RFID技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中擁有巨大的潛力

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

（注釋：麻省理工對物聯(lián)網(wǎng)的完整定義：通過射頻識別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定協(xié)議，把任何物品通過物聯(lián)網(wǎng)域名相連接，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。）

如果要問RFID技術(shù)的年齡，那需要回溯到二戰(zhàn)期間的歐洲。1940年至1941年，納粹德國對英國挑起了大規(guī)模空戰(zhàn)（“不列顛空戰(zhàn)”）。由于空戰(zhàn)中德國的“BF-109”戰(zhàn)機與英國的“颶風(fēng)MK.I”、“噴火MK.I”戰(zhàn)機十分相似，所以英國皇家空軍首先在戰(zhàn)機上使用RFID技術(shù)，用來識別出自家和盟軍的飛機。

而后幾十年間，RFID技術(shù)被陸續(xù)用在了商業(yè)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域：在百貨店內(nèi)做成電子標(biāo)簽，用于防盜和結(jié)算；做成頸環(huán)、腳環(huán)套在動物身上，便于跟蹤研究；現(xiàn)在，高速公路上的ETC收費系統(tǒng)已經(jīng)成為了收費站的一種標(biāo)配，它也是使用了RFID技術(shù)。如今RFID技術(shù)所涉及的行業(yè)領(lǐng)域，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了人們當(dāng)初的預(yù)計：包括農(nóng)業(yè)、工業(yè)、支付、零售、公共事業(yè)、安防等等。

（該圖摘自：《物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）核心技術(shù)教程》）

RFID技術(shù)定義

RFID技術(shù)，屬于自動識別技術(shù)中的電子標(biāo)簽技術(shù)（自動識別技術(shù)還包括“條碼/二維碼識別技術(shù)”、磁卡識別技術(shù)等等），是一種非接觸式的自動識別技術(shù)：通過射頻（無線）信號自動識別目標(biāo)對象（標(biāo)簽）并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。在各類行業(yè)應(yīng)用中，RFID技術(shù)實現(xiàn)了采集實體對象數(shù)據(jù)的功能。

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

EPC/RFID基本結(jié)構(gòu)

在90年代之前，RFID的應(yīng)用并不連接到互聯(lián)網(wǎng)，電子標(biāo)簽內(nèi)的數(shù)據(jù)都是企業(yè)或組織各自定義的。90年代提出的物聯(lián)網(wǎng)概念，其實就是在RFID技術(shù)基礎(chǔ)上，融入互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，并規(guī)范標(biāo)簽的編碼格式，建立跨越全球的、開放的EPC（產(chǎn)品電子代碼）系統(tǒng)。EPC系統(tǒng)和RFID技術(shù)相結(jié)合，被業(yè)內(nèi)認(rèn)為是物聯(lián)網(wǎng)雛形。

根據(jù)RFID技術(shù)結(jié)構(gòu)，業(yè)內(nèi)將EPC/RFID技術(shù)分成了兩個部分：“邊沿系統(tǒng)”和“軟件系統(tǒng)”。邊沿系統(tǒng)主要包括有電子標(biāo)簽、讀寫器；軟件系統(tǒng)主要是指應(yīng)用系統(tǒng)、中間件系統(tǒng)。雖然中間件系統(tǒng)屬于軟件系統(tǒng)，不過實質(zhì)上其各有一部分在“邊沿”和“軟件”兩側(cè)系統(tǒng)中，介于邊沿系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)之間。

如果將EPC/RFID技術(shù)架構(gòu)放在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)矩陣之中，可以將邊沿系統(tǒng)理解為“邊緣域”，而軟件系統(tǒng)理解為“云端域”。在邊沿系統(tǒng)中，主要是由讀寫器采集電子標(biāo)簽中物件數(shù)據(jù)，再通過中間件在網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)譯并獲取映射數(shù)據(jù)，最后送至應(yīng)用系統(tǒng)（高層軟件系統(tǒng)）。而應(yīng)用系統(tǒng)，則負(fù)責(zé)信息集中化的處理---應(yīng)用邏輯的實現(xiàn)。

然而，現(xiàn)今的很多RFID行業(yè)應(yīng)用基于成本和安全性的考量，依然沒有中間件和聯(lián)接互聯(lián)網(wǎng)的配置：數(shù)據(jù)在經(jīng)過讀寫器讀取后，直接送至私有網(wǎng)絡(luò)中的專用系統(tǒng)進行應(yīng)用處理。（本文介紹的RFID技術(shù)，主要針對EPC/RFID系統(tǒng)，具有物聯(lián)網(wǎng)特性的RFID系統(tǒng)）

