冀松，盧秀麗

（保定理工學(xué)院，河北保定，071000）

物聯(lián)網(wǎng)的英文名稱為The Internet of Things。物聯(lián)網(wǎng)是通過射頻識(shí)別（RFID）、傳感器、定位系統(tǒng)等信息傳感設(shè)備，按照約定的協(xié)議，把任何物體與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)可以理解成世界范圍內(nèi)物與物之間互相連接而成的網(wǎng)絡(luò)，利用感知層的設(shè)備獲得物的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，由網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送最終交給應(yīng)用層的各種系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的各種處理。同時(shí)可以利用應(yīng)用系統(tǒng)產(chǎn)生的命令控制相關(guān)的物理設(shè)備，最終達(dá)到智能控制的目的。物聯(lián)網(wǎng)的特征可以概括為：面感知、可靠傳輸、智能處理。

RFID（Radio Frequency Identification）射頻識(shí)別技術(shù)，可以說是感知層中獲取各種物的相關(guān)數(shù)據(jù)信息最常用的一種技術(shù)。RFID 技術(shù)能夠進(jìn)行自動(dòng)的感知和識(shí)別，RFID 標(biāo)簽和RFDI 閱讀器之間可以在不接觸的情況下進(jìn)行相互的通信。利用RFID 技術(shù)可以對RFID 標(biāo)簽的信息進(jìn)行讀寫，從而可以實(shí)現(xiàn)識(shí)別物品和數(shù)據(jù)交換的目的。RFID 標(biāo)簽被貼放到相應(yīng)的商品或貨物上，便簽里記錄了商品的各種信息，包括商品名稱、型號(hào)、產(chǎn)地等。RFID 標(biāo)簽與條形碼、磁條相比有很大的自身優(yōu)勢。RFID 的讀寫器和RFID 標(biāo)簽可以實(shí)現(xiàn)無線的鏈接并進(jìn)行無接觸的讀寫。RFID 標(biāo)簽可以完全集成到產(chǎn)品里邊，這樣可以適應(yīng)更加惡劣的環(huán)境，比如潮濕、塵土等環(huán)境。使用RFID 可以透過包裝進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取，讀取的距離可以達(dá)到30m 以上，當(dāng)RFID 標(biāo)簽進(jìn)入到讀寫器的磁場時(shí)，讀寫器立刻就能讀出標(biāo)簽上的數(shù)據(jù)，并且可以同時(shí)識(shí)別多個(gè)RFID 標(biāo)簽。RFID 標(biāo)簽還具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量大，數(shù)據(jù)可以動(dòng)態(tài)的進(jìn)行修改、使用壽命長、安全性更高的優(yōu)點(diǎn)。

通過RFID 技術(shù)讀取物品信息之后，可以與互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通訊等技術(shù)相結(jié)合，把數(shù)據(jù)傳遞到各種信息系統(tǒng)，這樣一來，我們就能夠?qū)N了RFID 標(biāo)簽的物品進(jìn)行定位和跟蹤，能夠?qū)ξ锲返男畔⑦M(jìn)行查詢和共享。從而達(dá)到人與物品、物品與物品相互直接的通信和聯(lián)系，形成一個(gè)世界范圍內(nèi)的物與物的互聯(lián)網(wǎng)，使使地球上的萬物可以被感知、被控制，從而形成一個(gè)智慧的地球?；ヂ?lián)網(wǎng)把人與人之間的距離變小了，而物聯(lián)網(wǎng)將人與物、物與物之間的距離變小了。

1 RFID 系統(tǒng)的組成

一個(gè)RFID 系統(tǒng)主要由兩部分組成，一個(gè)是RFID 標(biāo)簽，一個(gè)是RFID 讀寫器，RFID 系統(tǒng)組成圖如圖1 所示。RFID標(biāo)簽里面保存物品的各種相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，RFID 讀寫器負(fù)責(zé)讀取RFID 標(biāo)簽里的這些信息。

圖1 RFID 系統(tǒng)組成圖

RFID 電子標(biāo)簽進(jìn)入電磁場后，接收RFID 讀寫器發(fā)出的射頻信號(hào)，無源RFID 電子標(biāo)簽（被動(dòng)電子標(biāo)簽）利用空間中產(chǎn)生的電磁場得到的能量，將被測物體的信息傳送到RFID 讀寫器，RFID 讀寫器讀取數(shù)據(jù)信息后，將數(shù)據(jù)信息通過相連的網(wǎng)絡(luò)傳給對應(yīng)的信息系統(tǒng)。有源RFID 電子標(biāo)簽（主動(dòng)電子標(biāo)簽）則是主動(dòng)發(fā)射射頻信號(hào)，RFID 讀寫器進(jìn)行讀寫操作。

