物联网技术与应用（高职物联网相关专业）全套教学课件

物联网技术与应用全套可编辑PPT课件物联网概述RFID技术传感器技术无线传感器网络技术物联网通信技术物联网智能化技术物联网安全物联网应用农业物联网系统平台设计第一章物联网概述1.1物联网的起源、发展及相关概念1.2物联网的体系架构1.3物联网标准化目录Contents03（1）物联网的起源、发展和相关概念（2）物联网的体系架构组成。（3）物联网标准化的意义和现状。0201物联网（InternetofThings，简称IoT）被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮，它是新一代信息技术的重要组成部分，也是“信息化”时代的重要发展阶段。目前，物联网已经成为国家战略性新兴产业中信息产业发展的核心领域，将成为未来社会经济发展、社会进步和科技创新的最重要的基础设施，也关系到未来国家物理基础设施的安全利用。物联网融合了半导体、传感器、计算机、通信网络等多种技术，将成为信息产业发展的新制高点。美国IHS公司预测全球物联网设备的安装基数将从2015年的154亿美元增长到2020年的307亿美元。2025年，这一数字更将达到754亿美元。美国麦肯锡公司估计，2020年物联网市场总规模将达37亿美元，达到32.6%的年复合增长率。2025年之前，物联网的潜在经济影响力为2.7万～6.2万亿美元。因此，“物联网”被称为是下一个万亿级的产业，其市场前景将远远超过计算机、互联网、移动通信等。1.1物联网的起源、发展及相关概念物联网的起源和发展1.1.11998年，美国麻省理工学院（MIT）创造性地提出了当时被称为EPC（ElectronicProductCode，产品电子编码）系统的物联网构想。1995年，比尔•盖茨在《未来之路》中，已经提及物物互联的构想，只是当时受限于无线网络、硬件及传感设备的发展，并未引起重视。0102031999年在美国召开的移动计算和网络国际会议首先提出了“物联网（InternetofThings）”这一概念1999年，美国麻省理工学院建立了“自动识别中心（Auto-ID）”，提出了结合EPC、射频识别（RFID）和互联网技术，构建一个实现全球物品信息实时共享的实物互联网“InternetofThings”（简称物联网）。随着技术和应用的发展，物联网的内涵已经发生了较大变化。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）发布了《ITU互联网报告2005：物联网》。欧洲智能系统集成技术平台（EPoSS）于2008年5月在《物联网2020（InternetofThingsin2020）》报告中分析预测了未来物联网的发展阶段。2009年1月28日，IBM首席执行官彭明盛首次提出“智慧地球”的概念，即“互联网+物联网=智慧地球”，建议奥巴马新政府投资新一代的智慧型基础设施，作为经济振兴战略。010203物联网1.1物联网的起源、发展及相关概念韩国通信委员会于2009年出台了《物联网基础设施构建基本规划》，该规划是在韩国政府之前的一系列RFID/USN（传感器网络）相关计划的基础上提出的，目标是要在已有的RFID/USN应用和实验网条件下构建世界最先进的物联网基础设施、发展物联网服务、研发物联网技术、营造物联网推广环境等。2009年，日本政府IT战略本部制定了日本新一代的信息化战略《i-Japan战略2015》，该战略旨在到2015年让数字信息技术如同空气和水一般融入每一个角落，聚焦电子政务、医疗保健和教育人才三大核心领域，激活产业和地域的活性并培育新产业，以及整顿数字化基础设施。2009年，欧盟执委会发表题为“InternetofThings－AnactionplanforEurope”的物联网行动方案，描绘了物联网技术应用的前景，并提出要加强对物联网的管理、完善隐私和个人数据保护、提高物联网的可信度、推广标准化、建立开放式的创新环境、推广物联网应用等行动建议。1.1物联网的起源、发展及相关概念2009年11月3日，温家宝总理向首都科技界发表了题为“让科技引领中国可持续发展”的讲话，再次强调科学选择新兴战略性产业非常重要，并指示要着力突破传感网、物联网等关键技术。2010年，物联网首次被写入我国政府工作报告，这一年也被称为中国物联网元年。2009年8月7日，国务院总理温家宝在无锡视察时发表重要讲话，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，提出“感知中国”的战略构想。1.1物联网的起源、发展及相关概念2011年11月28日，工业和信息化部发布了《物联网“十二五”发展规划》010203042013年2月5日，国务院出台《关于推进物联网有序健康发展的指导意见》2013年9月5日，国家发改委等部门联合印发《物联网发展专项行动计划》2015年5月19日，国务院发布《中国制造2025》1.1物联网的起源、发展及相关概念提示根据我国工业和信息化部公布的数据，2015年我国物联网产业规模达到7500亿人民币，预计到2020年，物联网产业规模将达到1.8万亿人民币。目前，发展物联网已经成为各国的重要发展战略，同时，全球物联网市场规模也在不断扩大。预计到2018年，全球具备联网及感测功能的物联网市场规模将超过千亿美元。2013—2018年全球物联网市场规模及增速（数据来源ICInsights）1.1物联网的起源、发展及相关概念物联网的相关概念1.1.21999年，美国麻省理工学院的专家们认为，物联网就是将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的网络。2005年，国际电信联盟对“物联网”的含义进行了扩展，认为信息与通信技术的目标已经从任何时间、任何地点连接任何人，发展到连接任何物品的阶段，而万物的连接就形成了物联网，即物联网是对物体具有全面感知能力，对信息具有可靠传送和智能处理能力的连接物体与物体的信息网络。全面感知、可靠传送和智能处理是物联网的特征。1.1物联网的起源、发展及相关概念1.1物联网的起源、发展及相关概念《物联网战略研究路线图》研究报告物联网是未来Internet的一个组成部分，可以被定义为基于标准的和可互操作的通信协议且具有自配置能力的动态的全球网络基础架构。物联网中的“物”都具有标识、物理属性和实质上的个性，使用智能接口，实现与信息网络的无缝整合。我国学者物联网通过射频识别（RFID）装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等各种装置与互联网结合成一个全新的巨大网络，将现有的互联网、通信网、广电网及各种接入网和专用网连接起来，实现智能化识别和管理。我国政府工作报告物联网是指通过信息传感设备，按照约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。它是在互联网基础上延伸和扩展的网络。提示物联网目前还没有一个明确、统一的定义，一方面说明了物联网的发展还处于探索阶段，不同背景的研究人员、设备厂商、网络运营商都是从各自的角度去构想物联网的发展状况，对物联网的未来缺乏统一而全面的规划；另一方面也说明了物联网不是一个简单的技术热点，而是一个融合了感知技术、通信与网络技术、智能运算技术的复杂信息系统，人们对它的认识还需要一个过程。