基于RFID技術(shù)的校園一卡通系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)-11-1

1、專 業(yè) 學(xué) 位 碩 士 學(xué) 位 論 文基于RFID技術(shù)的校園一卡通系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)Design and implementation of Campus One-card System Based on RFID Technology作 者 姓 名： 郭 創(chuàng) 工 程 領(lǐng) 域： 軟件工程 學(xué) 號(hào)： 41117430 指 導(dǎo) 教 師： 完 成 日 期： 2013年7月 大連理工大學(xué)Dalian University of Technology大連理工大學(xué)學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明作者鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行研究工作所取得的成果。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用內(nèi)容和致謝的地方外，本

2、論文不包含其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表的研究成果，也不包含其他已申請(qǐng)學(xué)位或其他用途使用過的成果。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的貢獻(xiàn)均已在論文中做了明確的說明并表示了謝意。若有不實(shí)之處，本人愿意承擔(dān)相關(guān)法律責(zé)任。學(xué)位論文題目： 基于RFID技術(shù)的校園一卡通系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 作 者 簽 名 ： 日期： 年 月 日大連理工大學(xué)專業(yè)學(xué)位碩士學(xué)位論文摘 要隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與在應(yīng)用上的推廣與普及，以及現(xiàn)在的社會(huì)對(duì)于能源節(jié)約、環(huán)境保護(hù)、工作效率等各方面理念上的認(rèn)知，使得人們?cè)谧詣?dòng)識(shí)別、自動(dòng)控制、智能行為等方面的應(yīng)用需求上不斷的顯現(xiàn)出來，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、傳感器、數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲(chǔ)、分析應(yīng)用等相互結(jié)合、協(xié)調(diào)發(fā)

3、展的基礎(chǔ)上，物聯(lián)網(wǎng)概念也就順勢(shì)而起，得到了前所未有的發(fā)展機(jī)遇、機(jī)會(huì)和動(dòng)力。本文從物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展過程開始，介紹了現(xiàn)階段應(yīng)用中的相關(guān)物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)。如標(biāo)識(shí)技術(shù)、識(shí)別技術(shù)等，并對(duì)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)和對(duì)比。并結(jié)合學(xué)校的具體情況進(jìn)行的物聯(lián)網(wǎng)在校園應(yīng)用中的相關(guān)問題分析與實(shí)現(xiàn)時(shí)方法的設(shè)想。本文的主要內(nèi)容包括：一、學(xué)校內(nèi)各種公共場合的節(jié)能環(huán)保自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析與實(shí)現(xiàn)。教室照明與風(fēng)扇的自動(dòng)控制、樓道夜晚照明的自動(dòng)控制等。二、校園內(nèi)各部門的各種計(jì)費(fèi)或統(tǒng)計(jì)相關(guān)證件的統(tǒng)一（一卡通系統(tǒng)）。這是一種較成熟的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，各地的城市一卡通都有不同的結(jié)合應(yīng)用系統(tǒng)。我在本地公交與銀行結(jié)合發(fā)行的一卡通的基礎(chǔ)上，分析問題，使用現(xiàn)有

4、的性價(jià)比上各方都能接受的一種標(biāo)識(shí)技術(shù)、閱讀技術(shù)相結(jié)合及在現(xiàn)有各部門的數(shù)據(jù)庫之間進(jìn)行連通就能夠較容易實(shí)現(xiàn)的一種校園一卡通系統(tǒng)。“一卡在手，校內(nèi)無憂?！边@是物聯(lián)網(wǎng)在校園內(nèi)成功應(yīng)用的遠(yuǎn)景目標(biāo)。三、結(jié)合校園一卡通系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)學(xué)生動(dòng)態(tài)信息的查詢統(tǒng)計(jì)。如宿舍夜不歸宿人員統(tǒng)計(jì)、學(xué)生進(jìn)出校園時(shí)間的計(jì)錄與統(tǒng)計(jì)、危險(xiǎn)區(qū)域人員進(jìn)出情況計(jì)錄統(tǒng)計(jì)等。關(guān)鍵詞：射頻識(shí)別；數(shù)據(jù)庫；一卡通技術(shù)；物聯(lián)網(wǎng)- I - Design and implementation of Campus One-card System Based on RFID TechnologyAbstractWith the continuous develo

5、pment of science and technology in the promotion and popularization of applications, as well as the present society for energy conservation, environmental protection, efficiency and other aspects of cognitive concept, making it the automatic recognition, automatic control, intelligent behavior, etc.

6、 the application of the continuous demand manifested, in computer networks, sensors, data acquisition, transmission, storage, analysis and applications combined with each other and coordinated development, based on the concept of things also homeopathy, has been an unprecedented development opportun

7、ity and motivation.In this paper, the development process begins things, describes the application of the relevant stage of Things technology. Such as identification technology, identification technology, transmission technology, and related technologies are summarized, contrast. Combined with the s

8、pecific circumstances of the schools campus networking applications in analysis and implementation issues related to the idea when the method.The main contents include:A school of various public energy saving automatic control system design analysis and implementation. Classroom lighting and fan aut

9、omatic control, corridor lighting at night automatic control.Second, the various departments within the campus or statistics related billing documents unity (card system). This is a more mature networking technologies over a city card has a different combination of applications. I combine the local

10、bus bank card issued on the basis of analysis of the problem, using existing cost acceptable to all parties on an identification technique, reading technology combined with various departments and the existing connectivity between databases on can more easily achieve a campus card system. One card i

11、n hands, worry-free campus. This is the Internet of Things in the successful application of the campus vision.Third, the combination of campus card system. Students realize dynamic information query statistics. Statistics such as quarters staff night out, and out of school time students count record

12、 and statistics, out of the situation taking into account the hazardous area personnel record statistics.Key Words： RFID; Data Base; One-card Technology; Internet of Things - V -目 錄摘 要IAbstractII1 緒論11.1 背景和意義11.2 應(yīng)用現(xiàn)狀21.3 本文研究的主要內(nèi)容21.4 本文的組織結(jié)構(gòu)22 主要技術(shù)概述42.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)42.1.1 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展歷程62.1.2 物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)72.2 射頻

13、識(shí)別技術(shù)82.2.1 RFID的發(fā)展歷程102.2.2 RFID系統(tǒng)的組成102.2.3 電子標(biāo)簽112.2.4 閱讀器112.2.5 工作頻率122.3 其它識(shí)別技術(shù)132.3.1 條形碼技術(shù)132.3.2 生物識(shí)別技術(shù)142.4 RFID技術(shù)與其它幾種技術(shù)對(duì)比表142.5 物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用142.5.1 上海浦東機(jī)場應(yīng)用系統(tǒng)152.5.2 京津冀高速公路不停車收費(fèi)系統(tǒng)152.5.3 EPC應(yīng)用系統(tǒng)162.6 物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展方向172.7 本章小結(jié)183 校園一卡通的需求分析193.1 需求分析193.1.1 社會(huì)環(huán)境需求分析203.1.2 應(yīng)用狀況分析203.2 建設(shè)校園一卡通系統(tǒng)的意義224 校

