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物聯(lián)網RFID原理與技術 教材： 高建良，賀建飚編著 電子工業(yè)出版社 2013.07 全書分為三個部分，共12章： 射頻識別的“射頻”部分（1-3章） 射頻識別中的“識別部分”（4-9章） 射頻識別技術的應用（10-12章） 課程簡介物聯(lián)網概念物聯(lián)網技術互聯(lián)網、傳感網與物聯(lián)網射頻識別技術 RFID在智能交通領域的應用物聯(lián)網前景物聯(lián)網在中國的發(fā)展 物聯(lián)網概念 “物聯(lián)網概念”是在“互聯(lián)網概念”的基礎上，將其用戶端延伸和擴展到任何物品與物品之間，進行信息交換和通信的一種網絡概念。其定義是：通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網相連接，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網絡概念。物聯(lián)網概念概念的歷史溯源 1999年中國科學院提出物聯(lián)網的概念和研究課題； 2005年ITU（國際電信聯(lián)盟）正式提出物聯(lián)網的概念； 同年8月14日，中移動王建宙于臺灣提到此概念； 英文講法：The Internet of things 物聯(lián)網技術技術原理 在互聯(lián)網基礎上，利用RFID、數(shù)據(jù)通信技術組成一個覆蓋世界萬事萬物的整合網絡網中萬物自動識別，信息共享，彼此“交流”，無需人為干預。 技術意義 突破傳統(tǒng)思維——過去是將物理設施和IT設施分開。一路是機場、公路、建筑物等現(xiàn)實的世間萬物；另一路是數(shù)據(jù) 電腦、寬帶等等虛擬的“互聯(lián)網”。 在“物聯(lián)”時代，“現(xiàn)實的世間萬物” 將與 “虛擬的互聯(lián)網”整合為統(tǒng)一的“整合網絡”，全球全世界的運轉以此為基礎。是 經濟管理生產運行、社會管理乃至個人生活、全世界互聯(lián)物聯(lián)的整合與大同。 物聯(lián)網技術技術關鍵詞 無線網絡、智能傳感設備、云計算技術互聯(lián)網、傳感網與物聯(lián)網互聯(lián)網 我們熟知并每天都無法離開的工作、學習、生活、娛樂的工具，已經成為我們這個世界保持聯(lián)系、發(fā)展的必備基礎。物聯(lián)網的基礎是互聯(lián)網 物聯(lián)網與互聯(lián)網是兩個不同的概念，但互聯(lián)網是物聯(lián)網的基礎，沒有互聯(lián)網的成熟就不會有物聯(lián)網實現(xiàn)的可能。 可以這么理解：物聯(lián)網是互聯(lián)網發(fā)展的延伸，互聯(lián)網是物聯(lián)網的基礎。物聯(lián)網的發(fā)展又將極大地促進互聯(lián)網的發(fā)展。物聯(lián)網、傳感網、互聯(lián)網物聯(lián)網、傳感網、互聯(lián)網物聯(lián)網、傳感網、互聯(lián)網物聯(lián)網、傳感網、互聯(lián)網物聯(lián)網、傳感網、互聯(lián)網物聯(lián)網、傳感網、互聯(lián)網科學家打了一個通俗的比方：人的眼睛、耳朵、鼻子好比單個的“傳感器”。一杯牛奶擺在面前，眼睛看到的是杯子，杯子里有白色的液體，鼻子聞聞有股奶香味，嘴巴嘗一下有一絲淡淡的甜味，用手再摸一下，感覺有溫度，……，這些感官的感知綜合在一起，人便得出關于這一杯牛奶的判斷。假如把牛奶的感知信息傳上互聯(lián)網，坐在辦公室的人通過網絡隨時能了解家中牛奶的情況，這就是“傳感網”。假如給你授權，你也可以看到這杯牛奶的情況。