“物联网”推动RFID技术和通信网络的发展*

黄 鹏1，杨云志，李元忠

(1.中国电信四川信产公司，成都 610040；2.中国西南电子技术研究所，成都 610036)

1 引 言

当前，各国政府领导人非常重视“物联网”在经济领域的作用，国内外一些权威人士纷纷就此发表高见，把“物联网”说成是新的经济增长点，是扭转世界经济危机的希望。2009年9月曾引起与“物联网”概念和射频识别相关企业(如厦门信达、新大陆、大唐电信、远望谷)个股的涨停。在今年的“两会”上，“物联网”也成为代表们讨论的热点之一。

作为“物联网”上游技术之一的超高频(UHF)射频识别(RFID)技术，具有识读快速、方便、距离远等特点，被认为是最具发展前途的信息技术之一。欧、美、日、韩等国政府以及世界零售业巨头(如沃尔玛、麦德隆)投入巨资推动RFID产品在“物联网”应用的快速发展。美国军需供应局全面导入RFID技术应用计划，并建设了“军事物流可视化管理系统”，成为美国全球战斗保障系统(GCSS)的重要组成部分[1，2]。我国不少民营企业从20世纪90年代开始引进和应用RFID技术，其中“华虹”、“远望谷”、“新源科技”、“三宝”、“先施”等公司先后开发生产出高频(HF)RFID芯片、UHF无源电子标签(简称“标签”)、读写器、一体化读写手机(同时具有UHF-RFID读写、激光扫描、GPS定位和移动通信功能)和各种应用系统(见图1)。2006年，国家科技部、信产部和发改委先后出台多项政策和通知,推动RFID技术、产品及应用系统的发展。国内很多研究单位，如中国电子科技集团公司十四所、二十七所、三十所、五十四所、民航二所和国营783厂，特别是大的通信公司(如中兴)先后加入到RFID产品及系统的开发，寻求新的市场份额。它们的介入，将大大促进“物联网”的发展。

UHF台式读写器

一体化读写手机

各种UHF电子标签

2 “物联网”原理简介

什么是“物联网”？“物联网”(Internet of Things)指的是将各种信息传感设备，如射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统(GPS)、激光扫描器等与互联网结合起来，组成一个巨大的网络，然后将生活中的所有“物品”都纳入这个网络，方便识别和管理，其示意图见图2，该图重点在与RFID和通信系统有关的部分。“物联网”利用传感设备采集“物品”信息(包括位置、标签信息)，通过互联网与信息管理中心的数据库进行信息交换。“互联网”的终端是人，“物联网”的终端是物(品)。

国内外已生产集RFID读写、激光扫描、GPS定位、移动通信等多功能的一体化读写手机。人们可用这种手机对着“物品”，按“读取”键，就可以读到贴在该“物品”上的“标签”(或条码)的编号；再按“查询”键，就可以查询到该“物品”的相关信息(如性能、厂商、出厂日期、价格等)，并在手机屏上显示；如果中意，按“采购”键，就可完成订货程序；当您回到家时，也许该“物品”已经“快递”到您的家门口。不久的将来，可以借助这种多功能手机和通信网络，巡视您家的室内外实时图像，查看冰箱内食品的短缺和期限，遥控家用电器的开关，调节空调的温度。“物联网”将会让您的生活更便捷和舒适。

图2 “物联网”组成示意图

3 “物联网”的应用基础

庞大的通信网络和超大容量的数据库是“物联网”的应用基础和平台。

通信网络包括短程通信(如ZigBee、WiFi、蓝牙)、局域网、光纤通信网、移动通信网(如CDMA、GPRS、3G)、卫星通信网等，它们是用户与数据库和商家进行交流的桥梁。 “物联网”管理中心的数据库将存储全球上亿种产品的各种数据，如性能、厂商、出厂日期、价格等。这些数据的全生命过程的管理，如产品信息采集、数字化、编码、存储、调用、更新、加密、删除等，是一项非常复杂、细致的工作。

“物联网”的发展，将为通信产业、数据库和接口转换模块产品(如RS232、USB等)以及软件的开发生产厂商带来巨大的市场和商机。

值得一提的是，UHF-RFID和超高频移动通信的频段有所覆盖，因此在芯片、模块开发生产的仪器、设备和工艺有所兼容，可以降低开发生产成本。

4 RFID技术在“物联网”大规模应用的瓶颈

RFID技术大规模应用于市场，一是物流领域(“物联网”)，二是邮政管理，三是车辆监管。物流领域包括商品零售供应链、工业和军事物流。工业物流管理主要包括航空行李、航材、钢铁、烟草、酒类等领域的物流管理以及海关通关车辆(集装箱)的监管。2006年中国有1 000多家企业每年为“沃尔玛”提供价值约180亿美元的货物。如果说“沃尔玛”是RFID物流市场的推动者之一，那么我国将是RFID技术在物流应用的最大潜在市场之一。我国已成为世界制造大国，大中型企业的信息化管理水平不仅是改变传统产业的锐利武器，还是企业集聚优势、提高自身竞争力、融入经济全球化的战略选择，而RFID技术正是提高企业物流信息化管理水平的重要手段。

