關于物聯網技術的論文(2)
關于物聯網技術的論文二:物聯網技術及其應用
論文 關鍵字：EPC RFID Savant ONS 物聯網技術
論文摘要：至上個世紀90年代物聯網概念出現以來，越來越的人們對其產生興趣。物聯網是在 計算 機互聯網的基礎上，利用射頻識別、無線數據通信、計算機等技術，構造一個覆蓋世界上萬事萬物的實物互聯網。物聯網內每個產品都有一個唯一的產品 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簽內，附在被標識產品上，被高層的信息處理軟件識別、傳遞、查詢，進而在互聯網的基礎上形成專為供應鏈 企業 服務的各種信息服務，就是物聯網。RFID即射頻識別，是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據，識別工作無須人工干預，作為條形碼的無線版本，RFID技術具有條形碼所不具備很多優點。特別是電子標簽與產品電子編碼EPC、互聯網技術的融合，孕育出被稱為下一代互聯網的物聯網。
1引言
本文主要介紹了物聯網的研究背景和EPC的內容，然后講述相關技術之一即EPC/無線射頻技術的相關原理及其實際應用。
課題研究背景
21世紀是一個以 網絡 計算機為核心的信息時代。數字化、網絡化與信息化、 經濟 全球化是21世紀的時代特征。隨著信息技術的迅速 發展 ，經濟全球化不斷加快。通過計算機技術、數據通訊和互聯網技術實現 現代 物流和電子商務已經成為大勢所趨。隨著全球經濟一體化，信息網絡化進程的加快，在技術革新迅猛發展的背景下，為滿足對單個產品的標識和高效識別，美國麻省理工學院的自動識別實驗室在美國統一代碼委員會(UCC)的支持下，提出：要在計算機互聯網的基礎上，利用RFID、無線數據通信技術，構造一個覆蓋世界萬物的系統還提出了產品電子代碼(EPC)的概念，隨后由國際物品編碼協會和美國統一代碼委員會主導，實現了全球統一標識系統中的GTIN編碼體系與EPC概念的完善結合，將EPC納入了全球統一標識系統，從而確立了EPC在全球統一標識體系中的戰略地位.。EPC標簽是編號(每一個商品唯一的號碼，“牌照”)的載體，當EPC標簽貼在物品上或內嵌在物品中的時候，即將該物品與EPC標簽中的產品電子碼建立起了一對一的對應關系。EPC標簽從本質上來說是一個電子標簽，通過射頻識別系統的電子標簽讀寫器可以實現對EPC標簽內存信息的讀取。這個內存信息通常就是產品電子碼，產品電子碼經讀寫器上報給物聯網中間件，經處理后存儲在分布式數據庫中。用戶查詢產品信息時只要在網絡瀏覽器的地址欄輸入產品名稱、生產商、供貨商等信息，就可以實時獲悉產品在供應鏈中的狀況。這整個系統我們目前把它稱為物聯網。物聯網旨在提高現代物流、供應鏈管理水平，降低成本，被譽為是一項具有革命性意義的現代物流信息管理新技術。
由上圖可以看出，物聯網的整個結構可分為射頻識別系統和信息網絡系統兩部分。射頻識別系統主要由標簽和讀寫器組成，兩者通過RFID空中接口通信。讀寫器獲取產品標識后，通過internet或其他通訊方式將產品標識上傳至信息網絡系統的中間件，然后通過ONS解析獲取產品的對象名稱，繼而通過EPC信息服務的各種接口獲得產品信息的各種相關服務。整個信息系統的運行都會借助internet的網絡系統，利用在internet基礎上的發展出的通信協議和描述語言。因此我們可以說物聯網是架構在internet基礎上的關于各種物理產品信息服務的總和。
2 EPC系統組成與特點
2.1 EPC系統的組成
(1)EPC編碼標準
EPC編碼是EPC系統的重要組成部分，它是對實體及實體的相關信息進行代碼化，通過統一并規范化的編碼建立全球通用的信息交換語言。
(2)EPC標簽
EPC標簽是裝載了產品電子代碼的射頻標簽，通常EPC標簽是安裝在被識別對象上，存儲被識別對象相關信息。標簽存儲器中的信息可由讀寫器進行非接觸讀/寫。
(3)解讀器
解讀器是利用射頻技術讀取標簽信息、或將信息寫入標簽的設備。讀寫器讀出的標簽的信息通過計算機及網絡系統進行管理和信息傳輸。
(4)Savant(神經網絡軟件)
