關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的論文(2)
關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的論文二:物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其應(yīng)用
論文 關(guān)鍵字：EPC RFID Savant ONS 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)
論文摘要：至上個世紀(jì)90年代物聯(lián)網(wǎng)概念出現(xiàn)以來，越來越的人們對其產(chǎn)生興趣。物聯(lián)網(wǎng)是在 計(jì)算 機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用射頻識別、無線數(shù)據(jù)通信、計(jì)算機(jī)等技術(shù)，構(gòu)造一個覆蓋世界上萬事萬物的實(shí)物互聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)每個產(chǎn)品都有一個唯一的產(chǎn)品 電子 碼，叫做EPC(Electronic Product Code)，通常EPC碼被存入硅芯片做成的電子標(biāo)簽內(nèi)，附在被標(biāo)識產(chǎn)品上，被高層的信息處理軟件識別、傳遞、查詢，進(jìn)而在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上形成專為供應(yīng)鏈 企業(yè) 服務(wù)的各種信息服務(wù)，就是物聯(lián)網(wǎng)。RFID即射頻識別，是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預(yù)，作為條形碼的無線版本，RFID技術(shù)具有條形碼所不具備很多優(yōu)點(diǎn)。特別是電子標(biāo)簽與產(chǎn)品電子編碼EPC、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合，孕育出被稱為下一代互聯(lián)網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)。
1引言
本文主要介紹了物聯(lián)網(wǎng)的研究背景和EPC的內(nèi)容，然后講述相關(guān)技術(shù)之一即EPC/無線射頻技術(shù)的相關(guān)原理及其實(shí)際應(yīng)用。
課題研究背景
21世紀(jì)是一個以 網(wǎng)絡(luò) 計(jì)算機(jī)為核心的信息時代。數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化與信息化、 經(jīng)濟(jì) 全球化是21世紀(jì)的時代特征。隨著信息技術(shù)的迅速 發(fā)展 ，經(jīng)濟(jì)全球化不斷加快。通過計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn) 現(xiàn)代 物流和電子商務(wù)已經(jīng)成為大勢所趨。隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化，信息網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)程的加快，在技術(shù)革新迅猛發(fā)展的背景下，為滿足對單個產(chǎn)品的標(biāo)識和高效識別，美國麻省理工學(xué)院的自動識別實(shí)驗(yàn)室在美國統(tǒng)一代碼委員會(UCC)的支持下，提出：要在計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用RFID、無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)，構(gòu)造一個覆蓋世界萬物的系統(tǒng)還提出了產(chǎn)品電子代碼(EPC)的概念，隨后由國際物品編碼協(xié)會和美國統(tǒng)一代碼委員會主導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)了全球統(tǒng)一標(biāo)識系統(tǒng)中的GTIN編碼體系與EPC概念的完善結(jié)合，將EPC納入了全球統(tǒng)一標(biāo)識系統(tǒng)，從而確立了EPC在全球統(tǒng)一標(biāo)識體系中的戰(zhàn)略地位.。EPC標(biāo)簽是編號(每一個商品唯一的號碼，“牌照”)的載體，當(dāng)EPC標(biāo)簽貼在物品上或內(nèi)嵌在物品中的時候，即將該物品與EPC標(biāo)簽中的產(chǎn)品電子碼建立起了一對一的對應(yīng)關(guān)系。