第一讲物联网RFID原理与技术33

教材：高建良，贺建飚编著电子工业出版社2013.07物联网RFID原理与技术全书分为三个部分，共12章：射频识别的“射频”部分（1-3章）射频识别中的“识别部分”（4-9章）射频识别技术的应用（10-12章）课程简介物联网概念物联网技术互联网、传感网与物联网射频识别技术RFID在智能交通领域的应用物联网前景物联网在中国的发展物联网概念“物联网概念”是在“互联网概念”的基础上，将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间，进行信息交换和通信的一种网络概念。其定义是：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，把任何物品与互联网相连接，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概念。物联网概念概念的历史溯源1999年中国科学院提出物联网的概念和研究课题；2005年ITU（国际电信联盟）正式提出物联网的概念；同年8月14日，中移动王建宙于台湾提到此概念；英文讲法：TheInternetofthings物联网技术技术原理在互联网基础上，利用RFID、数据通信技术组成一个覆盖世界万事万物的整合网络网中万物自动识别，信息共享，彼此“交流”，无需人为干预。技术意义突破传统思维——过去是将物理设施和IT设施分开。一路是机场、公路、建筑物等现实的世间万物；另一路是数据电脑、宽带等等虚拟的“互联网”。在“物联”时代，“现实的世间万物”将与“虚拟的互联网”整合为统一的“整合网络”，全球全世界的运转以此为基础。是经济管理生产运行、社会管理乃至个人生活、全世界互联物联的整合与大同。物联网技术技术关键词无线网络、智能传感设备、云计算技术互联网、传感网与物联网互联网我们熟知并每天都无法离开的工作、学习、生活、娱乐的工具，已经成为我们这个世界保持联系、发展的必备基础。物联网的基础是互联网物联网与互联网是两个不同的概念，但互联网是物联网的基础，没有互联网的成熟就不会有物联网实现的可能。可以这么理解：物联网是互联网发展的延伸，互联网是物联网的基础。物联网的发展又将极大地促进互联网的发展。物联网、传感网、互联网传感网“传感网”这一名词最早是出自于业界专家对于无线传感器网络(WSN)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资助卡耐基·梅隆大学进行分布式传感器网络的研究项目，对它的定义为：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。在当时缺乏互联网技术、多种接入网络以及智能计算技术的条件下，此概念局限于由节点组成的自组织网络。2008年2月ITU-T的《UbiquitousSensorNetworks》研究报告中提出了泛在传感器网络(UbiquitousSensorNetwork,USN)概念，指出泛在传感器网络是由智能传感器节点组成的网络，可以以“任何地点、任何时间、任何人、任何物”的形式被部署。该技术具有巨大的潜力，因为它可以在广泛的领域中推动新的应用和服务，从安全保卫、环境监控到推动个人生产力和增强国家竞争力。物联网、传感网、互联网传感网在传感网里面最重要的就是传感器，它是机器感知物质世界的“感觉器官”，可以感知热、力、光、电、位移等信号，为网络系统的处理、传输、分析和反馈提供最原始的信息。传感器网络节点的基本组成包括如下几个基本单元：定位系统，移动系统以及电源自供电系统等。在传感器网络中，节点可以通过飞机布撒或人工布置等方式，大量部署在被感知对象内部或者附近。这些节点通过自组织方式构成无线网络，以协作的方式实时感知、采集和处理网络覆盖区域中的信息，并通过多跳网络将数据经由Sink节点（接收发送器）链路将整个区域内的信息传送到远程控制管理中心。另一方面，远程管理中心也可以对网络节点进行实时控制和操纵。物联网、传感网、互联网物联网与传感网在物联网概念如日中天的今天，传感网和RFID常常被人们与物联网纠结到一起并不奇怪。