物联网RFID原理与技术课件.ppt

1、 教材： 高建良，贺建飚编著 电子工业出版社 2013.07 物联网RFID原理与技术全书分为三个部分，共全书分为三个部分，共12章章： 射频识别的“射频”部分（1-3章） 射频识别中的“识别部分”（4-9章） 射频识别技术的应用应用（10-12章）课程简介n物联网概念n物联网技术n互联网、传感网与物联网n射频识别技术nRFID在智能交通领域的应用n物联网前景n物联网在中国的发展物联网概念 “物联网概念物联网概念”是在“互联网概念”的基础上，将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间，进行信息交换和通信的一种网络概念。其定义是：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

2、传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念。物联网概念n概念的历史溯源 1999年中国科学院提出物联网的概念和研究课题； 2005年ITU（国际电信联盟）正式提出物联网的概念； 同年8月14日，中移动王建宙于台湾提到此概念； 英文讲法：The Internet of things物联网技术n技术原理 在互联网基础上，利用RFID、数据通信技术组成一个覆盖世界万事万物的整合网络网中万物自动识别，信息共享，彼此“交流”，无需人为干预。 n技术意义 突破传统思维过去是将物理设施和IT设施分开。一路是机场、公路、建筑物等

3、现实的世间万物；另一路是数据 电脑、宽带等等虚拟的“互联网”。 在“物联”时代，“现实的世间万物” 将与 “虚拟的互联网”整合为统一的“整合网络”，全球全世界的运转以此为基础。是 经济管理生产运行、社会管理乃至个人生活、全世界互联物联的整合与大同。 物联网技术n技术关键词 无线网络、智能传感设备、云计算技术互联网、传感网与物联网n互联网 我们熟知并每天都无法离开的工作、学习、生活、娱乐的工具，已经成为我们这个世界保持联系、发展的必备基础。n物联网的基础是互联网 物联网与互联网是两个不同的概念，但互联网是物联网的基础，没有互联网的成熟就不会有物联网实现的可能。 可以这么理解：物联网是互联网发展的

4、延伸，互联网是物联网的基础。物联网的发展又将极大地促进互联网的发展。物联网、传感网、互联网n传感网“传感网”这一名词最早是出自于业界专家对于无线传感器网络无线传感器网络(WSN)的简称，最早由美国军方提出，起源于1978年美国国防部高级研究计划局资助卡耐基梅隆大学进行分布式传感器网络的研究项目，对它的定义为：由若干具有无线通信能力的传感器节点自组织构成的网络。在当时缺乏互联网技术、多种接入网络以及智能计算技术的条件下，此概念局限于由节点组成的自组织网络。2008年2月ITU-T的UbiquitousSensorNetworks研究报告中提出了泛在传感器网络泛在传感器网络(UbiquitousS

5、ensorNetwork,USN)概念，指出泛在传感器网络是由智能传感器节点组成的网络，可以以“任何地点、任何时间、任何人、任何物”的形式被部署。该技术具有巨大的潜力，因为它可以在广泛的领域中推动新的应用和服务，从安全保卫、环境监控到推动个人生产力和增强国家竞争力。物联网、传感网、互联网n传感网在传感网里面最重要的就是传感器，它是机器感知物质世界的“感觉器官”，可以感知热、力、光、电、位移等信号，为网络系统的 处 理 、 传 输 、 分 析 和 反 馈 提 供 最 原 始 的 信 息 。传感器网络节点的基本组成包括如下几个基本单元：定位系统，移动系统以及电源自供电系统等。在传感器网络中，节点可