Savant是一個物聯網系統的“中間件”，用來處理從一個或多個解讀器發出的標簽流或傳感器數據，之后將處理過的數據發往特定的請求方。
(5)對象名解析服務(Object Naming Service: ONS)
EPC標簽對于一個開放式的，全球性的追蹤物品的網絡需要一些特殊的網絡結構。因為標簽中只存儲了產品電子代碼，計算機還需要一些將產品電子代碼匹配到相應商品信息的方法。這個角色就由對象名稱解析服務(Object Naming Service: ONS)擔當，它是一個自動的網絡服務系統，類似于域名解析服務(DNS)，DNS是將一臺計算機定位到萬維網上的某一具體地點的服務。
(6)物理標記語言(Physical Markup Language PML)
實體標記語言(PML)通過一種通用的、標準的方法來描述我們所在的物理世界。PML的目標是為物理實體的遠程監控和環境監控提供一種簡單、通用的描述語言。可廣泛應用在存貨跟蹤、自動處理事務、供應鏈管理、機器控制和物對物通訊等方面。
2.2 EPC系統的特點
(1)開放的體系結構
EPC系統采用全球最大的公用的刀又TERNET網絡系統。這就避免了系統的復雜性，同時也大大降低了系統的成本，并且還有利于系統的增值。梅特卡夫(Metcalfe)定律表明，一個網絡大的價值是用戶本系統是應該開放的結構體系遠比復雜的多重結構更有價值。
(2)獨立的平臺和高度的互動性
EPC系統識別的對象是一個十分廣泛的實體對象，因此，不可能有那一種技術適用所有的識別對象。同時，不同地區，不同國家的射頻識別技術標準也不相同。所以開放的結構體系必須具有獨立的平臺和高度的交互操作性。EPC系統網絡建立在INTERNET網絡系統上可以與INTERNET網絡所有可能的組成部分協同工作
(3)靈活的可持續發展的體系
EPC系統是一個靈活的開放的可持續發展的體系，可在不替換原有體系的情況下就可以做到系統升級。
3 關鍵技術及其應用
3.1 EPC/無線射頻識別技術(RFID)技術
無線射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術，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)在閱讀器和進行識別、分類和跟蹤的移動物品(物品上附著有RFID標簽)之間實現無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達到識別目的的技術。RFID是一種利用電磁能量實現自動識別和數據捕獲技術，可以提供無人看管的自動監視與報告作業。
具體的工作原理如下：當裝有電子標簽的物體接近微波天線時，閱讀器受控發出微波查詢信號。安裝在物體表面的電子標簽收到經微波天線發出的查詢信號后，根據查詢信號中的命令要求，將標簽中的數據信息反射回微波天線。微波天線接收到電子標簽反射回的微波合成信號后，經閱讀器內部微處理器處即可將電子標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據被傳送到控制計算機作進一步處理，從而完成與物體有關的信息查詢、統計、管理等應用。整個識別工作無須人工干預，可工作于各種惡劣環境。RFID技術可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，并且閱讀器能自行判斷RFID標簽是否被重復讀取處理。RFID技術的這些功能特性很適合流水線上產品的控制，以實現流水作業管理，得以使整個流水線管理自動化。
RFID系統一般由RFID系統由閱讀器、應答器(標簽)和應用系統三部分組成，通過電波在響應媒介和詢問媒介間傳遞信息。閱讀器，一般是一臺內含天線和芯片解碼器的閱讀(有時還可以寫入)設備，可設計為手持式或固定式;閱讀器可無接觸地讀取并識別電子標簽中所保存的電子數據，從而達到自動識別體的目的。通常閱讀器與電腦相連，所讀取的標簽信息被傳送到電腦上進行下一步處理。應用系統，一般是由計算機支撐的有線或無線管理系統。視不同應用要求，對于實時型的智能型控制器，不一定必須要有后臺應用系統。標簽，主要是射頻標簽，響應端內含天線，兩者組成所謂的“雷達收發機”，以卡、標簽等形式存在。
