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關于RFID技術,這些都是你要了解的知識吧!

作者:艾歐特科技 發布時間:2019-04-08

  說到物聯網的歷史,有一項技術不得不提,那就是RFID技術(Radio Frequency IdentificaTIon,射頻識別)。90年代,美國麻省理工學院RFID研究機構——自動識別中心(Auto-IDCenter)的創始人,Kevin Ash-ton教授提出了一個物聯網概念,他將物聯網定義為:把所有物品通過射頻識別等信息傳感設備與互聯網連接起來,實現智能化識別和管理。雖然在這個定義中,把物聯網“感知”技術局限在了RFID等為數不多的幾項測感技術中,和我們現在的理解有很大差異,但從中也看到了RFID技術在物聯網應用中的巨大潛力。

 ?。ㄗ⑨專郝槭±砉ξ锫摼W的完整定義:通過射頻識別(RFID)、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備,按約定協議,把任何物品通過物聯網域名相連接,進行信息交換和通信,以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理。)

  如果要問RFID技術的年齡,那需要回溯到二戰期間的歐洲。1940年至1941年,納粹德國對英國挑起了大規??諔穑ā安涣蓄嵖諔稹保?。由于空戰中德國的“BF-109”戰機與英國的“颶風MK.I”、“噴火MK.I”戰機十分相似,所以英國皇家空軍首先在戰機上使用RFID技術,用來識別出自家和盟軍的飛機。

  而后幾十年間,RFID技術被陸續用在了商業、農業等領域:在百貨店內做成電子標簽,用于防盜和結算;做成頸環、腳環套在動物身上,便于跟蹤研究;現在,高速公路上的ETC收費系統已經成為了收費站的一種標配,它也是使用了RFID技術。如今RFID技術所涉及的行業領域,已經遠遠超出了人們當初的預計:包括農業、工業、支付、零售、公共事業、安防等等。

  關于RFID技術,這些都是你要了解的知識吧! 

  RFID技術定義

  RFID技術,屬于自動識別技術中的電子標簽技術(自動識別技術還包括“條碼/二維碼識別技術”、磁卡識別技術等等),是一種非接觸式的自動識別技術:通過射頻(無線)信號自動識別目標對象(標簽)并獲取相關數據。在各類行業應用中,RFID技術實現了采集實體對象數據的功能。

  因為RFID具有無線信號識別的特性,所以攜帶標簽的物體在運動過程中也能夠被識別,距離可以達到幾十米。

  EPC/RFID基本結構

  在90年代之前,RFID的應用并不連接到互聯網,電子標簽內的數據都是企業或組織各自定義的。90年代提出的物聯網概念,其實就是在RFID技術基礎上,融入互聯網技術,并規范標簽的編碼格式,建立跨越全球的、開放的EPC(產品電子代碼)系統。EPC系統和RFID技術相結合,被業內認為是物聯網雛形。

  根據RFID技術結構,業內將EPC/RFID技術分成了兩個部分:“邊沿系統”和“軟件系統”。邊沿系統主要包括有電子標簽、讀寫器;軟件系統主要是指應用系統、中間件系統。雖然中間件系統屬于軟件系統,不過實質上其各有一部分在“邊沿”和“軟件”兩側系統中,介于邊沿系統和軟件系統之間。

關于RFID技術,這些都是你要了解的知識吧!

  如果將EPC/RFID技術架構放在物聯網技術矩陣之中,可以將邊沿系統理解為“邊緣域”,而軟件系統理解為“云端域”。在邊沿系統中,主要是由讀寫器采集電子標簽中物件數據,再通過中間件在網絡中轉譯并獲取映射數據,最后送至應用系統(高層軟件系統)。而應用系統,則負責信息集中化的處理---應用邏輯的實現。

  然而,現今的很多RFID行業應用基于成本和安全性的考量,依然沒有中間件和聯接互聯網的配置:數據在經過讀寫器讀取后,直接送至私有網絡中的專用系統進行應用處理。(本文介紹的RFID技術,主要針對EPC/RFID系統,具有物聯網特性的RFID系統)

  EPC/RFID主要部件

  1、電子標簽

  電子標簽(ElectronicTag)也稱應答器或智能標簽(Smart Label),其本質上是一個微型的無線收發裝置,RFID標簽主要由內置天線和芯片等電子元器件組成。通常情況下,電子標簽附著在待識別的物品上,芯片中具有全球唯一的電子編碼(EPC編碼),是RFID邊沿系統中的數據源。應用中的大多數電子標簽不配置電源,直接通過無線信號獲取能量。

  在RFID電子標簽最基本的元器件中,專用芯片主要用來存儲數據和實現控制功能,天線則用來感應無線信號接收能量,并收發無線電信號。一部分電子標簽自配電源,具備主動發射信號的能力。

  2、RFID讀寫器

  讀寫器,也稱為閱讀器(Reader),用于讀取電子標簽中的內存信息,或者將信息寫入電子標簽內。讀寫器既可以是獨立的終端,也可以嵌入在其他系統之中進行使用。讀寫器的硬件主要包括天線、射頻模塊、控制器、網絡通信模塊、I/O接口等部件。