如果家中設置的傳感器節(jié)點與互聯(lián)網連接，經過授權的人通過網絡了解家里是否平安、老人是否健康等等信息，并利用傳感器技術及時處理解決，這就是“物聯(lián)網”。物聯(lián)網、傳感網、互聯(lián)網一場生動的物聯(lián)網技術演示： 機場的邊界隔離網裝上傳感器，一旦有人靠近，監(jiān)控室網絡就立刻顯示“有入侵傾向”——有人攀爬，顯示“一級入侵”；繼續(xù)攀爬，顯示“二級入侵”；爬到最高處，則發(fā)出“三級入侵”警告。世博會和浦東機場最近購買的就是這樣一套防入侵微納傳感工程。兩份訂單的合同總額接近3000萬元。物聯(lián)網、傳感網、互聯(lián)網 物聯(lián)網與互聯(lián)網 關于物聯(lián)網和互聯(lián)網的關系，現(xiàn)在有很多說法，其中一種是：互聯(lián)網只能連接人，物聯(lián)網可以連接物，互聯(lián)網連接的是虛擬世界，物聯(lián)網連接的是物理世界，物聯(lián)網是互聯(lián)網的下一代，物聯(lián)網要取代互聯(lián)網，物聯(lián)網就是泛在網。但是有專家認為，很多物體不一定非要連到網上，而且物聯(lián)網不是網絡而是應用和業(yè)務。物聯(lián)網的主要特征是每一個物件都可以尋址，每一個物件都可以控制，每一個物件都可以通信。      有的專家認為，物聯(lián)網與互聯(lián)網的關系是相對獨立的兩張網，只是給人們生活的環(huán)境中的物體安裝傳感器，這些傳感器可以更好的幫助我們認識環(huán)境，這個傳感器網不接入互聯(lián)網絡。物聯(lián)網、傳感網、互聯(lián)網 物聯(lián)網與互聯(lián)網 人們既可以把物聯(lián)網看作傳統(tǒng)互聯(lián)網的自然延伸，因為物聯(lián)網的信息傳輸基礎仍然是互聯(lián)網；也可以把物聯(lián)網看作是一種新型網絡，因為其用戶端延伸和擴展到了物品與物品之間，這與互聯(lián)網那種“電腦相連的網絡”大不一樣。      也有專家提出，物聯(lián)網并不是一個新的獨立的網絡，它只是在過去我們互聯(lián)網解決了人與人之間的交流聯(lián)系的基礎上，現(xiàn)在要跟物與物之間聯(lián)系起來，同時，人與物之間也要聯(lián)系起來。物聯(lián)網某種意義上是互聯(lián)網更廣泛的應用。      物聯(lián)網和互聯(lián)網的最大區(qū)別在于前者是把互聯(lián)網的觸角延伸到物理世界�；ヂ�(lián)網是以人為本，是人在操作互聯(lián)網的運作，信息的制造、傳遞、編輯都是人完成的。而物聯(lián)網不同，物聯(lián)網需要以物為核心，讓物來完成信息的制造、傳遞、編輯。人只能是配角而不是主角，大到房子、汽車，小到牙刷、紙巾，都是物聯(lián)網的參與者，規(guī)模之大，之復雜，一般人是難以想象的。物聯(lián)網、傳感網、互聯(lián)網 物聯(lián)網與互聯(lián)網 物聯(lián)網和互聯(lián)網的業(yè)務是不同的�；ヂ�(lián)網是全球化的，只要計算機接入互聯(lián)網就與全球相連。物聯(lián)網建設在互聯(lián)網之上，但是并不是任何人都能接入。例如，電力系統(tǒng)的物聯(lián)網只有電力系統(tǒng)的相關人員才能進入，交通系統(tǒng)的物聯(lián)網只有交通系統(tǒng)的相關人員才能接入，所以物聯(lián)網實際上是專網。互聯(lián)網是全球性的，物聯(lián)網是區(qū)域性的。因此，與其說物聯(lián)網是網絡，不如說它是業(yè)務和應用。物聯(lián)網的核心網既可以是下一代互聯(lián)網，也可以是現(xiàn)有的互聯(lián)網，現(xiàn)在物聯(lián)網就能得以實現(xiàn)。