探討物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)——RFID技術(shù)

　　1.引言

　　物聯(lián)網(wǎng)（TheInternetofthings）是指把射頻識(shí)別（RFID）裝置、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等種種裝置與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別和管理。

　　通過在物品上嵌入電子標(biāo)簽、條形碼等能夠存儲(chǔ)物體信息的標(biāo)識(shí)，通過無線網(wǎng)絡(luò)的方式將其即時(shí)信息發(fā)送到后臺(tái)信息處理系統(tǒng)，而各大信息系統(tǒng)可互聯(lián)形成一個(gè)龐大的網(wǎng)絡(luò)。從而可達(dá)到對(duì)物品進(jìn)行實(shí)施跟蹤、監(jiān)控等智能化管理的目的。通俗來講，物聯(lián)網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)人與物之間的信息溝通。

　　2.物聯(lián)網(wǎng)起源和背景

　　1995年，比爾蓋茨在其《未來之路》一書中已提及物聯(lián)網(wǎng)概念。
　　2005年11月，國際電信聯(lián)盟(ITU)發(fā)布了《ITU互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005：物聯(lián)網(wǎng)》報(bào)告，正式提出了物聯(lián)網(wǎng)概念。
　　2009年1月，IBM首席執(zhí)行官彭明盛提出“智慧地球”構(gòu)想，其中物聯(lián)網(wǎng)為“智慧地球”不可或缺的一部分，而奧巴馬在就職演講后已對(duì)“智慧地球”構(gòu)想提出積極回應(yīng)，并提升到國家級(jí)發(fā)展戰(zhàn)略。
　　2009年8月7日，溫家寶在無錫視察中科院物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研發(fā)中心時(shí)指出，要盡快突破核心技術(shù)，把傳感技術(shù)和TD的發(fā)展結(jié)合起來。
　　2009年8月24日，王建宙訪臺(tái)期間解釋了物聯(lián)網(wǎng)概念。
　　2009年9月11日，“傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)工作組成立大會(huì)暨”感知中國’高峰論壇”在北京舉行，會(huì)議提出傳感網(wǎng)發(fā)展相關(guān)政策。
　　2009年9月14日，在中國通信業(yè)發(fā)展高層論壇上，中國移動(dòng)總裁王建宙高調(diào)表示：物聯(lián)網(wǎng)商機(jī)無限，中國移動(dòng)將以開放的姿態(tài)，與各方竭誠合作。
《國家中長期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃(2006－2020年)》和“新一代寬帶移動(dòng)無線通信網(wǎng)”重大專項(xiàng)中均將傳感網(wǎng)列入重點(diǎn)研究領(lǐng)域。

　　3.物聯(lián)網(wǎng)工作步驟及關(guān)鍵技術(shù)

　　物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用可以分為三層：
　　感知層，主要實(shí)現(xiàn)標(biāo)識(shí)、識(shí)別功能；其中，采用射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)、NFC技術(shù)實(shí)現(xiàn)物體的標(biāo)識(shí)功能，采用傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)物體的識(shí)別、感知功能。
　　傳輸層，主要實(shí)現(xiàn)信息的傳輸，采用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。
　　其中，感知識(shí)別是一個(gè)基礎(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)傳輸是一個(gè)平臺(tái)，是一個(gè)支撐，智能應(yīng)用是一個(gè)標(biāo)志和體現(xiàn)。

圖1物聯(lián)網(wǎng)示意圖

　　在物聯(lián)網(wǎng)中，系統(tǒng)應(yīng)用流程如下：

　　(1)對(duì)物體屬性進(jìn)行標(biāo)識(shí)，屬性包括靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的屬性，靜態(tài)屬性可以直接存儲(chǔ)在標(biāo)簽中，動(dòng)態(tài)屬性需要先由傳感器實(shí)時(shí)探測；
　　(2)識(shí)別設(shè)備完成對(duì)物體屬性的讀取，并將信息轉(zhuǎn)換為適合網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式；
　　(3)將物體的信息通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)叫畔⑻幚碇行模ㄌ幚碇行目赡苁欠植际降?，如家里的電腦或者手機(jī)，也可能是集中式的，如中國移動(dòng)的IDC），由處理中心完成物體通信的相關(guān)計(jì)算。

　　4.物聯(lián)網(wǎng)感知層－RFID技術(shù)