EPC標(biāo)簽從本質(zhì)上來說是一個電子標(biāo)簽，通過射頻識別系統(tǒng)的電子標(biāo)簽讀寫器可以實(shí)現(xiàn)對EPC標(biāo)簽內(nèi)存信息的讀取。這個內(nèi)存信息通常就是產(chǎn)品電子碼，產(chǎn)品電子碼經(jīng)讀寫器上報(bào)給物聯(lián)網(wǎng)中間件，經(jīng)處理后存儲在分布式數(shù)據(jù)庫中。用戶查詢產(chǎn)品信息時只要在網(wǎng)絡(luò)瀏覽器的地址欄輸入產(chǎn)品名稱、生產(chǎn)商、供貨商等信息，就可以實(shí)時獲悉產(chǎn)品在供應(yīng)鏈中的狀況。這整個系統(tǒng)我們目前把它稱為物聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)旨在提高現(xiàn)代物流、供應(yīng)鏈管理水平，降低成本，被譽(yù)為是一項(xiàng)具有革命性意義的現(xiàn)代物流信息管理新技術(shù)。
由上圖可以看出，物聯(lián)網(wǎng)的整個結(jié)構(gòu)可分為射頻識別系統(tǒng)和信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)兩部分。射頻識別系統(tǒng)主要由標(biāo)簽和讀寫器組成，兩者通過RFID空中接口通信。讀寫器獲取產(chǎn)品標(biāo)識后，通過internet或其他通訊方式將產(chǎn)品標(biāo)識上傳至信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的中間件，然后通過ONS解析獲取產(chǎn)品的對象名稱，繼而通過EPC信息服務(wù)的各種接口獲得產(chǎn)品信息的各種相關(guān)服務(wù)。整個信息系統(tǒng)的運(yùn)行都會借助internet的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，利用在internet基礎(chǔ)上的發(fā)展出的通信協(xié)議和描述語言。因此我們可以說物聯(lián)網(wǎng)是架構(gòu)在internet基礎(chǔ)上的關(guān)于各種物理產(chǎn)品信息服務(wù)的總和。
2 EPC系統(tǒng)組成與特點(diǎn)
2.1 EPC系統(tǒng)的組成
(1)EPC編碼標(biāo)準(zhǔn)
EPC編碼是EPC系統(tǒng)的重要組成部分，它是對實(shí)體及實(shí)體的相關(guān)信息進(jìn)行代碼化，通過統(tǒng)一并規(guī)范化的編碼建立全球通用的信息交換語言。
(2)EPC標(biāo)簽
EPC標(biāo)簽是裝載了產(chǎn)品電子代碼的射頻標(biāo)簽，通常EPC標(biāo)簽是安裝在被識別對象上，存儲被識別對象相關(guān)信息。標(biāo)簽存儲器中的信息可由讀寫器進(jìn)行非接觸讀/寫。
(3)解讀器
解讀器是利用射頻技術(shù)讀取標(biāo)簽信息、或?qū)⑿畔懭霕?biāo)簽的設(shè)備。讀寫器讀出的標(biāo)簽的信息通過計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行管理和信息傳輸。
(4)Savant(神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟件)
Savant是一個物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的“中間件”，用來處理從一個或多個解讀器發(fā)出的標(biāo)簽流或傳感器數(shù)據(jù)，之后將處理過的數(shù)據(jù)發(fā)往特定的請求方。
(5)對象名解析服務(wù)(Object Naming Service: ONS)
EPC標(biāo)簽對于一個開放式的，全球性的追蹤物品的網(wǎng)絡(luò)需要一些特殊的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。因?yàn)闃?biāo)簽中只存儲了產(chǎn)品電子代碼，計(jì)算機(jī)還需要一些將產(chǎn)品電子代碼匹配到相應(yīng)商品信息的方法。這個角色就由對象名稱解析服務(wù)(Object Naming Service: ONS)擔(dān)當(dāng)，它是一個自動的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)，類似于域名解析服務(wù)(DNS)，DNS是將一臺計(jì)算機(jī)定位到萬維網(wǎng)上的某一具體地點(diǎn)的服務(wù)。
(6)物理標(biāo)記語言(Physical Markup Language PML)