14、園一卡通的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)244.1 校園一卡通系統(tǒng)的總體技術(shù)架構(gòu)244.1.1 硬件平臺(tái)架構(gòu)264.1.2 軟件平臺(tái)架構(gòu)274.2 校園一卡通系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)284.2.1 校園一卡通數(shù)據(jù)中心284.2.2 身份認(rèn)證中心294.2.3 小額消費(fèi)結(jié)算中心294.2.4 校銀財(cái)務(wù)系統(tǒng)294.3 各子系統(tǒng)功能描述294.3.1 校園智能卡管理子系統(tǒng)294.3.2 食堂消費(fèi)子系統(tǒng)304.3.3 宿舍門禁子系統(tǒng)304.3.4 查詢子系統(tǒng)314.4 一卡通數(shù)據(jù)中心的詳細(xì)設(shè)計(jì)314.4.1 硬件架構(gòu)314.4.2 數(shù)據(jù)庫表單設(shè)計(jì)324.4.3 校園智能卡的分類334.4.4 校園智能卡的發(fā)放334.4.5 校

15、園智能卡的選取344.6 圖書管理子系統(tǒng)354.6.1 硬件構(gòu)成354.6.2 數(shù)據(jù)表單設(shè)計(jì)364.6.3 圖書館E-R圖374.6.4 讀者管理374.6.5 圖書管理384.6.6 借閱管理384.6.7 上機(jī)閱覽394.7 小額消費(fèi)系統(tǒng)394.7.1 消費(fèi)子系統(tǒng)硬件架構(gòu)394.7.2 食堂消費(fèi)流程394.7.3 數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)414.8 宿舍管理子系統(tǒng)414.8.1 系統(tǒng)組成414.8.2 系統(tǒng)特點(diǎn)424.8.3 工作原理435 系統(tǒng)的測(cè)試455.1 一卡通數(shù)據(jù)中心模塊測(cè)試455.1.1 測(cè)試設(shè)計(jì)455.1.2 測(cè)試結(jié)果455.2 圖書模塊測(cè)試455.2.1 測(cè)試設(shè)計(jì)455.2.2 測(cè)試結(jié)果

16、465.3 消費(fèi)模塊測(cè)試465.3.1 測(cè)試設(shè)計(jì)465.3.2 測(cè)試結(jié)果465.4 宿舍模塊測(cè)試465.4.1 測(cè)試設(shè)計(jì)465.4.2 測(cè)試結(jié)果47結(jié) 論48參 考 文 獻(xiàn)49致 謝51大連理工大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書521 緒論隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，催生出了一個(gè)新的概念物聯(lián)網(wǎng)，它的出現(xiàn)引發(fā)了又一場全球性的產(chǎn)業(yè)革命，正推動(dòng)著各國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與人類社會(huì)的進(jìn)步。而信息化是當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展的大趨勢(shì)，信息化水平已成為衡量一個(gè)國家綜合國力與現(xiàn)代化水平的主要標(biāo)志。物聯(lián)網(wǎng)，顧名思義就物與物相互聯(lián)的一種網(wǎng)絡(luò)。它從出現(xiàn)到現(xiàn)今一直在高速并迅速的發(fā)展著，現(xiàn)在已在多個(gè)領(lǐng)域內(nèi)得到了大量的廣泛甚至是普及

17、性的應(yīng)用。它以不在是高高在上的一個(gè)神秘事物，正在不繼的進(jìn)入人類的日常生活而被人們所熟知與感受。1.1 背景和意義近些年隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，各類學(xué)校都開通了功能較齊全，性能較優(yōu)越的局域網(wǎng)的典型校園網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)上的一種擴(kuò)展和延伸，在校園上運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已具備最基本的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。隨著傳感器的大量廣泛使用，尤其是在監(jiān)控、節(jié)能、門禁、一卡通、圖書管理等領(lǐng)域的大量應(yīng)用與普及，物聯(lián)網(wǎng)在校園內(nèi)運(yùn)用的低端感知基礎(chǔ)已較完備。阜陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院的校園網(wǎng)具有了兩路出口，核心校園網(wǎng)絡(luò)的48小時(shí)續(xù)航能力，并且完成了不完部門和區(qū)域的子網(wǎng)劃分與隔離，校園內(nèi)各部門服務(wù)器也已架設(shè)完成且經(jīng)過了兩年的運(yùn)行檢驗(yàn)。校園一

18、卡通的網(wǎng)絡(luò)底層基礎(chǔ)完備。教室內(nèi)節(jié)電孤島也已完成，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)升級(jí)和改造可行性已經(jīng)具備。近年來，節(jié)能環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的不斷提出和全國全社會(huì)的不斷關(guān)注。而另一方面，年青人在意識(shí)思想上有了相關(guān)的概念，但在行動(dòng)上的短缺。在學(xué)校表現(xiàn)為相關(guān)公共場所，主要表現(xiàn)在教室內(nèi)的長明燈，不停地轉(zhuǎn)動(dòng)的電扇。甚至于一些公共物品的人為損壞。這種現(xiàn)象與當(dāng)前所提出的“環(huán)保、節(jié)能、節(jié)約”的大理念相背。本文的意義在于通過物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用，在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行相關(guān)物的識(shí)別、定位，結(jié)合一卡通系統(tǒng)進(jìn)行校內(nèi)食堂消費(fèi)、宿舍門禁、圖書借還、學(xué)生位置定位及跟蹤、教學(xué)考勤等一系列的事情，使學(xué)校對(duì)學(xué)生的動(dòng)態(tài)、出勤、夜宿等狀況有更方便的一種

19、及時(shí)得出過程與方法。另外對(duì)學(xué)生而言，一卡通的應(yīng)用，使學(xué)生在校園內(nèi)的生活更加方便，真的可做到“一卡在手，校園任走”，而不是現(xiàn)在的各部門都有各自的一種卡，圖書卡、食堂卡、上機(jī)卡等。1.2 應(yīng)用現(xiàn)狀學(xué)校已建成了功能齊全、高效率的校園網(wǎng)，并對(duì)校園網(wǎng)內(nèi)不同區(qū)域進(jìn)行了子網(wǎng)的劃分與分隔。分隔依據(jù)以功能區(qū)分和建筑相結(jié)合進(jìn)行。如：辦公后勤、圖書館、教學(xué)部門等，而在教學(xué)部門中，又根據(jù)教學(xué)樓的不同再次劃分為：教學(xué)樓、生化樓、綜合樓等。校園網(wǎng)內(nèi)做到了建筑群系統(tǒng)的光纖連接，建筑物內(nèi)超五類銅纜布線的全面覆蓋的無縫網(wǎng)絡(luò)布局。物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層傳輸基礎(chǔ)完全具備。校園內(nèi)已經(jīng)完成了周邊監(jiān)控、重點(diǎn)區(qū)域監(jiān)控、危險(xiǎn)區(qū)域入口監(jiān)控的全面監(jiān)控系

