RFID与物联网简介.ppt

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1、RFID与物联网,一、用户需求,高速公路的自动收费系统,铁路货运编组调度系统,RFID库存跟踪系统,集装箱识别系统,拣选系统,自动拣选系统,生产物流的自动化及过程控制,智能助手系统在德国莱因伯格的未来商店中，RFID货架能识别货架上的物品缺货时间或被摆放错位置。只需按键便显示价格的电子货架标签可以保证价格的准确可信。,具有特殊功能的货架只要顾客移动了一件商品，显示屏会立刻显示该商品的信息包括号码、颜色和价格等,聪明的购物助理未来的智能购物车能自动识别所购商品，使购物变得更加便利,更加快捷地称重只需将水果或蔬菜在智能电子秤上，自动识别所放物品是苹果、橘子、或萝卜等。,电子时装顾问智能试衣间为顾客

2、所选服装提供全面的信息,互动的客户咨询师信息终端为顾客提供全面的帮助，包括商品信息、生活小窍门、如何快速的在店中找到所需商品,完美的妆容智能镜子帮助顾客选择最合适的化妆品，顾客可以在互动屏幕上选择不同的模特来测试不同风格的效果,二、解决方案,EPC物联网解决方案1.EPC概念,物联网概念一经提出，立即受到各国政府、企业和学术界的重视，在需求和研发的相互推动下，迅速热遍全球。目前国际上对物联网的研究逐渐明朗起来，最典型的解决方案有欧美的EPC系统和日本的UID系统。EPC（Electronic Product Code）即产品电子代码是基于RFID与Internet的一项物流信息管理新技术，通过

3、给每一个实体对象(包括零售商品、物流单元、集装箱、货运包装等)分配一个全球惟一的代码来构建一个全球物品信息实时共享的实物互联网(An Internet of Things，简称“物联网”)。,2.EPC体系结构,EPC系统是一个先进的、综合性的和复杂的系统。它由EPC编码体系、RFID系统及信息网络系统三个部分组成，主要包括六个方面：EPC编码、EPC标签、读写器、EPC中间件、对象名称解析服务（ONS）和EPC信息服务（EPCIS）。,PML：实体标记语言（Physical Markup Language）,3.EPC系统的工作流程,EPC编码体系,国际上目前还没有统一的RFID编码规则。目

4、前，日本支持的UID（Universal Identification，泛在识别）标准和欧美支持的EPC（Electronic Product Code，电子产品码）标准是当今影响力最大的两大标准，我国的RFID标准还未形成。EPC编码有通用标识（GID），也有基于现有全球唯一的编码体系EAN/UCC的标识（SGTIN、SSCC、SGLN、GRAI、GIAI）。这类标识又分为96位和64位两种。,EPC编码体系,EPC编码体系,EPC编码体系是EANUCC系统的拓展和延伸；EPC编码仅对生产厂商和产品进行编码；EPC编码给批次内的每一单件产品分配惟一的EPC代码，该批次也可视为一个单一的实体对

5、象分配一个批次的EPC代码。,特点,EPC编码体系,惟一性、科学性、兼容性、全面性、合理性、国际性、无歧视性,特性：,射频识别系统,信息网络系统,组成,本地网络因特网,信息网络系统,功能模块,EPC中间件（系统管理）对象命名解析服务(ONS)（寻址）EPC信息服务(EPCIS)（信息存储）,EPC中间件,EPC中间件是连接读写器和企业应用程序的纽带，是一个网络的数据交换软件，用于加工和处理来自读写器的所有信息和事件流。主要任务是在将数据送往企业应用程序之前进行标签数据校对、读写器协调、数据传送、数据存储和任务管理。,对象命名解析服务(ONS),ONS工作过程：ONS查询过程,EPCIS以PML

