射頻技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用研究

王祝　李小勇

摘要：近幾年，隨著科學(xué)技術(shù)的突破，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到了飛速的發(fā)展。非接觸式傳感技術(shù)是當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的一種新型技術(shù)，其在物聯(lián)網(wǎng)中得到了廣泛的應(yīng)用。借助計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)可以有效地實(shí)現(xiàn)信息的交換和共享，并且采用射頻技術(shù)可以借助物聯(lián)網(wǎng)這個(gè)平臺(tái)對(duì)各種物品進(jìn)行有效地管理。文章從RFID技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)概述入手，就RFID技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用進(jìn)行了探究。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；射頻技術(shù)；電子標(biāo)簽

物聯(lián)網(wǎng)實(shí)際上就是以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等技術(shù)為基礎(chǔ)，并借助RFID和無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)通信技術(shù)而處理、監(jiān)控和管理各種事物的網(wǎng)絡(luò)體系。在物聯(lián)網(wǎng)中，不再需要借助人員的參與即可完成物品和商品等的管理，這大大提高了物品管理的效率。

1 RFID技術(shù)概述

1.1 RFID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

RFID實(shí)際上也被稱(chēng)為電子標(biāo)簽，是當(dāng)前應(yīng)用中一種新型的非接觸自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。由于RFID技術(shù)不受物理基礎(chǔ)和人為因素的影響，所以其對(duì)于計(jì)算機(jī)的發(fā)展和建立具有重要的意義。RFID技術(shù)具有操作簡(jiǎn)便、多目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別、可以偵測(cè)高速運(yùn)動(dòng)物體和受環(huán)境氛圍限制小等優(yōu)點(diǎn)。RFID技術(shù)實(shí)際上就是在無(wú)線(xiàn)電和芯片技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種技術(shù)，其系統(tǒng)主要包括電子標(biāo)簽、天線(xiàn)和閱讀器等多種結(jié)構(gòu)部分。其中電子標(biāo)簽實(shí)際上就是人們常聽(tīng)到的射頻標(biāo)簽，其主要是將射頻電路和邏輯電路裝設(shè)到系統(tǒng)標(biāo)簽中，并且隨著當(dāng)前技術(shù)的快速發(fā)展，集成電路技術(shù)水平不斷提高，所以應(yīng)用于RFID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中電子標(biāo)簽內(nèi)部的電路芯片的體積越來(lái)越小，但是功能卻越來(lái)越強(qiáng)大。

另外，詢(xún)問(wèn)器實(shí)際上就是所謂的閱讀器，其是借助RFID協(xié)議來(lái)對(duì)電子標(biāo)簽進(jìn)行通信操作。在標(biāo)簽出現(xiàn)在磁場(chǎng)中時(shí)，就開(kāi)始接收相應(yīng)的射頻信號(hào)，而這些信號(hào)的發(fā)生源則是閱讀器（詢(xún)問(wèn)器），而在芯片中所儲(chǔ)存的各種信息大都是借助磁場(chǎng)中的感應(yīng)電流所產(chǎn)生的電能量。在閱讀器（詢(xún)問(wèn)器）讀取和解碼相關(guān)傳遞的信息后，就需要將所需的各種信息運(yùn)送到中央系統(tǒng)中來(lái)進(jìn)行，而就該RFID系統(tǒng)的具體框架圖而言如圖1所示。

1.2 RFID技術(shù)類(lèi)型

RFID技術(shù)系統(tǒng)根據(jù)頻率的不同，可以將其分為3種主要的類(lèi)型，即：低頻系統(tǒng)、中頻系統(tǒng)和高頻系統(tǒng)。其中低頻系統(tǒng)的頻率范圍為100-500kHz，并且該系統(tǒng)的標(biāo)簽特點(diǎn)為成本低、形狀多樣，而其自身也有一定的缺陷，即：只能保存較少的數(shù)據(jù)量，閱讀距離比較短，不理想的閱讀速率，缺乏有效、穩(wěn)定的閱讀方向等，所以低頻率系統(tǒng)技術(shù)主要適用于那些要求不高的環(huán)境中，比如門(mén)禁系統(tǒng)等；中頻系統(tǒng)的頻率范圍為10-15MHz，與低頻系統(tǒng)而言，中頻RFID系統(tǒng)加快了中等閱讀速率，增加了其標(biāo)簽內(nèi)信息的儲(chǔ)存量，并且也增加了閱讀的間距，但是它也具有一定的缺點(diǎn)，比如標(biāo)簽和閱讀器成本高，方向性不足以及閱讀天線(xiàn)比較強(qiáng)等，所以中型頻率系統(tǒng)主要適用于門(mén)禁系統(tǒng)和智能卡；而高頻系統(tǒng)標(biāo)簽的形狀則是軟襯底，與其它兩種頻率系統(tǒng)類(lèi)型相比，高頻系統(tǒng)大大增加了電子標(biāo)簽內(nèi)可以?xún)?chǔ)存信息的數(shù)量，且具有傳輸速率遠(yuǎn)和閱讀速度快等特點(diǎn)，高頻系統(tǒng)則主要應(yīng)用在監(jiān)視或者車(chē)皮系統(tǒng)和零售系統(tǒng)中。

