CIMS基本知識(shí)與支撐技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)

1、專題一：CIMS基本知識(shí)與支撐技術(shù)(下)朱海平機(jī)械學(xué)院制造裝備數(shù)字化國(guó)家工程中心/工業(yè)工程系現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)概述RFID無線傳感器網(wǎng)絡(luò)2022/9/42物聯(lián)網(wǎng)的起源與發(fā)展1995年比爾蓋茨在未來之路一書中就已經(jīng)提及類似于物品互聯(lián)的想法，只是當(dāng)時(shí)受限于無線網(wǎng)絡(luò)、硬件及傳感設(shè)備的發(fā)展，并未引起重視。物聯(lián)網(wǎng)的起源與發(fā)展1999年，美國(guó)麻省理工大學(xué)Auto-ID研究中心的創(chuàng)建者之一的Kevin Ashton教授在他的一個(gè)報(bào)告中首次使用了“Internet of Things”這個(gè)短語Auto-ID中心的目標(biāo)就是在Internet的基礎(chǔ)上建造一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與物品（objects）之

2、間的互聯(lián)，這里的物品包括各種各樣的硬件設(shè)備、軟件、協(xié)議等等。物聯(lián)網(wǎng)的起源與發(fā)展1999年至2003年，物聯(lián)網(wǎng)方面的工作局限于實(shí)驗(yàn)室中，這一時(shí)期的主要工作集中在物品身份的自動(dòng)識(shí)別，如何減少識(shí)別錯(cuò)誤和提高識(shí)別效率是關(guān)注的重點(diǎn)。2003年，“EPC決策研討會(huì)”在芝加哥召開。作為物聯(lián)網(wǎng)方面第一個(gè)國(guó)際會(huì)議，該研討會(huì)得到了全球90多個(gè)公司的大力支持。從此，物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)工作開始走出實(shí)驗(yàn)室。EPC: Electronic Product Code (產(chǎn)品電子代碼)物聯(lián)網(wǎng)的起源與發(fā)展經(jīng)過工業(yè)界與學(xué)術(shù)界的共同努力，2005年物聯(lián)網(wǎng)終于大放異彩。這一年，國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）發(fā)布了題為ITU互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005：物聯(lián)網(wǎng)

3、的報(bào)告，物聯(lián)網(wǎng)概念開始正式出現(xiàn)在官方文件中。物聯(lián)網(wǎng)的起源與發(fā)展從此以后，物聯(lián)網(wǎng)獲得跨越式的發(fā)展，美國(guó)、中國(guó)、日本以及歐洲一些國(guó)家紛紛將發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施列為國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展計(jì)劃的重要內(nèi)容。在美國(guó)，IBM提出了“智慧地球”的構(gòu)想，其中物聯(lián)網(wǎng)是不可缺少的一部分，2009年1月，美國(guó)將其提升到國(guó)家戰(zhàn)略。物聯(lián)網(wǎng)的起源與發(fā)展在歐洲，2009年6月，歐盟在比利時(shí)首都布魯塞爾向歐洲議會(huì)、歐洲理事會(huì)、歐洲經(jīng)濟(jì)與社會(huì)委員會(huì)和地區(qū)委員會(huì)提交了以物聯(lián)網(wǎng)歐洲行動(dòng)計(jì)劃為題的公告，其目的是希望歐洲通過構(gòu)建新型物聯(lián)網(wǎng)管理框架來引領(lǐng)世界物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。 物聯(lián)網(wǎng)的起源與發(fā)展歐盟委員會(huì)提出物聯(lián)網(wǎng)的三方面特性：第一，不能簡(jiǎn)單的將物聯(lián)網(wǎng)看做