6、以通过飞机布撒或人工布置等方式，大量部署在被感知对象内部或者附近。这些节点通过自组织方式构成无线网络，以协作的方式实时感知、采集和处理网络覆盖区域中的信息，并通过多跳网络将数据经由Sink节点（接收发送器）链路将整个区域内的信息传送到远程控制管理中心。另一方面，远程管理中心也可以对网络节点进行实时控制和操纵。物联网、传感网、互联网在物联网概念如日中天的今天，传感网和RFID常常被人们与物联网纠结到一起并不奇怪。在Google上搜索“物联网标准化工作组”，搜索结果的第一条就是“物联网标准工作组成立标准体系框架已形成”，点击进去一看，原来是传感器网络标准工作组成立的消息。更有大众媒体直白地写道：物

7、联网又叫传感网。似乎传感网就是物联网的别名。有的专家认为，物联网就是传感网，只是给人们生活的环境中的物体安装传感器，这些传感器可以更好的帮助我们认识环境，这个传感器网不接入互联网络，例如上海浦东机场的传感器网络，其本身并不接入互联网，却号称是中国第一个物联网。物联网、传感网、互联网一些专家认为：从ITU-T,ISO/IECJTC1SC6等国际标准组织对传感器网络、物联网定义和标准化范围来看，传感器网络和物联网其实是一个概念的两种不同表述，其实质都是依托于各种信息设备实现物理世界和信息世界的无缝融合。还有一些专家认为：物联网是从产业和应用角度，传感网是从技术角度对同一事物的不同表述，但其实质是完

8、全相同的。可见无论从哪个角度，都可以认为目前为人所熟知的“物联网”和“传感网”都是以传感器、RFID等客观世界标识和感知技术，借助于无线传感器网络、互联网、移动网等实现人与物理世界的信息交互。也有学者认为WSN不等于物联网。首先，真正意义上的物联网的出现还远需要假以时日;其次，从网络架构和协议上看，物联网与WSN完全不同，这是根本的区别;第三，从目标特征上看，物联网探测的一定是已知物品，而WSN探测和判断的更多是未知的人或物。物联网、传感网、互联网国家无线电监测中心检测中心主任宋起柱博士在“第二届中国RFID与物联网发展年会暨首届亚洲智能卡展”RFID与物联网高峰论坛中提到：我个人认为物联网与

9、传感网是两个不同的概念，物联网实质上是泛在网络要融合协同的一种网络工作模式，物联网就是泛在网络及信息化在行业应用角度的一种重要体现。它是物理上覆盖周边的延伸网，也覆盖了泛在互联的网络。但其更多强调的是物物（things）能够在网络下提供自身信息以方便识别和处理的交互工作模式。n科学家打了一个通俗的比方：人的眼睛、耳朵、鼻子好比单个的“传感器”。一杯牛奶摆在面前，眼睛看到的是杯子,杯子里有白色的液体,鼻子闻闻有股奶香味，嘴巴尝一下有一丝淡淡的甜味，用手再摸一下，感觉有温度，这些感官的感知综合在一起,人便得出关于这一杯牛奶的判断。n假如把牛奶的感知信息传上互联网，坐在办公室的人通过网络随时能了解家

10、中牛奶的情况，这就是“传感网”。n假如给你授权，你也可以看到这杯牛奶的情况。n如果家中设置的传感器节点与互联网连接，经过授权的人通过网络了解家里是否平安、老人是否健康等等信息，并利用传感器技术及时处理解决，这就是“物联网”。物联网、传感网、互联网2022-6-2115场生动的物联网技术演示：机场的边界隔离网装上传感器，一旦有人靠近，监控室网络就立刻显示“有入侵倾向”有人攀爬，显示“一级入侵”；继续攀爬，显示“二级入侵”；爬到最高处，则发出“三级入侵”警告。n世博会和浦东机场最近购买的就是这样一套防入侵微纳传感工程。两份订单的合同总额接近3000万元。物联网、传感网、互联网关于物联网和互联网的关