在Google上搜索“物联网标准化工作组”，搜索结果的第一条就是“物联网标准工作组成立标准体系框架已形成”，点击进去一看，原来是传感器网络标准工作组成立的消息。更有大众媒体直白地写道：物联网又叫传感网。似乎传感网就是物联网的别名。有的专家认为，物联网就是传感网，只是给人们生活的环境中的物体安装传感器，这些传感器可以更好的帮助我们认识环境，这个传感器网不接入互联网络，例如上海浦东机场的传感器网络，其本身并不接入互联网，却号称是中国第一个物联网。物联网、传感网、互联网物联网与传感网一些专家认为：从ITU-T,ISO/IECJTC1SC6等国际标准组织对传感器网络、物联网定义和标准化范围来看，传感器网络和物联网其实是一个概念的两种不同表述，其实质都是依托于各种信息设备实现物理世界和信息世界的无缝融合。还有一些专家认为：物联网是从产业和应用角度，传感网是从技术角度对同一事物的不同表述，但其实质是完全相同的。可见无论从哪个角度，都可以认为目前为人所熟知的“物联网”和“传感网”都是以传感器、RFID等客观世界标识和感知技术，借助于无线传感器网络、互联网、移动网等实现人与物理世界的信息交互。也有学者认为WSN不等于物联网。首先，真正意义上的物联网的出现还远需要假以时日;其次，从网络架构和协议上看，物联网与WSN完全不同，这是根本的区别;第三，从目标特征上看，物联网探测的一定是已知物品，而WSN探测和判断的更多是未知的人或物。物联网、传感网、互联网物联网与传感网国家无线电监测中心检测中心主任宋起柱博士在“第二届中国RFID与物联网发展年会暨首届亚洲智能卡展”RFID与物联网高峰论坛中提到：我个人认为物联网与传感网是两个不同的概念，物联网实质上是泛在网络要融合协同的一种网络工作模式，物联网就是泛在网络及信息化在行业应用角度的一种重要体现。它是物理上覆盖周边的延伸网，也覆盖了泛在互联的网络。但其更多强调的是物物（things）能够在网络下提供自身信息以方便识别和处理的交互工作模式。科学家打了一个通俗的比方：人的眼睛、耳朵、鼻子好比单个的“传感器”。一杯牛奶摆在面前，眼睛看到的是杯子,杯子里有白色的液体,鼻子闻闻有股奶香味，嘴巴尝一下有一丝淡淡的甜味，用手再摸一下，感觉有温度，……，这些感官的感知综合在一起,人便得出关于这一杯牛奶的判断。假如把牛奶的感知信息传上互联网，坐在办公室的人通过网络随时能了解家中牛奶的情况，这就是“传感网”。假如给你授权，你也可以看到这杯牛奶的情况。如果家中设置的传感器节点与互联网连接，经过授权的人通过网络了解家里是否平安、老人是否健康等等信息，并利用传感器技术及时处理解决，这就是“物联网”。物联网、传感网、互联网2019/8/215一场生动的物联网技术演示：机场的边界隔离网装上传感器，一旦有人靠近，监控室网络就立刻显示“有入侵倾向”——有人攀爬，显示“一级入侵”；继续攀爬，显示“二级入侵”；爬到最高处，则发出“三级入侵”警告。世博会和浦东机场最近购买的就是这样一套防入侵微纳传感工程。两份订单的合同总额接近3000万元。物联网、传感网、互联网物联网与互联网关于物联网和互联网的关系，现在有很多说法，其中一种是：互联网只能连接人，物联网可以连接物，互联网连接的是虚拟世界，物联网连接的是物理世界，物联网是互联网的下一代，物联网要取代互联网，物联网就是泛在网。但是有专家认为，很多物体不一定非要连到网上，而且物联网不是网络而是应用和业务。物联网的主要特征是每一个物件都可以寻址，每一个物件都可以控制，每一个物件都可以通信。有的专家认为，物联网与互联网的关系是相对独立的两张网，只是给人们生活的环境中的物体安装传感器，这些传感器可以更好的帮助我们认识环境，这个传感器网不接入互联网络。物联网、传感网、互联网物联网与互联网人们既可以把物联网看作传统互联网的自然延伸，因为物联网的信息传输基础仍然是互联网；也可以把物联网看作是一种新型网络，因为其用户端延伸和扩展到了物品与物品之间，这与互联网那种“电脑相连的网络”大不一样。