4、互聯(lián)網(wǎng)的延伸，物聯(lián)網(wǎng)建立在特有基礎(chǔ)設(shè)施上，將是一系列新的獨(dú)立系統(tǒng)，當(dāng)然，部分基礎(chǔ)設(shè)施仍要依存于現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)。第二，物聯(lián)網(wǎng)將伴隨新的業(yè)務(wù)共同發(fā)展；第三，物聯(lián)網(wǎng)包括了多種不同的通信模式，物與人通信，物與物通信，其中特別強(qiáng)調(diào)了包括機(jī)對(duì)機(jī)通信（M2M）。物聯(lián)網(wǎng)的起源與發(fā)展在我國(guó)，2009年8月溫家寶總理視察無錫中科院物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研發(fā)中心時(shí)指出并強(qiáng)調(diào)，要盡快突破物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)，把傳感技術(shù)和TD的發(fā)展結(jié)合起來此后，我國(guó)官方對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的多次提議和眾多規(guī)劃表示我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展已正式提上議事日程。物聯(lián)網(wǎng)概念 物聯(lián)網(wǎng)的英文名稱為“The Internet of Things”，由該名稱可見，物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)

5、網(wǎng)”從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上看，物聯(lián)網(wǎng)就是通過Internet將眾多信息傳感設(shè)備與應(yīng)用系統(tǒng)連接起來并在廣域網(wǎng)范圍內(nèi)對(duì)物品身份進(jìn)行識(shí)別的分布式系統(tǒng)。 物聯(lián)網(wǎng)概念物聯(lián)網(wǎng)的概念是在1999年提出的。當(dāng)時(shí)基于互聯(lián)網(wǎng)、RFID技術(shù)、EPC標(biāo)準(zhǔn)，在計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用射頻識(shí)別技術(shù)、無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)等，構(gòu)造了一個(gè)實(shí)現(xiàn)全球物品信息實(shí)時(shí)共享的實(shí)物互聯(lián)網(wǎng)“Internet of things”（ IOT，簡(jiǎn)稱物聯(lián)網(wǎng)）。物聯(lián)網(wǎng)定義及組成 1. 物聯(lián)網(wǎng)定義目前較為公認(rèn)的物聯(lián)網(wǎng)的定義是：通過射頻識(shí)別（RFID）裝置、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，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通

6、信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)每個(gè)而不是每種物品能夠被唯一標(biāo)識(shí)后，利用識(shí)別、通信和計(jì)算等技術(shù)，在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上，構(gòu)建的連接各種物品的網(wǎng)絡(luò)，就是人們常說的物聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)定義及組成 物聯(lián)網(wǎng)中的“物”的涵義要滿足以下條件才能夠被納入“物聯(lián)網(wǎng)”的范圍： 要有相應(yīng)信息的接收器； 要有數(shù)據(jù)傳輸通路； 要有一定的存儲(chǔ)功能； 要有CPU；物聯(lián)網(wǎng)定義及組成 要有操作系統(tǒng)； 要有專門的應(yīng)用程序； 要有數(shù)據(jù)發(fā)送器； 遵循物聯(lián)網(wǎng)的通信協(xié)議； 在世界網(wǎng)絡(luò)中有可被識(shí)別的唯一編號(hào)。物聯(lián)網(wǎng)定義及組成 2.物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展與形成物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展跟互聯(lián)網(wǎng)是分不開的，主要兩個(gè)層面的意思：物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互

7、聯(lián)網(wǎng)，它是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展;第二，物聯(lián)網(wǎng)是比互聯(lián)網(wǎng)更為龐大的網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)連接延伸到了任何的物品和物品之間，這些物品可以通過各種信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)連接在一起，進(jìn)行更為復(fù)雜的信息交換和通信。物聯(lián)網(wǎng)定義及組成 3 物聯(lián)網(wǎng)的三大特征 一般認(rèn)為,物聯(lián)網(wǎng)具有以下的三大特征: 全面感知利用RFID 、傳感器、二維碼等隨時(shí)隨地獲取物體的信息?？煽總鬟f通過無線網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)的融合，將物體的信息實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地傳遞給用戶。物聯(lián)網(wǎng)定義及組成 智能處理利用云計(jì)算、數(shù)據(jù)挖掘以及模糊識(shí)別等人工智能技術(shù)，對(duì)海量的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行分析和處理，對(duì)物體實(shí)施智能化的控制。物聯(lián)網(wǎng)概念模型 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概論物聯(lián)網(wǎng)是典型的交叉學(xué)科，它

