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(guó)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(guó)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(guó)’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(guó)通信業(yè)發(fā)展高層論壇上,中國(guó)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(guó)移動(dòng)將以開放的姿態(tài),與各方竭誠(chéng)合作。
《國(guó)家中長(zhǎng)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)。
(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(cè);
(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(guó)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(chǎng)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(kù)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(jiǎn)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(chǎng)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(shì),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(guó)政府是RFID應(yīng)用的積極推動(dòng)者,在其推動(dòng)下美國(guó)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(guó)、英國(guó)、德國(guó)、瑞典、瑞士、日本、南非等國(guó)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(chǎng)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(cāng)儲(chǔ)管理、動(dòng)物管理、車輛防盜等場(chǎng)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(zhǎng)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(chǎng)。
(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(chǎng);
(2)IBM、HP、微軟、SAP、Sybase、Sun等國(guó)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(guó)RFID產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
目前,我國(guó)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(guó)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(jìng)爭(zhēng)狀況;
超高頻RFID技術(shù)門檻較高,國(guó)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:
(1)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(guó)內(nèi)UHF頻段RFID芯片市場(chǎng)幾乎被國(guó)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(guó)RFID技術(shù)政策白皮書》,為我國(guó)在RFID技術(shù)與產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展指明了道路。我國(guó)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(zhǎng)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?chǎng)形成,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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)的增長(zhǎng)。
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(shì)。
動(dòng)物貼標(biāo)應(yīng)用快速增長(zhǎng),特別是中國(guó)和澳大利亞、新西蘭等國(guó)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(cè),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(guó)RFID市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到50億元,年復(fù)合增長(zhǎng)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(chǎng)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(guó)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(guó)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(guó)際上,美國(guó)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(chǎng)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(cè)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(chǎng)報(bào)告顯示,預(yù)計(jì)2010年全球傳感器市場(chǎng)可達(dá)600億美元以上。我國(guó)傳感器市場(chǎng)的增長(zhǎng)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(cè)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(zhǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(cè)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(chǎng)。
RFID技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)中關(guān)鍵技術(shù)之一。以簡(jiǎn)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(kù)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(shì)。
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(shì),必將成為傳感器的主要生產(chǎn)技術(shù)。
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(guó)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(guó)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(guó)’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(guó)通信業(yè)發(fā)展高層論壇上,中國(guó)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(guó)移動(dòng)將以開放的姿態(tài),與各方竭誠(chéng)合作。
《國(guó)家中長(zhǎng)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
(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(cè);
(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(guó)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(chǎng)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(kù)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(jiǎn)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(chǎng)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(shì),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(guó)政府是RFID應(yīng)用的積極推動(dòng)者,在其推動(dòng)下美國(guó)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(guó)、英國(guó)、德國(guó)、瑞典、瑞士、日本、南非等國(guó)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(chǎng)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(cāng)儲(chǔ)管理、動(dòng)物管理、車輛防盜等場(chǎng)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(zhǎng)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(chǎng)。
(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(chǎng);
(2)IBM、HP、微軟、SAP、Sybase、Sun等國(guó)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(guó)RFID產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
目前,我國(guó)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(guó)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(jìng)爭(zhēng)狀況;
超高頻RFID技術(shù)門檻較高,國(guó)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:
(1)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(guó)內(nèi)UHF頻段RFID芯片市場(chǎng)幾乎被國(guó)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(guó)RFID技術(shù)政策白皮書》,為我國(guó)在RFID技術(shù)與產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展指明了道路。我國(guó)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(zhǎng)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?chǎng)形成,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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)的增長(zhǎng)。
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(shì)。
動(dòng)物貼標(biāo)應(yīng)用快速增長(zhǎng),特別是中國(guó)和澳大利亞、新西蘭等國(guó)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(cè),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(guó)RFID市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到50億元,年復(fù)合增長(zhǎng)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(chǎng)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(guó)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(guó)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(guó)際上,美國(guó)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(chǎng)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(cè)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(chǎng)報(bào)告顯示,預(yù)計(jì)2010年全球傳感器市場(chǎng)可達(dá)600億美元以上。我國(guó)傳感器市場(chǎng)的增長(zhǎng)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(cè)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(zhǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(cè)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(chǎng)。
RFID技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)中關(guān)鍵技術(shù)之一。以簡(jiǎn)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(kù)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(shì)。
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(shì),必將成為傳感器的主要生產(chǎn)技術(shù)。
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