20、統(tǒng)。在各教室和辦公房間內(nèi)也已全部布設(shè)孤島式的傳感器應(yīng)用。如：人體紅外感應(yīng)傳感器、光照亮度感應(yīng)傳感器，溫度感應(yīng)傳感器等。并且這些孤島多是兩種傳感器的組合應(yīng)用而非單一傳感器的應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)的感知層已初具規(guī)模。學(xué)校已建成教學(xué)教務(wù)管理系統(tǒng)，食堂也建成了飯卡管理系統(tǒng)，圖書館也建成了圖書借還管理系統(tǒng)，不過現(xiàn)在這些數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)還沒有做到數(shù)據(jù)的連網(wǎng)與數(shù)據(jù)的同步更新，它們是各自運(yùn)行各自的，互不通信孤島。但在這幾個(gè)系統(tǒng)中學(xué)生號(hào)基本上都是各自數(shù)據(jù)的關(guān)鍵字，它們具有了數(shù)據(jù)合一的基礎(chǔ)。1.3 本文研究的主要內(nèi)容本文主要是從以下幾個(gè)方面來進(jìn)行校園網(wǎng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的。通過對(duì)現(xiàn)有的幾種數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的歸納，進(jìn)行整合，架設(shè)一

21、個(gè)整合后統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，原各數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)都與新整合的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進(jìn)行不同程度的連接或數(shù)據(jù)同步。做到在校園內(nèi)的一卡通的認(rèn)證與付費(fèi)消費(fèi)。1.4 本文的組織結(jié)構(gòu)本文主要是對(duì)在已經(jīng)具備了相關(guān)網(wǎng)絡(luò)、傳感器應(yīng)用、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)規(guī)模的校園網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行校園物聯(lián)網(wǎng)升級(jí)的理論思索想法和研究。討論了傳感器與現(xiàn)有系統(tǒng)的對(duì)接，孤島數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)一后的運(yùn)行方式，傳感器與相關(guān)技術(shù)的協(xié)同配合工作。并進(jìn)行了相關(guān)的理論論證。網(wǎng)絡(luò)感應(yīng)未端的完善，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)化融合，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)間的互通同步是重點(diǎn)。各章內(nèi)容安排如下：第一章主要是對(duì)課題研究的背景和意義的認(rèn)知描述，并對(duì)論文的主要內(nèi)容和各章安排做了簡要的介紹。第二章著重介紹了國內(nèi)外物聯(lián)網(wǎng)的

22、發(fā)展歷史、物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)、物聯(lián)網(wǎng)研究的現(xiàn)狀。同時(shí)介紹了射頻識(shí)別技術(shù)。從射頻識(shí)別技術(shù)的組成結(jié)構(gòu)、發(fā)展歷程等方向，結(jié)合校園一卡通系統(tǒng)的應(yīng)用，對(duì)射頻識(shí)別技術(shù)進(jìn)行了較全面的分析。最后對(duì)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的方向進(jìn)行了展望。并對(duì)本單進(jìn)行了小結(jié).。第三章分析了校園一卡通系統(tǒng)在校園內(nèi)需求分析、可行性分析等工作及校園一卡通系統(tǒng)建設(shè)的意義。第四章講述了校園一卡通系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)及其子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作。包括了對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的更改，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的增加，運(yùn)行時(shí)的流程與安全等。并結(jié)合相關(guān)技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展方向。 第五章對(duì)本文中的系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試?？偨Y(jié)。對(duì)本文的工作進(jìn)行了回顧性的總結(jié)。對(duì)本文中還沒有進(jìn)行了的工作給出了目標(biāo)和時(shí)間。同時(shí)對(duì)校園一卡

23、通系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行了展望?？偨Y(jié)本文在寫作中的設(shè)計(jì)運(yùn)行中遇到的一些問題及通過實(shí)踐得到驗(yàn)證或在別的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域中的應(yīng)用中得到驗(yàn)證的方法。還有就是現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)還存在的各種不可避免的技術(shù)難題及相關(guān)聯(lián)人員的思想顧慮等相關(guān)問題。2 主要技術(shù)概述2.1 物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)是在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、智能化技術(shù)等科學(xué)技術(shù)，在達(dá)到一定的發(fā)展高度以后，并且在人們對(duì)現(xiàn)實(shí)生活的舒適條件的不斷要求下產(chǎn)生的一個(gè)新的技術(shù)應(yīng)用概念。它從誕生的那一時(shí)刻就是一個(gè)科技時(shí)代下的技術(shù)概念。物聯(lián)網(wǎng)（Internet Of Things，IOT）是在1999年提出的。當(dāng)時(shí)人們提出，凡是具有獨(dú)立尋址能力的物體都能夠作為網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)個(gè)信息處理的結(jié)點(diǎn)

24、存在，它們之間通過現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行相互連接，而形成的一種全新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)1。這種網(wǎng)絡(luò)因?yàn)榫邆淞巳齻€(gè)重要的基本特征，機(jī)遇被認(rèn)為是對(duì)現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用所進(jìn)行的一種更加廣泛的應(yīng)用的一種擴(kuò)展。這三個(gè)特征分別為：普通對(duì)象的設(shè)備化、自治終端的互聯(lián)化和信息服務(wù)的智能化。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在未來發(fā)展方向上的核心內(nèi)容將體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的應(yīng)用創(chuàng)新上，而其靈魂則是主要是通過以圍繞用戶的體驗(yàn)上的創(chuàng)新來表現(xiàn)的。物聯(lián)網(wǎng)作為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的深層次的發(fā)展應(yīng)用，最早也是由于軍事的需求而建立并發(fā)展起來的，隨著傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和無線傳輸技術(shù)的不斷快速發(fā)展，它的應(yīng)用不再局限于軍事等高精密領(lǐng)域，正在向大眾化、社會(huì)化的各個(gè)領(lǐng)域快速的普及應(yīng)用。

25、而物聯(lián)網(wǎng)在當(dāng)下的發(fā)展?fàn)顩r，也使它成為現(xiàn)代社會(huì)繼計(jì)算機(jī)技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及信息通信技術(shù)之后的新一輪科技發(fā)展新領(lǐng)域2，3。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，人們的生活出現(xiàn)了很大的變化，人與人之間的距離不斷縮小，而生活的各方面發(fā)生了巨大的變化。人們對(duì)信息存在形式、傳遞方式以及處理信息和利用信息方式與手段也都有了翻天覆地的認(rèn)識(shí)上的變化。這一變化主要是由這第三次浪潮革命由互聯(lián)網(wǎng)到物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)變革的產(chǎn)生而帶來的。在2003年2 月技術(shù)評(píng)論雜志評(píng)出了對(duì)人類未來生活影響深遠(yuǎn)的十大新興技術(shù)中，傳感器網(wǎng)絡(luò)占居榜首。而無論是傳感器還是無線傳感網(wǎng)絡(luò)都是物聯(lián)網(wǎng)中的重要的組成部分。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)更是物聯(lián)網(wǎng)的雛形，被認(rèn)為是