8、所涉及的核心技術(shù)包括IPv6技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)、傳感技術(shù)、RFID智能識(shí)別技術(shù)、無線通信技術(shù)等。因此，從技術(shù)角度講，物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)主要涉及的專業(yè)有：計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程、電子與電氣工程、電子信息與通訊、自動(dòng)控制、遙感與遙測(cè)、精密儀器、電子商務(wù)等等。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概論物聯(lián)網(wǎng)3層結(jié)構(gòu)感知層 智能嵌入式 標(biāo)識(shí)、感知 協(xié)同、互動(dòng)網(wǎng)絡(luò)層 融合接入 信息存儲(chǔ)應(yīng)用層 數(shù)據(jù)挖掘 決策物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概論物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)體系框架 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系 1. 感知、網(wǎng)絡(luò)通信和應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù) 傳感和識(shí)別技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)感知物理世界獲取信息和實(shí)現(xiàn)物體控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器將物理世界中的物理量、化學(xué)量、生物量轉(zhuǎn)化成可供處理的數(shù)字信號(hào)。識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)

9、中物體標(biāo)識(shí)和位臵信息的獲取。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)主要實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)信息和控制信息的雙向傳遞、路由和控制.重點(diǎn)包括低速近距離無線通信技術(shù)、低功耗路由、自組織通信、無線接入M2M 通信增強(qiáng)、IP 承載技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳送技術(shù)、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合接入技術(shù)以及認(rèn)知無線電技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系 海量信息智能處理綜合運(yùn)用高性能計(jì)算、人工智能、數(shù)據(jù)庫(kù)和模糊計(jì)算等技術(shù)，對(duì)收集的感知數(shù)據(jù)進(jìn)行通用處理，重點(diǎn)涉及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、并行計(jì)算、數(shù)據(jù)挖掘、平臺(tái)服務(wù)、信息呈現(xiàn)等。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系 面向服務(wù)的體系架構(gòu)（Service-oriented Architecture ，SOA）是一種松耦合的軟件組件技術(shù)，它將應(yīng)用程序的不同功能模塊

10、化，并通過標(biāo)準(zhǔn)化的接口和調(diào)用方式聯(lián)系起來，實(shí)現(xiàn)快速可重用的系統(tǒng)開發(fā)和部署。SOA 可提高物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的擴(kuò)展性，提升應(yīng)用開發(fā)效率，充分整合和復(fù)用信息資源。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系 2. 支撐技術(shù) 物聯(lián)網(wǎng)支撐技術(shù)包括嵌入式系統(tǒng)、微機(jī)電系統(tǒng)（Micro ElectroMechanical Systems，MEMS）、軟件和算法、電源和儲(chǔ)能、新材料技術(shù)等。 微機(jī)電系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器、執(zhí)行器、處理器、通信模塊、電源系統(tǒng)等的高度集成，是支撐傳感器節(jié)點(diǎn)微型化、智能化的重要技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系 嵌入式系統(tǒng)是滿足物聯(lián)網(wǎng)對(duì)設(shè)備功能、可靠性、成本、體積、功耗等的綜合要求，可以按照不同應(yīng)用定制裁剪的嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)物體智