也有专家提出，物联网并不是一个新的独立的网络，它只是在过去我们互联网解决了人与人之间的交流联系的基础上，现在要跟物与物之间联系起来，同时，人与物之间也要联系起来。物联网某种意义上是互联网更广泛的应用。物联网和互联网的最大区别在于前者是把互联网的触角延伸到物理世界。互联网是以人为本，是人在操作互联网的运作，信息的制造、传递、编辑都是人完成的。而物联网不同，物联网需要以物为核心，让物来完成信息的制造、传递、编辑。人只能是配角而不是主角，大到房子、汽车，小到牙刷、纸巾，都是物联网的参与者，规模之大，之复杂，一般人是难以想象的。物联网、传感网、互联网物联网与互联网物联网和互联网的业务是不同的。互联网是全球化的，只要计算机接入互联网就与全球相连。物联网建设在互联网之上，但是并不是任何人都能接入。例如，电力系统的物联网只有电力系统的相关人员才能进入，交通系统的物联网只有交通系统的相关人员才能接入，所以物联网实际上是专网。互联网是全球性的，物联网是区域性的。因此，与其说物联网是网络，不如说它是业务和应用。物联网的核心网既可以是下一代互联网，也可以是现有的互联网，现在物联网就能得以实现。当然，在下一代互联网中，物联网是最主要的应用目标。至于“物联网包含了互联网”的说法，可能是基于互联网无法实现人与物或者物与物的信息交换现状出发而得出的朴素结论。在《RFID重大工程与国家物联网》一书中所述：从网络结构上看，物联网就是通过Internet将众多RFID应用系统连接起来并在广域网范围内对物品身份进行识别的分布式系统。互联网则是借助物联网协议将互联网的边界延伸到世间万物。物联网、传感网、互联网物联网、传感网与互联网可以从物联网的网络架构来看物联网网、传感网、互联网它们三者之间的关系。物联网可分为三层：感知层、网络层和应用层。感知层是物联网的皮肤和五官识别物体，采集信息。感知层包括二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS、传感器、终端、传感器网络等，主要是识别物体，采集信息，与人体结构中皮肤和五官的作用相似。网络层是物联网的神经中枢和大脑信息传递和处理。网络层包括通信与互联网的融合网络、网络管理中心、信息中心和智能处理中心等。网络层将感知层获取的信息进行传递和处理，类似于人体结构中的神经中枢和大脑。应用层是物联网的“社会分工”与行业需求结合，实现广泛智能化。应用层是物联网与行业专业技术的深度融合，与行业需求结合，实现行业智能化，这类似于人的社会分工，最终构成人类社会。在物联网的整个构架当中包含有传感网和互联网，传感网主要在于信息的采集以及近距离的信息传递，而互联网则主要在于信息的远距离传输。可见要想真正实现物联网，做到物物相连，如果只有互联网，没有传感网，那么就不能将联系延伸到物的层面，不能采集到物的信息，跟不用说对物的检测与控制；如果只有传感网，而没有互联网的话，虽然能够将信息的采集延伸到物的层面，但是能否将物与物联系起来呢，获取单个物的信息，而没有将所有的物联系起来，这样我们尚不知道是否能算一个网络，更不用说是物联网了。物联网、传感网、互联网物联网、传感网与互联网物联网离不开传感网，同样离不开互联网，离开了传感网和互联网中任意一部分，都不能叫做完整的物联网，同样，我们也不能就把传感网看作物联网，也不能把互联网就看作物联网，因为他们各自都不是物联网的全部。下图可以看出它们之间的具体关系。物联网、传感网、互联网射频识别技术RFID是射频识别技术的英文(RadioFrequencyIdentification，RFID)的缩写，又称电子标签，射频识别技术是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术，射频识别技术是一项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通过所传递的信息达到识别目的的技术。理论基础从信息传递的基本原理来说，射频识别技术在低频段基于变压器耦合模型(初级与次级之间的能量传递及信号传递)，在高频段基于雷达探测目标的空间耦合模型(雷达发射电磁波信号碰到目标后携带