  天線和射頻模塊,用于通過無線信號向電子標簽發送或讀取數據;

  控制器,即微處理器,作為讀寫器的“大腦”,控制設備各部件實現應用功能:獲取電子標簽數據,實現內部信號轉換,與外部系統通信。

  網絡通信模塊,負責與云端的數據通信,對上下行的數據進行封裝、解碼,實現路由轉送的功能。

  I/O接口,與其它系統內某塊或外圍設備通信。

  對于無源的RFID電子標簽,讀寫器需要具有激活標簽的功能,即通過電磁波向電子標簽輸送能量。讀寫器的天線、射頻模塊在收到電子標簽傳來的信息后,會交給控制器對標簽信息進行初步處理(數據格式轉換等),而后會通過網絡接口(外部網絡接口、本地I/O接口)將其傳送到其它信息處理設備。

  3、RFID中間件

  RFID中間件的誕生,一方面是為了解決RFID應用系統中各類設備和軟件(電子標簽、讀寫器、應用服務器和操作系統)的異構問題,另一方面使得RFID應用更易于部署:滿足海量數據處理、分布式計算、開發效率、成本控制等等的需要。

  RFID中間件將應用過程中的通用功能進行封裝(源數據的采集/過濾/整合/傳送、互聯網路由解析和物品信息查詢),形成標準的數據(結構化數據)和能力接口向外部開放。通過中間件,應用系統可以直接和讀寫器建立聯接,獲取電子標簽相關信息,并在網絡中查詢其關聯數據。RFID中間件有效地降低了應用的軟硬件架構與維護的復雜性,實現敏捷開發、輕載運營。

  RFID中間件功能往往不是由一臺實體設備實現的。各類RFID基本和拓展應用功能,通常需要多臺相關設備(服務器、網絡設備),根據業務需求來部署實現。RFID中間件主要包括以下基本功能:讀寫器接口、網絡訪問接口(公網訪問接口)、應用軟件接口、中間件功能模塊。

  讀寫器接口、網絡訪問接口、應用軟件接口,分別對接到邊緣網絡的終端和設備(電子標簽、讀寫器)、互聯網應用服務、內部專用應用系統。三個接口功能,實現了各方向上的信號連接和通信協議適配,并將數據集中到中間件功能模塊中做應用前的處理。

  中間件功能模塊是RFID中間件的核心控制單元,主要實現數據映射轉換、數據過濾、設備管理、業務控制、RFID基本應用功能。其中,基本應用功能包括提供EPC/RFID 的“名稱解析服務(IOT-NS)”和“信息發布服務(IOT-IS)”。

  RFID中間件具有呈上其下的連接作用,提供RFID領域的基本工具、以及數據的格式轉換和封裝服務,并向外(互聯網)開放能力,具有典型的物聯網平臺(Paas)特性。

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  目前,已經有許多科技巨頭實現了RFID中間件類型的物聯網平臺的商業部署,包括IBM的“WebSphere”、微軟的“BizTalk RFID”、Oracle的“Xterprise”等等。

  4、應用系統

  EPC/RFID技術使應用系統可以連接到所有生產資料,進行集中化的設備管理和生產運營。

  從技術原理來看,只要給實物對象(人、動植物、物品)一個唯一的ID標識號,就可以采用RFID進行信息化的管理。這個對象,可以是工作證、會員卡(標識“人”),也可以是腳環、頸套(標識“動物”),亦可以是汽車、快遞盒(標識“物品”)。企業內的各類生產信息系統都可以通過集成RFID技術,提高生產流程的“透明度”和“精細度”,提升監控管理的“實時性”和“準確性”,并實現各系統間、企業間的信息共享和互動,擴展應用邊界、形成產業生態。

  RFID的應用軟件包括商業應用:客戶關系管理系統(CRM)、企業資源管理系統(ERP)、供應鏈管理系統(SCM)、倉庫管理系統(WMS)、訂單管理系統(OMS)、資產管理(AMS)、物流管理系統(LMS)等等,以及公共服務類應用:ETC(不停車電子收費系統)、電子票證(例如一次性地鐵票)、門禁安保系統等等?! ?nbsp;

  EPC/RFID的識讀流程

  EPC/RFID系統所實現的功能,就是對RFID數據進行“識讀”的數據采集過程。識讀的基本過程如下:

  1、電子標簽貼于物品上,當物品靠近讀寫器時,電子標簽在讀寫器的信號磁場內產生各種類型的電磁耦合效應并獲得能量(電能),通電后的電子標簽開始與讀寫器進行信息交互:電子標簽和讀寫器先相互進行安全認證,而后由電子標簽接受讀寫器指令回送其存儲的數據信息。

  2、讀寫器在收到電子標簽內的數據后,傳送給RFID中間件。標簽內的數據為“EPC編碼”,包括嵌入信息(Embedded InformaTIon,貨品特性信息,包括物品ID等屬性)和參考信息(InformaTIon Reference,數據的網絡信息)。