11、能的重要基礎(chǔ)。軟件和算法是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)功能、決定物聯(lián)網(wǎng)行為的主要技術(shù)，重點(diǎn)包括各種物聯(lián)網(wǎng)計(jì)算系統(tǒng)的感知信息處理、交互與優(yōu)化軟件與算法、物聯(lián)網(wǎng)計(jì)算系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)與軟件平臺(tái)研發(fā)等。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系 電源和儲(chǔ)能是物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵支撐技術(shù)之一，包括電池技術(shù)、能量?jī)?chǔ)存、能量捕獲、惡劣情況下的發(fā)電、能量循環(huán)、新能源等技術(shù)。 新材料技術(shù)主要是指應(yīng)用于傳感器的敏感元件實(shí)現(xiàn)的技術(shù)。傳感器敏感材料包括濕敏材料、氣敏材料、熱敏材料、壓敏材料、光敏材料等。新敏感材料的應(yīng)用可以使傳感器的靈敏度、尺寸、精度、穩(wěn)定性等特性獲得改善。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系 3. 共性技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)共性技術(shù)涉及網(wǎng)絡(luò)的不同層面，主要包括架構(gòu)技術(shù)、標(biāo)識(shí)和解析、安全和隱私

12、、網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)等。 物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)技術(shù)目前處于概念發(fā)展階段。物聯(lián)網(wǎng)需具有統(tǒng)一的架構(gòu)，清晰的分層，支持不同系統(tǒng)的互操作性，適應(yīng)不同類型的物理網(wǎng)絡(luò)，適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)特性。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系 標(biāo)識(shí)和解析技術(shù)是對(duì)物理實(shí)體、通信實(shí)體和應(yīng)用實(shí)體賦予的或其本身固有的一個(gè)或一組屬性，并能實(shí)現(xiàn)正確解析的技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)和解析技術(shù)涉及不同的標(biāo)識(shí)體系、不同體系的互操作、全球解析或區(qū)域解析、標(biāo)識(shí)管理等。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系 安全和隱私技術(shù)包括安全體系架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)、“智能物體”的廣泛部署對(duì)社會(huì)生活帶來的安全威脅、隱私保護(hù)技術(shù)、安全管理機(jī)制和保證措施等。網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)重點(diǎn)包括管理需求、管理模型、管理功能、管理協(xié)議等。為實(shí)現(xiàn)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)

13、廣泛部署的智能物體的管理，需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)功能和適用性分析，開發(fā)適合的管理協(xié)議。 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)概述RFID無線傳感器網(wǎng)絡(luò)2022/9/432什么是RFIDRFID （Radio Frequency Identification）即無線射頻識(shí)別技術(shù)，是一種通信技術(shù)，可通過無線電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)。RFID可開發(fā)出許多新的應(yīng)用領(lǐng)域，被視為最可能帶動(dòng)下一波產(chǎn)業(yè)革命的技術(shù)之一。33一套完整的RFID系統(tǒng),由三個(gè)部份所組成：閱讀器(Reader)、電子標(biāo)簽(Tag)、應(yīng)用軟件系統(tǒng)(Software system)。其工作原理是：Reader發(fā)射一特定頻率的無線電波能量給Tag,用以驅(qū)動(dòng) Ta

14、g電路將內(nèi)部的數(shù)據(jù)送出，此時(shí)Reader便依序接收解讀數(shù)據(jù), 送給應(yīng)用程序做相應(yīng)的處理。 ReaderTagSoftware systemRFID系統(tǒng)工作原理穿透性：非接觸，非可視化遠(yuǎn)距離：可達(dá)3-10m多點(diǎn)同時(shí)讀取：無須逐一掃描，同時(shí)讀取150個(gè)目標(biāo)可重復(fù)讀和寫：并可識(shí)別移動(dòng)目標(biāo)無方向性：作用范圍內(nèi)，任意方向，均可讀取標(biāo)識(shí)能力：IPv6，可給地球上每平方米6.5*10E+23個(gè)地址耐環(huán)境性：在水、油、黑暗或臟污環(huán)境中，也可讀取數(shù)據(jù)安全：先進(jìn)的標(biāo)簽級(jí)別的安全加密編碼和算法缺點(diǎn)：無法穿透金屬RFID技術(shù)特點(diǎn)1897年： 發(fā)明無線電1880年： 對(duì)電磁場(chǎng)的基本理解1922年 ：雷達(dá)技術(shù)誕生1950