EPC/RFID主要部件

1、電子標(biāo)簽

電子標(biāo)簽(ElectronicTag)也稱應(yīng)答器或智能標(biāo)簽(Smart Label)，其本質(zhì)上是一個微型的無線收發(fā)裝置，主要由內(nèi)置天線和芯片等電子元器件組成。通常情況下，電子標(biāo)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(tǒng)中的數(shù)據(jù)源。應(yīng)用中的大多數(shù)電子標(biāo)簽不配置電源，直接通過無線信號獲取能量。

在RFID電子標(biāo)簽最基本的元器件中，專用芯片主要用來存儲數(shù)據(jù)和實現(xiàn)控制功能，天線則用來感應(yīng)無線信號接收能量，并收發(fā)無線電信號。一部分電子標(biāo)簽自配電源，具備主動發(fā)射信號的能力。

2、讀寫器

讀寫器，也稱為閱讀器（Reader），用于讀取電子標(biāo)簽中的內(nèi)存信息，或者將信息寫入電子標(biāo)簽內(nèi)。讀寫器既可以是獨立的終端，也可以嵌入在其他系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)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(biāo)簽發(fā)送或讀取數(shù)據(jù)；

控制器，即微處理器，作為讀寫器的“大腦”，控制設(shè)備各部件實現(xiàn)應(yīng)用功能：獲取電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)，實現(xiàn)內(nèi)部信號轉(zhuǎn)換，與外部系統(tǒng)通信。

網(wǎng)絡(luò)通信模塊，負(fù)責(zé)與云端的數(shù)據(jù)通信，對上下行的數(shù)據(jù)進行封裝、解碼，實現(xiàn)路由轉(zhuǎn)送的功能。

I/O接口，與其它系統(tǒng)內(nèi)某塊或外圍設(shè)備通信。

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

3、RFID中間件

RFID中間件的誕生，一方面是為了解決RFID應(yīng)用系統(tǒng)中各類設(shè)備和軟件（電子標(biāo)簽、讀寫器、應(yīng)用服務(wù)器和操作系統(tǒng)）的異構(gòu)問題，另一方面使得RFID應(yīng)用更易于部署：滿足海量數(shù)據(jù)處理、分布式計算、開發(fā)效率、成本控制等等的需要。

RFID中間件將應(yīng)用過程中的通用功能進行封裝（源數(shù)據(jù)的采集/過濾/整合/傳送、互聯(lián)網(wǎng)路由解析和物品信息查詢），形成標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)（結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)）和能力接口向外部開放。通過中間件，應(yīng)用系統(tǒng)可以直接和讀寫器建立聯(lián)接，獲取電子標(biāo)簽相關(guān)信息，并在網(wǎng)絡(luò)中查詢其關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)。RFID中間件有效地降低了應(yīng)用的軟硬件架構(gòu)與維護的復(fù)雜性，實現(xiàn)敏捷開發(fā)、輕載運營。

RFID中間件功能往往不是由一臺實體設(shè)備實現(xiàn)的。各類RFID基本和拓展應(yīng)用功能，通常需要多臺相關(guān)設(shè)備（服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備），根據(jù)業(yè)務(wù)需求來部署實現(xiàn)。RFID中間件主要包括以下基本功能：讀寫器接口、網(wǎng)絡(luò)訪問接口（公網(wǎng)訪問接口）、應(yīng)用軟件接口、中間件功能模塊。

讀寫器接口、網(wǎng)絡(luò)訪問接口、應(yīng)用軟件接口，分別對接到邊緣網(wǎng)絡(luò)的終端和設(shè)備（電子標(biāo)簽、讀寫器）、互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)、內(nèi)部專用應(yīng)用系統(tǒng)。三個接口功能，實現(xiàn)了各方向上的信號連接和通信協(xié)議適配，并將數(shù)據(jù)集中到中間件功能模塊中做應(yīng)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(xiàn)數(shù)據(jù)映射轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)過濾、設(shè)備管理、業(yè)務(wù)控制、RFID基本應(yīng)用功能。其中，基本應(yīng)用功能包括提供EPC/RFID?的“名稱解析服務(wù)（IOT-NS）”和“信息發(fā)布服務(wù)（IOT-IS）”。

RFID中間件具有呈上其下的連接作用，提供RFID領(lǐng)域的基本工具、以及數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換和封裝服務(wù)，并向外（互聯(lián)網(wǎng)）開放能力，具有典型的物聯(lián)網(wǎng)平臺(Paas)特性。

目前，已經(jīng)有許多科技巨頭實現(xiàn)了RFID中間件類型的物聯(lián)網(wǎng)平臺的商業(yè)部署，包括IBM的“WebSphere”、微軟的“BizTalk RFID”、Oracle的“Xterprise”等等。

4、應(yīng)用系統(tǒng)