26、當(dāng)下振興經(jīng)濟(jì)與確立競爭能力優(yōu)勢(shì)的戰(zhàn)略性關(guān)鍵技術(shù)。為現(xiàn)今世界各國關(guān)注，成為信息技術(shù)發(fā)展的前沿和研究熱點(diǎn)。物聯(lián)網(wǎng)就是通過運(yùn)用各種單一類型的傳感器或復(fù)雜集成化傳感器，來對(duì)一些事物進(jìn)行實(shí)時(shí)的目標(biāo)監(jiān)測(cè)與感知識(shí)別，對(duì)當(dāng)前環(huán)境的各種信息或?qū)δ繕?biāo)對(duì)像的相關(guān)信息進(jìn)行采集，并通過集成或嵌入式系統(tǒng)對(duì)信息進(jìn)行必要的加工處理，再通過網(wǎng)絡(luò)將感知、收集到的信息傳送到數(shù)據(jù)中心，對(duì)數(shù)據(jù)再進(jìn)行二次加工與挖掘后與用戶終端相配合運(yùn)行的一種智能化的網(wǎng)絡(luò)。無論在哪種應(yīng)用領(lǐng)域中，都包含了對(duì)物的感知、識(shí)別，信息的采集、處理、傳遞，按照事先約定好的協(xié)議，把物與物、物與人、物與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互連的一種新型的關(guān)系，同時(shí)在它們之間能夠進(jìn)行交換信息并進(jìn)行通

27、信，從而用之進(jìn)行對(duì)物的識(shí)別、定位、跟蹤等相關(guān)的管理與利用。因特網(wǎng)出現(xiàn)，這使得世界上所有的計(jì)算機(jī)之間都能夠進(jìn)行無論是在時(shí)間上、還是在空間上的跨越式的交流與對(duì)話。從而也讓人與人之間的對(duì)話與交互，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的存在而發(fā)生的變化也是天翻覆地。而物聯(lián)網(wǎng)作為對(duì)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用擴(kuò)展的新網(wǎng)絡(luò)，它給當(dāng)前的世界帶來的改變是巨大的，這主要表現(xiàn)在現(xiàn)實(shí)世界中的信息的獲取、處理及反饋上。如物品與物品之間信息交換與傳遞、人與物品之間信息獲取與控制、人與自然環(huán)境之間的信息獲取與利用等。通過布設(shè)下各種的傳感器，配備使用各種射頻識(shí)別電子標(biāo)簽（RFID標(biāo)簽）對(duì)物品的屬性進(jìn)行標(biāo)識(shí)與收集，并利用現(xiàn)有的全球定位以及激光掃描等技術(shù)與設(shè)備器件，有

28、機(jī)組合在一起，從而形成的一種極具智能化的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。它能夠通過相關(guān)的接口和各種的網(wǎng)絡(luò)相互連接并進(jìn)行信息的傳遞，從而完成人與物品、物品與物品之間的信息的智能化地獲取。物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)主要有以下幾個(gè)：智能化的感知識(shí)別技術(shù)、信息的傳輸交換技術(shù)及綜合的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)作為一種新型的綜合性的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，其網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)決定了物聯(lián)網(wǎng)既是一種獨(dú)立于各種固有網(wǎng)絡(luò)之外的，具有自有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，通信協(xié)議的新型網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)，由于它具有的開放性的接口技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)又可與現(xiàn)有的固有的網(wǎng)絡(luò)，如互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)等網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行無縫隙的對(duì)接，使網(wǎng)絡(luò)間的通信不存在障礙。物聯(lián)網(wǎng)與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的之間是一種重疊交錯(cuò)的關(guān)系。從而形成了如下圖2

29、.1所示的廣域綜合性網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。物聯(lián)網(wǎng)的開展步驟主要如下：首先是對(duì)物體本質(zhì)的屬性進(jìn)行抽象歸納和特性標(biāo)識(shí)。生活中的每一個(gè)物品都有其本質(zhì)的屬性特點(diǎn)，人們可以在實(shí)際的應(yīng)用中根據(jù)需要通過抽象分析，歸納總結(jié)出物品的固有若干特性，這些特性的集合就組成了一個(gè)物品的模型。這些屬性根據(jù)人們認(rèn)識(shí)物體的獲取途徑及存儲(chǔ)方式的不同，大體上被分為靜態(tài)屬性和動(dòng)態(tài)屬性兩種。其中直接存儲(chǔ)在物品特性標(biāo)簽內(nèi)的是其靜態(tài)屬性，而通過各種傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)得到的物體的實(shí)時(shí)特性是其動(dòng)態(tài)屬性。其次是對(duì)物品的識(shí)別。通過相關(guān)的具有識(shí)別功能的機(jī)器設(shè)備，從對(duì)應(yīng)目標(biāo)上獲取相應(yīng)的物體屬性，并將取得的信息為了方便的使用與網(wǎng)絡(luò)傳輸而進(jìn)行對(duì)應(yīng)的處理與轉(zhuǎn)換。最后再把

30、信息傳送到相關(guān)的數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行識(shí)別比對(duì)。圖2.1 物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)與其他網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)關(guān)系圖Fig 2.1 Diagram of Related Technology of Internet of Things and Network Architecture2.1.1 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展歷程1995年比爾蓋茨在未來之路一書中首次提出“物聯(lián)網(wǎng)”一詞，但由于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及傳感器技術(shù)等軟硬件條件的限制，未能引起人們的普遍關(guān)注。1999年，美國麻省理工學(xué)院（MIT）的Auto-ID實(shí)驗(yàn)室明確提出了“物聯(lián)網(wǎng)”的概念，但當(dāng)時(shí)就是運(yùn)用RFID技術(shù)的射頻識(shí)別標(biāo)簽對(duì)所粘貼物品的相關(guān)信息的記錄，也就是“電子產(chǎn)品編碼網(wǎng)絡(luò)（E

31、PC Network）”。同年，在美國召開的移動(dòng)計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)國際會(huì)議上，參會(huì)人員再次指出，傳感網(wǎng)絡(luò)將是人類在21世記新時(shí)期所要面臨的一個(gè)全新的發(fā)展機(jī)遇。傳感網(wǎng)的重要性得到學(xué)術(shù)界的充分肯定。2003年，美國技術(shù)評(píng)論進(jìn)行了對(duì)人類未來生活影響深遠(yuǎn)的十大新興技術(shù)的評(píng)選活動(dòng)，在這次的活動(dòng)評(píng)選中，傳感器網(wǎng)絡(luò)的得票獨(dú)占鰲頭。但是“物聯(lián)網(wǎng)”的概念的正式提出是在2005年，國際電信聯(lián)盟在突尼斯舉辦了全球信息社會(huì)世界大會(huì)，在這次大會(huì)上，國際電信聯(lián)盟通過并出臺(tái)發(fā)表了著名的報(bào)告ITU互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005：物聯(lián)網(wǎng)。在這次出臺(tái)并發(fā)表的報(bào)告中首次提出了物聯(lián)網(wǎng)的概念并對(duì)物聯(lián)網(wǎng)作出了明確的定義說明：物聯(lián)網(wǎng)就是一種是通過不同的傳感器