15、年 ：RFID在實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用1950年 ：航空業(yè)開始使用1970年 ：RFID的商業(yè)應(yīng)用1960年 ：EAS的發(fā)明19701980年 ：工業(yè)自動(dòng)化和動(dòng)物識(shí)別的應(yīng)用1987年 ：電子收費(fèi)系統(tǒng)在挪威應(yīng)用1990年 ：RFID開始在美國(guó)變熱，美國(guó)鐵路開始使用1990年 ：在SCM和企業(yè)系統(tǒng)中應(yīng)用2000年 ：沃爾瑪開始籌備使用2003年 ：EPC標(biāo)準(zhǔn)和聯(lián)盟形成，標(biāo)志RFID進(jìn)駛快車道RFID發(fā)展歷史與現(xiàn)狀RFID與條碼RFID的頻率區(qū)段低頻(LF，介于9135KHz)讀取范圍短，約1520厘米高頻(HF，為13.56MHz)讀取范圍最大約為1.5米超高頻(UHF，介于3001,200MHz，其中歐規(guī)為

16、868MHz，美國(guó)為915MHz)長(zhǎng)距離讀取功能，約為47米微波(2.45或5.8GHz)38RFID主要頻段的特性39RFID標(biāo)簽特性有源RFID無源RFID標(biāo)簽電源內(nèi)置于標(biāo)簽內(nèi)讀卡器通過無線電頻率傳輸能量標(biāo)簽電池有無所需信號(hào)強(qiáng)度低高范圍可達(dá)100m3到5米讀取多標(biāo)簽1000個(gè)3米內(nèi)幾百個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)128 Kb可讀可寫128字節(jié)可讀可寫40RFID標(biāo)簽的封裝41RFID標(biāo)簽打印機(jī)42RFID讀寫器43RFID讀寫方式44出庫(kù)RFID ReaderRFID AntennaRFID TagRFID實(shí)驗(yàn)出庫(kù)RFID ReaderRFID AntennaRFID TagRFID實(shí)驗(yàn)出庫(kù)RFID Rea

17、derRFID AntennaRFID TagRFID實(shí)驗(yàn)出庫(kù)RFID ReaderRFID AntennaRFID實(shí)驗(yàn)基于RFID系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)49基于RFID系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)50基于RFID系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)51DOD 工業(yè)制造 兩個(gè)在線 DLA 配送中心San Joaquin, CA 和 Susquehanna, PARFID 企業(yè)部署HD SmithPurdueWal*MartTargetAlbertsonsBest BuyStaplesInternational PaperBoeingPacific Cycle航空業(yè)McCarran 和香港國(guó)際機(jī)場(chǎng)Asiana AirlinesVirgin

18、 AtlanticBoeing零售店供應(yīng)鏈|零售業(yè)|CPG工業(yè)倉(cāng)庫(kù)RFID的典型應(yīng)用行業(yè)52物流與供應(yīng)鏈領(lǐng)域 由于缺貨損失的收入* 高達(dá) 690 億美元配送中心/商店/貨架的庫(kù)存周轉(zhuǎn)率較差問題供應(yīng)商應(yīng)遵循：對(duì)所有包裝箱和貨盤貼上標(biāo)簽使用 RFID 實(shí)現(xiàn)可視性和貨架跟蹤自動(dòng)化解決方案提高配送中心商店貨架的庫(kù)存周轉(zhuǎn)率實(shí)時(shí)可視性 降低庫(kù)存更好的供需平衡結(jié)果供應(yīng)商零售商商店零售商配送中心 (DC)53制造領(lǐng)域入口主要優(yōu)勢(shì) 區(qū)域配送中心零售商店具有 RFID 功能的堅(jiān)固耐用的移動(dòng)數(shù)據(jù)終端讀取器 和天線RFID 標(biāo)簽 只讀讀寫雙極天線標(biāo)簽制造廠避免手動(dòng)庫(kù)存管理準(zhǔn)確管理庫(kù)存提高存貨可視性和可跟蹤性減少庫(kù)存量