實(shí)體標(biāo)記語言(PML)通過一種通用的、標(biāo)準(zhǔn)的方法來描述我們所在的物理世界。PML的目標(biāo)是為物理實(shí)體的遠(yuǎn)程監(jiān)控和環(huán)境監(jiān)控提供一種簡單、通用的描述語言?？蓮V泛應(yīng)用在存貨跟蹤、自動處理事務(wù)、供應(yīng)鏈管理、機(jī)器控制和物對物通訊等方面。
2.2 EPC系統(tǒng)的特點(diǎn)
(1)開放的體系結(jié)構(gòu)
EPC系統(tǒng)采用全球最大的公用的刀又TERNET網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這就避免了系統(tǒng)的復(fù)雜性，同時也大大降低了系統(tǒng)的成本，并且還有利于系統(tǒng)的增值。梅特卡夫(Metcalfe)定律表明，一個網(wǎng)絡(luò)大的價(jià)值是用戶本系統(tǒng)是應(yīng)該開放的結(jié)構(gòu)體系遠(yuǎn)比復(fù)雜的多重結(jié)構(gòu)更有價(jià)值。
(2)獨(dú)立的平臺和高度的互動性
EPC系統(tǒng)識別的對象是一個十分廣泛的實(shí)體對象，因此，不可能有那一種技術(shù)適用所有的識別對象。同時，不同地區(qū)，不同國家的射頻識別技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也不相同。所以開放的結(jié)構(gòu)體系必須具有獨(dú)立的平臺和高度的交互操作性。EPC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)建立在INTERNET網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上可以與INTERNET網(wǎng)絡(luò)所有可能的組成部分協(xié)同工作
(3)靈活的可持續(xù)發(fā)展的體系
EPC系統(tǒng)是一個靈活的開放的可持續(xù)發(fā)展的體系，可在不替換原有體系的情況下就可以做到系統(tǒng)升級。
3 關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用
3.1 EPC/無線射頻識別技術(shù)(RFID)技術(shù)
無線射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，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(jìn)行識別、分類和跟蹤的移動物品(物品上附著有RFID標(biāo)簽)之間實(shí)現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達(dá)到識別目的的技術(shù)。RFID是一種利用電磁能量實(shí)現(xiàn)自動識別和數(shù)據(jù)捕獲技術(shù)，可以提供無人看管的自動監(jiān)視與報(bào)告作業(yè)。
具體的工作原理如下：當(dāng)裝有電子標(biāo)簽的物體接近微波天線時，閱讀器受控發(fā)出微波查詢信號。安裝在物體表面的電子標(biāo)簽收到經(jīng)微波天線發(fā)出的查詢信號后，根據(jù)查詢信號中的命令要求，將標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)信息反射回微波天線。微波天線接收到電子標(biāo)簽反射回的微波合成信號后，經(jīng)閱讀器內(nèi)部微處理器處即可將電子標(biāo)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(shù)據(jù)被傳送到控制計(jì)算機(jī)作進(jìn)一步處理，從而完成與物體有關(guān)的信息查詢、統(tǒng)計(jì)、管理等應(yīng)用。整個識別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識別高速運(yùn)動物體并可同時識別多個標(biāo)簽，并且閱讀器能自行判斷RFID標(biāo)簽是否被重復(fù)讀取處理。RFID技術(shù)的這些功能特性很適合流水線上產(chǎn)品的控制，以實(shí)現(xiàn)流水作業(yè)管理，得以使整個流水線管理自動化。
RFID系統(tǒng)一般由RFID系統(tǒng)由閱讀器、應(yīng)答器(標(biāo)簽)和應(yīng)用系統(tǒng)三部分組成，通過電波在響應(yīng)媒介和詢問媒介間傳遞信息。閱讀器，一般是一臺內(nèi)含天線和芯片解碼器的閱讀(有時還可以寫入)設(shè)備，可設(shè)計(jì)為手持式或固定式;閱讀器可無接觸地讀取并識別電子標(biāo)簽中所保存的電子數(shù)據(jù)，從而達(dá)到自動識別體的目的。通常閱讀器與電腦相連，所讀取的標(biāo)簽信息被傳送到電腦上進(jìn)行下一步處理。應(yīng)用系統(tǒng)，一般是由計(jì)算機(jī)支撐的有線或無線管理系統(tǒng)。視不同應(yīng)用要求，對于實(shí)時型的智能型控制器，不一定必須要有后臺應(yīng)用系統(tǒng)。標(biāo)簽，主要是射頻標(biāo)簽，響應(yīng)端內(nèi)含天線，兩者組成所謂的“雷達(dá)收發(fā)機(jī)”，以卡、標(biāo)簽等形式存在。