国内普遍引用的物联网定义为：通过信息传感设备，按照约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。1.1物联网的起源、发展及相关概念可靠传输即通过各种电信网络与互联网的融合，实现对数据和信息实时准确地传输；智能处理即利用云计算、模糊识别等各种智能计算技术，对海量的数据和信息进行分析和处理，对物体实施智能化的控制。全面感知即利用传感器（网络）、RFID等随时随地获取对象信息；ABCABC1.1物联网的起源、发展及相关概念1传感网1.1物联网的起源、发展及相关概念传感网是传感器网络（SensorNetwork）的简称，最早由美国军方提出，起源于1978年美国国防部高级研究计划局（DARPA）开始资助卡耐基梅隆大学进行分布式传感器网络的研究项目。当时此概念局限于由若干具有无线通信能力的传感器节点自组织构成的网络。1.1物联网的起源、发展及相关概念传感网是指随机分布的集成有传感器、数据处理单元和通信单元的具有无线通信与计算能力的微小节点，通过自组织的方式构成的无线网络。传感网的节点间距离很短，一般采用多跳（Multi-hop）的无线通信方式进行通信。传感网可以在独立的环境下运行，也可以通过网关连接到互联网，使用户可以远程访问。传感网是以感知为目的，实现人与人、人与物、物与物全面互联的网络。它综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等，能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，通过嵌入式系统对信息进行处理，并通过随机自组织无线通信网络以多跳中继方式将所感知信息传送到用户终端，从而真正实现“无处不在的计算”理念。2泛在网泛在网来源于拉丁语Ubiquitous，是指无所不在的网络，又称泛在网络。泛在网络（UbiquitousNetwork）的概念是由美国施乐公司的MarkWeiser在1991年首先提出的。泛在网络概念的提出对信息社会产生了革命性的变革，在观念、技术、应用、设施、网络、软件等各个方面都将产生巨大的变化。与泛在网络相关的战略计划最早在日本和韩国发起，日韩给出的泛在网络定义为：无所不在的网络社会将是由智能网络、最先进的计算技术以及其他领先的数字技术基础设施武装而成的技术社会形态。根据这样的构想，泛在网络将以“无所不在”“无所不包”“无所不能”为基本特征，帮助人类实现“4A”化通信，即在任何时间（Anytime）、任何地点（Anywhere）、任何人（Anyone）、任何物（Anything）都能顺畅地通信。提示相对于物联网技术的当前可实现性来说，泛在网属于未来信息网络技术发展的理想状态和长期愿景。1.1物联网的起源、发展及相关概念新型光通信分组交换互联网管控网络测量和仿真多技术混合组网泛在网络在网络层的关键技术1.1物联网的起源、发展及相关概念无所不在的终端单元无所不在的基础网络无所不在的网络应用泛在网的构建依赖3个实体层的存在和互动。1.1物联网的起源、发展及相关概念3物联网、传感网和泛在网的关系物联网、传感网和泛在网都是信息技术不断发展的结果，其目的是更加方便地为人们提供方便、快捷的数据服务，从更小的细节完善人们的需求。其实，物联网、传感网和泛在网的概念来源不同，内涵虽有所重叠但强调的侧重点不同。未来泛在网、物联网和传感网各有定位，传感网是泛在网和物联网的组成部分，物联网是泛在网发展的物联阶段，通信网、互联网和物联网之间相互协同融合是泛在网发展的目标。传感网最主要的特征是利用各种各样的传感器加上中低速的近距离无线通信技术。物联网将解决广域或大范围的人与物、物与物之间信息交换需求的联网问题，它采用各种不同的技术把物理世界的各种智能物体、传感器接入网络。1.1物联网的起源、发展及相关概念物联网通过接入延伸技术，实现末端网络（个域网、汽车网、家庭网络、社区网络、小物体网络等）的互联来完成人与物、物与物之间的通信。在这个网络中，机器、物体和环境都将被纳入人类感知的范畴，利用传感器技术、智能技术，所有的物体将获得生命的迹象，从而变得更加聪明，实现了数字虚拟世界与物理真实世界的对应或映射。虽然不同概念的起源不一样，侧重点也不一致，但是从发展的视角来看，未来的网络发展看重的更多的是无处不在的网络基础设施的发展，帮助人类实现“4A”化通信。1.1物联网的起源、发展及相关概念普适计算1.1.3普适计算作为一项面向未来的新技术，有各种各样的定义。人们普遍认为，在完善的普适环境下，使用任意设备和任意网络、在任意时间都能获得相当质量的计算服务。普适计算的重点在于，提供面向客户、无处不在的自适应计算环境。在普适计算建立的融合空间中，人们可以“随时随地”和“透明”地获得数字化的服务。在普适计算环境成熟以后，使用者可以在生活和工作场所的任意位置很自然地获得所需要的网络和计算服务。在使用者获得计算服务的过程中，由于提供计算和通信的设备已经融入到该环境中，使用者并不需要有意识地选择使用某种设备或者网络。1.1物联网的起源、发展及相关概念第一代计算独立的大型主机阶段；第二代计算具有一定联网比例的个人电脑普及阶段；第三代计算互联网普及阶段。普适计算所倡导的“信息计算处理设备与周围环境融为一体”这一先进理念，不仅代表了未来信息计算技术的发展趋势，同时也为实现“各种设备之间、由各种设备构成的各个相对独立的环境之间，以及设备和用户之间的自由信息交互”提供了重要的参考。因此，普适计算对于物联网内涵的延伸具有重要的指导意义。1.1物联网的起源、发展及相关概念物联网的特征1.1.4（1）物联网是各种感知技术的广泛应用。物联网上部署了海量的多种类型的传感器，每个传感器都是一个信息源，不同类别的传感器所捕获的信息内容和信息格式不同。传感器获得的数据具有实时性，按一定的频率周期性地采集环境信息，不断更新数据。（2）物联网是建立在互联网上的泛在网络物联网技术的重要基础和核心仍旧是互联网，它通过各种有线和无线网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递出去。在物联网上的传感器定时采集的信息需要通过网络传输，由于其数量极其庞大，形成了海量信息，在传输过程中，为了保障数据的正确性和及时性，必须适应各种异构网络和协议。（3）物联网不仅提供了传感器的连接，其本身也具有智能处理的能力，能够对物体实施智能控制物联网将传感器和智能处理相结合，利用云计算、模式识别等各种智能技术，扩充其应用领域；从传感器获得的海量信息中分析、加工和处理出有意义的数据，以适应不同用户的不同需求，发现新的应用领域和应用模式。1.1物联网的起源、发展及相关概念网络层是互联网、广电网络、通信网络的融合，是物联网的传输系统。通过网络层，将物体的信息实时、准确地传递出去。感知层以二维码、RFID、传感器为主，是物联网的识别系统。通过感知层，物联网可以随时随地获取物体的信息。应用层涉及云计算、数据挖掘、中间件等技术，是物联网的智能处理系统。通过应用层，对感知层获取的信息进行处理，实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理等实际应用。