“物联网”给RFID产业带来很大的市场空间，但是，我国RFID产品在物流领域的应用市场并不理想，原因何在？据统计，RFID系统成本的60%～70%在“标签”，特别是UHF-RFID“标签”的价格是制约它在物流市场大规模应用的“瓶颈”。价高难以形成规模市场；反过来，没有规模市场又难以降低产品成本，这是一对矛盾。有专家认为，价格的底线是：“标签”的价格应小于所安装“物品”价格的1%。对于车辆或武器装备，这个底线不是门坎，但是对于物流中的普通“商品”，它就是难以逾越的高台阶。

5 扩大RFID技术在“物联网”市场规模的措施[3-7]

“物联网”概念推动我国RFID技术的发展，作为回应，我们应该采取哪些措施来扩大RFID产品及其系统在“物联网”中的应用市场呢？

5.1 “组合识别”是扩大UHF-RFID产品在“物联网”市场规模的措施

所谓“组合识别”，是将UHF和HF“标签”及条形码(一维或多维)用于同一项物流管理系统中。采用“组合识别”的系统，其读写器也应具有读取UHF和HF“标签”及条码数据信息的能力。

这种“组合识别”既完成对各类“物品”的识别，又降低系统的成本，从而加速RFID技术在物流领域的应用。

物流仓库管理中，在仓库的货架和地面，安装UHF“标签”(称为“坐标位置标签”)，组成位置矩阵，不同位置的“标签”，其识别地址(ID)号不同。当同时读到“坐标位置标签”、物品或托盘上“标签”的ID号时，就能确定该物品或托盘所在的位置(如第几行，第几列，哪个货架的第几层)。为节省成本，在货箱上安装HF“标签”，在“物品”上安装条码。这里所说的仓库管理就是“组合识别”的实例，见图3。图中包括上述各种“标签”、条码以及安装在叉车上的多功能一体化读写器、天线。

图3 物流仓库管理示意图

5.2 “多种多样”的“标签”适应各种“物品”

所谓“多种多样”的“标签”，是指不同识别速度、不同识别距离、安装于不同“物品”表面的“标签”：

(1)高可靠、防拆加密、快速(≥60 km/h)、长距离(≥20 m)识别的UHF-RFID“标签”，用于对车辆、集装箱、大型武器装备的识别。这种“标签”价格较高，主要用于军事物流、部分工业物流和重要部位的车辆监管等；

(2)慢速、长距离(≥10 m)UHF-RFID“标签”，用于工业物流和仓库门禁等；

(3)近距离(≤0.1 m)HF-RFID“标签”，用于一般“物品”的识别；

(4)能安装于金属表面和其它特殊介质的“标签”。

物流管理的物资不同，其表面介质不同，如汽车挡风玻璃、包装箱纸质面、钢材金属面等。安装于不同介质表面，长距离识别UHF-RFID无源“标签”的微带天线及基片材料是不同的。

5.3 多功能读写器读取各种“标签”或条码的信息

(1)一体化读写手机

一体化读写手机携带方便，能机动、近距离地读取UHF和HF“标签”以及条码的数据信息；配置通信模块和接口(如WiFi或GPRS或CDMA)完成短程和远程通信；配置GPS模块，通过通信模块将位置信息传给管理中心，完成定位。

(2)多功能台式读写器

它能远距离、快速读取“物品”上的UHF“标签”的信息；配置有多种控制模块，能控制多种外部设备，如电动栏杆、信号灯、报警器、显示牌等，适用于RFID固定站和移动查验车。

6 信息安全和唯一性是特殊物流管理的需要

在军事和工业物流的应用中，要求保护用户信息机密，防范对“标签”及其系统的攻击；在海关车辆和集装箱监管应用中，要求保证车辆(集装箱)与“标签”的唯一对应关系，防止通关车辆(集装箱)的走私。为满足这些高端应用要求，RFID技术将采用哪些手段呢？

6.1 “标签”加密

在“标签”芯片存储器中，一般有12个字节是芯片的识别地址(ID)号，它在出厂时被锁死，不能更改，全世界唯一。交用户使用后，用户可在存储器的其它空间，写入“物品”的部分相关信息及加密信息，并与ID号捆绑在一起，难以解密，再加上防拆技术的应用，从而实现“标签”与“物品”之间的唯一对应关系。这些措施已成功用于多种应用系统中。

6.2 RFID芯片、读写器和系统安全技术的应用

上述加密技术是成熟的安全措施，适用于一般的民用。对于军事物流的应用，还必须对RFID芯片和系统采取更严格的安全措施。

(1)“标签”的密码设置

密码协议是“标签”芯片安全研究的重点，国内外厂商都在抓紧这项艰巨的开发工作，设置“标签”记忆体密码和记忆体开关(键)就是硬件解决方案之一。这项工作已在HF“标签”上首先实现，UHF“标签”不久也会成功。

(2)读写器保护功能的设置

读写器发送解锁密码之前，让“标签”的数据处于锁定状态；它也可清除“标签”的数据。用这种硬件方案，实现读写器对“标签”数据的保护功能。

(3)系统软件加密

可采用流密码加密或其它加密方法，对系统的信息进行加密。流密码加密是指将明文信息逐位加密成密文的单钥体制。伪噪声编码加密就是硬件方法之一，其优点在于它的形成方式和结构的多样化、软件化，它还可随时变换密钥，增强抗干扰能力。

7 结束语

我国“物联网”的规模和管理水平，与我国在世界经济的地位不相适应。我们试图借“物联网”的热潮和《电讯技术》平台，与广大从事RFID技术的业者交流讨论，以扩大RFID产品在“物联网”特别是军事和工业“物联网”市场应用的规模，推动RFID技术和经济发展。

参考文献：

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