6、为系统的描述语言，主要包括客户端模块、数据存储模块和数据查询模块三个部分（在EPC1.0中称为PML服务器；在EPC2.0中，完善了功能并称为EPCIS服务器）。客户端模块主要实现物联网EPC标签信息向指定EPCIS服务器传输；数据存储模块将通用数据存储于数据库中，在产品信息初始化的过程中调用通用数据生成针对每一个产品的属性信息，并将其存储于PML文档中；数据查询模块根据客户端的查询要求和权限，访问相应的PML文档，生成HTML文档，返回给客户端。,EPC信息服务(EPCIS),EPC信息服务(EPCIS),EPC信息服务(EPCIS),4.EPC系统特点,EPC系统的特点 EPC与射频识别技

7、术的关系 EPC与EAN/UCC之间的关系,EPC系统的特点,开放的结构体系。独立的平台与高度的互动性。灵活的可持续发展的体系。,EPC与射频识别技术的关系,RFID技术只是EPC系统的一部分；EPC系统应用只是RFID技术的应用领域之一,EPC与EAN/UCC之间的关系,EPC与EANUCC全球统一标识系统是兼容的EPC是EANUCC系统的延续和拓展。,（1）UPC编码向EPC编码的转换,注意：UPC的十进制编码要转换成BPC的十六进制符号。,（2）EAN13编码向EPC编码的转换,42,八、中国RFID发展思路,中国RFID发展思路,三、RFID技术储备,1、RFID技术概念2、RFID系

8、统组成 3、RFID工作流程4、RFID工作原理5、RFID系统分类 6、RFID技术的特点 7、RFID技术的应用,一、RFID技术概念,RFID技术(RadioFrequencyIdentification)无线射频识别技术,是一种非接触式的识别技术基本原理是电磁理论。是利用电磁能量实现自动识别 与数据采集技术。,RFID技术的发展,二、RFID系统组成,信号发射机(射频标签),发射接收天线,信号接收机(阅读器),编程器,1信号发射机(射频标签),标签:带有线圈、天线、存储器与控制系统的低电集成电路。,能够自动或在外力的作用下，把存储的信息主动发射出去。,概念,特点,1信号发射机(射频标签

9、),种类,标识标签便携式数据文件,按调制方式分,主动式标签被动式标签,按存储器的类型分,只读标签读写标签,按有无电源分,无源标签有源标签,其它种类,低频标签中频标签高频标签,主动式标签、被动式标签,优点：工作可靠性高，信号传送距离远。,缺点：标签的使用寿命受到限制，贵,优点:具有永久的使用期，便宜,缺点:数据传输的距离短,被动式标签,主动式标签,应用:零售行业的传统标签,应用：军事;交通控制,只读标签与读写标签,只读标签,读写标签,只读标签,一次性编程只读标签,可重复编程只读标签,内容在标签出厂时已被写入,只可在应用前一次性编程写入,经擦除后可重新编程写入，识别过程中标签内容不改写,标签应用过

10、程中数据双向传输,无源标签和有源标签,无源标签：标签中不含有电池的标签。特点：工作时距识读器的天线比较近使用寿命长。,有源标签标签中含有电池的标签。特点：距识读器天线的距离较无源标签要远有源标签需定期更换电池。,按标签含信息量大小分,标识标签特点：存储标识号码，用于对特定的标识项目，如人、物、地点进行标识。被标识项目的详细的特定的信息，需与系统相连接的数据库中进行查找。便携式数据文件标签中存储的数据非常大，足可以看作是一个数据文件。特点：用户可编程标签中除了存储标识码外，还存储有大量的被标识项目其他的相关信息，如包装说明、工艺过程说明等。,低频(Low Frequency)：使用的频段范围为1

11、0KHz-1MHz，常见的主要规格有125KHz、135KHz。一般这个频段的电子卷标都是被动式优点：其标签靠近金属或液体的物品上时能够有效发射讯号，缺点：读取距离短、无法同时进行多卷标读取以及信息量较低，应用：门禁系统、动物芯片、汽车防盗器和玩具等。高频(High Frequency)：使用的频段范围为1MHz-400MHz，常见的主要规格为13.56MHz。这个频段的标签主要还是以被动式为主，优点：和低频相较，传输速度较快且可进行多标签辨识应用：最大的应用就是Smart Card，一般应用于图书馆管理、产品管理等。,按频率分,超高频(Ultra High Frequency)：使用的频段范