1.2物联网的体系架构感知层1.2.1感知层主要用于采集物理世界中发生的物理事件和数据，包括各类物理量、标识、音频、视频数据。物联网数据采集涉及传感器、RFID、蓝牙、ZigBee、多媒体信息采集、二维码和实时定位等技术。传感器网络组网和协同信息处理技术，实现传感器、RFID等数据采集技术所获取数据的短距离传输、自组织组网及多个传感器对数据的协同信息处理过程。较之于传统网络层，物联网的感知层网络范围更广，传统网络仅仅包括人与人之间的通信，而物联网的范围不仅包括人与人，还包括人与物、物与物。感知层数据采集子层短距离通信技术协同信息处理子层1.2物联网的体系架构1传感器技术传感器是摄取信息的关键器件，它是物联网中不可缺少的信息采集手段。传感器是一种检测和信息采集装置，能感受到被测的信息，并将信息转换成电脑系统能识别的信息形式。压力传感器温度传感器湿度传感器光传感器磁性传感器1.2物联网的体系架构2RFID技术1.2物联网的体系架构设备标识技术短距离传输技术物联网中能够让物品“开口说话”的一种技术在“物联网”的构想中，每一个“物”都配备一张RFID标签，RFID标签中存储着“物”的信息，通过无线数据通信网络把它们采集到超级计算机系统，实现物品的识别，进而通过开放性的计算机网络实现信息交换和共享，实现对物品的管理与控制。每个RFID芯片中都有一个全球唯一的编码：在为物品贴上RFID标签后，需要在系统服务器中建立该物品的相关描述信息，与RFID编码相对应。用户可以使用读写器（或称阅读器）向标签发出电磁信号，与标签进行通信对话，而标签中的RFID编码被传输回读写器，读写器再与系统服务器进行对话，根据编码查询该物品信息。而RFID标签又分为有源和无源两种，有源标签工作时与读写器的距离可以达到10m以上，成本较高，而无源标签工作时与读写器的距离在1m左右。1.2物联网的体系架构3蓝牙技术蓝牙（Bluetooth）是一种无线技术标准，可实现固定设备、移动设备和楼宇个人域网之间的短距离数据交换。它采用高速跳频和时分多址等先进技术，支持点对点及点对多点通信。其传输频段为全球公共通用的2.4GHz频段，能提供1Mbit/s的传输速率和10m的传输距离。它除了具有全球通用、功耗低、成本低、抗干扰能力强等特点外，还有可同时传输话音和数据、可建立临时性的对等连接、开放的接口标准等特点。如今，日常生活中所使用的手机、笔记本电脑、运动手环等设备已普遍集成了蓝牙模块。1.2物联网的体系架构蓝牙可连接多个设备，克服了数据同步的难题。蓝牙技术最初由电信巨头爱立信公司于1994年创制，当时是作为RS-232数据线的替代方案。如今蓝牙由蓝牙技术联盟（BluetoothSIG）管理。蓝牙技术联盟在全球拥有超过25000家成员公司，它们分布在电信、计算机、网络和消费电子等多种领域。蓝牙技术联盟负责监督蓝牙规范的开发，管理认证项目，并维护商标权益。制造商的设备必须符合蓝牙技术联盟的标准才能以“蓝牙设备”的名义进入市场。蓝牙技术拥有一套专利网络，可发放给符合标准的设备。1.2物联网的体系架构4ZigBee技术ZigBee是介于无线标记技术和蓝牙之间的一种无线传输技术，具有短距离、低功耗的显著特点。ZigBee采用分组交换和跳频技术，可使用3个频段，分别是2.4GHz的公共通用频段、欧洲的868MHz频段和美国的915MHz频段。它主要应用在短距离且数据传输速率不高的各种电子设备之间。与蓝牙相比，ZigBee更简单、速率更慢、功率及费用也更低，因此它只适合承载低速率、通信范围较小、数据量较小的业务。1.2物联网的体系架构5二维码技术二维码又称二维条码，最早发明于日本，它是用某种特定的几何图形即按一定规律在平面（二维方向上）分布的黑白相间的图形来记录数据符号信息的。二维码在代码编制上巧妙地利用构成计算机内部逻辑基础的“0”和“1”比特流的概念，使用若干与二进制相对应的几何形体来表示文字数值信息，通过图像输入设备或光电扫描设备自动识读以实现信息自动处理。1.2物联网的体系架构二维码具有条码技术的一些共性：每种码制有其特定的字符集；每个字符占有一定的宽度；具有一定的校验功能等。具有对不同行的信息自动识别功能及处理图形旋转变化等特点。1.2物联网的体系架构堆叠式/行排式二维码由多行短截的一维条码堆叠而成矩阵式二维码以矩阵的形式组成，在矩阵相应元素位置上用“点”表示二进制“1”，用“空”表示二进制“0”，由“点”和“空”的排列组成代码。二维码是物联网中“物”的身份证，其优点是信息容量大，译码可靠性高，纠错能力强，制作成本低，保密与防伪性能好，即使某个部分遭到一定程度的损坏，也可通过存在于其他位置的纠错码将损失的信息还原出来。网络层1.2.2物联网的发展是建立在其他网络发展的基础上的，特别是三网融合中的三网（电信网、广播电视网、互联网），还包括通信网、卫星网、行业专网等。网络层将来自感知层的各类信息通过基础承载网络传输到应用层，网络层中的感知数据管理与处理技术是实现以数据为中心的物联网的核心技术。感知数据管理与处理技术包括物联网数据的存储、查询、分析、挖掘、理解及基于感知数据决策和行为的技术。网络层Internet技术移动通信网技术无线传感器网络技术1.2物联网的体系架构Internet技术Internet技术就是我们常见的互联网技术，是把分布于世界各地不同结构的计算机网络用各种传输介质互相连接起来形成一个网络的技术。移动通信网技术移动通信就是通信双方至少有一方在运动状态中进行信息交换，它包括移动用户之间的通信、固定用户与移动用户的通信。无线传感器网络技术无线传感器网络主要由节点、网关和软件三部分组成。空间分布的测量节点通过与传感器连接对周围环境进行监控。监测到的数据无线发送至网关，网关可以与有线系统相连接，这样就能使用软件对数据进行采集、加工、分析和显示。路由器是一种特别的测量节点，可以用它在无线传感器网络中延长距离和增加可靠性。1.2物联网的体系架构

应用层1.2.3应用层位于整个体系的最上层，是物联网架构中的关键结构。应用层服务支撑层服务支撑层的主要功能是根据底层采集的数据，形成与业务需求相适应、实时更新的动态数据资源库；应用子集层应用子集层的主要功能是把感知和传输来的信息进行分析和处理，做出正确的控制和决策，实现智能化的管理、应用和服务。1.2物联网的体系架构应用层利用经过分析处理的感知数据，为用户提供丰富的特定服务。监控型环境监控物流监控查询型智能检索远程抄表控制型智能交通智能家居路灯控制扫描型手机钱包高速公路不停车收费1.2物联网的体系架构物联网的技术体系1.2.41.2物联网的体系架构感知技术传输技术支撑技术应用技术物联网的技术体系感知技术能够用于物联网底层感知信息的技术，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。传输技术能够汇聚感知数据，并实现物联网数据传输的技术，包括互联网技术、地面无线传输技术、卫星通信技术等。支撑技术用于物联网数据处理和利用的技术，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、微电子技术等。应用技术用于直接支持物联网应用系统运行的技术，包括物联网信息共享交互平台技术、物联网数据存储技术和各种行业物联网应用系统。