11、系，现在有很多说法，其中一种是：互联网只能连接人，物联网可以连接物，互联网连接的是虚拟世界，物联网连接的是物理世界，物联网是互联网的下一代，物联网要取代互联网，物联网就是泛在网。但是有专家认为，很多物体不一定非要连到网上，而且物联网不是网络而是应用和业务。物联网的主要特征是每一个物件都可以寻址，每一个物件都可以控制，每一个物件都可以通信。有的专家认为，物联网与互联网的关系是相对独立的两张网，只是给人们生活的环境中的物体安装传感器，这些传感器可以更好的帮助我们认识环境，这个传感器网不接入互联网络。物联网、传感网、互联网 人们既可以把物联网看作传统互联网的自然延伸，因为物联网的信息传输基础仍然是互

12、联网；也可以把物联网看作是一种新型网络，因为其用户端延伸和扩展到了物品与物品之间，这与互联网那种“电脑相连的网络”大不一样。也有专家提出，物联网并不是一个新的独立的网络，它只是在过去我们互联网解决了人与人之间的交流联系的基础上，现在要跟物与物之间联系起来，同时，人与物之间也要联系起 来 。 物 联 网 某 种 意 义 上 是 互 联 网 更 广 泛 的 应 用 。物联网和互联网的最大区别在于前者是把互联网的触角延伸到物理世界。互联网是以人为本，是人在操作互联网的运作，信息的制造、传递、编辑都是人完成的。而物联网不同，物联网需要以物为核心，让物来完成信息的制造、传递、编辑。人只能是配角而不是主角

13、，大到房子、汽车，小到牙刷、纸巾，都是物联网的参与者，规模之大，之复杂，一般人是难以想象的。物联网、传感网、互联网 物联网和互联网的业务是不同的。互联网是全球化的，只要计算机接入互联网就与全球相连。物联网建设在互联网之上，但是并不是任何人都能接入。例如，电力系统的物联网只有电力系统的相关人员才能进入，交通系统的物联网只有交通系统的相关人员才能接入，所以物联网实际上是专网。互联网是全球性的，物联网是区域性的。因此，与其说物联网是网络，不如说它是业务和应用。物联网的核心网既可以是下一代互联网，也可以是现有的互联网，现在物联网就能得以实现。当然，在下一代互联网中，物联网是最主要的应用目标。 至于“物

14、联网包含了互联网”的说法，可能是基于互联网无法实现人与物或者物与物的信息交换现状出发而得出的朴素结论。在RFID重大工程与国家物联网一书中所述：从网络结构上看，物联网就是通过Internet将众多RFID应用系统连接起来并在广域网范围内对物品身份进行识别的分布式系统。互联网则是借助物联网协议将互联网的边界延伸到世间万物。物联网、传感网、互联网可以从物联网的网络架构来看物联网网、传感网、互联网它们三者之间的关系。物联网可分为三层：感知层、网络层和应用层。感知层是物联网的皮肤和五官识别物体，采集信息。感知层包括二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS、传感器、终端、传感器网络等，主

15、要是识别物体，采集信息，与人体结构中皮肤和五官的作用相似。网络层是物联网的神经中枢和大脑信息传递和处理。网络层包括通信与互联网的融合网络、网络管理中心、信息中心和智能处理中心等。网络层将感知层获取的信息进行传递和处理，类似于人体结构中的神经中枢和大脑。应用层是物联网的“社会分工”与行业需求结合，实现广泛智能化。应用层是物联网与行业专业技术的深度融合，与行业需求结合，实现行业智能化，这 类 似 于 人 的 社 会 分 工 ， 最 终 构 成 人 类 社 会 。 在物联网的整个构架当中包含有传感网和互联网，传感网主要在于信息的采集以及近距离的信息传递，而互联网则主要在于信息的远距离传输。可见要想真