12、围为400MHz-1GHz，常见的主要规格有433 MHz、868-950MHz。主动式和被动式的应用在这个频段都很常见，被动式标签读取距离约3-4公尺左右，传输速率较快，而且因为天线可采用蚀刻或印刷的方式制造，因此成本较低，虽然在金属与液体的物品上的应用较不理想，但由于读取距离较远、信息传输速率较快，而且可以同时进行大数量标签的读取与辨识，因此目前已成为市场的主流，未来将广泛应用于航空旅客与行李管理系统、货架及栈板管理、出货管理、物流管理等。微波(Microwave)：使用的频段范围为1GHz以上，常见的主要规格有2.45GHz、5.8GHz。微波频段的特性与应用和超高频段相似，读取距离约为

13、2公尺，但是对于环境的敏感性较高，一般应用于行李追踪、物品管理、供应链管理等。,按频率分,RFID主要频段标准及特性,按适度距离分,远程标签（100cm以上）近程标签（10100 cm）超近程标签（0.210cm）,2.信号接收机(阅读器）,组成,天线、射频模块、读写模块,基本功能,1.利用射频技术读取标签信息，或将信息写入标签，然后通过计算机及网络系统进行管理和信息传输。2.信号状态控制、奇偶错误校验与更正等,读写器基本功能构造示意,3.编程器(可读写标签系统用),离线(offline)式：预先在标签中写入数据，等到开始应用时直接把标签附在被标识项目上。,在线(online)式：在生产环境中

14、作为交互式便携数据文件来处理时使用。,4天线(Antenna),影响天线发射接收的因素,系统功率形状相对位置,三、无线数据通讯（RFDC）,标签与阅读器之间的数据传输是通过空气介质以无线电波的形式进行的。为了实现数据高速、远距离的传输，必须把数据信号叠加在一个规则变化的、信号比较强的电波上，这个过程叫做调制，规则变化的电波叫做载波。在RFID系统中，载波电波一般由阅读器或编程器发出。有很都方法可以实现数据在载波上的调制，如调幅、调频、调相等。,三、无线数据通讯（RFDC）,影响数据传输距离远近的首要因素是载波信号与标签中数据信号的强度。影响数据传输距离的因素还包括障碍物、发射、接收天线的设计和

15、布置，噪声干扰等。无线数据传输的方式：窄带传输：单一的载波频率传输数据宽带传输：即扩频技术传输，使用一定范围的频率传输数据，优点是数据传输速度更快，可靠性更高,三、RFID工作流程,四、RFID工作原理,RFID的基本工作原理：标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（Passive Tag，无源标签或被动标签），或者主动发送某一频率的信号（Active Tag，有源标签或主动标签）；解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。,四、RFID工作原理,具体流程：(1)编程器预先将数据信息写入标签中。(2)阅读器经过发射天线向外

16、发射无线电载波信号。(3)当射频标签进入发射天线的工作区时，射频标签被激活后即将自身信息经标签天线发射出去。(4)系统的接收天线接收到射频标签发出的载波信号，经天线的调节器传给阅读器，阅读器对接到的信号进行解调解码，送后台计算机。(5)计算机控制器根据逻辑运算判断射频标签的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构的动作。(6)执行机构按计算机的指令动作。(7)通过计算机通信网络将各个监控点连接起来，构成总控信息平台。,电子标签与阅读器之间通过耦合元件实现射频信号的空间(无接触)耦合、在耦合通道内，根据时序关系，实现能量的传递、数据的交换。,射频标签与阅读器之间的电磁

17、耦合，包含两种情况：近距离的电感耦合远距离的电磁耦合,电感耦合变压器模型，通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电磁感应定律,电感耦合方式一般适合于中、低频工作的近距离射频识别系统。,典型的工作频率有：125kHz、225kHz和 1356MHz。识别作用距离小于1m，典型作用距离为1020cm。,电磁反向散射耦合雷达原理模型，发射出去的电磁波，碰到目标后反射，同时携带回目标信息，依据的是电磁波的空间传播规律。,电磁反向散射耦合方式一般适合于高频、微波工作的远距离射频识别系统。,典型的工作频率有：433MHz，915MHz，245GHz，58GHz。识别作用距离大于1m，典型作用距离为3-l0