　　物聯(lián)網(wǎng)主要涉及電子標(biāo)簽、傳感器、芯片及智能卡等三大領(lǐng)域，而在對(duì)傳感網(wǎng)技術(shù)的開發(fā)和市場的拓展中，其中非常關(guān)鍵的技術(shù)之一是RFID技術(shù)。
實(shí)質(zhì)是利用RFID技術(shù)結(jié)合已有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、中間件技術(shù)等，構(gòu)筑一個(gè)由大量聯(lián)網(wǎng)的閱讀器Reader和無數(shù)移動(dòng)的標(biāo)簽Tag組成比互聯(lián)網(wǎng)更為龐大的物聯(lián)網(wǎng)，因此RFID技術(shù)成為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的排頭兵。

　　4.1RFID技術(shù)簡介

　　RFID技術(shù)是RadioFrequencyIdentification的縮寫，即射頻識(shí)別技術(shù)，是一項(xiàng)利用射頻信號(hào)通過空間電磁耦合實(shí)現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達(dá)到物體識(shí)別的技術(shù)。

　　RFID系統(tǒng)主要由三部分組成：電子標(biāo)簽（Tag）、讀寫器（Reader）和天線（Antenna）。其中，電子標(biāo)簽芯片具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，用于存儲(chǔ)待識(shí)別物品的標(biāo)識(shí)信息；讀寫器是將約定格式的待識(shí)別物品的標(biāo)識(shí)信息寫入電子標(biāo)簽的存儲(chǔ)區(qū)中（寫入功能），或在讀寫器的閱讀范圍內(nèi)以無接觸的方式將電子標(biāo)簽內(nèi)保存的信息讀取出來（讀出功能）；天線用于發(fā)射和接收射頻信號(hào)，往往內(nèi)置在電子標(biāo)簽或讀寫器中。

　　RFID技術(shù)的工作原理是：電子標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器產(chǎn)生的磁場后，接收解讀器發(fā)出的射頻信號(hào)，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的產(chǎn)品信息（無源標(biāo)簽或被動(dòng)標(biāo)簽），或者主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(hào)（有源標(biāo)簽或主動(dòng)標(biāo)簽）；解讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。

RFID按應(yīng)用頻率的不同分為低頻（LF）、高頻（HF）、超高頻（UHF）、微波（MW），相對(duì)應(yīng)的代表性頻率分別為：低頻135KHz以下、高頻13.56MHz、超高頻860M-960MHz、微波2.4G-5.8G。目前，實(shí)際RFID應(yīng)用以低頻和高頻產(chǎn)品為主，但超高頻標(biāo)簽因其具有可識(shí)別距離遠(yuǎn)和成本低的優(yōu)勢，未來將有望逐漸成為主流。

　　4.2全球RFID產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

　　美國政府是RFID應(yīng)用的積極推動(dòng)者，在其推動(dòng)下美國在RFID標(biāo)準(zhǔn)的建立、相關(guān)軟硬件技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用領(lǐng)域均走在世界前列。目前，美國、英國、德國、瑞典、瑞士、日本、南非等國家均有較為成熟且先進(jìn)的RFID產(chǎn)品，RFID被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、商業(yè)自動(dòng)化、交通運(yùn)輸控制管理等眾多領(lǐng)域，如汽車及火車交通監(jiān)控、高速公路自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)、停車場管理系統(tǒng)、物品管理、流水線生產(chǎn)自動(dòng)化、安全出入檢查、倉儲(chǔ)管理、動(dòng)物管理、車輛防盜等場合。隨著RFID技術(shù)的發(fā)展演進(jìn)以及成本的迅速降低，RFID技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，產(chǎn)業(yè)規(guī)模正處于高速增長期。

　　從全球產(chǎn)業(yè)格局來看，目前RFID產(chǎn)業(yè)主要集中在RFID技術(shù)應(yīng)用比較成熟的歐美市場。

　　(1)飛利浦、西門子、ST、TI等半導(dǎo)體廠商基本壟斷了RFID芯片市場；

　　(2)IBM、HP、微軟、SAP、Sybase、Sun等國際巨頭搶占了RFID中間件、系統(tǒng)集成研究的有利位置；

　　(3)Alien、Intermec、Symbol、Transcore、Matrics、Impinj等公司則提供RFID標(biāo)簽、天線、讀寫器等產(chǎn)品及設(shè)備。

　　4.3我國RFID產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

　　目前，我國RFID企業(yè)總數(shù)雖然超過100家，但是缺乏關(guān)鍵核心技術(shù)，特別是在超高頻RFID方面。從包括芯片、天線、標(biāo)簽和讀寫器等硬件產(chǎn)品來看，低高頻RFID技術(shù)門檻較低，國內(nèi)發(fā)展較早，技術(shù)較為成熟，產(chǎn)品應(yīng)用廣泛，目前處于完全競爭狀況；