1.3 RFID系統(tǒng)中標(biāo)簽的類(lèi)型

RFID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的標(biāo)簽主要包括2種類(lèi)型，即：主動(dòng)式標(biāo)簽和被動(dòng)式標(biāo)簽。其中主動(dòng)式標(biāo)簽主要是將電源模塊集中到了標(biāo)簽內(nèi)部；而被動(dòng)式標(biāo)簽的外觀比較靈活多變，并且價(jià)格比較低廉，其主要借助耦合的方式來(lái)將閱讀器（詢(xún)問(wèn)器）所提供的電源傳遞給標(biāo)簽中的芯片中。

2 物聯(lián)網(wǎng)概述

2.1 物聯(lián)網(wǎng)的含義和特征

物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)和計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)上產(chǎn)生的一種新型信息技術(shù)。而就物聯(lián)網(wǎng)具體的工作原理而言，為了更好地獲取相關(guān)信息，則需要借助RFID技術(shù)和傳感設(shè)備，按照信息傳輸?shù)南嚓P(guān)協(xié)議約定來(lái)進(jìn)行，而由于網(wǎng)絡(luò)組織規(guī)模的范圍比較大，所以可以有效地監(jiān)控和處理各種智能數(shù)據(jù)信息。以先進(jìn)的計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為依托，對(duì)各種待交換和處理的信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控和處理，以便快捷、準(zhǔn)確、及時(shí)的傳遞有關(guān)的信息、數(shù)據(jù)或者進(jìn)行智能處理，從而可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的合理傳遞和交易，這充分凸顯了物聯(lián)網(wǎng)的典型特征。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)的層級(jí)結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)實(shí)際上主要包括4層結(jié)構(gòu)，即：整合應(yīng)用層、信息運(yùn)行層、采集信息采集和傳輸信息層。其中整合應(yīng)用層主要是用來(lái)對(duì)實(shí)際的信息問(wèn)題進(jìn)行處理的層次，可以為問(wèn)題的處理和決策提供依據(jù)；信息運(yùn)行層則是對(duì)于待處理信息的進(jìn)一步分析和處理，并且可以借助信息平臺(tái)來(lái)對(duì)各種信息進(jìn)行分類(lèi)管理；信息傳輸層則主要是合理運(yùn)用傳感器來(lái)對(duì)所收集到的各種信息進(jìn)行傳遞和整合；而信息采集層則是手機(jī)各種相關(guān)信息和數(shù)據(jù)，借助科學(xué)、先進(jìn)的技術(shù)方法來(lái)合理標(biāo)出各種相關(guān)信息和數(shù)據(jù)，以相關(guān)的系統(tǒng)來(lái)對(duì)這些信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的轉(zhuǎn)化處理。另外，在對(duì)該分層結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的時(shí)候，收集和處理信息是分析的關(guān)鍵。在RFID技術(shù)應(yīng)用后，可以對(duì)待處理物體進(jìn)行有效地識(shí)別和自動(dòng)處理后，數(shù)據(jù)信息的處理就會(huì)獲取成功。

3 RFID技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用

3.1 系統(tǒng)組成

標(biāo)簽、閱讀器以及天線(xiàn)是構(gòu)成射頻識(shí)別系統(tǒng)的主要組成部分。在閱讀器發(fā)射射頻信號(hào)后，位于磁場(chǎng)中的標(biāo)簽可以接收其傳遞過(guò)來(lái)的能力和信息，并且可以進(jìn)行與閱讀器之間的通信工作。而那些儲(chǔ)存在標(biāo)簽中的信息被閱讀器提取之后會(huì)先經(jīng)過(guò)編碼，然后才可以將其傳遞給管理系統(tǒng)，并進(jìn)行仔細(xì)地信息處理。下面就這3部分的詳細(xì)內(nèi)容進(jìn)行闡述：

（1）天線(xiàn)。天線(xiàn)的功能就是確保標(biāo)簽與讀寫(xiě)器之間的無(wú)線(xiàn)通信可以傳遞相關(guān)的射頻信號(hào)，其主要包括無(wú)源天線(xiàn)、有源天線(xiàn)、手持式天線(xiàn)和固定式天線(xiàn)等。在實(shí)際的系統(tǒng)中，天線(xiàn)的尺寸和波長(zhǎng)是相同的，所以天線(xiàn)的形狀和位置對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸也具有重要的作用，所以天線(xiàn)的安裝和設(shè)計(jì)均具有較高的技術(shù)含量。

