物聯網的體系結構及其關鍵技術論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 別。 RFID 系統一般由四個部分組成，即電子標簽（ Tag）和閱讀器（ Reader）、 RFID 中間件和 RFID 應用系統軟件。 在 RFID 系統的應用中，標簽附著在被識別的物體上（表面或內部），一旦帶有電子標簽的被識別物體進入讀寫器可識讀范圍時，讀寫器以自動無接觸的方式將約定的信息從標簽中讀取出來，從而完成自動識別物品或者自動收集物品標志信息的功能。 閱讀器與電子標簽之間的信息交換具有以下特點：可以非接觸識別；無需“視線”所及，可以穿過水、油漆、木材甚至人體進行識別；可 以識別快速移動物品；可同時識別多個物品等。采用 RFID 技術最大的好處就是可以對企業的業務處理過程進行可視化管理，以有效地降低成本。 EPC/無線射頻識別技術 (RFID)技術 無線射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術，它的工作原理如下：使用射頻電磁波通過空間耦合 (交變磁場或電磁場 )在閱讀器和進行識別、分類和跟蹤的移動物品（物品上附著有 RFID 標簽）之間實現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。 RFID 是一種利用電磁能量實現自動識別和數據捕獲技術，可以提供無人看管的自動監視與報 告作業。 具體的工作原理如下：當裝有電子標簽的物體接近微波天線時，閱讀器受控發出微波查詢信號。安裝在物體表面的電子標簽收到經微波天線發出的查詢信號后，根據查詢信號中的命令要求，將標簽中的數據信息反射回微波天線。微波天線接收到電子標簽反射回的微波合成信號后，經閱讀器內部微處理器處即可將電子標簽中的識別代碼等信息分離出來。這些識別信息作為物體的特征數據被傳送到控制計算機作進一步處理，從而完成與物體有關的信息查詢、統計、管理等應用。整個識別工作無須人工干預，可工作于各種惡劣環境。 RFID 技術可識別高速運動物體并 可同時識別多個標簽，并且閱讀器能自行判斷 RFID 標簽是否被重復讀取處理。 RFID 技術的這些功能特性 8 很適合流水線上產品的控制，以實現流水作業管理，得以使整個流水線管理自動化。 RFID 系統一般由 RFID 系統由閱讀器、應答器（標簽）和應用系統三部分組成，通過電波在響應媒介和詢問媒介間傳遞信息。閱讀器，一般是一臺內含天線和芯片解碼器的閱讀 (有時還可以寫入 )設備，可設計為手持式或固定式；閱讀器可無接觸地讀取并識別電子標簽中所保存的電子數據，從而達到自動識別體的目的。通常閱讀器與電腦相連，所讀取的標簽信息被傳送到 電腦上進行下一步處理。應用系統，一般是由計算機支撐的有線或無線管理系統。視不同應用要求，對于實時型的智能型控制器，不一定必須要有后臺應用系統。標簽，主要是射頻標簽，響應端內含天線，兩者組成所謂的“雷達收發機”，以卡、標簽等形式存在。 整體的 EPC 網絡操作依賴于 RFID 系統和網絡應用系統的介入，使產品信息有效的傳播。安裝在不同需求鏈環境的解讀器可以讀取標簽中儲存的產品數據。因此供應鏈數據可以通過網絡及時地檢查、更新或者交換信息。 EPC 系統是一個全球的大系統，供應鏈各個環節，各個節點，各個方面都可受益 ，但對低價值的識別對象來說，如：食品，消費品等，它們對 EPC 系統引起的附加價格十分敏感。 EPC 系統正在考慮通過本身技術的進步，進一步陽氏成本，同時通過系統的整體運作使供應鏈管理得到更好的運作，提高效益，以便抵消和降低附加價格。 EPC/RFID 物品識別的目標是為每一物理實體提供唯一標識。