1.2物联网的体系架构（1）对物体属性进行标识，属性包括静态和动态的属性，静态属性可以直接存储在标签中，动态属性需要先由传感器实时探测。（2）需要识别设备完成对物体属性的读取，并将信息转换为适合网络传输的数据格式。（3）将物体的信息通过网络传输到信息处理中心（处理中心可能是分布式的，如家里的电脑或者手机，也可能是集中式的，如中国移动的IDC），由处理中心完成物体通信的相关计算。1.2物联网的体系架构物联网标准制定的意义1.3.1标准的制定是物联网发挥自身价值和优势的基础支撑。由于涉及不同专业技术领域和行业部门，物联网的标准既要涵盖不同应用场景的共性特征以支持各类应用子服务，又要满足物联网自身可扩展、系统和技术等内部差异性，所以物联网标准的制定既是一个历史性挑战，又给予企业以新的历史性机会。1.3物联网标准化目前，很多标准化组织（既有国际、区域和国家标准化组织，也有行业协会和联盟组织）均开展了与物联网相关的标准化工作，但尚未形成一套较为完备的物联网标准规范，在市场上仍有多项标准和技术在争夺主导地位，这种现象严重制约了物联网技术的广泛应用和产业的迅速发展，亟需建立统一的物联网系统架构和技术标准体系。提示在物联网产品开发和应用实施的过程中，需要面对的共性问题就是物联网标准的缺失及全球物联网标准的不一致。当前，物联网国际标准化工作还处在起步阶段，各相关国际标准化组织围绕既有的范围，开展了一些物联网标准化研究工作，包括ISO/IEC（国际标准化组织/国际电工委员会）、3GPP（第三代合作伙伴计划）、ITU（国际电信联盟）、IEEE（国际电气和电子工程师协会）等。但总体来说，由于各组织既有研究领域的局限性，加之物物互联应用领域众多，各类应用特点和需求不同，当前技术解决方案无法满足共性需求，尤其是在物理世界信息交互和统一表征方面。这对物联网产业发展极为不利，必须建立统一的体系架构和标准技术体系。1.3物联网标准化物联网标准体系框架1.3.2物联网标准体系的建立应遵照全面、明确、兼容、可扩展的原则。在全面综合分析物联网应用生态系统设计、运行涵盖领域基础上，将物联网标准体系划分为六个大类，分别为基础类、感知类、网络传输类、服务支撑类、业务应用类、共性技术类。1.3物联网标准化国际物联网标准制定现状1.3.3从RFID、机器类通信（M2M）、传感网、物联网到泛在网，国外标准组织开展了大量的物联网相关标准工作。主要国际标准组织包括IEEE，ISO，ETSI，ITU-T，3GPP，3GPP2等。1.3物联网标准化ISO主要针对物联网、传感网的体系结构及安全等进行研究；ITU-T与ETSI专注于泛在网总体技术研究，但二者侧重的角度不同，ITU-T从泛在网的角度出发，而ETSI则是以M2M的角度对总体架构开展研究；3GPP和3GPP2是针对于通信网络技术方面进行研究，IEEE针对设备底层通信协议开展研究。由于技术体系庞杂，因此物联网的标准化工作分散在不同的标准化组织，各有侧重。知识库物联网各领域标准化的现状如下。RFID：标准已经比较成熟，ISO/IEC和EPCglobal标准应用最广。传感器网络：ISO/IECJTC1/WG7（传感器网络工作组）负责标准化工作。架构技术：ITU-TSG13对NGN（NextGenerationNetwork，下一代网络）环境下无所不在的泛在网需求和架构进行了研究和标准化。M2M：ETSIM2MTC（欧洲电信标准化协会M2MTC小组）开展了对M2M需求和M2M架构等方面的标准化研究制定，3GPP在M2M核心网和无线增强技术方面正开展一系列研究和标准化工作。1.3物联网标准化知识库通信和网络技术：重点由ITU，3GPP，IETF，IEEE等组织开展标准化工作。目前IEEE802.15.4近距离无线通信标准被广泛应用，IETF标准组织也完成了简化IPv6协议应用的部分标准化工作。SOA：相关标准规范正由多个国际组织如W3C，OASIS，WS-I，TOG，OMG等研究制定。智能电网：国际上主要有IEC，NIST，ITU-T，IEEEP2030，CEN/CENELEC/ETSI等组织进行智能电网标准化工作。智能交通：国际上主要有ISO/TC204，ITU，IEEE及欧洲的ETSI等组织开展智能交通标准化工作。智能家居：相关国际标准化组织包括X-10，CEBus，LonWorks，DLNA，UPnP，BroadbandForum等。1.3物联网标准化1ITU-T物联网标准进展ITU-T是国际电联电信标准化部门的英文缩写，它是国际电信联盟管理下的专门制定远程通信相关国际标准的组织。由ITU-T制定的国际标准通常被称为“ITU-T建议书”。由于ITU-T是ITU的一部分，而ITU是联合国的下属组织，所以由该组织提出的国际标准比其他组织提出的类似的技术规范更正式一些。1.3物联网标准化ITU-T早在2005年就开始进行泛在网的研究，可以说是最早进行物联网标准研究的组织。ITU-T的研究内容主要集中在泛在网总体框架、标识及应用三个方面。ITU-T在泛在网的研究工作已经从需求阶段逐渐进入到框架研究阶段，目前研究的框架模型还处在高层层面。ITU-T在标识研究方面和ISO通力合作，主推基于对象标识（OID）的解析体系。ITU-T在泛在网应用方面已经逐步展开了对健康和车载方面的研究。SG13主要从NGN（下一代网络）角度展开泛在网相关研究，标准主导是韩国。目前标准化工作集中在基于NGN的泛在网络/泛在传感器网络需求及架构研究、支持标签应用的需求和架构研究、身份管理（IDM）相关研究、NGN对车载通信的支持等方面。SG16成立了专门的问题组，展开泛在网应用相关的研究，日、韩共同主导，内容集中在业务和应用、标识解析方面。SG16研究的具体内容有：Q.25/16泛在感测网络（USN）应用和业务，Q.27/16通信/智能交通系统（ITS）业务/应用的车载网关平台，Q.28/16电子健康（E-Health）应用的多媒体架构，Q.21和Q.22标识研究（主要给出了针对标识应用的需求和高层架构）。SG17成立有专门的问题组，展开泛在网安全、身份管理、解析的研究。SG17研究的具体内容有：Q.6/17泛在通信业务安全，Q.10/17身份管理架构和机制，Q.12/17抽象语法标记（ASN.1）、OID及相关注册。1.3物联网标准化SG11成立有专门的问题组“NID和USN测试规范”，主要研究节点标识（NID）和泛在感测网络（USN）的测试架构、H.IRP测试规范及X.oid-res测试规范。SG20负责推进物联网标准化工作，加快标准化进程。ITU-T管理层在2015年6月决定将原来分散在ITU-T不同研究组的物联网、智慧城市的标准化工作合并，成立新的物联网标准化研究组SG20，推进物联网与智慧城市相关标准化工作。2017年3月，SG20研究组正式更名为“物联网和智慧城市研究组”，设置2个工作组和7个课题。SG20希望在更广泛的范围内通过与交通、医疗、电力等行业的深度结合，在推动全球经济、技术发展上发挥更大的作用。同时，SG20的成立在ITU-T内部解决了物联网和智慧城市相关标准制定分散、协调工作量大、制定周期较长等问题，长期看有利于ITU-T物联网和智慧城市相关标准的发展。