32、設(shè)備和先進(jìn)的通信技術(shù)（如傳感器元件和技術(shù)、射頻識(shí)別（RFID）設(shè)備和技術(shù)、全球定位設(shè)備和技術(shù)等）實(shí)時(shí)的對(duì)物品的屬性和狀態(tài)等進(jìn)行識(shí)別與采集，同時(shí)與互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，從而形成的一個(gè)功能更加強(qiáng)大與全面的新型的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)目的在于實(shí)現(xiàn)了實(shí)物與實(shí)物之間、人與實(shí)物之間、甚至所有的能夠?qū)ぶ返奈锲分g都能夠通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，從而能夠方便地達(dá)到對(duì)要監(jiān)測(cè)物品的進(jìn)行識(shí)別、定位和管理控制等4，5。2009年溫家寶總理就提出“感知中國”的理論概念，而且不止一次的在相關(guān)科技調(diào)研會(huì)議上加以強(qiáng)調(diào)，并同時(shí)指出了我國的物聯(lián)網(wǎng)未來產(chǎn)業(yè)的發(fā)展構(gòu)想。自從“感知中國”的概念被溫總理提出后，物聯(lián)網(wǎng)在中國受到了極大的社會(huì)關(guān)

33、注，甚至作為我國五大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)而被寫入我國的“政府工作報(bào)告”，同時(shí)社會(huì)上的一些前沿科技研究所也專門成立了物聯(lián)網(wǎng)研究項(xiàng)目小組，專門進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用方面的開發(fā)和研究。這樣的關(guān)注程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了美國、歐盟及其他經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家。繼我國五大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)被提出以后，2010年9月，國務(wù)院關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定中提出了新一輪搶占世界經(jīng)濟(jì)、科技制高點(diǎn)國家發(fā)展戰(zhàn)略，其中確定了七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，明確表示要將物聯(lián)網(wǎng)作為新一代具有戰(zhàn)略性信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)。并根據(jù)該決定，我國發(fā)改委、工信部會(huì)同多個(gè)相關(guān)的技術(shù)、產(chǎn)業(yè)部門，展開當(dāng)前時(shí)期急需解決的信息技術(shù)的研究，同時(shí)聯(lián)合社會(huì)力量組建了專門研究新一代信息技術(shù)的部門。

34、國家也根據(jù)信息技術(shù)發(fā)展需求及時(shí)發(fā)布了相關(guān)的扶持政策與措施，進(jìn)一步推動(dòng)了我國信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。2.1.2 物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)是一種包括了通信技術(shù)、電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種技術(shù)的綜合應(yīng)用，形式復(fù)雜多樣。根據(jù)數(shù)據(jù)信息的生成、傳輸、處理與應(yīng)用為原則，我們把物聯(lián)網(wǎng)劃分成不同的層次。從物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)架構(gòu)組成上來分，是由感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層三結(jié)構(gòu)組成。如圖2.2所示為物聯(lián)網(wǎng)的三層模型及相關(guān)技術(shù)的結(jié)構(gòu)框架圖。感知層：是對(duì)物品的識(shí)別與感知。這是物聯(lián)網(wǎng)的最低層，應(yīng)用RFID閱讀器、紅外感應(yīng)器、溫度感應(yīng)器、光亮感應(yīng)器、監(jiān)控?cái)z像等對(duì)指定區(qū)域內(nèi)的相關(guān)物體動(dòng)態(tài)或環(huán)境參數(shù)進(jìn)行獲取并進(jìn)行一定的加工并在相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行傳遞

35、及深加工再利用。也就是說這一層是讓物品“開口說話”的。是聯(lián)系物理世界與信息世界的紐帶。這層中應(yīng)用的技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)。主要有對(duì)象的智能標(biāo)簽、環(huán)境監(jiān)控和對(duì)象跟蹤等6，7。圖2.2 物聯(lián)網(wǎng)的三層模型Fig 2.2 Three Layer Model of the Internet of Things對(duì)象的智能標(biāo)簽。這是一種通過條碼技術(shù)、磁條技術(shù)、IC卡技術(shù)、RFID技術(shù)等對(duì)特定的對(duì)象進(jìn)行標(biāo)識(shí)的一種方法。這主要用來對(duì)個(gè)體對(duì)象（如在生活中我們使用的各種智能卡等）進(jìn)行區(qū)分的技術(shù)與方法。它的最基本用途之一通過對(duì)物品的本質(zhì)屬性標(biāo)識(shí)，形成屬于該物品的唯一的用于區(qū)別于其他物品的信息。此外，智能標(biāo)簽還可在子分

36、區(qū)中存儲(chǔ)物品的外廷性信息，用以對(duì)物品所包含的擴(kuò)展信息的標(biāo)識(shí)（例如各種智能卡上的余額信息等，條碼中所包含的各種信息等）。網(wǎng)絡(luò)層：是為數(shù)據(jù)傳輸提供一條安全、可靠、時(shí)延可控的路徑。該層處理的主要內(nèi)容是信息的傳送，也即是說網(wǎng)絡(luò)層的主要功能是實(shí)現(xiàn)信息的傳送和通信。而在信息的傳送中所使用的網(wǎng)絡(luò)不外乎就是各種類的專用網(wǎng)絡(luò)及公眾網(wǎng)絡(luò)，所以說網(wǎng)絡(luò)層是建立在企業(yè)或行業(yè)的專用網(wǎng)，發(fā)及電信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等公用網(wǎng)絡(luò)之上的，而在現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用中一般都是包含了這里所列的兩大類網(wǎng)絡(luò)的。從技術(shù)實(shí)現(xiàn)上來看主要有有線通信和無線通信兩大類8。無線通信也可根據(jù)距離劃分為：短距離和長距離兩類。短距離無線接入技術(shù)包括：ZigBee等無線網(wǎng)狀網(wǎng)、R

37、FID、WIFI 等。長距離無線接入技術(shù)包括：GSM、CDMA（2G、3G）、衛(wèi)星通信等。應(yīng)用層：相關(guān)行業(yè)內(nèi)的專業(yè)技術(shù)的深度優(yōu)化與整合都是發(fā)生在這一層上的，主要是用來對(duì)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)。只有在與行業(yè)實(shí)際需求相結(jié)合才能夠充分地為實(shí)現(xiàn)行業(yè)的智能化、及與行業(yè)專業(yè)的深度優(yōu)化，才能最終為用戶提供更完善與合理的應(yīng)用級(jí)服務(wù)。應(yīng)用層還可進(jìn)一步的細(xì)分為兩個(gè)功能相對(duì)獨(dú)立的小層次：中間件層與應(yīng)用服務(wù)層。在這兩個(gè)小層次中，中間件層是連接網(wǎng)絡(luò)層與應(yīng)用服務(wù)層間的信息傳遞接口層和能力調(diào)用。應(yīng)用服務(wù)則是各種類型具體而實(shí)際的應(yīng)用服務(wù)9。對(duì)象的智能控制。物聯(lián)網(wǎng)是在云計(jì)算技術(shù)和智能網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)上搭建的綜合性的應(yīng)用平臺(tái)，可以根據(jù)傳感器對(duì)

38、物品的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所得到的大量的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、判斷，最終作出智能決策，并根據(jù)決策結(jié)果對(duì)所控制的對(duì)象進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的調(diào)整，使其更加人性化、智能化（例如通過光敏傳感器對(duì)光亮度的強(qiáng)弱的監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)不同光照強(qiáng)度下對(duì)路燈的開關(guān)進(jìn)行自動(dòng)控制等）。物聯(lián)網(wǎng)各層之間既是相互獨(dú)立的又有著緊密的聯(lián)系。在綜合應(yīng)用層以下，同一層次上的不同技術(shù)之間是一種相互補(bǔ)充的關(guān)系，它們適用于不同的環(huán)境，從而構(gòu)成該層次技術(shù)的全套應(yīng)對(duì)的策略。而不同層次提供的各種技術(shù)，可根據(jù)應(yīng)用的需求進(jìn)行相應(yīng)的組合與配置來構(gòu)成完整的解決方案。因此，在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)使用的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行選擇時(shí)，一定要以具體應(yīng)用為導(dǎo)向，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)實(shí)的具體應(yīng)用需求和應(yīng)用環(huán)境來進(jìn)行