當然，在下一代互聯(lián)網中，物聯(lián)網是最主要的應用目標。      至于“物聯(lián)網包含了互聯(lián)網”的說法，可能是基于互聯(lián)網無法實現(xiàn)人與物或者物與物的信息交換現(xiàn)狀出發(fā)而得出的樸素結論。在《RFID重大工程與國家物聯(lián)網》一書中所述：從網絡結構上看，物聯(lián)網就是通過Internet將眾多RFID應用系統(tǒng)連接起來并在廣域網范圍內對物品身份進行識別的分布式系統(tǒng)。互聯(lián)網則是借助物聯(lián)網協(xié)議將互聯(lián)網的邊界延伸到世間萬物。物聯(lián)網、傳感網、互聯(lián)網 物聯(lián)網、傳感網與互聯(lián)網 可以從物聯(lián)網的網絡架構來看物聯(lián)網網、傳感網、互聯(lián)網它們三者之間的關系。物聯(lián)網可分為三層：感知層、網絡層和應用層。感知層是物聯(lián)網的皮膚和五官識別物體，采集信息。感知層包括二維碼標簽和識讀器、RFID標簽和讀寫器、攝像頭、GPS、傳感器、終端、傳感器網絡等，主要是識別物體，采集信息，與人體結構中皮膚和五官的作用相似。網絡層是物聯(lián)網的神經中樞和大腦信息傳遞和處理。網絡層包括通信與互聯(lián)網的融合網絡、網絡管理中心、信息中心和智能處理中心等。網絡層將感知層獲取的信息進行傳遞和處理，類似于人體結構中的神經中樞和大腦。應用層是物聯(lián)網的“社會分工”與行業(yè)需求結合，實現(xiàn)廣泛智能化。應用層是物聯(lián)網與行業(yè)專業(yè)技術的深度融合，與行業(yè)需求結合，實現(xiàn)行業(yè)智能化，這類似于人的社會分工，最終構成人類社會。      在物聯(lián)網的整個構架當中包含有傳感網和互聯(lián)網，傳感網主要在于信息的采集以及近距離的信息傳遞，而互聯(lián)網則主要在于信息的遠距離傳輸�？梢娨�想真正實現(xiàn)物聯(lián)網，做到物物相連，如果只有互聯(lián)網，沒有傳感網，那么就不能將聯(lián)系延伸到物的層面，不能采集到物的信息，跟不用說對物的檢測與控制；如果只有傳感網，而沒有互聯(lián)網的話，雖然能夠將信息的采集延伸到物的層面，但是能否將物與物聯(lián)系起來呢，獲取單個物的信息，而沒有將所有的物聯(lián)系起來，這樣我們尚不知道是否能算一個網絡，更不用說是物聯(lián)網了。物聯(lián)網、傳感網、互聯(lián)網 物聯(lián)網、傳感網與互聯(lián)網 物聯(lián)網離不開傳感網，同樣離不開互聯(lián)網，離開了傳感網和互聯(lián)網中任意一部分，都不能叫做完整的物聯(lián)網，同樣，我們也不能就把傳感網看作物聯(lián)網，也不能把互聯(lián)網就看作物聯(lián)網，因為他們各自都不是物聯(lián)網的全部。下圖可以看出它們之間的具體關系。 射頻識別技術 RFID是射頻識別技術的英文(Radio Frequency Identification，RFID)的縮寫，又稱電子標簽，射頻識別技術是20世紀90年代開始興起的一種自動識別技術，射頻識別技術是一項利用射頻信號通過空間耦合(交變磁場或電磁場)實現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達到識別目的的技術。 理論基礎 從信息傳遞的基本原理來說，射頻識別技術在低頻段基于變壓器耦合模型(初級與次級之間的能量傳遞及信號傳遞)，在高頻段基于雷達探測目標的空間耦合模型 (雷達發(fā)射電磁波信號碰到目標后攜帶目標信息返回雷達接收機)。