　　超高頻RFID技術(shù)門檻較高，國內(nèi)發(fā)展較晚，技術(shù)相對(duì)欠缺，從事超高頻RFID產(chǎn)品生產(chǎn)的企業(yè)很少，更缺少具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新型企業(yè)。

　　僅以RFID芯片為例，RFID芯片在RFID的產(chǎn)品鏈中占據(jù)著舉足輕重的位置，其成本占到整個(gè)標(biāo)簽的三分之一左右。但在UHF頻段，RFID芯片設(shè)計(jì)面臨巨大困難：

　?。?）苛刻的功耗限制；（2）片上天線技術(shù)；（3）后續(xù)封裝問題；（4）與天線的適配技術(shù)。目前，國內(nèi)UHF頻段RFID芯片市場幾乎被國外企業(yè)壟斷。

　　相關(guān)政策和發(fā)展階段：

　　2006年，由科技部、發(fā)改委、商務(wù)部、信產(chǎn)部等15個(gè)部委聯(lián)合發(fā)布了《中國RFID技術(shù)政策白皮書》，為我國在RFID技術(shù)與產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展指明了道路。我國RFID產(chǎn)業(yè)發(fā)展將分三個(gè)階段實(shí)施：

　　第一階段：培育期（2006年至2008年）在產(chǎn)業(yè)化核心技術(shù)研發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)制定等方面取得突破，通過典型行業(yè)示范應(yīng)用，初步形成RFID產(chǎn)業(yè)鏈及良好的產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境。
　　第二階段：成長期（2008年至2012年）擴(kuò)展RFID應(yīng)用領(lǐng)域，形成規(guī)模生產(chǎn)能力，建立公共服務(wù)體系，推動(dòng)規(guī)?；袌鲂纬?，促進(jìn)RFID產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展。
　　第三階段：成熟期（2012年以后）整合產(chǎn)業(yè)鏈，適應(yīng)新一代技術(shù)的發(fā)展，輻射多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，提高RFID應(yīng)用的效率和效益。

　　4.4RFID技術(shù)的經(jīng)濟(jì)規(guī)模

　　2008年全球RFID市場規(guī)模將從去年的49.3億美元上升到52.9億美元，這個(gè)數(shù)字覆蓋了RFID市場的方方面面，包括標(biāo)簽、閱讀器、其他基礎(chǔ)設(shè)施、軟件和服務(wù)等。RFID卡和卡相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)備將占今年市場的57.3%，達(dá)30.3億美元。來自金融、安防行業(yè)的應(yīng)用，如非接觸支付、門禁控制將推動(dòng)RFID卡類市場的增長。

　　全球標(biāo)簽使用數(shù)將達(dá)到21.6億個(gè)，2007年為17.4億個(gè)，而2006年僅為10.2億個(gè)。在所有21.6億個(gè)標(biāo)簽使用量中，強(qiáng)制性的貨盤和貨箱貼標(biāo)應(yīng)用的標(biāo)簽將為3.25億個(gè)，即占總量的15%。除零售商強(qiáng)制要求應(yīng)用外，零售業(yè)標(biāo)簽的總體應(yīng)用量都呈上升趨勢。

　　動(dòng)物貼標(biāo)應(yīng)用快速增長，特別是中國和澳大利亞、新西蘭等國家。2009年動(dòng)物貼標(biāo)應(yīng)用將消費(fèi)900萬個(gè)標(biāo)簽。智能紙質(zhì)標(biāo)簽是最主要的標(biāo)簽應(yīng)用形式，據(jù)預(yù)測，到2018年，RFID紙質(zhì)標(biāo)簽將占標(biāo)簽總數(shù)的99.1%。

　　2009年中國RFID市場規(guī)模將達(dá)到50億元，年復(fù)合增長率為33%，其中電子標(biāo)簽超過38億元、讀寫器接近7億元、軟件和服務(wù)達(dá)到5億元的市場格局。

　　5.典型應(yīng)用－物聯(lián)網(wǎng)RFID技術(shù)在ITS中的運(yùn)用

　　交通是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)和命脈，交通發(fā)展的水平是一個(gè)國家整體實(shí)力和科技水平的重要標(biāo)志。RFID技術(shù)具有車輛通信、自動(dòng)識(shí)別、定位、遠(yuǎn)距離監(jiān)控等功能，在移動(dòng)車輛的識(shí)別和管理系統(tǒng)方面有著非常廣泛的應(yīng)用。