39、選擇和合當(dāng)前應(yīng)用的感知技術(shù)、聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及信息處理技術(shù)。2.2 射頻識(shí)別技術(shù)射頻識(shí)別（即Radio Frequency Identification，縮寫為RFID），是利用射頻信號(hào)通過空間耦合實(shí)現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達(dá)到自動(dòng)識(shí)別目的一種高科技新技術(shù)。它是通過芯片來提供存儲(chǔ)在其中的大量的“無形”信息的，改變了條碼只能依靠“有形”的一維或二維幾何圖案來提供信息的方式。射頻識(shí)別系統(tǒng)主要的組成部分包括以下的三個(gè)部分，分別為：標(biāo)識(shí)標(biāo)簽、閱讀應(yīng)答器及傳送天線。而系統(tǒng)組成中最主要的部分還是標(biāo)識(shí)標(biāo)簽與閱讀應(yīng)答器，在這兩部分的配合下，就能夠完成了對(duì)物品基本特征信息向標(biāo)簽中的寫入工作、從標(biāo)簽中的讀取物品

40、特征信息的工作以及對(duì)物品的識(shí)別工作等。RFID的工作原理是：當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入某個(gè)閱讀器磁場空間之后，就能在感應(yīng)電流的供能下，將存儲(chǔ)在芯片內(nèi)的信息通過天線進(jìn)行發(fā)送。可以根據(jù)提供能量的不同方式而劃分為無源標(biāo)簽（Passive Tag，被動(dòng)標(biāo)簽）和有源標(biāo)簽（Active Tag，主動(dòng)標(biāo)簽）。這種信息由閱讀器接收后，再通過閱讀器中的解碼器進(jìn)行解碼，然后再送到信息處理系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)的處理及進(jìn)一步的應(yīng)用。而RFID應(yīng)用系統(tǒng)在實(shí)際的具體應(yīng)用中，由于應(yīng)用系統(tǒng)完成的目的和應(yīng)用系統(tǒng)所運(yùn)行的外界環(huán)境的不確定性與隨機(jī)性等，在系統(tǒng)的具體組成上也需要作出相應(yīng)的變化與調(diào)整，只有這樣才能夠最大程度的滿足用戶的實(shí)際需要。信號(hào)

41、發(fā)送器：在RFID系統(tǒng)中，信號(hào)傳輸器在不同的應(yīng)用程序中，由于應(yīng)用的目的的不同，而以不同的形式存在，而標(biāo)簽（ TAG ）是其最典型的存在形式之一。 RFID智能標(biāo)簽同條形碼標(biāo)簽一樣都是利用了標(biāo)簽來對(duì)物品的相關(guān)的屬性進(jìn)行標(biāo)記的編碼并進(jìn)行存儲(chǔ)的一種信息識(shí)別技術(shù)。而不同之處則是RFIF標(biāo)簽必須能夠自動(dòng)或在外部條件因素的控制下實(shí)現(xiàn)發(fā)送存儲(chǔ)在標(biāo)簽內(nèi)的相關(guān)物品的信息。信號(hào)接收器：在RFID系統(tǒng)中，信號(hào)接收器，通常也被我們稱作為閱讀器。由于所在閱讀與識(shí)別的標(biāo)簽類型及完成的具體工作的不同，閱讀器在其復(fù)雜性上有著較為明顯的差異性。但其所具有的最基本的功能則是提供一種能夠用于讀取標(biāo)簽中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息，并根據(jù)情況進(jìn)行

42、相應(yīng)的處理和傳輸。此外，閱讀器還能夠提供精密的控制信號(hào)，奇偶校驗(yàn)錯(cuò)誤檢查和糾正等。 閱讀器與RFID標(biāo)簽之間的數(shù)據(jù)傳輸，是依據(jù)目標(biāo)所具有的信息并通過相關(guān)協(xié)議約束好的流程進(jìn)行的。只有在閱讀器得到正確的接收并解碼該信息的情況下，閱讀器才會(huì)能通過特定的算法來計(jì)算并確認(rèn)信號(hào)發(fā)射器發(fā)出信號(hào)是否需要重新傳輸。這就是當(dāng)前被從業(yè)人員叫的命令響應(yīng)協(xié)議，在這份協(xié)議的作用下，能保證閱讀器即使在很短的時(shí)間內(nèi)或較小的空間內(nèi)，即使同時(shí)讀取了多個(gè)標(biāo)簽也能夠有效地通過防碰撞算法，對(duì)標(biāo)簽的爭用沖突進(jìn)行回避，從而防止了因標(biāo)簽沖突而帶來的多重扣費(fèi)等問題。編碼器：只有當(dāng)應(yīng)用系統(tǒng)既要對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行寫入操作，同時(shí)還要對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行讀取操作的應(yīng)用

43、系統(tǒng)中才需要編碼器。所以編碼器是向標(biāo)簽內(nèi)寫數(shù)據(jù)時(shí)必不可少的重要元件。編碼器在對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行寫數(shù)據(jù)時(shí)，大多情況下都是工作在離線（OFF-LINE）的狀態(tài)下的，它是基于預(yù)先寫好的標(biāo)簽的，把標(biāo)簽直接粘貼到項(xiàng)目物品上。還有編碼器則是工作在（ON-LINE）狀態(tài)下。信號(hào)天線：特別是在電磁耦合型的標(biāo)簽和讀寫器設(shè)備之間要進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，天線就成為了一個(gè)必不可少的設(shè)備。在實(shí)際應(yīng)用中，信息傳遞時(shí)的功率、方向、速率等，都會(huì)對(duì)天線的形狀及安放時(shí)的相對(duì)位置產(chǎn)生較大的影響，因此，在在天線的選用上要結(jié)合實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的需求而進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。RFID的工作原理是：當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入某個(gè)閱讀器磁場空間之后，就能在感應(yīng)電流的供能下，將存

44、儲(chǔ)在芯片內(nèi)的信息通過天線進(jìn)行發(fā)送?？梢愿鶕?jù)提供能量的不同方式而劃分為無源標(biāo)簽（Passive Tag，被動(dòng)標(biāo)簽）和有源標(biāo)簽（Active Tag，主動(dòng)標(biāo)簽）。這種信息由閱讀器接收后，再通過閱讀器中的解碼器進(jìn)行解碼，然后再送到信息處理系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)的處理及進(jìn)一步的應(yīng)用。2.2.1 RFID的發(fā)展歷程RFID技術(shù)是由二戰(zhàn)時(shí)的敵我方飛機(jī)自動(dòng)識(shí)別（IFF）技術(shù)發(fā)展來的。到了二十世紀(jì)六十年代，人們對(duì)RFID的探索和研究才正式的拉開序幕。1964年，R. F. Harrington等人對(duì)RFID電磁理論進(jìn)行研究并發(fā)表了論文“Theory of Loaded Scatters”。這時(shí)期出現(xiàn)了商用的標(biāo)簽系