1.3物联网标准化2IEEE物联网标准进展IEEE802系列标准是IEEE802LAN/MAN标准委员会制定的局域网、城域网技术标准。1998年，IEEE802.15工作组成立，专门从事无线个人局域网（WPAN）标准化工作。在IEEE802.15工作组内有5个任务组，分别制定适合不同应用的标准。这些标准在传输速率、功耗和支持的服务等方面存在差异。TG1组制定IEEE802.15.1标准，即蓝牙无线通信标准。标准适用于手机、PDA等设备的中等速率、短距离通信。TG2组制定IEEE802.15.2标准，研究IEEE802.15.1标准与IEEE802.11标准的共存。TG3组制定IEEE802.15.3标准，研究超宽带（UWB）标准。标准适用于个域网中多媒体方面高速率、近距离通信的应用。TG4组制定IEEE802.15.4标准，研究低速无线个人局域网（WPAN）。该标准把低能量消耗、低速率传输、低成本作为重点目标，旨在为个人或者家庭范围内不同设备之间的低速互联提供统一标准。TG5组制定IEEE802.15.5标准，研究无线个人局域网（WPAN）的无线网状网（MESH）组网。该标准旨在研究提供MESH组网的WPAN的物理层与MAC层的必要的机制。1.3物联网标准化3ETSI物联网标准进展ETSI（EuropeanTelecommunicationsStandardsInstitute，欧洲电信标准化协会）是由欧共体委员会1988年批准建立的一个非营利性的电信标准化组织，总部设在法国南部的尼斯。ETSI的标准化领域主要是电信业，并涉及与其他组织合作的信息及广播技术领域。ETSI作为一个被CEN（欧洲标准化协会）和CEPT（欧洲邮电主管部门会议）认可的电信标准协会，其制定的推荐性标准常被欧共体作为欧洲法规的技术基础而采用并被要求执行。1.3物联网标准化ETSI采用M2M的概念进行总体架构方面的研究，相关工作的进展非常迅速，是在物联网总体架构方面研究得比较深入和系统的标准组织，也是目前在总体架构方面最有影响力的标准组织。ETSI专门成立了一个专项小组（M2MTC），从M2M的角度进行相关标准化研究。ETSIM2MTC小组的主要研究目标是从端到端的全景角度研究机器对机器通信，并与ETSI内NGN的研究及3GPP已有的研究展开协同工作。43GPP/3GPP2物联网标准进展3GPP是3rdGenerationPartnershipProject（第三代合作伙伴计划）的缩写形式。3GPP是领先的3G技术规范机构，是由欧洲的ETSI、日本的ARIB和TTC、韩国的TTA和美国的T1在1998年底发起成立的，旨在研究制定并推广基于演进的GSM核心网络的3G标准，即W-CDMA，TD-SCDMA和EDGE等。中国无线通信标准研究组（CWTS）于1999年加入3GPP。3GPP的目标是实现由2G网络到3G网络的平滑过渡，保证未来技术的后向兼容性，支持轻松建网及系统间的漫游和兼容性。3GPP2是第三代合作伙伴计划2，成立于1999年1月，由美国的TIA、日本的ARIB、日本的TTC、韩国的TTA四个标准化组织发起。中国无线通信标准研究组（CWTS）于1999年6月在韩国正式签字加入3GPP2。3GPP2的主要工作是制定以ANSI-41核心网为基础，CDMA2000为无线接口的移动通信技术规范。1.3物联网标准化3GPP和3GPP2采用M2M的概念进行研究。作为移动网络技术的主要标准组织，3GPP和3GPP2关注的重点在于物联网网络能力增强方面，是在网络层方面开展研究的主要标准组织。3GPP针对M2M的研究主要从移动网络出发，研究M2M应用对网络的影响，包括网络优化技术等。3GPP的研究范围为：只讨论移动网的M2M通信；只定义M2M业务，不具体定义特殊的M2M应用。Verizon和Vodafone等移动运营商在M2M的应用中发现了很多问题，例如大量M2M终端对网络的冲击、系统控制面容量的不足等。在Verizon、Vodafone、三星、高通等公司的推动下，3GPP对M2M的研究在2009年开始加速，目前基本完成了需求分析，转入网络架构和技术框架的研究，但核心的无线接入网络（RAN）研究工作还未展开。1.3物联网标准化我国物联网标准制定现状1.3.42010年以来，由国家发展改革委和国家标准委会同有关部门，相继成立了国家物联网标准推进组、国家物联网基础标准工作组及公安、交通、医疗、农业、林业和环保6个物联网行业应用标准工作组，初步形成了组织协调、技术协调、标准研制三级协调推进的标准化工作机制。1.3物联网标准化1．IOT-L01-05物联网综合实验箱2．搭建Keil集成开发环境本章实验物联网技术与应用第二章RFID技术2.1RFID技术基础知识2.2RFID系统组成2.3RFID系统原理目录Contents本章学习重点03（1）RFID的基本概念、特点及分类。（2）RFID系统的组成和中间件技术。（3）RFID系统的电感耦合和电磁反向散射耦合原理。0201本章学习重点物联网的感知层是基础层，承担着信息采集的功能。在物联网中，自动识别系统可以对物品自动进行标识和识别，并可以将数据实时更新，是全球物品信息实时共享的重要组成部分。从目前的发展阶段来看，物联网发展的瓶颈就在于感知层。RFID（射频识别）技术是一种非接触式的自动识别技术，也是目前最重要的自动识别系统。它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，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。2.1RFID技术基础知识

RFID的基本概念和特点2.1.1RFID即射频识别（RadioFrequencyIdentification），又称无线射频识别，是一种非接触式的自动识别技术。RFID常称为感应式电子芯片或近接卡、感应卡、非接触卡、电子标签、电子条码等。其基本原理是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达到识别的目的。防水耐高温使用寿命长读取距离远

便签数据可以加密存储数据容量大存储信息可以随意修改可识别高速运动中的物体可识别多个标签可在恶劣环境下工作随着物联网的兴起和发展，RFID正在成为全球热门的技术。目前，RFID应用范围越来越广，涉及动物芯片、商品防伪、国防军事、智能交通、电子门票、身份识别和一卡通等多种领域。RFID需要利用无线电频率资源，因此RFID必须遵守无线电频率管理的诸多规范。具体来说，与同期或早期的接触式识别技术相比较，RFID还具有如下一些特点。（1）数据的读写功能只要通过RFID读写器，不需要接触即可直接读取射频卡内的数据信息到数据库内，且一次可处理多个标签，也可将处理的数据状态写入电子标签。（2）电子标签的小型化和多样化RFID在读取上不受尺寸大小与形状的限制。RFID电子标签正朝小型化发展，以便于嵌入到不同物品内。（3）耐环境性RFID可以非接触读写（读写距离可以从十厘米至几十米），可识别高速运动物体，抗恶劣环境，且对水、油和药品等物质具有强力的抗污性。RFID可以在黑暗或脏污的环境之中读取数据。2.1RFID技术基础知识（4）可重复使用由于RFID为电子数据，可以反复读写，因此可以回收标签重复使用，提高利用率，降低电子污染。（5）穿透性RFID即便是被纸张、木材和塑料等非金属、非透明材质包覆，也可以进行穿透性通信。但是它不能穿过铁质等金属物体进行通信。（6）数据的记忆容量大数据容量随着记忆规格的发展而扩大，未来物品所需携带的数据量会越来越大。（7）系统安全性将产品数据从中央计算机中转存到标签上将为系统提供安全保障。射频标签中数据的存储可以通过校验或循环冗余校验的方法来得到保证。2.1RFID技术基础知识2.1RFID技术基础知识