16、正实现物联网，做到物物相连，如果只有互联网，没有传感网，那么就不能将联系延伸到物的层面，不能采集到物的信息，跟不用说对物的检测与控制；如果只有传感网，而没有互联网的话，虽然能够将信息的采集延伸到物的层面，但是能否将物与物联系起来呢，获取单个物的信息，而没有将所有的物联系起来，这样我们尚不知道是否能算一个网络，更不用说是物联网了。物联网、传感网、互联网 物联网离不开传感网，同样离不开互联网，离开了传感网和互联网中任意一部分，都不能叫做完整的物联网，同样，我们也不能就把传感网看作物联网，也不能把互联网就看作物联网，因为他们各自都不是物联网的全部。下图可以看出它们之间的具体关系。物联网、传感网、互联

17、网射频识别技术nRFID是射频识别技术的英文(Radio Frequency Identification，RFID)的缩写，又称电子标签，射频识别技术是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术自动识别技术，射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。 n理论基础 从信息传递的基本原理来说，射频识别技术在低频段基于变压器耦合模型(初级与次级之间的能量传递及信号传递)，在高频段基于雷达探测目标的空间耦合模型 (雷达发射电磁波信号碰到目标后携带目标信息返回雷达接收机)。1948年哈里斯托克曼发表的利用反射功率的通信奠定了射

18、频识别射频识别技术的理论基础。RFID技术概述nRFID工作原理 RFID的工作原理是：标签进入磁场后，如果接收到阅读器发出的特殊射频信号，就能凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(即Passive Tag，无源标签或被动标签)，或者主动发送某一频率的信号(即Active Tag，有源标签或主动标签)，阅读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。 nRFID系统组成 射频识别系统至少应包括以下两个部分，一是读写器读写器，二是电子标签电子标签(或称射频卡、应答器等，本文统称为电子标签)。另外还应包括天线，主机等。RFID系统在具体的应用过程中，根据不同的应用目的和应

19、用环境，系统的组成会有所不同，但从RFID系统的工作原理来看，系统一般都由信号发射机信号发射机、信号接收机信号接收机、发射接收天线接收天线几部分组成。RFID技术概述n应用范畴 一套完整的RFID系统解决方案包括标签设计及制作工艺、天线设计、系统中间件研发、系统可靠性研究、读卡器设计和示范应用演示六部分。可以广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理和身份认证等多个领域，而在仓储物流管理、生产过程制造管理、智能交通、网络家电控制等方面更是引起了众多厂商的关注。n应用案例 全球最大的零售商沃尔玛的一项“要求其前100家供应商在2005年1月之前向其配送中心发送货盘和包装箱时使用RFID技

20、术，2006年1月前在单件商品中使用这项技术”的决议，把RFID再次推到了聚光灯下。 其他：美国智能化监狱 、电子芯片身份证等RFID技术概述RFID的技术改革的技术改革n1940-1950年：雷达的改进和应用催生了射频识别技术，1948年奠定了射频识别技术的理论基础。n1950-1960年：早期射频识别技术的探索阶段，主要处于实验室实验研究。 n1960-1970年：射频识别技术的理论得到了发展，开始了一些应用尝试。 n1970-1980年：射频识别技术与产品研发处于一个大发展时期，各种射频识别技术测试得到加速。出现了一些最早的射频识别应用。 n1980-1990年：射频识别技术及产品进入商

21、业应用阶段，各种规模应用开始出现。 n1990-2000年：射频识别技术标准化问题日趋得到重视，射频识别产品得到广泛采用，射频识别产品逐渐成为人们生活中的一部分。 n至今，射频识别技术的理论得到丰富和完善。单芯片电子标签、多电子标签识读、无线可读可写、无源电子标签的远距离识别、适应高速移动物体的射频识别技术与产品正在成为现实并走向应用。物联网与RFID技术RFID技术在智能交通领域的应用nRFID智能交通管理系统工作原理 RFID智能交通管理系统的工作原理很简单，在系统工作过程中，阅读器(Reader)首先通过天线发送加密数据载波信号到动车上固化的电子标签也就是所谓的应答器(Transpond