1948年哈里斯托克曼發(fā)表的"利用反射功率的通信"奠定了射頻識別射頻識別技術的理論基礎。 RFID技術概述 RFID工作原理 RFID的工作原理是：標簽進入磁場后，如果接收到閱讀器發(fā)出的特殊射頻信號，就能憑借感應電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產品信息(即Passive Tag，無源標簽或被動標簽)，或者主動發(fā)送某一頻率的信號(即Active Tag，有源標簽或主動標簽)，閱讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進行有關數(shù)據(jù)處理。 RFID系統(tǒng)組成 射頻識別系統(tǒng)至少應包括以下兩個部分，一是讀寫器，二是電子標簽(或稱射頻卡、應答器等，本文統(tǒng)稱為電子標簽)。另外還應包括天線，主機等。RFID系統(tǒng)在具體的應用過程中，根據(jù)不同的應用目的和應用環(huán)境，系統(tǒng)的組成會有所不同，但從RFID系統(tǒng)的工作原理來看，系統(tǒng)一般都由信號發(fā)射機、信號接收機、發(fā)射接收天線幾部分組成。 RFID技術概述應用范疇 一套完整的RFID系統(tǒng)解決方案包括標簽設計及制作工藝、天線設計、系統(tǒng)中間件研發(fā)、系統(tǒng)可靠性研究、讀卡器設計和示范應用演示六部分�？梢詮V泛應用于工業(yè)自動化、商業(yè)自動化、交通運輸控制管理和身份認證等多個領域，而在倉儲物流管理、生產過程制造管理、智能交通、網絡家電控制等方面更是引起了眾多廠商的關注。應用案例 全球最大的零售商沃爾瑪?shù)囊豁?ldquo;要求其前100家供應商在2005年1月之前向其配送中心發(fā)送貨盤和包裝箱時使用RFID技術，2006年1月前在單件商品中使用這項技術”的決議，把RFID再次推到了聚光燈下。 其他：美國智能化監(jiān)獄 、電子芯片身份證等 RFID技術概述 RFID的技術改革 1940-1950年：雷達的改進和應用催生了射頻識別技術，1948年奠定了射頻識別技術的理論基礎。 1950-1960年：早期射頻識別技術的探索階段，主要處于實驗室實驗研究。 1960-1970年：射頻識別技術的理論得到了發(fā)展，開始了一些應用嘗試。 1970-1980年：射頻識別技術與產品研發(fā)處于一個大發(fā)展時期，各種射頻識別技術測試得到加速。出現(xiàn)了一些最早的射頻識別應用。 1980-1990年：射頻識別技術及產品進入商業(yè)應用階段，各種規(guī)模應用開始出現(xiàn)。 1990-2000年：射頻識別技術標準化問題日趨得到重視，射頻識別產品得到廣泛采用，射頻識別產品逐漸成為人們生活中的一部分。 至今，射頻識別技術的理論得到豐富和完善。單芯片電子標簽、多電子標簽識讀、無線可讀可寫、無源電子標簽的遠距離識別、適應高速移動物體的射頻識別技術與產品正在成為現(xiàn)實并走向應用。物聯(lián)網與RFID技術 RFID技術在智能交通領域的應用 RFID智能交通管理系統(tǒng)工作原理 RFID智能交通管理系統(tǒng)的工作原理很簡單，在系統(tǒng)工作過程中，閱讀器(Reader)首先通過天線發(fā)送加密數(shù)據(jù)載波信號到動車上固化的電子標簽也就是所謂的應答器(Transponder)，應答器的工作電路被激活，之后再將載有車輛信息的加密載波信號發(fā)射出去，此時閱讀器便依序接收解讀數(shù)據(jù)，送給應用程序做相應的處理，完成預設的系統(tǒng)功能和自動識別，實現(xiàn)車輛的自動化管理。 