EPC/RFID技術(shù)使應(yīng)用系統(tǒng)可以連接到所有生產(chǎn)資料，進行集中化的設(shè)備管理和生產(chǎn)運營。

從技術(shù)原理來看，只要給實物對象（人、動植物、物品）一個唯一的ID標(biāo)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(biāo)識“人”），也可以是腳環(huán)、頸套（標(biāo)識“動物”），亦可以是汽車、快遞盒（標(biāo)識“物品”）。企業(yè)內(nèi)的各類生產(chǎn)信息系統(tǒng)都可以通過集成RFID技術(shù)，提高生產(chǎn)流程的“透明度”和“精細(xì)度”，提升監(jiān)控管理的“實時性”和“準(zhǔn)確性”，并實現(xiàn)各系統(tǒng)間、企業(yè)間的信息共享和互動，擴展應(yīng)用邊界、形成產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

RFID的應(yīng)用軟件包括商業(yè)應(yīng)用：客戶關(guān)系管理系統(tǒng)（CRM）、企業(yè)資源管理系統(tǒng)（ERP）、供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)（SCM）、倉庫管理系統(tǒng)（WMS）、訂單管理系統(tǒng)（OMS）、資產(chǎn)管理（AMS）、物流管理系統(tǒng)（LMS）等等，以及公共服務(wù)類應(yīng)用：ETC（不停車電子收費系統(tǒng)）、電子票證（例如一次性地鐵票）、門禁安保系統(tǒng)等等。

EPC/RFID的識讀流程

EPC/RFID系統(tǒng)所實現(xiàn)的功能，就是對RFID數(shù)據(jù)進行“識讀”的數(shù)據(jù)采集過程。識讀的基本過程如下：

1、??電子標(biāo)簽貼于物品上，當(dāng)物品靠近讀寫器時，電子標(biāo)簽在讀寫器的信號磁場內(nèi)產(chǎn)生各種類型的電磁耦合效應(yīng)并獲得能量（電能），通電后的電子標(biāo)簽開始與讀寫器進行信息交互：電子標(biāo)簽和讀寫器先相互進行安全認(rèn)證，而后由電子標(biāo)簽接受讀寫器指令回送其存儲的數(shù)據(jù)信息。

2、??讀寫器在收到電子標(biāo)簽內(nèi)的數(shù)據(jù)后，傳送給RFID中間件。標(biāo)簽內(nèi)的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)信息）。

3、??RFID中間件將讀寫器獲取的標(biāo)簽信息（EPC編碼），通過互聯(lián)網(wǎng)送至物聯(lián)網(wǎng)名稱解析服務(wù)（Internet of Things Name Service，IOT-NS）。IOT-NS在收到標(biāo)簽信息后，會根據(jù)EPC編碼中的“參考信息”找到相應(yīng)的服務(wù)器IP地址，該IP地址就是信息發(fā)布服務(wù)（Internet of Things InformationService，IOT-IS）的服務(wù)器地址。

（該步驟類似于互聯(lián)網(wǎng)的DNS-域名解析）

4、??IOT-IS服務(wù)器會根據(jù)RFID中間件送來的標(biāo)簽信息，查詢到對應(yīng)物品ID的詳細(xì)信息，并返回給RFID中間件。

5、??RFID中間件根據(jù)需要，將和物品相關(guān)的所有信息（電子標(biāo)簽信息、物品詳細(xì)信息、讀寫器的讀取情況等）送到應(yīng)用系統(tǒng)。應(yīng)用系統(tǒng)軟件在收到數(shù)據(jù)后會做出相應(yīng)處理：發(fā)出指令信號-控制執(zhí)行器動作，或?qū)F(xiàn)場狀態(tài)進行可視化界面呈現(xiàn)，或進行數(shù)據(jù)分析后出具業(yè)務(wù)報表等等。

這里介紹的識讀過程，是基于EPC/RFID的系統(tǒng)構(gòu)架。在大量的實際應(yīng)用中，RFID的行業(yè)應(yīng)用并沒有部署EPC系統(tǒng)功能：既沒有RFID中間件，也沒有基于互聯(lián)網(wǎng)的名稱解析服務(wù)和信息查詢服務(wù)。其采用了非聯(lián)網(wǎng)的模式：讀寫器在接收到電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)后，直接將其送到本地應(yīng)用服務(wù)器進行處理。

RFID和物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)對應(yīng)關(guān)系

EPC/RFID系統(tǒng)具有典型的物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)特性，從邊緣的設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)，到云端的中間件服務(wù)，都體現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)匯聚、開放共享的本質(zhì)屬性。