22、er)，应答器的工作电路被激活，之后再将载有车辆信息的加密载波信号发射出去，此时阅读器便依序接收解读数据，送给应用程序做相应的处理，完成预设的系统功能和自动识别，实现车辆的自动化管理。 n应用范围 在机动车辆证照管理业务上的应用 ； 在交通流检测及交通违章取证上的应用 ； 在交通意外救援和特殊车辆监控上的应用 ； 在不停车收费中的应用；在测速上的应用；RFID技术在智能交通领域的应用n成功案例 射频识别的应用案例比较成功的有铁路的车辆调度铁路的车辆调度。铁道部在中国铁路车号自动识别系统建设中，推出了完全拥有自主知识产权的远距离自动识别系统。过去，国内铁路车头的调度都是靠手工统计进行，费人费时还

23、不够准确，造成资源极大浪费，铁道部在采用RFID技术以后，实现了统计的实时化、自动化，降低了管理成本，提高了资源利用率 。 武汉市城市路桥不停车收费路桥不停车收费系统集成（09年9月17日招标）项目。车辆首先申请安装电子标签和IC卡，在通过路桥隧道前，驶入ETC专用车道，系统会自动识别，计算车辆行驶费用，直接从IC卡上扣除通行费。交易完成后，车道电动栏杆自动升起，放行车辆。“六桥一隧一环”实现不停车收费，需要新建63条ETC车道和19条人工收费车道，配套建设卡管中心1个、全功能网点21个、充值服务网点10个等，总投资3.28亿元。物联网前景n物联网已经进入实践和发展阶段n中美的较量 美国总统奥

24、巴马新上任后第一项重要的技术议题即是物联网，美国要主动物联网的技术； 09年8月，中国国务院总理温总理调研无锡时，对无锡传感中心高度关注，提出把传感网络中心设在无锡、辐射全国的想法。并指出：在传感网发展中要早一点谋划未来、早一点攻破核心技术。（ 备注：在中国物联网又叫传感网。）备注：在中国物联网又叫传感网。） 中美两国政府、企业界均在物联网标准制定上力求主动，获得未来技术的领导地位。n物联网的前景就如同几十年前刚刚兴起局域网一样，谁也不敢肯定之后局域网会发展成现在的互联网。物联网在中国的发展n中科院1999年启动了传感网研究，与其它国家相比具有同发优势； n中国的无线通信网络已覆盖了广大城乡；

25、n拥有从材料、技术、器件、系统到网络的完整产业链；n09年8月，温总理调研无锡时，对无锡传感中心高度关注，提出把传感网络中心设在无锡、辐射全国的想法并指出：在传感网发展中早一点谋划未来 、早一点攻破核心技术；n“感知中国”项目；n纵观：中国的技术研发水平处于世界前列，具有重大的影响力。在世界传感网领域，中国与德国、美国、韩国一起，成为国际标准制定的主导国之一 。掌握“物联网”的世界话语权，不仅体现在技术领先，更在于我国是世界上少数能实现产业化的国家之一。物联网的应用待解决的问题应用案例及探讨 在中国物联网已经进入实践阶段并取得了良好的经济和社会效益。 日前，无锡传感网中心的传感器产品在上海浦东国际机场和上海世博会被成功应用首批1500万元的传感安全防护设备销售成功，设备由10万个微小传感器组成，散布在墙头墙角及路面传感器能根据声音、图像、震动频率等信息分析判断，爬上墙的究竟是人还是猫狗等动物。多种传感手段组成一个协同系统后，可以防止人员的翻越、偷渡、恐怖袭击等攻击性入侵。由于效率高于美国和以色列的 “防入侵产品”，国家民航总局正式发文要求，全国民用机场都要采用国产传感网防入侵系统。若全国近200家民用机场都加装防入侵系统，将产生上百亿的市场规模 。 智能家电：当你走近家门口时，门自动打开，进屋后灯光自动亮起，离开后自动关闭。当你未发现冰箱的问题时，家电公司已经派人上门维修了