　　在國際上，美國的IVHS、日本的VICS等系統(tǒng)通過車輛和道路之間建立有效的信息通信，實(shí)現(xiàn)智能交通的管理和信息服務(wù)。RFID技術(shù)近年來在物流與供應(yīng)鏈管理領(lǐng)域以及交通運(yùn)輸領(lǐng)域智能化管理中得到了應(yīng)用，如智能公交定位管理和信號(hào)優(yōu)先、智能停車場管理、車輛類型及流量信息采集、路橋電子不停車收費(fèi)、高速公路多義性路徑識(shí)別及車輛速度計(jì)算分析等方面取得了一定的應(yīng)用成效。

　　6.物聯(lián)網(wǎng)感知層－傳感器技術(shù)

　　在物聯(lián)網(wǎng)的概念中，所有物體可以通過Intenet主動(dòng)進(jìn)行交互，除了互聯(lián)網(wǎng)外，主要涉及RFID技術(shù)、傳感器技術(shù)、智能嵌入技術(shù)、微波/納米技術(shù)等。

　　6.1傳感器技術(shù)介紹

　　傳感器是能感受規(guī)定的被測量，并能按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。傳感器作為現(xiàn)代科技的前沿技術(shù)，被認(rèn)為是現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱之一。有市場報(bào)告顯示，預(yù)計(jì)2010年全球傳感器市場可達(dá)600億美元以上。我國傳感器市場的增長率超過15%，預(yù)計(jì)2009年為430億元。

　　MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystems)是微機(jī)電系統(tǒng)的縮寫，MEMS技術(shù)建立在微米/納米基礎(chǔ)上，是對(duì)微米/納米材料進(jìn)行設(shè)計(jì)、加工、制造、測量和控制的技術(shù)，完整的MEMS是由微傳感器、微執(zhí)行器、信號(hào)處理和控制電路、通訊接口和電源等部件組成的一體化的微型器件系統(tǒng)。MEMS傳感器能夠?qū)⑿畔⒌墨@取、處理和執(zhí)行集成在一起，組成具有多功能的微型系統(tǒng)，從而大幅度地提高系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化和可靠性水平。它還能夠使得制造商能將一件產(chǎn)品的所有功能集成到單個(gè)芯片上，從而降低成本，適用于大規(guī)模生產(chǎn)。

　　6.2物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用案例及經(jīng)濟(jì)效益

　　MEMS傳感器目前主要應(yīng)用在汽車和消費(fèi)電子兩大領(lǐng)域。
　　在蘋果公司的iPhone中，通過對(duì)旋轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)動(dòng)的感知，iPhone可以自動(dòng)地改變其顯示格式，以便消費(fèi)者能夠以合適的水平和垂直視角看到完整的頁面或者數(shù)字圖片。

　　預(yù)計(jì)在2007年至2012年間，全球基于MEMS的半導(dǎo)體傳感器和制動(dòng)器的銷售額將達(dá)到19%的年均復(fù)合增長率(CAGR)，與2007年的41億美元相比，五年后將實(shí)現(xiàn)97億美元的年銷售額。若計(jì)入各類技術(shù)實(shí)現(xiàn)的傳感器/制動(dòng)器，則其市場總規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)到119億美元。根據(jù)該報(bào)告，基于MEMS的制動(dòng)器在2007年將占據(jù)整體傳感器/制動(dòng)器市場份額的54%。

　　7.結(jié)束語

　　預(yù)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)通信網(wǎng)之后的又一次信息產(chǎn)業(yè)浪潮。有專家預(yù)測１０年內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)就可能大規(guī)模普及，這一技術(shù)將會(huì)發(fā)展成為一個(gè)上萬億元規(guī)模的高科技市場。

　　RFID技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)中關(guān)鍵技術(shù)之一。以簡單RFID系統(tǒng)為基礎(chǔ)，結(jié)合已有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、中間件技術(shù)等，構(gòu)筑一個(gè)由大量聯(lián)網(wǎng)的閱讀器和無數(shù)移動(dòng)的標(biāo)簽組成的，比Internet更為龐大的物聯(lián)網(wǎng)成為RFID技術(shù)發(fā)展的趨勢。

　　在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，傳感器憑借著其體積小、成本低以及可與其他智能芯片集成在一起的巨大優(yōu)勢，必將成為傳感器的主要生產(chǎn)技術(shù)。