45、統(tǒng)，因?yàn)橹荒軝z測(cè)被標(biāo)識(shí)目標(biāo)是否存在，攜帶的信息較少，且多個(gè)物體存在時(shí)，無法分出被標(biāo)識(shí)物的差別。所以只是用于防止物體被偷竊問題。到了七十年代，人們開發(fā)出了適用于特殊場合的傳輸距離達(dá)到5米的被動(dòng)式標(biāo)簽原型。進(jìn)入八十年代，更加完善的RFID應(yīng)用開始大量出現(xiàn)。進(jìn)入九十年代以后，RFID技術(shù)的發(fā)展更是進(jìn)入一個(gè)快速發(fā)展的時(shí)期。2.2.2 RFID系統(tǒng)的組成圖2.3 RFID體系架構(gòu)Fig 2.3 RFID system architecture diagram典型的RFID技術(shù)系統(tǒng)主要有以下四部分組成：電子標(biāo)簽、天線、閱讀器、中間件、應(yīng)用系統(tǒng)10,11,12。RFID技術(shù)源于雷達(dá)技術(shù)，所以其工件原理和雷達(dá)

46、極為相似。閱讀器通過天線廣播額定頻率的電子信號(hào)，標(biāo)簽收到信號(hào)后，在磁場感應(yīng)電流的供電下，把自身標(biāo)簽內(nèi)部存儲(chǔ)的標(biāo)識(shí)信息以特定的頻率進(jìn)行廣播，閱讀器再通過天線接收并識(shí)別標(biāo)簽發(fā)回的信息并進(jìn)行處理，最后閱讀器再跟據(jù)處理結(jié)果，來決定是把信息識(shí)別結(jié)果發(fā)送給主機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)庫內(nèi)繼續(xù)操作還是對(duì)信息進(jìn)行丟棄。如下圖2.3所示為RFID系統(tǒng)體系架構(gòu)圖。2.2.3 電子標(biāo)簽標(biāo)簽，即電子標(biāo)簽（tag），又叫應(yīng)答器、射頻標(biāo)簽等。一般由耦合元件、芯片及微型天線等組成的，每個(gè)標(biāo)簽內(nèi)部都有一個(gè)唯一的電子編碼，用以對(duì)目標(biāo)對(duì)象進(jìn)行標(biāo)識(shí)。當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入RFID的閱讀器的讀取區(qū)域時(shí)，根據(jù)協(xié)議約定或憑借閱讀器發(fā)出的射頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)下發(fā)送出存儲(chǔ)在

47、芯片中的電子編碼（被動(dòng)式標(biāo)簽），或主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(hào)（主動(dòng)式標(biāo)簽）。表2.1 主動(dòng)標(biāo)簽與被動(dòng)標(biāo)簽的對(duì)比Tab 2.1 Comparison of active tags and passive tags主動(dòng)式被動(dòng)式能量來源自帶電源電磁感應(yīng)獲取工作距離可達(dá)10M一般20cm至40cm存儲(chǔ)容量16KB128B信號(hào)強(qiáng)度低高工作頻率高頻或超高頻低頻或高頻經(jīng)濟(jì)投入高低工作年限2至4年較長依據(jù)射頻標(biāo)簽工作所需能量的供給方式，可以將RFID系統(tǒng)分為：有源（卡片內(nèi)有鋰電池，主動(dòng)上傳ID號(hào)）、無源（通過讀卡器發(fā)出的感應(yīng)電流工作）和半有源系統(tǒng)（低頻喚醒、高頻傳輸）。 標(biāo)簽存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的方式主要有電可擦可編程只讀存

48、儲(chǔ)器（EEPROM），靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（SRAM）和鐵電隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（FRAM）。一般射頻識(shí)別系統(tǒng)主要采用EEPROM的存儲(chǔ)方式。下表2.1為主動(dòng)式標(biāo)簽與被動(dòng)式標(biāo)簽的特性的對(duì)比。2.2.4 閱讀器圖2.4 閱讀器在RFID系統(tǒng)中的位置Fig 2.4 Location of Readers in the RFID System閱讀器，又叫問詢器。它是RFID系統(tǒng)中的最重要也是最復(fù)雜 一個(gè)組件。它是實(shí)現(xiàn)在應(yīng)用系統(tǒng)與標(biāo)簽之間的數(shù)據(jù)交換的部件，用來讀取電子標(biāo)簽中的信息，并通過網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)或系統(tǒng)通訊相連接，并獲取信息和數(shù)據(jù)管理13。閱讀器與電子標(biāo)簽之間的命令與響應(yīng)均由應(yīng)用系統(tǒng)軟件來進(jìn)行控制的，并在應(yīng)

49、用系統(tǒng)軟件的控制下完成相應(yīng)的具體工作。該系統(tǒng)是一種主從式系統(tǒng)，作為主動(dòng)方的應(yīng)用系統(tǒng)軟件要先向閱讀器發(fā)出讀或?qū)懙闹噶?，而作為從?dòng)方的閱讀器，在收到應(yīng)用系統(tǒng)的讀或?qū)懼噶詈螅M(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作；即當(dāng)閱讀器接收到應(yīng)用系統(tǒng)軟件的動(dòng)作指令后，閱讀器才會(huì)對(duì)電子標(biāo)簽做出相應(yīng)動(dòng)作，并通過建立通信網(wǎng)絡(luò)，電子標(biāo)簽響應(yīng)閱讀器的指令。閱讀器在系統(tǒng)中所處地位如圖2.4所示。2.2.5 工作頻率RFID頻率是RFID系統(tǒng)的一個(gè)很重要的參數(shù)指標(biāo)，它決定了工作原理、通信距離、設(shè)備成本、天線形狀及應(yīng)用領(lǐng)域等各種因素。依據(jù)RFID的工作頻率可以分為低頻段射頻標(biāo)簽：典型工作頻率：125K，134K； 低頻標(biāo)簽的典型應(yīng)用有：畜牧養(yǎng)殖管理系統(tǒng)

50、中的動(dòng)物識(shí)別、自動(dòng)加油系統(tǒng)中的容器容量識(shí)別、汽車電子鎖的閉鎖防盜等。低頻段射頻標(biāo)簽的國際標(biāo)準(zhǔn)主要有：ISO11784/11785、ISO18000-2等。低頻電子標(biāo)簽有多種形式的外觀，耳釘式標(biāo)簽常常被應(yīng)用于動(dòng)物的識(shí)別上。讀卡距離應(yīng)在10厘米之內(nèi)，最遠(yuǎn)的不超過一米。低頻段射頻的主要優(yōu)點(diǎn)為采用了互補(bǔ)金屬氧化物（即CMOS）的半導(dǎo)體工藝技術(shù)。該半導(dǎo)體技術(shù)具有節(jié)省電能、價(jià)格低廉等的特點(diǎn)，由于低頻段射頻在頻譜資源中的特殊性，決定其工作頻率不在無線電頻率的管制約束的范圍內(nèi)；并能輕易穿透水、木材、有機(jī)組織等阻礙物而不會(huì)產(chǎn)生較大損耗；適合距離較近的、速度較低的、數(shù)據(jù)量要求較少的識(shí)別（例如：動(dòng)物識(shí)別）等。其缺點(diǎn)

