IOT就在身边——物联网的应用现状与前景探析

大唐南京发电厂 李 劼

1.物联网的基本概念

物联网(The Internet of things，简称IOT)的概念最早在1999年由美国麻省理工学院Auto-ID Center提出，即把所有物品通过无线射频识别(RFID)等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。

顾名思义，IOT是“万物互联之网”，指通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把所有物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网的核心是互联网，在互联网基础上延伸和扩展的一种网络；其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。

2.RFID和物联网技术原理

物联网的关键技术是无线射频识别技术(RFID Radio Frequency Identification)，RFID是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术，是目前比较先进的一种非接触识别技术。以简单RFID系统为基础，结合已有的网络技术、数据库技术、中间件技术等，构筑一个由大量联网的阅读器和无数移动的标签组成的，比Internet更为庞大的物联网成为RFID技术发展的趋势。

RFID通常是由RFID阅读器(Reader)和RFID标签(Tag)所组成的系统。阅读器主要负责与电子标签的双向通信，同时接受来自于主机系统的控制指令。其频率决定了RFID系统工作的频段，其功率决定了射频识别的有效距离，是RFID系统信息控制和处理中心。标签的电气部分由一个感应天线和专用集成电路组成。标签的ASIC由一个高速接口、一个控制单元、一个8K位EEPROM组成，其读写过程通常由射频卡与读写器之间通过无线电波来完成读写操作。其运作的原理是利用阅读器发射无线电波，触动感应范围内的RFID标签，藉由电磁感应产生电流，供应RFID标签上的芯片运作并发出电磁波回应阅读器。将标签加贴在商品或者商品包装上，即可将标签中的信息通过无线电波发射出去，借助阅读器，就可以获知货物的相关信息和具体位置。

图1 RFID系统组成

3.RFID技术的应用

RFID技术最早出现在第二次世界大战时期，当时被英国空军用于空中战机的敌我识别系统(IFF∶Identification Friend and Foe)。战后经过几十年的研究发展，1981年至1990期间RFID技术及其产品进入商业应用阶段，被用于多种封闭式系统。1991年至2000年随着计算机、通信产品的发展，RFID得到广泛应用。特别是2001年以后至目前，随着物联网概念的推出，RFID产品向低功耗，高性能，低成本发展，与信息系统和网络技术紧密结合，发展越来越快。

目前RFID的应用系统研究集中于公共安全、现代物流与供应链管理两方面，交通管理、生产管理和控制方面也取得了一定进展;电子标签封装与装备的研究是共性基础技术的薄弱环节，一定程度制约了国内电子标签制造业的发展壮大。

3.1 军事部门的运用

吸取在海湾战争中落后的后勤供给系统的教训，美军全面改进了作战后勤供应系统，成功运用RFID技术用于军事后勤保障系统。伊拉克战争中，美军将RFID标签贴于军用物资上，标签内包含元件规格、序列号等信息，当物资通过安装在预置地点的RFID阅读器时，便可以完成库存信息的自动盘点，指挥中心便能够得到实时的物资储存信息。

3.2 我国公民第二代身份证中的使用

截止2008年总量高达10亿的我国居民二代身份证己经换发完毕，这是近年来RFID在中国的最大的单项应用，在世界范围内也首屈一指。第二代IC卡身份证采用非接触式的逻辑加密卡，卡与读卡模块之间的通讯标准为ISO/IEC14443的TypeB协议，它们的数据传输率为106kbps（载波频率为13.56MHz）。其中存储了居民的九个身份信息，包括∶姓名、性别、民族、出生日期、常住户口所在地住址、公民身份证号、本人相片、证件的有效期和签发机关。第二代身份证由于采用了RFID技术，还可以进行非接触的机器自动阅读，提高了识别效率，公安部门可以对卡内信息进行更新而不必重新制卡。警察可以在巡查手持移动式阅读器，对可疑人员的身份证进行盘查；有的小区、写字楼设置门禁系统，可以直接用RFID技术的身份证阅读器，实名制进出，减少了犯罪率。