  3、RFID中間件將讀寫器獲取的標簽信息(EPC編碼),通過互聯網送至物聯網名稱解析服務(Internet of Things Name Service,IOT-NS)。IOT-NS在收到標簽信息后,會根據EPC編碼中的“參考信息”找到相應的服務器IP地址,該IP地址就是信息發布服務(Internet of Things InformaTIonService,IOT-IS)的服務器地址。

 ?。ㄔ摬襟E類似于互聯網的DNS-域名解析)

  4、IOT-IS服務器會根據RFID中間件送來的標簽信息,查詢到對應物品ID的詳細信息,并返回給RFID中間件。

  5、RFID中間件根據需要,將和物品相關的所有信息(電子標簽信息、物品詳細信息、讀寫器的讀取情況等)送到應用系統。應用系統軟件在收到數據后會做出相應處理:發出指令信號-控制執行器動作,或將現場狀態進行可視化界面呈現,或進行數據分析后出具業務報表等等?! ?nbsp;

  這里介紹的識讀過程,是基于EPC/RFID的系統構架。在大量的實際應用中,RFID的行業應用并沒有部署EPC系統功能:既沒有RFID中間件,也沒有基于互聯網的名稱解析服務和信息查詢服務。其采用了非聯網的模式:讀寫器在接收到電子標簽數據后,直接將其送到本地應用服務器進行處理。

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  RFID和物聯網的系統對應關系

  EPC/RFID系統具有典型的物聯網結構特性,從邊緣的設備和網絡,到云端的中間件服務,都體現了物聯網數據匯聚、開放共享的本質屬性。

  在RFID邊沿系統中,從物聯網接入云端的網絡模式來看,EPC/RFID技術屬于網關連接型的物聯網。網關連接型物聯網的連接設備,主要包括傳感器、轉發節點、網關設備,分別對應EPC/RFID系統中的電子標簽、讀寫器、RFID中間件或網關路由器。

 ?。▊渥ⅲ?、“轉發節點”是指:在物聯網邊緣網絡中,實現多種通信協議轉換的網絡交換設備。2、和“網關連接型”對應的云端接入方式是“直接連接型”,即物聯網終端直連云服務系統。)

  1、電子標簽-物聯網終端

  “電子標簽”負責存儲物品數據,雖然它并沒有感知的功能,但其在應用中的角色和傳感器類似,屬于“數據源”-終端設備。

  2、讀寫器-物聯網轉發節點

  RFID的“讀寫器”是物聯網的轉發節點設備。讀寫器很容易被誤解為傳感器設備,但實時上它并非傳感器:讀寫器讀取電子標簽數據所采用的是無線通信技術,數據在電子標簽內按照RFID通信標準,先經過編碼、調制等步驟處理,再通過天線轉換成無線信號向讀寫器發送;讀寫器接收到無線信號后,同樣需要按照RFID通信標準,對信號進行解調、譯碼和放大等系列操作,而獲得標簽數據。讀寫器在獲得標簽數據后,還需要將其通過其它通信方式向云端傳送。讀寫器的核心功能就是“一收一發”,實現通信協議轉換以及在局部區域中的數據轉發,在物聯網邊緣網絡中,即稱為“轉發節點”(例如:將標簽數據從“無線信號”轉換為“RS232串口信號”,送到后端服務器)。

  3、物聯網網關設備

  在邊緣網絡中,RFID實現互聯網連接,主要有兩種方式:

  A.讀寫器具備通信協議棧和互聯網應用功能,可以將標簽數據直接送至互聯網應用服務器。在這種情況下,讀寫器同時具備物聯網轉發節點和網關功能。(例如:便攜式自帶運營商SIM卡的讀寫器)

  B.讀寫器需要先將數據送至本地網絡服務器、網關路由器或中間件設備等其它網絡服務設備,再由這些網絡服務設備將數據進一步處理并送至互聯網。在此讀寫器屬于物聯網中的轉發節點,不承擔物聯網的網關功能。而轉發數據至互聯網的網絡服務設備即為物聯網網關設備。

  4、RFID中間件-物聯網平臺

  在RFID軟件系統中,RFID中間件封裝了基本的RFID功能(IOT-NS、IOT-IS、數據過濾和格式轉換、讀寫設備管理等),解決了各廠家設備的兼容性問題,統一了相關系統之間通信標準和數據格式,實現各類設備和系統間的無縫對接,支持實時動態地進行數據傳遞。RFID中間件,其實就是專用的物聯網平臺,偏重于物聯網平臺的連接服務。各類軟件應用部署在RFID中間件上,則可以更加地“輕載”和“靈活”。

  EPC/RFID系統所構建的是一個全球化的物聯網應用,是一個以RFID信息采集技術為基礎的、結合互聯網技術(EPC系統)的、開放共享的大系統。借助這個系統工具,各生產分工環節上的企業能夠更緊密地協同合作,產品的生產流水線更具有彈性和張力,企業內部資源能夠更有效地和外部資源聯動,提升商業軟實力。

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