51、則主要應(yīng)用于低速的物體且標(biāo)簽內(nèi)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)較少并且是在識(shí)別距離較小的情況下，并且卡的防復(fù)制性差，安全性很低等。高頻率電子標(biāo)簽：典型的工作頻率為：13.56MHz ，可以方便做成各種的卡片形狀。典型應(yīng)用包括：火車電子車票、二代居民身份證等。國際標(biāo)準(zhǔn)有：ISO14443、ISO15693、ISO18000-3（13.56MHz）等。優(yōu)點(diǎn)是通過對(duì)工作頻率的提高，提供較高數(shù)據(jù)傳輸速率以進(jìn)行大數(shù)據(jù)量的傳輸。由于RFID的硬件工藝要求及工作頻率范圍的特性，結(jié)合生產(chǎn)中的成本要求，一般將射頻標(biāo)簽天線的設(shè)計(jì)成卡片形狀，這樣使的得天線在制作是相對(duì)簡單容易。這種技術(shù)的讀卡距離一般情況下小于10厘米。超高頻與微波標(biāo)簽：典

52、型工作頻率為：433.92MHz，862(902)-928MHz，2.45GHz，5.8GHz。2.3 其它識(shí)別技術(shù)2.3.1 條形碼技術(shù)條形碼技術(shù)是在計(jì)算機(jī)得到了廣泛應(yīng)用后，伴隨著數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的應(yīng)用發(fā)展規(guī)模的不斷擴(kuò)大而產(chǎn)生的。在這一過程中人工效率的過慢，在應(yīng)用系統(tǒng)中的發(fā)展中，逐漸成為制約快速發(fā)展的瓶頸，為了解決向系統(tǒng)中輸入信息時(shí)，人工效率低下的狀況，人們提出并開發(fā)出來的一種高效輸入方法技術(shù)。這一技術(shù)包含了是條碼的編碼技術(shù)，條碼的讀取技術(shù)，信息的傳輸與處理技術(shù)等，這些技術(shù)都是經(jīng)過了一個(gè)相當(dāng)長的發(fā)展時(shí)間的技術(shù)，所以所涉及到的領(lǐng)域內(nèi)都有著較完善的應(yīng)用，但受到自身?xiàng)l件的制約，以及現(xiàn)在應(yīng)用系統(tǒng)的成熟，它

53、還在將未來的中穩(wěn)穩(wěn)的占有一席之地。條形碼系統(tǒng)由條形碼編碼庫、條形碼掃描閱讀設(shè)備、條形碼生成打印設(shè)備及對(duì)應(yīng)的應(yīng)用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。如上圖2.5所示為條形碼系統(tǒng)的構(gòu)成圖。目前，條形碼技術(shù)主要包括一維條形碼技術(shù)和二維條形碼技術(shù)兩種。一維條形碼由反射率相差很大的黑條（簡稱條）和白條（簡稱空）排成的平行線圖案。同時(shí)它也是最傳統(tǒng)的、最常見的一種條形碼技術(shù)，其閱讀原理為黑白兩種條紋對(duì)光線的反射率不同，使用特定設(shè)備進(jìn)行識(shí)讀并轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)兼容的二進(jìn)制信息。它是建立在編碼和數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，用以加快效率的一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。圖2.5 條形碼系統(tǒng)構(gòu)成圖Fig 2.5 Structure diagram of bar code

54、 system隨著信息技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)數(shù)據(jù)信息的安全性與可靠性要求越來越高，于是，在技術(shù)成熟的傳統(tǒng)一維條形碼基礎(chǔ)上將條形碼的表達(dá)信息方式從一維線性空間擴(kuò)展到二維平面空間，形成了安全性、可靠性更高的二維條形碼技術(shù)。二維條形碼是在一個(gè)平面的方形區(qū)域內(nèi)的（二維方向）上用某種特定的幾何圖形按一定規(guī)律分布的，從而形成的一種黑白相間的圖形來記錄相關(guān)信息的一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)23。閱讀原理也是利用了黑白兩種對(duì)光反射率大的特性進(jìn)行的。要求對(duì)應(yīng)的編碼方案數(shù)據(jù)庫與譯碼算法。表2.2 條碼與RFID對(duì)比表Tab 2.2 comparison of bar code and RFID類別條碼IC卡RFID卡信息的載體紙

55、、塑料薄膜、金屬表面EEPROMEEPROM攜帶的信息量小大大讀寫性只讀讀/寫讀/寫讀取方式CCD或光束掃描電擦除、寫入無線保密性很差好好智能化無有有抗干擾能力差好很好使用壽命較短長最長制作成本最低較高較低2.3.2 生物識(shí)別技術(shù)所謂生物識(shí)別技術(shù)就是，將每個(gè)人體本身所固有的區(qū)別于他人的生理特征（如手形、指紋、臉型、虹膜等）和獨(dú)特的行為習(xí)慣（如筆跡、聲音、步態(tài)等），利用生物傳感器采集大量的生物個(gè)體數(shù)據(jù)，結(jié)合生物統(tǒng)計(jì)學(xué)原理等計(jì)算機(jī)圖像處理、信息處理高科技手段來進(jìn)行個(gè)人身份識(shí)別鑒定一種技術(shù)。2.4 RFID技術(shù)與其它幾種技術(shù)對(duì)比表各種技術(shù)都有著自己的優(yōu)點(diǎn)，是不能夠被相互取代的。我們現(xiàn)在從資金投入的經(jīng)

56、濟(jì)性、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性、標(biāo)簽內(nèi)存儲(chǔ)的信息量、信息的安全性、標(biāo)簽的易損性等幾個(gè)方面來進(jìn)行如下的簡單對(duì)比。如表2.2所示。2.5 物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用自物聯(lián)網(wǎng)概念在我國提出以來，我國突入了極大的資源致力于該領(lǐng)域的研究，據(jù)預(yù)測(cè)在2015年前后，我國物聯(lián)網(wǎng)的整體市場規(guī)模將達(dá)到驚人的7500億元左右，年復(fù)合增長率超過30.0%。鑒于物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展帶來的巨大的經(jīng)濟(jì)效益和科研價(jià)值，早在2009年，便作為我國五大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)而被寫入我國的“政府工作報(bào)告”。物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)涉及了包括電子、軟件、通信和網(wǎng)絡(luò)等一系列相關(guān)的高科技行業(yè)，形成了一個(gè)規(guī)模龐大的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈，這些產(chǎn)業(yè)鏈的每一個(gè)環(huán)節(jié)又將進(jìn)一步細(xì)化形成相應(yīng)的市場，從而導(dǎo)致市場規(guī)模進(jìn)一步加大，為國家?guī)砭薮蟮氖找妗乙脖貙⒓哟笙嚓P(guān)的資源投入，制定相應(yīng)的政策扶持，促使其進(jìn)入科技產(chǎn)業(yè)化。因此，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)日趨成熟，必將造就一個(gè)龐大的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)市場。隨著，物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展和人們