（2）閱讀器。RFID閱讀器主要用于體現(xiàn)在目標(biāo)物體的識(shí)別之上。為了確保目標(biāo)物體識(shí)別的準(zhǔn)確性，就需要詳細(xì)讀取和識(shí)別電子標(biāo)簽的內(nèi)存數(shù)據(jù)。借助射頻信號(hào)和偶和作用，閱讀器和電子標(biāo)簽之間的傳輸信息可以實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸的問(wèn)題，其主要工作原理為：主機(jī)讀/寫(xiě)命令可以借助電子標(biāo)簽來(lái)進(jìn)行，并且可以給傳送電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)做好加密處理，并將電子標(biāo)簽返回到主機(jī)的數(shù)據(jù)處理中。讀寫(xiě)器的一個(gè)最主要特點(diǎn)就是其具有較大的收發(fā)范圍，但是其具有較高的成本而制約了讀寫(xiě)器對(duì)RFID系統(tǒng)的制約，同時(shí)這也預(yù)示著閱讀器的發(fā)展逐漸趨向于小規(guī)模、便捷性和低成本等。

（3）標(biāo)簽。為了將目標(biāo)物體轉(zhuǎn)化為智能物體，可以借助貼標(biāo)簽方式來(lái)處理，同時(shí)可以便于監(jiān)控和跟蹤，所以這也是射頻卡被稱(chēng)為電子標(biāo)簽的根本原因。RFIDN統(tǒng)的數(shù)據(jù)載體實(shí)際上就是電子標(biāo)簽，其主要由芯片和相關(guān)偶合元件所共同構(gòu)成。另外，閱讀器和電子標(biāo)簽之間的通信可以借助天線(xiàn)的連接來(lái)加以實(shí)現(xiàn)，從而及時(shí)輸入和獨(dú)處標(biāo)簽的數(shù)據(jù)和識(shí)別碼。為了更好地保護(hù)電子標(biāo)簽，使其免受損壞，相關(guān)設(shè)計(jì)人員需要結(jié)合標(biāo)簽的形狀來(lái)合理設(shè)計(jì)，同時(shí)還需要確保其具有較小的體積、較長(zhǎng)的使用壽命以及較高的物體目標(biāo)追蹤效率等特點(diǎn)。根據(jù)電子標(biāo)簽自身頻率的不同，可以將其分為低頻、高頻、超高頻和微波幾種類(lèi)型；也可以根據(jù)標(biāo)簽內(nèi)部是否裝有電池而分為有源系統(tǒng)和無(wú)源系統(tǒng)。

3.2 實(shí)際應(yīng)用

RFID技術(shù)應(yīng)用的范圍比較廣，其被廣泛應(yīng)用于安全防偽、物流管理和收費(fèi)系統(tǒng)等應(yīng)用中。下面以高速公路收費(fèi)系統(tǒng)為例，究RFID技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了探究。

RFID技術(shù)在高速公路自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)中的應(yīng)用主要是將射頻卡裝設(shè)在車(chē)內(nèi)，將天線(xiàn)設(shè)立在公路的沿線(xiàn)，并且結(jié)合現(xiàn)代信息技術(shù)和電子技術(shù)，從而借助天線(xiàn)和電子標(biāo)簽來(lái)進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的傳輸，以及識(shí)別相關(guān)車(chē)輛收費(fèi)數(shù)據(jù)和信息，進(jìn)而收取相應(yīng)的車(chē)輛費(fèi)用。在高速公路自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)中合理引入射頻技術(shù)，可以有利于增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)效益，降低人工成本，所以可以大大緩解高速公路交通堵塞狀況，同時(shí)也可以提高車(chē)輛通過(guò)率。另外，RFID技術(shù)還可以用于門(mén)禁系統(tǒng)中，比如門(mén)禁系統(tǒng)的門(mén)卡、出入證、停車(chē)卡和電子護(hù)照等；或者將RFID技術(shù)運(yùn)用于公交系統(tǒng)卡中，以達(dá)到節(jié)約成本，提高操作便捷性以及公交運(yùn)營(yíng)效率的目的。

總之，隨著科學(xué)技術(shù)和信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到了快速的發(fā)展。在物聯(lián)網(wǎng)中，商品或物品的交流可以借助物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)平臺(tái)來(lái)進(jìn)行，而無(wú)需實(shí)體人員的參與，所以有利于提高工作的效率。因此，在實(shí)際的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，需要合理分析和應(yīng)用射頻技術(shù)，從而確保射頻技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用的科學(xué)性和合理性。