整體的EPC網絡操作依賴于RFID系統和網絡應用系統的介入，使產品信息有效的傳播。安裝在不同需求鏈環境的解讀器可以讀取標簽中儲存的產品數據。因此供應鏈數據可以通過網絡及時地檢查、更新或者交換信息。
在由EPC標簽、識讀器、Savant服務器、Internet、ONS服務器、PML服務器以及眾多數據庫組成的實物互聯網中，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的物品信息，并采用分布式Savant 軟件系統處理和 管理由識讀器讀取的一連串EPC信息。由于在標簽上只有一個EPC代碼， 計算 機需要知道與該EPC匹配的其它信息，這就需要ONS來提供一種自動化的 網絡 數據庫服務，Savant將EPC傳給ONS，ONS指示Savant到一個保存著產品文件的PML服務器查找，該文件可由Savant復制，因而文件中的產品信息就能傳到供應鏈上，
EPC系統是一個全球的大系統，供應鏈各個環節，各個節點，各個方面都可受益，但對低價值的識別對象來說，如：食品，消費品等，它們對EPC系統引起的附加價格十分敏感。EPC系統正在考慮通過本身技術的進步，進一步陽氏成本，同時通過系統的整體運作使供應鏈管理得到更好的運作，提高效益，以便抵消和降低附加價格。
EPC/RFID物品識別的目標是為每一物理實體提供唯一標識。它與傳統條碼技術相比有以下幾方面的優點：
(1)唯一標識。條碼只能識別一類產品, 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識。
(2)讀取方便。條碼是可視傳播技術。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掃描儀才有效。相反, 無線電識別并不需要可視傳輸技術, 射頻標簽只要在識讀器的讀取范圍內就可以了, 甚至可以穿過外包裝進行識別。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 標簽可以應用于粉塵、油污等高污染環境和放射性環境。
(4)動態更改。條碼信息一旦需要更改就必須重貼, 而RFID電子標簽中的信息可以編輯, 便于更新。
(5)可擴展性。RFID電子標簽存儲的是電子數據, 在需要的時候可以改變其中的編碼結構, 便于升級。
(6)RFID電子標簽可以設置密碼, 保密性強。
雖然EPC/RFID與條碼技術相比有巨大的優勢, 但是條碼技術作為一項十分成熟的技術在物聯網中仍然可以起到一定的作用。EPC代碼實際上是種編碼手段, EPC并沒有對其信息載體進行任何限制, 我們現在有飛速 發展 起來的射頻識別技術, 也有成熟的條碼技術, EPC碼可以儲存在RFID芯片中, 同樣可以儲存在條碼中。
電子標簽廣泛采用后的隱私間題和環保問題一直有爭論。而EPC在某些產品上采用條碼技術,可以有效的解決目前普遍關注的射頻標簽如何避免隱私的問題、磁污染問題和廢棄標簽中芯片的處理間題。
3.2 EPC/RFID技術應用
物聯網技術的應用可以使電子商務變得更強大, 它使消費者可以在網上查到任何一家商店的任何一件商品, 選擇起來得心應手。在物流領域,RFID電子標簽可以應用于自動倉儲庫存管理、產品物流跟蹤、供應鏈自動管理、產品裝配和生產管理、產品防偽等多個方面。
2006年高科技項目申報國家共撥款1億2800乃人民幣用以支持20項課題研究，其中“RFID系統測試技術研究及開放平臺建設”、“RFID應用方案公共測試系統建設”、“符合ISO 18000-6 Type B/C標準的(UHF)標簽芯片研發和產業化”、“RFID標簽集成技術研究及產業化”、“RFID公共服務體系架構設計及應用服務關鍵技術研究與開發”.“區域RFID信息公共服務平臺關鍵技術研究與開發”、“RFID標準研究與制定”這七項課題約占全部經費的50%。由此可見，在前一次的項目攻堅中主抓公共項目的基礎建設.RFID設備的生產以及產業鏈完善建設以及RFID使用規范標準化。這對于我國RFID技術及應用這座宏偉大廈來說無異于堅實的地基。目前，此番不少課題已經相繼取得了進展，部分已得到業界的認可。如中科院自動化所承擔的物流領域研究和貴州茅臺酒股份有限公司的RFID技術在茅臺酒防偽的應用等，特別是RFID技術在票務和食品安全領域中的成果更被及時應用到奧運會中。依據目前情況來看RFID的產業化發展在各個地區已經呈現出相對完整產業鏈，無論是封裝.標簽的印刷方的提供。