RFID的分类2.1.2RFID即射频识别（RadioFrequencyIdentification），又称无线射频识别，是一种非接触式的自动识别技术。RFID常称为感应式电子芯片或近接卡、感应卡、非接触卡、电子标签、电子条码等。其基本原理是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达到识别的目的。1根据标签的供电形式分类RFID电子标签的电能消耗是非常低的（一般是1/100mW级别）。按照获取电能的方式不同，电子标签可分为有源电子标签、无源电子标签和半有源电子标签。据专家估计，目前市场上80%为无源电子标签，不到20%为有源电子标签。有源电子标签内装有电池，无源电子标签没有内装电池。2.1RFID技术基础知识（1）有源电子标签有源电子标签又称主动标签，通过标签自带的内部电池进行供电，其电能充足，工作可靠，信号传送距离远。有源电子标签的缺点主要是价格高，体积大，使用寿命受到限制，而且随着电子标签内电池电力的消耗，数据传输的距离会越来越小，影响系统的正常工作。（2）无源电子标签无源电子标签又称被动标签，内部不带电池，需靠外界提供能量才能正常工作。无源电子标签典型的产生电能的装置是天线与线圈，当电子标签进入系统的工作区域，天线接收到特定的电磁波，线圈就会产生感应电流，再经过整流并给电容充电，电容电压经过稳压后可作为工作电压。无源电子标签具有永久的使用期，常用于需要每天读写或频繁读写信息的场合。无源电子标签的缺点主要是数据传输的距离要比有源电子标签短，需要敏感性比较高的信号接收器才能可靠识读。2.1RFID技术基础知识（3）半有源电子标签半有源电子标签又称半被动标签，可以使用微型纽扣电池给芯片供电，而天线接收、发射仍然通过读写器发射的电磁波获取能量，因此本身耗电很少。标签未进入工作状态前，一直处于休眠状态，相当于无源电子标签，标签内部电池能量消耗很少，因而电池可维持几年，甚至更长。当标签进入读写器的读取区域，受到读写器发出的射频信号激励而进入工作状态时，电子标签与读写器之间信息交换的能量支持以读写器供应的射频能量为主（反射调制方式），标签内部电池的作用主要在于弥补标签所处位置的射频场强不足，标签内部电池的能量并不转换为射频能量。2.1RFID技术基础知识2根据标签的工作频率分类电子标签的工作频率决定着射频识别系统的工作原理（电感耦合还是电磁反向散射耦合）、识别距离、电子标签及读写器实现的难易程度和设备的成本。电子标签依据频率的不同可分为低频电子标签、高频电子标签、超高频电子标签和微波电子标签。RFID系统主要频段标准与特性2.1RFID技术基础知识低频段电子标签简称低频电子标签，其工作频率范围为30～300kHz。典型工作频率有125kHz，133kHz（也有接近的其他频率的，如TI公司使用134.2kHz）。低频标签一般为无源电子标签，其工作能量通过电感耦合方式从读写器耦合线圈的辐射近场中获得。低频标签与读写器之间传送数据时，低频电子标签需位于读写器天线辐射的近场区内。低频电子标签的读写距离一般情况下小于1m。1）低频段电子标签低频标签存在的优势是标签的芯片多采用普通的CMOS工艺，工作频率不受无线电频率管制约束；比较廉价、省电；同时可以穿透水、木材、有机组织等。低频标签常适合近距离的、低速度的、数据量要求较少的识别应用（如动物识别）等。低频标签的劣势主要体现在：标签存储数据量较少；只能适合低速、近距离识别应用；与高频标签相比，标签天线匝数更多，成本更高一些。2.1RFID技术基础知识低频标签的典型应用有动物识别、容器识别、工具识别、电子闭锁防盗（带有内置应答器的汽车钥匙）等。低频标签有多种外观形式，应用于动物识别的低频标签外观有项圈式、耳牌式、注射式、药丸式等。（a）低频动物耳标

（b）低频动物脚环常见低频电子标签2.1RFID技术基础知识中高频段电子标签的工作频率一般为3～30MHz，典型工作频率为13.56MHz。该频段的电子标签，从射频识别应用角度来说，因其工作原理与低频标签完全相同，即采用电感耦合方式工作，所以宜将其归为低频标签类中。另一方面，根据无线电频率的一般划分，其工作频段又称为高频，所以也常将其称为高频标签。2）中高频段电子标签高频标签一般也采用无源设计，其工作能量同低频标签一样，也是通过电感耦合或电磁反向散射耦合方式从读写器耦合线圈的辐射近场中获得。标签与读写器进行数据交换时，标签必须位于读写器天线辐射的近场区内。中频标签的读写距离一般情况下也小于1m。2.1RFID技术基础知识高频标签的基本特点与低频标签相似，由于其工作频率的提高，可以选用较高的数据传输速率。高频标签由于可方便地做成卡状，典型应用包括电子车票、电子身份证、电子闭锁防盗（电子遥控门锁控制器）等。（a）高频IC卡

（b）RFID门票常见高频电子标签2.1RFID技术基础知识超高频与微波频段的电子标签也简称微波电子标签，其典型工作频率为433.92MHz，902～928MHz，2.45GHz，5.8GHz。微波电子标签可分为有源电子标签与无源电子标签两类。工作时，电子标签位于读写器天线辐射场的远区场内，电子标签与读写器之间的耦合方式为电磁反向散射耦合方式。读写器天线辐射场为无源电子标签提供射频能量，将有源电子标签唤醒。相应的射频识别系统读写距离一般大于1m，典型情况为4～7m，最大可达10m以上。读写器天线一般均为定向天线，只有在读写器天线定向波束范围内的电子标签才可被读写。3）超高频与微波电子标签2.1RFID技术基础知识微波电子标签的典型特点主要集中在是否无源、无线读写距离、是否支持多电子标签读写、是否适合高速识别应用、读写器的发射功率容限、电子标签及读写器的价格等方面。微波电子标签的数据存储容量一般限定在2Kbit以内，从技术及应用的角度来说，微波电子标签并不适合作为大量数据的载体，其主要功能在于标识物品并完成无接触的识别过程。典型的数据容量指标有1Kbit，128bit，64bit等。微波电子标签的典型应用包括移动车辆识别、电子身份证、仓储物流应用、电子闭锁防盗（电子遥控门锁控制器）等。（a）ETC不停车收费系统