它與傳統條碼技術相比有以下幾方面的優點： （ 1）唯一標識。 本文來自論文資源庫 此標記。 條碼只能識別一類產品 ， 而無法識別單品 ， 因此條碼容易偽造。 RFID 卻可以為單品提供唯一標識。 （ 2）讀取方便。條碼是可視傳播技術。即掃描儀必須“看見”條碼才能讀取它 ， 這表明人們通常必須將條碼對準掃描儀才有效。相反 ， 無線電識別并不需要可視傳輸技術 ， 射頻標簽只要在識讀器的讀取范圍內就可以了 ， 甚至可以穿過外包裝進行識別。這大大減少了人的參與 ， 提高了識別效率。 （ 3）長壽耐用。紙型條碼容易破損和受到污染。而 RFID 電子標簽可以應用于粉塵、油污等高污染環境和放射性環境。 （ 4）動態更改。條碼信息一旦需要更改就必須重貼 ， 而 RFID 電子標簽中的信息可以編輯 ， 便于更新。 9 （ 5）可擴展性。 RFID 電子標簽存儲的是電子數據 ， 在需要的時候可以改變其中的編碼結構 ， 便于升級。 （ 6） RFID 電子標簽可以設置密碼 ， 保密性強。 雖然 EPC/RFID 與條碼技術相比有巨大的優勢 ， 但是條碼技術作為一項十分成熟的技術在物聯網中仍然可以起到一定的作用。 EPC 代碼實際上是種編碼手段 ， EPC并沒有對其信息載體進行任何限制 ， 我們現在有飛速發展起來的射頻識別技術 ， 也有成熟的條碼技術 ， EPC 碼可以儲存在 RFID 芯片中 ， 同樣可以儲存在條碼中。 電子標簽廣泛采用后 的隱私間題和環保問題一直有爭論。而 EPC 在某些產品上采用條碼技術 ， 可以有效的解決目前普遍關注的射頻標簽如何避免隱私的問題、磁污染問題和廢棄標簽中芯片的處理間題。 EPC/RFID 技術應用 我們現在來分析三個 RFID 的應用案例，這三個案例分別來源于沃爾瑪公司、醫療服務領域和國防領域。 RFID 應用。在眾多己經實施了 RFID 的公司當中，最受媒體關注的非沃爾瑪公司莫屬了。這個零售業中的巨人因為有效的供應鏈管理獲取了這個微利行業當中最大的成功。它時刻在全球進行成千上萬種商品 的采購，沃爾瑪在 RFID應用上的努力，使得被人冷落己久的 RFID 技術又回到了聚光燈下，并且成為了供應鏈 IT 技術當中的主角。有預測說：沃爾瑪全部推行 RFID 之后，其每年節省的成本將高達 億美元，這個數字比世界 500 強當中半數以上的公司的年收入還要高。盡管這個數字是板上釘釘的，沃爾瑪推行 RFID 的進程仍然相當的緩慢。 2020 年 7月 4 日，沃爾瑪宣布它將要要求它的前 100 名供貨商在 2020 年 1 月份之前在所有的貨箱和貨盤上面貼上 RFID 標簽。這一舉動直接影響到了它的全部供貨商，這些供貨商都迅速地開始學習 RFID 以及如何推行 RFID 的相關知識。沃爾瑪和它的供貨商在RFID的實施過程當中，很快就發現了很多挑戰性問題。比如它們用來作為標準的 UHF頻率不能穿透很多商店當中銷售的常見產品 (金屬包裝的液體產品等 )。這迫使沃爾瑪把實施的最后日期往后推了。截至 2020 年 1 月份，前 100 名的供貨商只有 60%把它們的產品貼上了 RFID 標簽。不過，沃爾瑪仍然是第一家在整個供應鏈當中推行 RFID技術，并且強迫它的供貨商也推行的大型零售企業。沃爾瑪的這種舉動，使得 RFID 10 在業界的推行更加有效 。 RFID 應用。臺灣對 RFID 的推行從 2020 年開始， 2020 年成為全面啟動的一年。臺灣的“經濟部”提出的關于信息技術 2020 年之前的規劃中把 RFID的推行也作為一個重點。他們主要在島內醫院的以下幾個方面應用 RFID 技術應用RFID 到臺灣醫療產業當中，我們總結取得了以下效益： (1)在取藥過程當中，透過即時的警告，提高藥品取藥和用藥的正確性。 (2)增加原有的鑒定技術所涵蓋的信息，現在可以包含藥品劑量 /劑型、血袋血型 /溫度、急救醫療病人位置 /急救類型、住院病人的身份確認等。 (3)提高在藥品、血液、大量病人身份辨識 的準確性，住院病人需要急救時即時通報照護人員，強化病人的安全。 (4)減少了護士的工作負擔、透過血液調撥有效利用珍貴資源、增加急救醫療調度的時效性、對住院病人的護理品質。 (5)提高管制藥品、血袋流向、急救醫療資源的透明度，管制藥品運送授權和實體驗證，降低了使用假冒藥品的可能。 RFID 應用。 2020 年 5 月份，美國海軍結束了它們在給艦船集裝箱裝載補給中應用 被動 RFID 系統的試運行。這個試運行計劃是在維吉尼亞州，諾福克的艦隊和工業補給中心進行的，最初的目標是降低裝載補給時，因為手工輸入或者名義上的自動輸入中產生的錯誤記錄。在這次試運行當中，艦隊和工業補給中心使用了被動標簽技術，在裝載過程中讓叉車搬運貼上了被動標簽的補給物品通過一個裝有特定閱讀器的入口，來自動獲得補給貨物的記錄。艦隊和工業補給中心在這個項目上總共花費了 306000 美元，或者可以說 93 美分每批貨物。在最后的實施階段， RFID使得貨物的檢查程序速度大大提高。盡管試運行的目標不包括得到最優的投資收益，但是最后的報告顯示“有多達 12 名人員可以被安排到其它的任務上”，因為對 RFID系統的監控不需要和以前一樣多的人手。在試運行過程當中，艦隊工業補給中心在應用 RFID 系統方面收獲了很多有價值的經驗。 解析 M2M M2M 是物聯網四大支撐技術之一。 “M2M”是 “MachinetoMachine”的縮寫，用來表示機器對機器之間的連接與通信。比如，機器間的自動數據交換（這里的機器也指 11 虛擬的機器比如應用軟件）從它的功能和潛在用途角度看， M2M 引起了整個 “物聯網 ”的產生。 M2M 的基本概念 首先， M2M 有以下三個基本特征： 1 數據和節點（ DEP） 2 通信網絡 3 數據融合點（ DIP）。 DEP 和 DIP 可以用于任何子系統集成。例如，一個完整的過程（ X）到一個 IT應用（ Y）。這個解決方案也被稱為 “端對端的 M2M”。（ X）和應用（ Y）構成了事實上的功能端點。 一般而言，一個數據端點（ DEP）指的是一個微型計算機系統，一個連接到程序或者是更高層次子系統的端點。另一個端點連接到通信網絡。在大多數的 MSM 應用中，都有幾個 DEP。另一方面，一個典型的 M2M 應用只有一個數據結合點。雖說是這樣，但是可以設想 M2M 應用有多個 DIP。對于 DIP 沒有硬性的規定。例如可以形成一個互聯網服務器或特殊的軟件應用在交通控制主機。 M2M 應用的信息流也未必是面向服務器的。相反， DIP 和 DIP 之間的直接通信路線是被支持的，還有單個 DEP 之間直接和間接的聯系，就像我們所熟知的 P2P（ PeertoPeer）聯系一樣。 如上所述， M2M 應用的通信網絡是 DEP（數據終點）和 DIP（數據集成電）之間的中央連接部分。就物理部分來說，這種網絡的建立可以使用局域網、無線網絡、電話網絡 /ISDN，或者是類似的。 基于 M2M 的監控基礎架構 如今，無數的應用程序使用復雜的網絡設備，其中大多數系統履行每天 24 小時、每周 7 天、沒有任何人監督的服務。個別子系統故障，整個應用程序至少是一部分將受到損害。然而，盡快檢測出具體的故障仍是一個問題。 12 圖 3 基于 M2M 的監控基礎架構 圖 3 顯示了一個基于 M2M 的基礎設施監測的解決方案。該數據 終點（ DEP）在每一種情況下都通過特殊的監測傳感器檢查基礎設施組成部分的可用性。任何潛