18、m,射频识别系统工作过程中，空间传输通道中发生的过程可归结为三种事件模型：（1）能量是时序得以实现的基础。（2）时序是数据交换的实现方式；（3）数据交换是目的,能量,阅读器向射频标签供给射频能量。对于无源射频标签标签离开射频识别场时，标签处于休眠状态；标签进入射频识别场时，一般由整流方法将射频能量转变为直流电源存在标签中电容器里；对于半有源射频标签射频场起到了激活的作用。完全有源射频标签始终处于激活状态，和读头发射的射频波相互作用，具有较远的识读距离,时序,时序是指读头和标签的工作次序问题读头先讲的方式（无源标签）标签先讲方式（有源标签）多标签同时识读，同时也只是相对的。读头先讲的方式。逐一逐

19、批隔离与处于活动状态标签建立无冲撞的通信将当前标签 置休眠状态唤醒被隔离标签（重复）标签先讲方式。标签随机的发送自己的识别ID，不同的标签可在不同的时间段内读取，完成多标签的同时识读。,数据交换,阅读器向射频标签方向的数据交换可分为离线（有线）写入方式。阅读器的作用是向射频标签（中的存贮单元）写入数据信息。阅读器更多地被称为编程器。在线（无线）写入方式（可写标签）采用集成电路芯片的标签写入信息要求的能量比读出信息要求的能量要大10倍写入后一般均应对写入结果进行检验，检验的过程是一个读取过程。写入过程花费时间的增加非常不利于射频识别在鉴别高速移动物体方面的应用。信息的安全隐患,多标签同时识读与系

20、统防冲撞,空分多路法：在分离的空间范围内进行多个目标识别的技术（马拉松活动）复杂的天线系统和相当高的实施费用频分多路法：把若干个使用不同载波频率的传输通道同时供通信用户使用的技术阅读器成本高，标签差异大。时分多路法：把整个可供使用的通道容量按时间分配给多个用户的技术。,时间序列,阅读器驱动（同步）,标签驱动（不同步）,二进制检索,轮寻,读时断开,非开关重播通告,预制表,动态普查,预制组选择,动态组选择,屏蔽启动,无穷回路,连续卷动,五、RFID系统分类,1EAS系统2便携式数据采集系统3物流控制系统(也称RFID网络控制系统)4RFID定位系统,1EAS系统,EAS(E1ectronic Ar

21、ticle Surveillance）电子物品监视,附着在物品上的电子标签电子标签灭活装置监视区域的监视器,需要对物品出入进行控制的门口。例如，商店、仓库、数据中心出入口,含义,组成,应用,2便携式数据采集系统,手持式阅读器在读取数据的同时，通过无线电波数据传输方式实时向主计算机系统传输数据，或暂时将数据存储在阅读器中，成批地向主计算机系统传输数据。,阅读器具有较大的灵活性，适用于不宜安装固定式RFID系统的应用环境,工作方式,应用,3物流控制系统,阅读器固定分布在给定区域，与MIS相连电子标签安装在需控制的项目上,特点,4RFID定位系统,阅读器安装在移动的项目上，与MIS相连电子标签固定在

22、地表或其他位置（存储位置信息）,特点,六、RFID技术的特点,不局限于视线，读取数据方便快速：识别距离比光学系统远；可重复使用：使用寿命长；数据储存容量大；可同时读取数个数据；体积小；不容易损坏；难以伪造和有智能。,优点,六、RFID技术的特点,缺点,价格,隐私,7、射频技术的应用,交通运输仓储生产流通,四、物联网与RFID,1.RFID传统应用,2.WSN(wireless sensor network),WSN体系结构：平面拓扑结构,WSN体系结构：逻辑分层结构,WSN体系结构,WSN体系结构,传感器节点体系结构传感器网络协议栈,WSN的特征,WSN通信,WSN在无线通信框架中的位置,WS