應用范圍 在機動車輛證照管理業(yè)務上的應用 ； 在交通流檢測及交通違章取證上的應用 ； 在交通意外救援和特殊車輛監(jiān)控上的應用 ； 在不停車收費中的應用；在測速上的應用； RFID技術在智能交通領域的應用成功案例 射頻識別的應用案例比較成功的有鐵路的車輛調度。鐵道部在中國鐵路車號自動識別系統(tǒng)建設中，推出了完全擁有自主知識產權的遠距離自動識別系統(tǒng)。過去，國內鐵路車頭的調度都是靠手工統(tǒng)計進行，費人費時還不夠準確，造成資源極大浪費，鐵道部在采用RFID技術以后，實現(xiàn)了統(tǒng)計的實時化、自動化，降低了管理成本，提高了資源利用率 。 武漢市城市路橋不停車收費系統(tǒng)集成（09年9月17日招標）項目。車輛首先申請安裝電子標簽和IC卡，在通過路橋隧道前，駛入ETC專用車道，系統(tǒng)會自動識別，計算車輛行駛費用，直接從IC卡上扣除通行費。交易完成后，車道電動欄桿自動升起，放行車輛。“六橋一隧一環(huán)”實現(xiàn)不停車收費，需要新建63條ETC車道和19條人工收費車道，配套建設卡管中心1個、全功能網點21個、充值服務網點10個等，總投資3.28億元。物聯(lián)網前景物聯(lián)網已經進入實踐和發(fā)展階段中美的較量 美國總統(tǒng)奧巴馬新上任后第一項重要的技術議題即是物聯(lián)網，美國要主動物聯(lián)網的技術； 09年8月，中國國務院總理溫總理調研無錫時，對無錫傳感中心高度關注，提出把傳感網絡中心設在無錫、輻射全國的想法。并指出：在傳感網發(fā)展中要早一點謀劃未來、早一點攻破核心技術。（ 備注：在中國物聯(lián)網又叫傳感網。） 中美兩國政府、企業(yè)界均在物聯(lián)網標準制定上力求主動，獲得未來技術的領導地位。物聯(lián)網的前景就如同幾十年前剛剛興起局域網一樣，誰也不敢肯定之后局域網會發(fā)展成現(xiàn)在的互聯(lián)網。 物聯(lián)網在中國的發(fā)展中科院1999年啟動了傳感網研究，與其它國家相比具有同發(fā)優(yōu)勢； 中國的無線通信網絡已覆蓋了廣大城鄉(xiāng)；擁有從材料、技術、器件、系統(tǒng)到網絡的完整產業(yè)鏈； 09年8月，溫總理調研無錫時，對無錫傳感中心高度關注，提出把傳感網絡中心設在無錫、輻射全國的想法并指出：在傳感網發(fā)展中早一點謀劃未來 、早一點攻破核心技術； “感知中國”項目；縱觀：中國的技術研發(fā)水平處于世界前列，具有重大的影響力。在世界傳感網領域，中國與德國、美國、韓國一起，成為國際標準制定的主導國之一 。掌握“物聯(lián)網”的世界話語權，不僅體現(xiàn)在技術領先，更在于我國是世界上少數(shù)能實現(xiàn)產業(yè)化的國家之一。 物聯(lián)網的應用 待解決的問題應用案例及探討 在中國物聯(lián)網已經進入實踐階段并取得了良好的經濟和社會效益。 日前，無錫傳感網中心的傳感器產品在上海浦東國際機場和上海世博會被成功應用——首批1500萬元的傳感安全防護設備銷售成功，設備由10萬個微小傳感器組成，散布在墻頭墻角及路面?zhèn)鞲衅髂芨鶕?jù)聲音、圖像、震動頻率等信息分析判斷，爬上墻的究竟是人還是貓狗等動物。多種傳感手段組成一個協(xié)同系統(tǒng)后，可以防止人員的翻越、偷渡、恐怖襲擊等攻擊性入侵。由于效率高于美國和以色列的 “防入侵產品”，國家民航總局正式發(fā)文要求，全國民用機場都要采用國產傳感網防入侵系統(tǒng)。若全國近200家民用機場都加裝防入侵系統(tǒng)，將產生上百億的市場規(guī)模 。 智能家電：當你走近家門口時，門自動打開，進屋后燈光自動亮起，離開后自動關閉。當你未發(fā)現(xiàn)冰箱的問題時，家電公司已經派人上門維修了……Azp紅軟基地

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