（b）机场行李自动分拣系统微波电子标签应用场景2.1RFID技术基础知识3根据标签的可读性分类（1）只读（RO）标签只读标签内部有只读存储器（ROM）。ROM中存储有电子标签的标识信息。这些信息可以在电子标签制造过程中，由制造商写入ROM中，即电子标签在出厂时已将完整的信息写入电子标签。这种情况下，在应用过程中，电子标签一般具有只读功能。也可以在电子标签开始使用时由使用者根据特定的应用目的写入特殊的编码信息。（2）可读可写（RW）标签可读可写标签内部的存储器，除了ROM、缓冲存储器之外，还有非活动可编程记忆存储器。这种存储器一般是EEPROM（电可擦除可编程只读存储器），它除了具有存储数据功能外，还具有在适当的条件下允许多次对原有数据的擦除以及重新写入数据的功能。可读可写电子标签还可能有随机存取存储器（RAM），用于存储电子标签反应和数据传输过程中临时产生的数据。（3）一次写入多次读出（WORM）标签一次写入多次读出（WORM）的电子标签既有接触式改写的电子标签存在，也有无接触式改写的电子标签存在。这类WORM电子标签一般大量用在一次性使用的场合，如航空行李标签、特殊身份证件标签等。2.1RFID技术基础知识4根据标签的工作方式分类（1）主动式电子标签一般来说，主动式RFID系统为有源系统，即主动式电子标签用自身的射频能量主动地发送数据给读写器，在有障碍物的情况下，只需穿透障碍物一次。由于主动式电子标签自带电池供电，它的电能充足，工作可靠性高，信号传输距离远。主要缺点是标签的使用寿命受到限制，而且随着标签内部电池能量的耗尽，数据传输距离越来越短，从而影响系统的正常工作。（2）被动式电子标签被动式电子标签必须利用读写器的载波来调制自身的信号，标签产生电能的装置是天线和线圈。电子标签进入RFID系统工作区后，天线接收特定的电磁波，线圈产生感应电流供给电子标签工作，在有障碍物的情况下，读写器的能量必须来回穿过障碍物两次。这类系统一般用于门禁或交通系统中，因为读写器可以确保只激活一定范围内的电子标签。（3）半主动式电子标签在半主动式RFID系统里，电子标签本身带有电池，但是电子标签并不通过自身能量主动发送数据给读写器，电池只负责对电子标签内部电路供电。电子标签需要被读写器的能量激活，然后才通过反向散射调制方式传送自身数据。一般来讲，无源系统为被动式，有源系统为主动式。2.1RFID技术基础知识依据封装形式，RFID标签可分为信用卡标签、线形标签、纸状标签、玻璃管标签、圆形标签及特殊用途的异形标签等；根据耦合方式、工作频率和作用距离的不同，RFID无线信号传输分为电感耦合方式和电磁反向散射耦合方式两种；按照数据在RFID读写器和标签之间的通信方式，可以分为全双工系统、半双工系统和时序系统等。RFID的种类及特点2.1RFID技术基础知识RFID技术起源于第二次世界大战时期，该技术被英军用于识别敌我双方的飞机，此系统称为敌我识别系统（IdentificationFriendorFoeSystem，IFFS）。IFFS通过雷达发射微波查询信号，英方飞机上安装的识别电子标签可以对微波信号做出相应回执，这种技术在20世纪50年代成为现代空中交通管制的基础，也是早期RFID技术的萌芽，主要应用在军事、实验室等。1948年Harry．Stockman的一篇具有里程碑意义的RFID研究论文“CommunicationbyMeansofReflectedPower”，以及信息技术（如晶体管集成电路、微处理芯片、通信网络等新技术）的发展，拉开了RFID技术的研究序幕。20世纪60年代出现了一系列的RFID技术论文及专利文献，RFID的应用此时也应运而生，出现了商用RFID系统——电子商品监视（ElectronicArticleSurveillance，EAS）设备。EAS被认为是RFID技术最早且最广泛应用于商业领域的系统。20世纪70年代，RFID技术成为人们研究的热门课题，各种机构都开始致力于RFID技术的开发，出现了一系列的研究成果，并且将RFID技术成功应用于自动汽车识别（AutomaticVehicleIdentification，AVI）的电子计费系统、动物跟踪及工厂自动化等。0102032.1RFID技术基础知识20世纪80年代是充分使用RFID技术的十年，更加完善的RFID应用开始涌现。世界各个国家对RFID的应用兴趣不尽相同，在美国RFID技术主要应用于传输业和访问控制，在欧洲则是将短距离通信的RFID技术应用于动物监控。第一个实用的RFID电子收费系统于1987年在挪威正式投入使用。1989年美国达拉斯南部高速公路也开始使用不停车收费系统，纽约港务局和新泽西港务局在林肯路的汽车入口处也使用了RFID系统。在欧洲，微型电路（EM）从1971年开始研究超低功率的集成电路。1982年，米克朗集成微电子学开始了ASIC（专用集成电路）技术，并在1987年由其奥地利分公司开始开发识别和智能卡芯片。2.1RFID技术基础知识20世纪90年代是RFID发展史上最为重要的十年，在这期间电子收费系统在美国开始大量部署，在北美共约有3亿个RFID标签被安装在汽车尾部。1991年，世界第一个高速公路不停车收费系统在美国俄克拉何马州开始投入使用。1992年，世界第一个电子收费系统和交通管理系统的集成系统在美国休斯顿安装并使用。多个地区和公司开始注意到系统之间的互操作性，即运行频率和通信协议的标准化问题。只有提供了统一的标准，RFID才能在更广泛的领域得到应用。例如，当时E-zPass系统能够兼容美国七大地区的电子收费系统，通过这套系统，附带同一个标签的汽车在七大地区均可使用。1995年，飞利浦半导体公司收购了MikronGraz。如今微型电路和飞利浦半导体公司是欧洲的主要RFID厂商。从技术上看，数年前，所部署的RFID应用基本上都是低频（LF）和高频（HF）的被动式RFID技术。低频和高频系统都具有优先的数据传输速度和有效距离。有效距离限制了可部署性，数据传输速度则限制了其可伸缩性。因此，20世纪90年代后期，开始出现甚高频（UHF）的主动式标签技术，提供更远的传输距离，更快的传输速度。2.1RFID技术基础知识目前，我国的RFID产业链已经逐步形成，产业链中包括如下7个主要环节：①RFID标准制定；②RFID芯片制造和设计③天线设计和制造④封装技术⑤标签材料的后续加工⑥系统和数据管理软件平台的构建⑦RFID应用系统的开发标签制造商主要使用封装完毕后的标签材料进行后续加工，处于产业链中的第5个环节。目前，中国已经将RFID技术应用于铁路车号识别、身份证和票证管理、动物标识、特种设备与危险品管理、公共交通及生产过程管理等多个领域。2.2RFID系统组成

RFID系统组成2.2.1RFID的工作过程是标签进入磁场通过天线接收读写器发出的射频信号凭借感应电流的能量将储存在芯片中的产品信息（无源标签或被动标签）发送出去，或是以自身能量源主动发送某频率的信号（有源标签或主动标签）读写器接收标签信息并译码后，送至中央信息系统进行相关处理2.2RFID系统组成从RFID的工作过程可以看出，最简单的RFID系统是由电子标签、读写器和天线三部分组成，完整RFID系统还应包括主机。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系统的工作原理来看，系统一般都是由信号发射机、信号接收机、发射接收天线等几部分组成。RFID系统结构图2.2RFID系统组成1信号发射机信号发射机典型的形式是电子标签，也即射频卡。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。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。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。