化发展在各个地区已

17、经呈现出相对完整产业链,无论是封装.标签的印刷方的提供。在此讲述一个RFID在图书馆中的应用例子。RFID 对图书馆及读者来说,较之条码识别具有明显的优势。在图书馆管理中,利用RFID的无线传输能力和大容量的数据储存,可以极大地提高图书馆管理的效率。RFID优势具体表现为:简化借还书服务工作。目前图书馆的借还书作业除了刷条形码外,还需做上磁及消磁的繁琐工作,以RFID卷标取代条形码、磁条,不用一本书一本书的用扫描仪扫描条形码,并且可以一次读取多笔资料,同时减少读者的等待时间及馆员的例行业务,提升了图书馆的服务品质及形象;容易查找错架、乱架的图书。利用RFID无线电波感应技术。使放置错架的图书能

18、很快被发现,提高图书馆馆员整架的工作效率;加速盘点工作。目前图书馆盘点的方式一定要将书从书架上将每一本书取出,RFID Tag以无线电波传送信息,可以一次读取数个RFID卷标资料。简化盘点工作;耐环境性。RFID对水、油和药品等物有强力的抗污性,且在黑暗及脏污的环境之中也可以读取数据;可重复使用及穿透性。RFID 卷标可以回收重复使用。并且若RFID被纸张、木材和塑料等非金属或非透明的材质包覆的话,也可以进行穿透性通讯;读者自助借还书。图书馆提供自助借还书外围设备,则读者可以自行办理图书的借还。4物联网发展前景4.1 发展前景概述业内几乎所有人都认为物联网的发展前景非常好。物联网可以广泛应用于

19、经济社会发展的各个领域,引发和带动生产力、生产方式和生活方式的深刻变革,成为经济社会绿色、智能、可持续发展的关键基础和重要引擎。一方面物联网市场空间广阔,受众群突破人口限制,扩大到几乎所有的生产资料/机器终端/传感器网络,到2020年,地球上物物互联的业务,跟人与人通信的业务相比,将达到30:1,因此物联网被称为下一个万亿级的通信业务;另一方面物联网获得国家层面的重视,政策的扶持和资金投入都在加大,物联网第一次写入政府工作报告,并被纳入7大战略性新兴产业。据不完全统计,去年各大部委对物联网的研究扶持资金投入已经超过20亿。不少地方政府近期都在热衷建设物联网产业基地,给予相关企业在税收、资金、用

20、工、服务等一系列的优惠政策,吸引物联网产业链在地方落地,从而带动地方社会发展,提升传统产业,推动经济结构的调整和发展方式的深刻转变6。4.2 发展待解决的问题在国内甚至全球,尚未看到物联网大规模建设的案例,此外行业壁垒和地域壁垒也同样制约着物联网的规模发展8。总体来看,物联网的发展主要面临几方面的挑战:(1产业基础不足。国内尚未形成物联网规模应用的条件,物联网依附于现有产业的发展,而国内多数产业信息基础设施均不完善,许多产业与西方发达国家相比仍然落后,因此国内相关产业的发达程度和信息化水平基础决定了物联网短期内难以规模化发展。(2技术水平不佳。物联网的产业链很长,而大多数涉及到的核心技术都处于

21、发展阶段,距离产业化应用还有较大距离,尤其是传感器网络,不具备规模产业化应用的条件,传感器90%的核心技术大都掌握在国外发达国家手中。作为物联网的发源地,西方确实拥有较大的技术优势。(3标准化工作落后。不管是在国际还是国内,物联网从核心架构到各层的技术接口/协议均未实现标准化,而各个行业的物联网应用也基本未完成标准化工作,标准化的缺乏使得物联网的应用普及难以规模化。同时也使得物联网的建设成本较高,因此短期来看,国内暂时还不存在大规模应用的环境。(4安全性问题凸显。在推进物联网产业发展时,尤其要注意其可靠性、安全性及个人隐私保护问题7。物联网将社会活动、战略性基础设施资源和居民生活架构在全程互联互通的网络上,所有活动和设施理论上透明化,一旦遭受攻击,安全和隐私将面临巨大威胁。5.结论当局域网出现的时候,和现在一样,有一种成为新兴产业浪潮的趋势,当时谁也没有想到它可以发展成为现在的互联网。而今,物联网和当时局域网一样的出现了,给我们带来了前所未有的发展前景,给我们带来了良好的发展机遇的同时,也为我们带来了无限的挑战,时代总是在这样的情况下发展起来9。当第一次产业革命出现,我们来到了蒸汽时代,随后,我们进入了电器时代,第三次产业革命,我们步入信息科技时代,人们都说工业革命是变革世界的引擎,带来新的产物。虽然物联网不是一次产业革命,但是它却有着