整體的EPC網(wǎng)絡(luò)操作依賴于RFID系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)的介入，使產(chǎn)品信息有效的傳播。安裝在不同需求鏈環(huán)境的解讀器可以讀取標(biāo)簽中儲存的產(chǎn)品數(shù)據(jù)。因此供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)可以通過網(wǎng)絡(luò)及時地檢查、更新或者交換信息。
在由EPC標(biāo)簽、識讀器、Savant服務(wù)器、Internet、ONS服務(wù)器、PML服務(wù)器以及眾多數(shù)據(jù)庫組成的實(shí)物互聯(lián)網(wǎng)中，識讀器讀出的EPC只是一個信息 參考 (指針)，由這個信息參考從INTERNET找到IP地址并獲取該地址中存放的相關(guān)的物品信息，并采用分布式Savant 軟件系統(tǒng)處理和 管理由識讀器讀取的一連串EPC信息。由于在標(biāo)簽上只有一個EPC代碼， 計(jì)算 機(jī)需要知道與該EPC匹配的其它信息，這就需要ONS來提供一種自動化的 網(wǎng)絡(luò) 數(shù)據(jù)庫服務(wù)，Savant將EPC傳給ONS，ONS指示Savant到一個保存著產(chǎn)品文件的PML服務(wù)器查找，該文件可由Savant復(fù)制，因而文件中的產(chǎn)品信息就能傳到供應(yīng)鏈上，
EPC系統(tǒng)是一個全球的大系統(tǒng)，供應(yīng)鏈各個環(huán)節(jié)，各個節(jié)點(diǎn)，各個方面都可受益，但對低價(jià)值的識別對象來說，如：食品，消費(fèi)品等，它們對EPC系統(tǒng)引起的附加價(jià)格十分敏感。EPC系統(tǒng)正在考慮通過本身技術(shù)的進(jìn)步，進(jìn)一步陽氏成本，同時通過系統(tǒng)的整體運(yùn)作使供應(yīng)鏈管理得到更好的運(yùn)作，提高效益，以便抵消和降低附加價(jià)格。
EPC/RFID物品識別的目標(biāo)是為每一物理實(shí)體提供唯一標(biāo)識。它與傳統(tǒng)條碼技術(shù)相比有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：
(1)唯一標(biāo)識。條碼只能識別一類產(chǎn)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(biāo)識。
(2)讀取方便。條碼是可視傳播技術(shù)。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(zhǔn)掃描儀才有效。相反, 無線電識別并不需要可視傳輸技術(shù), 射頻標(biāo)簽只要在識讀器的讀取范圍內(nèi)就可以了, 甚至可以穿過外包裝進(jìn)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(biāo)簽可以應(yīng)用于粉塵、油污等高污染環(huán)境和放射性環(huán)境。
(4)動態(tài)更改。條碼信息一旦需要更改就必須重貼, 而RFID電子標(biāo)簽中的信息可以編輯, 便于更新。
(5)可擴(kuò)展性。RFID電子標(biāo)簽存儲的是電子數(shù)據(jù), 在需要的時候可以改變其中的編碼結(jié)構(gòu), 便于升級。
(6)RFID電子標(biāo)簽可以設(shè)置密碼, 保密性強(qiáng)。
雖然EPC/RFID與條碼技術(shù)相比有巨大的優(yōu)勢, 但是條碼技術(shù)作為一項(xiàng)十分成熟的技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中仍然可以起到一定的作用。EPC代碼實(shí)際上是種編碼手段, EPC并沒有對其信息載體進(jìn)行任何限制, 我們現(xiàn)在有飛速 發(fā)展 起來的射頻識別技術(shù), 也有成熟的條碼技術(shù), EPC碼可以儲存在RFID芯片中, 同樣可以儲存在條碼中。
電子標(biāo)簽廣泛采用后的隱私間題和環(huán)保問題一直有爭論。而EPC在某些產(chǎn)品上采用條碼技術(shù),可以有效的解決目前普遍關(guān)注的射頻標(biāo)簽如何避免隱私的問題、磁污染問題和廢棄標(biāo)簽中芯片的處理間題。
3.2 EPC/RFID技術(shù)應(yīng)用