2 RFID 系統(tǒng)的工作原理

RFID 讀寫器和RFID 電子標(biāo)簽之間射頻信號(hào)的傳輸主要電感耦合方式和電磁反向散射方式，兩種方式采用的頻率不同，其工作原理也不相同。

（1）電感耦合方式

耦合的作用就是把某一電路的能量輸送（或轉(zhuǎn)換）到其他的電路中去。RFID 系統(tǒng)也是利用這個(gè)原理把RFID 讀寫器電路產(chǎn)生的能量傳輸給RFID 標(biāo)簽的電路上，讓RFID標(biāo)簽獲得能量，RFID 標(biāo)簽通過能量把數(shù)據(jù)傳回到讀寫器。電感耦合識(shí)別方式一般用于低頻和高頻RFID 系統(tǒng)中。

低頻和高頻RFID 電子標(biāo)簽和RFID 讀寫器的之間的距離很近，在工作的時(shí)候，RFID 標(biāo)簽就可以通過耦合的方式獲得較大的能量，通過獲得的能量就可以把RFID 標(biāo)簽上的信息傳給RFID 讀寫器。低頻和高頻RFID 電子標(biāo)簽與讀寫器的天線大部分都做成線圈的形狀，這樣兩個(gè)線圈之間就可以相互作用，進(jìn)行能量的傳送。中、高頻段的RFID 電子標(biāo)簽的工作頻率的范圍是3MHz 到30MHz。比較常用的工作頻率是13.56MHz。中頻段的RFID 電子標(biāo)簽主要也是屬于無源電子標(biāo)簽，它的工作能量和低頻電子標(biāo)簽相同，也是利用空間中產(chǎn)生的電磁場獲取能量。電感耦合方式的工作原理如圖2所示。

圖2 RFID 電感耦合工作方式

（2）電磁方向散射方式

另外一種RFID 利用的原理是雷達(dá)的工作方式，發(fā)送出去的電磁波到達(dá)目標(biāo)物體后，會(huì)發(fā)生反射和散射，反射和散射回來的電磁波就同時(shí)攜帶了RFID 標(biāo)簽的信息，工作原理如圖3所示。

圖3 微波RFID 工作方式

微波波段RFID 系統(tǒng)工作頻率的范圍是幾百兆赫茲到幾吉赫茲之間，能夠?qū)崿F(xiàn)物品信息遠(yuǎn)程讀取，可以識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)的物體，并可以同時(shí)識(shí)別多個(gè)目標(biāo)。微波RFID 的工作波長較短，RFID 電子標(biāo)簽大部分情況下都位于RFID讀寫器天線的遠(yuǎn)區(qū)，RFID 電子標(biāo)簽可以獲得RFID 讀寫器的電磁波能量及其攜帶的信息。電磁方向散射方式電子標(biāo)簽包括：超高頻段的電子標(biāo)簽和微波頻段的電子標(biāo)簽，比較常用的工作頻率是433.92MHz、862(902)～928MHz、2.45GHz 和5.8GHz。

3 RFID 標(biāo)簽

RFID 標(biāo)簽稱為射頻標(biāo)簽、應(yīng)答器或射頻卡。電子標(biāo)簽附著在待識(shí)別的物品上，每個(gè)電子標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，是射頻識(shí)別系統(tǒng)真正的數(shù)據(jù)載體。一般情況下，電子標(biāo)簽由標(biāo)簽專用芯片和標(biāo)簽天線組成。RFID 標(biāo)簽根據(jù)是否有電源供電分為有源RFID 標(biāo)簽、無源RFID 標(biāo)簽和半有源RFID 標(biāo)簽。具體工作方式和優(yōu)缺點(diǎn)如表1 所示。

表1 RFID標(biāo)簽分類表

4 RFID 讀寫器

RFID 讀寫器（Reader and Writer）又稱為閱讀器（Reader），是讀取RFID 標(biāo)簽信息的設(shè)備。此外RFID 讀寫器的另一端與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相連，RFID 讀寫器讀取信息后，會(huì)將將前端RFID 電子標(biāo)簽所包含的信息，傳遞給后端的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。

RFID 讀寫器主要由四部分組成：讀寫器天線與射頻模塊、讀寫器控制器與通信模塊。

讀寫器天線與射頻模塊的功能：向RFID 標(biāo)簽發(fā)送電磁波，激活RFID 電子標(biāo)簽；接收RFID 標(biāo)簽發(fā)送的數(shù)據(jù)信息。

讀寫器控制器：控制與RFID 標(biāo)簽的通信過程；對RFID標(biāo)簽進(jìn)行身份認(rèn)證與數(shù)據(jù)加、解密計(jì)算；對讀取的標(biāo)簽信息進(jìn)行解碼和預(yù)處理；通過通信模塊向數(shù)據(jù)管理計(jì)算機(jī)傳輸接收的數(shù)據(jù)；將數(shù)據(jù)管理計(jì)算機(jī)的寫操作命令與數(shù)據(jù)通過天線發(fā)送給RFID 標(biāo)簽。

通信模塊：通信模塊通過以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)、無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)、移動(dòng)通信網(wǎng)的M2M 標(biāo)準(zhǔn)、藍(lán)牙或無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)WPAN 標(biāo)準(zhǔn)與數(shù)據(jù)管理計(jì)算機(jī)通信，傳輸讀取的RFID 標(biāo)簽數(shù)據(jù)，同時(shí)接收應(yīng)用系統(tǒng)的相關(guān)操作指令。