在此講述一個RFID在圖書館中的應用例子。RFID對圖書館及讀者來說，較之條碼識別具有明顯的優勢。在圖書館管理中，利用RFID的無線傳輸能力和大容量的數據儲存，可以極大地提高圖書館管理的效率。RFID優勢具體表現為：①簡化借還書服務工作。目前圖書館的借還書作業除了刷條形碼外，還需做上磁及消磁的繁瑣工作，以RFID卷標取代條形碼、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務，提升了圖書館的服務品質及形象;②容易查找錯架、亂架的圖書。利用RFID無線電波感應技術。使放置錯架的圖書能很快被發現，提高圖書館館員整架的工作效率;③加速盤點工作。目前圖書館盤點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，可以一次讀取數個RFID卷標資料。簡化盤點工作;④耐環境性。RFID對水、油和藥品等物有強力的抗污性，且在黑暗及臟污的環境之中也可以讀取數據;⑤可重復使用及穿透性。RFID卷標可以回收重復使用。并且若RFID被紙張、木材和塑料等非金屬或非透明的材質包覆的話，也可以進行穿透性通訊;⑥讀者自助借還書。圖書館提供自助借還書外圍設備，則讀者可以自行辦理圖書的借還。
總結 ：本文講述了物聯網研究的相關背景及其內容，然后介紹了產品電子代碼(EPC)系統的相關知識，最后講述相關技術之一即EPC/無線射頻技術的相關原理及其在圖書館中的實際應用。
參考 文獻 ：
1.田美花.基于RFID技術的生產執行系統關鍵技術研究.青島： 中國 海洋大學，2007。
2.孔寧.物聯網資源尋址關鍵技術研究.北京：中國 科學 院研究生院，2008
3.潘林.基于網格技術的Savant中間件的設計和實現.北京：北方 工業 大學，2007
4.肖慧彬.物聯網中 企業 信息交互中間件技術開發研究.北京：北方工業大學，2009
5.馬宇健.基于電子標簽的簽名系統設計與實現.北京：北方工業大學，2009
6.趙瑩.基于物聯網架構的EPC無線通訊協議研究.山東：山東大學，2005
7.Martin Peter Michael. Architectural Solutions for Mobile RFID Services for the Internet of Things, 2008
8.Vladimir Oleshchuk. Internet of Things and Privacy Preserving Technologies, 2007
9.Ning Kong, Xiaodong Li, Baoping Yan. A Model Supporting Any Product Code Standard for the Resource Addressing in the Internet of Things, 2006
10.Huansheng NING,Na NING, Shenfeng QU. Layered Structure and Management in Internet of Things,2007
11.Bo Yan. Supply Chain Information Transmission based on RFID and Internet of Things,2009
12.Pascal Urien. HIP-Tags architecture implementation for the Internet of Things,2009
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