23、N融合,WSN和其它无线通信技术的融合,应用前景,RFID侧重于识别，能够实现对目标的标识和管理，同时RFID系统具有读写距离有限、抗干扰性差、实现成本较高的不足；WSN侧重于组网，实现数据的传递，具有部署简单，实现成本低廉等优点，但一般WSN并不具有节点标识功能。RFID与WSN的结合存在很大的契机。RFID与WSN可以在两个不同的层面进行融合：物联网架构下RFID与WSN的融合，传感器网络架构下RFID与WSN的融合。,3.RFID和WSN融合,物联网架构下RFID与WSN的融合,传感器网络架构下RFID与WSN的融合：智能基站,RFID和WSN融合,传感器网络架构下RFID与WSN的融合

24、：智能节点,RFID和WSN融合,传感器网络架构下RFID与WSN的融合：智能传感标签,RFID和WSN融合,五、物联网应用,五、RFID+物联网=应用,智能物流,105,给放养的牲畜中的每一只羊都贴上一个二维码，这个二维码会一直保持到超市出售的肉品上，消费者可通过手机阅读二维码，知道牲畜的成长历史，确保食品安全。我国已有10亿存栏动物贴上了这种二维码。,智能畜牧,106,2002 年，英特尔公司率先在俄勒冈建立了世界上第一个无线葡萄园。传感器节点被分布在葡萄园的每个角落，每隔一分钟检测一次土壤温度、湿度或该区域有害物的数量，以确保葡萄可以健康生长。研究人员发现，葡萄园气候的细微变化可极大地影

25、响葡萄酒的质量。通过长年的数据记录以及相关分析，便能精确的掌握葡萄酒的质地与葡萄生长过程中的日照、温度、湿度的确切关系。这是一个典型的精准农业、智能耕种的实例。,智能农业,葡萄园环境监测系统示意图,107,物联网应用,五、物联网应用,108,五、物联网应用,大鸭岛生态环境监测系统,2002年，由英特尔的研究小组和加州大学伯克利分校以及巴港大西洋大学的科学家把无线传感器网络技术应用于监视大鸭岛海鸟的栖息情况。位于缅因州海岸大鸭岛上的海燕由于环境恶劣，海燕又十分机警，研究人员无法采用通常方法进行跟踪观察。为此他们使用了包括光、湿度、气压计、红外传感器、摄像头在内的近10种传感器类型数百个节点，系统

26、通过自组织无线网络，将数据传输到300英尺外的基站计算机内，再由此经卫星传输至加州的服务器。在那之后，全球的研究人员都可以通过互联网察看该地区各个节点的数据，掌握第一手的环境资料，为生态环境研究者提供了一个极为有效便利的平台。,大鸭岛生态环境监测系统,109,五、物联网应用,水下无线传感器网络技术,根据目前欧美各国在研项目的文献资料，可以大致将水下传感器网络的组成结构可分为以下几类：(1)基于水面浮标的(射频+水声通信)可任意升降的三维立体水下传感器网络系统。优点：布放比较容易，可利用太阳能、GPS以及水面上的无线通信，回避、降低了水下通信的困难。缺点：阻碍航道，易被发现破坏，容易随波逐流，位

27、置不能固定。(2)由固定在海底基站的节点构成的，可任意升降的三维立体网络系统。通过光缆或声通信与水面网关、节点联结，将数据传输至基站。优点：不会影响航行。缺点：维护不容易。,(3)基于水面浮标节点(射频+水声通信)、水中自主航行器（水声通信）和水底固定节点（水声通信）的三维立体系统。优点：覆盖全面，配置灵活，功能强大。缺点：系统复杂，成本高。与地面无线传感器网络相比，水下传感器网络仍然存在着诸多困难：如有效带宽非常有限、水下信道非常恶劣等等，在这个领域还有许多的困难需要解决。,110,五、物联网应用,人身上可以安装不同的传感器，对人的健康参数进行监控，并且实时传送到相关的医疗保健中心，如果有异