在RFID邊沿系統(tǒng)中，從物聯(lián)網(wǎng)接入云端的網(wǎng)絡(luò)模式來看，EPC/RFID技術(shù)屬于網(wǎng)關(guān)連接型的物聯(lián)網(wǎng)。網(wǎng)關(guān)連接型物聯(lián)網(wǎng)的連接設(shè)備，主要包括傳感器、轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點、網(wǎng)關(guān)設(shè)備，分別對應(yīng)EPC/RFID系統(tǒng)中的電子標(biāo)簽、讀寫器、RFID中間件或網(wǎng)關(guān)路由器。

（備注：1、“轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點”是指：在物聯(lián)網(wǎng)邊緣網(wǎng)絡(luò)中，實現(xiàn)多種通信協(xié)議轉(zhuǎn)換的網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備。2、和“網(wǎng)關(guān)連接型”對應(yīng)的云端接入方式是“直接連接型”，即物聯(lián)網(wǎng)終端直連云服務(wù)系統(tǒng)。）

1、? 電子標(biāo)簽-物聯(lián)網(wǎng)終端

“電子標(biāo)簽”負(fù)責(zé)存儲物品數(shù)據(jù)，雖然它并沒有感知的功能，但其在應(yīng)用中的角色和傳感器類似，屬于“數(shù)據(jù)源”-終端設(shè)備。

2、? 讀寫器-物聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點

RFID的“讀寫器”是物聯(lián)網(wǎng)的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點設(shè)備。讀寫器很容易被誤解為傳感器設(shè)備，但實時上它并非傳感器：讀寫器讀取電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)所采用的是無線通信技術(shù)，數(shù)據(jù)在電子標(biāo)簽內(nèi)按照RFID通信標(biāo)準(zhǔn)，先經(jīng)過編碼、調(diào)制等步驟處理，再通過天線轉(zhuǎn)換成無線信號向讀寫器發(fā)送；讀寫器接收到無線信號后，同樣需要按照RFID通信標(biāo)準(zhǔn)，對信號進行解調(diào)、譯碼和放大等系列操作，而獲得標(biāo)簽數(shù)據(jù)。讀寫器在獲得標(biāo)簽數(shù)據(jù)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(fā)”，實現(xiàn)通信協(xié)議轉(zhuǎn)換以及在局部區(qū)域中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，在物聯(lián)網(wǎng)邊緣網(wǎng)絡(luò)中，即稱為“轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點”（例如：將標(biāo)簽數(shù)據(jù)從“無線信號”轉(zhuǎn)換為“RS232串口信號”，送到后端服務(wù)器）。

3、? 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備

在邊緣網(wǎng)絡(luò)中，RFID實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)連接，主要有兩種方式:

A、讀寫器具備通信協(xié)議棧和互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用功能，可以將標(biāo)簽數(shù)據(jù)直接送至互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)器。在這種情況下，讀寫器同時具備物聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點和網(wǎng)關(guān)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(shù)據(jù)送至本地網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、網(wǎng)關(guān)路由器或中間件設(shè)備等其它網(wǎng)絡(luò)服務(wù)設(shè)備，再由這些網(wǎng)絡(luò)服務(wù)設(shè)備將數(shù)據(jù)進一步處理并送至互聯(lián)網(wǎng)。在此讀寫器屬于物聯(lián)網(wǎng)中的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點，不承擔(dān)物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)功能。而轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)至互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)設(shè)備即為物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備。

4、? ? RFID中間件-物聯(lián)網(wǎng)平臺

在RFID軟件系統(tǒng)中，RFID中間件封裝了基本的RFID功能（IOT-NS、IOT-IS、數(shù)據(jù)過濾和格式轉(zhuǎn)換、讀寫設(shè)備管理等），解決了各廠家設(shè)備的兼容性問題，統(tǒng)一了相關(guān)系統(tǒng)之間通信標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)格式，實現(xiàn)各類設(shè)備和系統(tǒng)間的無縫對接，支持實時動態(tài)地進行數(shù)據(jù)傳遞。RFID中間件，其實就是專用的物聯(lián)網(wǎng)平臺，偏重于物聯(lián)網(wǎng)平臺的連接服務(wù)。各類軟件應(yīng)用部署在RFID中間件上，則可以更加地“輕載”和“靈活”。

EPC/RFID系統(tǒng)所構(gòu)建的是一個全球化的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，是一個以RFID信息采集技術(shù)為基礎(chǔ)的、結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（EPC系統(tǒng)）的、開放共享的大系統(tǒng)。借助這個系統(tǒng)工具，各生產(chǎn)分工環(huán)節(jié)上的企業(yè)能夠更緊密地協(xié)同合作，產(chǎn)品的生產(chǎn)流水線更具有彈性和張力，企業(yè)內(nèi)部資源能夠更有效地和外部資源聯(lián)動，提升商業(yè)軟實力。