3.3 防伪技术

将射频识别技术应用在防伪的领域有它自身的技术优势。利用射频识别技术，厂家、批发商、零售商之间可以使用唯一的产品号来标识产品的身份。生产过程中在产品上封装入射频卡，记载上唯一的产品号。批发商、零售商用读写器就可以严格检验产品的合法性。同时注意利用这种技术不能改变现行的数据管理体制。利用标准的产品标识号完全可以做到与已用数据库体系兼容。

3.4 现代物流仓储系统中的运用

RFID技术的应用对现代物流管理系统产生了重大影响，全球开放的市场将为RFID带来巨大的商机，2009年，约70%的RFID应用都在供应链产业中。美国多家企业采用RFID技术，包括零售商沃尔玛、制造商吉列、强生、宝洁物流行业的联合包裹服务公司以及政府方面的物流应用。尤其是沃尔玛和美国国防部这两大商品采购巨头产生了龙头效应，美国的Target，英国的Tesco，德国的麦德龙纷纷采用这项新技术。

4.物联网建设中存在的问题

4.1 在技术层面，主要是缺乏统一的标准，各国使用的频率不统一，编码方式不统一等。现在全球范围内没有一个统一的标准，虽然己有欧美标准EPCGlobal(Electronic Product Code)、日本标准UID在使用，但它们都还处在不成熟阶段，各种标准间互不兼容，由于EPC、UID和ISO的RFID频率与中国的GSM网络有冲突，因此，我国RFID的工作频率长期没有确定下来，这对RFID产品的互通和发展造成相当大的阻碍。

4.2 在快速移动物体上的标签读取准确性问题，还没有很好解决。在读取的准确度上，尤其是对靠近液体和金属等特殊介质材料的超高频标签的读取差错率还比较高。

4.3 成本是阻碍RFID技术大规模应用的关键之一，目前市场上RFID标签芯片价格大约6角钱，而大规模推广RFID要求芯片价格至少降低到2角钱以下，否则采用RFID技术所带来的技术优势会被其成本所降低，而采用RFID的成本要由制造商和物流商来承担，这也是现在RFID没有办法全面取代条形码一个很重要的原因。

4.4 在安全隐私方面，和其他无线通信产品一样，由于数据是通过无线方式进行传输的，这就无法避免安全问题，对于安全问题比较理想的方法是在RFID系统中加入加解密算法和认证协议，但是由于涉及到成本的问题，RFID应用系统还比较少采用复杂的加密、解密等的算法，所以目前国内外在RFID技术的应用上也没有一个比较完善的低成本、高安全性的方案，还处于探索优化的解决方案阶段。

5.物联网让生活更美好

RFID技术经过近七十年的发展，很多技术难题都被陆续克服，在过去十年间，共产生数千项关于RFID技术的专利，成为一种相当成熟的应用推广型技术。2010年上海世博会，RFID技术成为“城市让生活更美好”的焦点。配载RFID技术的手机SIM卡得到大规模的应用，可以刷手机坐地铁、出租车，到园区刷手机买票进园，吃饭时刷手机消费，兼具导航、手机报等用途。

未来RFID技术可以把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种设施中，甚至把地球上的每一个人都“网进去”，万事万物与现有的互联网整合起来，人类可以用更好的方式管理生产和生活，达到“智慧”状态，提高资源利用率和生产力水平，改善人与自然间的关系。

[1]May Tajima Strategic value of RFID in supply chain management,Journal of Purchasing & Supply Management 13(2007):261-273.

[2]N.C.Wu et al.Challenges to global RFID adoption Technovation 26(2006)1317-1323.

[3]蒋伟.RFID与无线网络融合关键理论和技术研究[D].北京邮电大学博士学位论文,2008.

[4]杨桦.RFID技术在国内图书馆的应用再思考[J].图书情报,2009(8).

[5]世博门票RFID技术:让“物联网”走进现实[OL].新华网 http://news.xinhuanet.com.

[6]RFID商情网.http://www.r fi dsalon.com.