28、常，保健中心通过手机，提醒您去医院检查身体。,个人保健,111,五、物联网应用,利用部署在大街小巷的全球眼监控探头，实现图像敏感性智能分析并与110、119、112等交互，实现探头与探头之间、探头与人、探头与报警系统之间的联动，从而构建和谐安全的城市生活环境。,平安城市建设,112,数字家庭是以计算机技术和网络技术为基础，包括各类消费电子产品、通信产品、信息家电及智能家居等，通过不同的互连方式进行通信及数据交换,实现家庭网络中各类电子产品之间的“互联互通”的一种服务。数字家庭的四大功能：信息、通信、娱乐和生活。,信息,通信,物联网应用,未来数字家庭,五、物联网应用,113,五、物联网应用,对珍

29、贵的古老建筑进行保护，是文物保护单位长期以来的一个工作重点。将具有温度、湿度、压力、加速度、光照等传感器的节点布放在重点保护对象当中，无需拉线钻孔，便可有效地对建筑物进行长期的监测。此外，对于珍贵文物而言，在保存地点的墙角、天花板等位置，监测环境的温度、湿度是否超过安全值，可以更妥善地保护展览品的品质。,文物保护,114,物联网应用,探索外部星球一直是人类梦寐以求的理想，借助于航天器布撒的传感器节点实现对星球表面大范围、长时期、近距离的监测和探索，是一种经济可行的方案。NASA 的 JPL 实验室研制的 Sensor Webs 就是为将来的火星探测、选定着陆场地等需求进行技术准备的。现在该项目

30、已在佛罗里达宇航中心的环境监测项目中进行测试和完善。,空间、海洋探索,美国宇航局的空间探索计划中无线传感器网络的应用模式示意图,五、物联网应用,115,物联网管理平台,移动POS,金融,供应链,智能运输,工业自动化,智能建筑,消防,公共安全,环境保护,气象,数字化医疗,遥感勘测,军事,农业,林业,水务,电力,煤炭,石化,物流、零售、自动服务,设备、安全、节能,生产、安全、防灾、水电油气,防火、勘察、报警,污染检测、报警,水质、水量、污染、安全,大棚、土壤、灌溉、环境、跟踪,抄表、监控、节能,设备、临床、辅助诊断、病程,险情、油井、运输、管线,联动、消防栓、定位、调度,照明、信号、应急、灾害、识

31、别,大地勘测、森林、地震、海洋,侦查、监控、定位、评估,降水、防洪、远程设备,交易、订单、跟踪、识别,通风、瓦斯、救灾定位,库存、车队、监控、导航、识别、货物,电子支付、实时信息,总结,物联网应用频谱,总结,EAN UCC系统,EAN UCC（全球统一标识系统）是对贸易项目、物流单元、位置、资产、服务关系等的编码为核心，集条码和射频等自动数据采集、电子数据交换、全球产品分类、全球数据同步、产品电子代码（EPC）等技术系统为一体的，服务于物流供应链的开放的标准体系。,EAN UCC系统,EAN UCC 系统的条码符号主要包括：EAN/UPC 条码 ITF-14 条码 UCC/EAN-128 条码

32、,EAN UCC系统,EAN UCC 系统的编码体系包括 6 个部分：全球贸易项目代码（GTIN）；系列货运包装箱代码（SSCC）；全球位置码（GLN）；全球可回收资产标识代码（GRAI）；全球单个资产标识代码（GIAI）；全球服务关系代码（GSRN）。,GTIN（全球贸易项目代码）,GTIN是为全球贸易项目提供唯一标识的一种代码（或称数据结构）。对贸易项目进行编码和符号表示，能够实现商品零售（POS）、进货、存货管理、自动补货、销售分析及其它业务运作的自动化。GTIN是唯一的、无含义的、多行业的、全球认可的代码。,GTIN（全球贸易项目代码）,四种编码结构：EANUCC-13、EANUCC-8、UCC-12以及EANUCC-14，前三种结构也可表示成14位数字的代码结构。,GLN（全球位置码）,由13位数字组成，用来唯一的标识任何法律、功能、物力实体。EANUCC厂商识别代码，用来唯一标识全球任何一家公司位置参考。校验位。,