2信号接收机在RFID系统中，信号接收机一般叫做读写器或阅读器。读写器的基本功能：提供与标签进行数据传输的途径。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。2.2RFID系统组成标签中除了存储需要传输的信息外，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。读写器通过接收到的信息来控制数据流的发送。一旦到达读写器的信息被正确的接收和译解后，读写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、很小的空间读写多个标签，也可以有效地防止“欺骗问题”的产生。3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被标识项目上。也有一些RFID应用系统，写数据是在线完成的，尤其是在生产环境中作为交互式便携数据文件来处理时。编程器2.2RFID系统组成4天线天线是标签与读写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。小1m的近距离应用系统的RFID天线一般采用工艺简单、成本低的线圈型天线，它们主要工作在中低频段。而1m以上远距离的应用系统需要采用微带贴片型或偶极子型的RFID天线，它们工作在高频及微波频段。这几种类型天线的工作原理是不相同的。线圈型微带贴片型偶极子型2.2RFID系统组成若从功能实现考虑，可将RFID系统分成边沿系统和软件系统两大部分。这种观点同现代信息技术观点相吻合。边沿系统主要是完成信息感知，属于硬件组件部分；软件系统完成信息的处理和应用；通信设施负责整个RFID系统的信息传递；2.2RFID系统组成

RFID系统中的软件组件2.2.2RFID系统中的软件组件主要完成数据信息的存储、管理及对RFID标签的读写控制，是独立于RFID硬件之上的部分。RFID系统归根结底是为应用服务的，读写器与应用系统之间的接口通常由软件组件来完成。RFID软件组件边沿接口系统中间件企业应用接口应用软件2.2RFID系统组成1边沿接口系统边沿接口系统主要完成RFID系统硬件与软件之间的连接，通过使用控制器实现同RFID硬软件之间的通信。主要任务从读写器中读取数据和控制读写器的行为，激励外部传感器、执行器工作；从不同读写器中过滤重复数据；设置基于事件方式触发的外部执行机构；提供智能功能，选择发送到软件系统；远程管理功能；2.2RFID系统组成2RFID中间件RFID中间件是介于读写器和后端软件之间的一组独立软件，它能够与多个RFID读写器和多个后端软件应用系统连接。应用程序使用中间件所提供的通用应用程序接口（API），就能够连接到读写器，读取RFID标签数据。中间件屏蔽了不同读写器和应用程序后端软件的差异，从而减轻了多对多连接的设计与维护的复杂性。使用RFID中间件的主要目的①隔离应用层和设备接口；②处理读写器和传感器捕获的原始数据，使应用层看到的都是有意义的高层事件，大大减少所需处理的信息；③提供应用层接口用于管理读写器和查询RFID观测数据，目前大多数可用的RFID中间件都有这些特性。2.2RFID系统组成3企业应用接口企业应用接口是RFID前端操作软件，主要是提供给RFID设备操作人员使用的，如手持读写设备上使用的RFID识别系统；超市收银台使用的结算系统；门禁系统使用的监控软件；此外还应当包括将RFID读写器采集到的信息向软件系统传送的接口软件。2.2RFID系统组成（1）读/写功能读功能就是从电子标签中读取数据，写功能就是将数据写入电子标签。这中间涉及编码和调制技术的使用，例如采用FSK还是ASK方式发送数据。（2）防碰撞功能很多时候不可避免地会有多个电子标签同时进入读写器的读取区域，要求同时识别和传输数据，这时就需要前端软件具有防碰撞功能。具有防碰撞功能的RFID系统可以同时识别进入识别范围内的所有电子标签，其并行工作方式大大提高了系统的效率。前端软件最重要的功能是保障电子标签和读写器之间的正常通信，通过硬件设备的运行和接收高层的后端软件控制来处理和管理电子标签和读写器之间的数据通信。2.2RFID系统组成（3）安全功能确保电子标签和读写器双向数据交换通信的安全。在前端软件设计中可以利用密码限制读取标签内信息、读写一定范围内的标签数据及对传输数据进行加密等措施来实现安全功能，也可以使用硬件结合的方式来实现安全功能。标签不仅提供了密码保护，而且能对数据从标签传输到读取器的过程进行加密，而不仅是对标签上的数据进行加密。（4）检/纠错功能由于使用无线方式传输数据很容易被干扰，使得接收到的数据产生畸变，从而导致传输出错。前端软件可以采用校验和的方法，如循环冗余校验（CRC）、纵向冗余校验（LRC）、奇偶校验等检测错误。可以结合自动重传请求（ARQ）技术重传有错误的数据来纠正错误，以上功能也可以通过硬件来实现。2.2RFID系统组成4应用软件由于信息是为生产决策服务的，因此，RFID系统所采集的信息最终要向后端应用软件传送，应用软件系统需要具备相应的处理RFID数据的功能。应用软件的具体数据处理功能需要根据客户的具体需求和决策的支持度来进行软件的结构与功能设计。应用软件也是系统的数据中心，它负责与读写器通信，将读写器经过中间件转换之后的数据，插入到后台企业仓储管理系统的数据库中，对电子标签管理信息、发行电子标签和采集的电子标签信息集中进行存储和处理。（1）RFID系统管理管理系统设置及系统用户信息和权限。（2）电子标签管理在数据库中管理电子标签序列号和每个物品对应的序号及产品名称、型号规格，芯片内记录的详细信息等，完成数据库内所有电子标签的信息更新。（3）数据分析和存储对整个系统内的数据进行统计分析，生成相关报表，对采集到的数据进行存储管理。2.2RFID系统组成

RFID中间件技术2.2.3RFID中间件技术将企业级中间件技术延伸到RFID领域，是RFID产业链的关键共性技术。它是RFID读写器和应用系统之间的中介。RFID中间件屏蔽了RFID设备的多样性和复杂性，能够为后台业务系统提供强大的支撑，从而驱动更广泛、更丰富的RFID应用。1RFID中间件的组成RFID中间件（即RFIDEdgeServer）是EPCglobal推荐的RFID应用框架中相当重要的一环，它负责实现与RFID硬件及配套设备的信息交互与管理，同时作为一个软硬件集成的桥梁，完成与上层复杂应用的信息交换。鉴于使用中间件的3个主要原因，大多数中间件应由读写器适配器、事件管理器和应用程序接口3个组件组成。2.2RFID系统组成（1）读写器适配器读写器适配器的作用是提供读写器接口。假若每个应用程序都编写适应于不同类型读写器的API程序，那将是非常麻烦的事情。读写器适配器程序提供一种抽象的应用接口，来消除不同读写器与API之间的差别。（2）事件管理器事件管理器的作用是过滤事件。读写器不断从电子标签读取大量未经处理的数据，一般说来应用系统内部存在大量重复数据，因此数据必须进行去重和过滤。而不同的数据子集，中间件应能够聚合汇总应用系统定制的数据集合。事件管理器就是按照规则取得指定的数据。过滤有两种类型，一是基于读写器的过滤；二是基于标签和数据的过滤。提供这种事件过滤的组件就是事件管理器。（3）应用程序接口