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用可以使電子商務(wù)變得更強(qiáng)大, 它使消費(fèi)者可以在網(wǎng)上查到任何一家商店的任何一件商品, 選擇起來得心應(yīng)手。在物流領(lǐng)域,RFID電子標(biāo)簽可以應(yīng)用于自動倉儲庫存管理、產(chǎn)品物流跟蹤、供應(yīng)鏈自動管理、產(chǎn)品裝配和生產(chǎn)管理、產(chǎn)品防偽等多個方面。
2006年高科技項(xiàng)目申報(bào)國家共撥款1億2800乃人民幣用以支持20項(xiàng)課題研究，其中“RFID系統(tǒng)測試技術(shù)研究及開放平臺建設(shè)”、“RFID應(yīng)用方案公共測試系統(tǒng)建設(shè)”、“符合ISO 18000-6 Type B/C標(biāo)準(zhǔn)的(UHF)標(biāo)簽芯片研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化”、“RFID標(biāo)簽集成技術(shù)研究及產(chǎn)業(yè)化”、“RFID公共服務(wù)體系架構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)用服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)研究與開發(fā)”.“區(qū)域RFID信息公共服務(wù)平臺關(guān)鍵技術(shù)研究與開發(fā)”、“RFID標(biāo)準(zhǔn)研究與制定”這七項(xiàng)課題約占全部經(jīng)費(fèi)的50%。由此可見，在前一次的項(xiàng)目攻堅(jiān)中主抓公共項(xiàng)目的基礎(chǔ)建設(shè).RFID設(shè)備的生產(chǎn)以及產(chǎn)業(yè)鏈完善建設(shè)以及RFID使用規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)化。這對于我國RFID技術(shù)及應(yīng)用這座宏偉大廈來說無異于堅(jiān)實(shí)的地基。目前，此番不少課題已經(jīng)相繼取得了進(jìn)展，部分已得到業(yè)界的認(rèn)可。如中科院自動化所承擔(dān)的物流領(lǐng)域研究和貴州茅臺酒股份有限公司的RFID技術(shù)在茅臺酒防偽的應(yīng)用等，特別是RFID技術(shù)在票務(wù)和食品安全領(lǐng)域中的成果更被及時應(yīng)用到奧運(yùn)會中。依據(jù)目前情況來看RFID的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展在各個地區(qū)已經(jīng)呈現(xiàn)出相對完整產(chǎn)業(yè)鏈，無論是封裝.標(biāo)簽的印刷方的提供。
在此講述一個RFID在圖書館中的應(yīng)用例子。RFID對圖書館及讀者來說，較之條碼識別具有明顯的優(yōu)勢。在圖書館管理中，利用RFID的無線傳輸能力和大容量的數(shù)據(jù)儲存，可以極大地提高圖書館管理的效率。RFID優(yōu)勢具體表現(xiàn)為：①簡化借還書服務(wù)工作。目前圖書館的借還書作業(yè)除了刷條形碼外，還需做上磁及消磁的繁瑣工作，以RFID卷標(biāo)取代條形碼、磁條，不用一本書一本書的用掃描儀掃描條形碼，并且可以一次讀取多筆資料，同時減少讀者的等待時間及館員的例行業(yè)務(wù)，提升了圖書館的服務(wù)品質(zhì)及形象;②容易查找錯架、亂架的圖書。利用RFID無線電波感應(yīng)技術(shù)。使放置錯架的圖書能很快被發(fā)現(xiàn)，提高圖書館館員整架的工作效率;③加速盤點(diǎn)工作。目前圖書館盤點(diǎn)的方式一定要將書從書架上將每一本書取出，RFID Tag以無線電波傳送信息，可以一次讀取數(shù)個RFID卷標(biāo)資料。簡化盤點(diǎn)工作;④耐環(huán)境性。RFID對水、油和藥品等物有強(qiáng)力的抗污性，且在黑暗及臟污的環(huán)境之中也可以讀取數(shù)據(jù);⑤可重復(fù)使用及穿透性。RFID卷標(biāo)可以回收重復(fù)使用。并且若RFID被紙張、木材和塑料等非金屬或非透明的材質(zhì)包覆的話，也可以進(jìn)行穿透性通訊;⑥讀者自助借還書。圖書館提供自助借還書外圍設(shè)備，則讀者可以自行辦理圖書的借還。
總結(jié) ：本文講述了物聯(lián)網(wǎng)研究的相關(guān)背景及其內(nèi)容，然后介紹了產(chǎn)品電子代碼(EPC)系統(tǒng)的相關(guān)知識，最后講述相關(guān)技術(shù)之一即EPC/無線射頻技術(shù)的相關(guān)原理及其在圖書館中的實(shí)際應(yīng)用。
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