19、減少倉(cāng)儲(chǔ)要求通過 JIT 和庫(kù)存共享提高生產(chǎn)率 減少庫(kù)存損耗提高對(duì)產(chǎn)品召回的響應(yīng)自動(dòng)更新供應(yīng)系統(tǒng)更好的失竊檢測(cè)54零售店內(nèi)可視性RFID 標(biāo)簽 每個(gè)物品零售商制造工廠每日庫(kù)存可見性和每周、每月庫(kù)存可見性更好的貨架商品可售性解決產(chǎn)品缺貨問題（平均缺貨率 7.1%）減少失竊商店 A商店 B55工業(yè)倉(cāng)庫(kù)庫(kù)存跟蹤地面上的標(biāo)簽可用于跟蹤叉車位置裝運(yùn)、收貨和檢驗(yàn)處理時(shí)間可縮短20 倍至 60 倍配送中心可節(jié)省 20% 的運(yùn)營(yíng)成本讀取貨架標(biāo)簽以驗(yàn)證正確的貨盤放置位置56下一代的機(jī)場(chǎng)技術(shù)更出色的安全性提高了旅客安全檢查和登機(jī)的速度和效率57藥品跟蹤與未來醫(yī)藥管制的符合性防止失竊和假冒提高對(duì)到期藥品和存貨量的控

20、制58圖書館管理病房管理病房管理汽車生產(chǎn)車間的數(shù)據(jù)采集PLC自動(dòng)控制與AVI系統(tǒng)集成沖壓車間沖壓件庫(kù)存焊裝車間WBS涂裝車間PBS總裝車間成品車庫(kù)存內(nèi)飾線底盤線合裝線打碼機(jī)控制條碼掃描RFID自動(dòng)識(shí)別設(shè)備控制電子看板按燈智能料架條碼掃描RFID62實(shí)現(xiàn)焊裝轉(zhuǎn)序、PBS路由等多個(gè)環(huán)節(jié)的自動(dòng)控制單批次和批量控制路由器等設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)控基于RFID的PBS控制控制器RFID讀取器裝配線RFID標(biāo)簽RFID主要的效益降低庫(kù)存降低人員成本改善工作效率、提升管理效率可視化供應(yīng)鏈流程、改進(jìn)決策體系貨物辨別改善對(duì)供應(yīng)鏈的整合、提高顧客滿足提高設(shè)備使用率64物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)概述RFID無線傳感器網(wǎng)絡(luò)2022/9/

21、465無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks，WSN）是由大量部署在作用區(qū)域內(nèi)的、具有無線通信與計(jì)算能力的微小傳感器節(jié)點(diǎn)通過自組織方式構(gòu)成的能根據(jù)環(huán)境自主完成指定任務(wù)的分布式智能化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。傳感網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)間距離很短，一般采用多跳（multi-hop）的無線通信方式進(jìn)行通信。傳感器網(wǎng)絡(luò)可以在獨(dú)立的環(huán)境下運(yùn)行，也可以通過網(wǎng)關(guān)連接到Internet，使用戶可以遠(yuǎn)程訪問。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等，能夠通過各類集成化的微型傳感器協(xié)作地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息，通過嵌

22、入式系統(tǒng)對(duì)信息進(jìn)行處理，并通過隨機(jī)自組織無線通信網(wǎng)絡(luò)以多跳中繼方式將所感知信息傳送到用戶終端。 EPC信息服務(wù)（EPCIS）模塊無線傳感器網(wǎng)絡(luò)工程案例圖 傳感器的組成和結(jié)構(gòu)1. 傳感器的組成傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和測(cè)量電路三部分組成，有時(shí)還加上輔助電源，其典型組成如下圖所示。傳感器的組成和結(jié)構(gòu)（1）敏感元件敏感元件（Sensitive Element）直接感受被測(cè)量，并輸出與被測(cè)量成確定關(guān)系的某一物理量的元件。（2）轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件（Transduction Element）是傳感器的核心元件，它以敏感元件的輸出為輸入，把感知的非電量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。轉(zhuǎn)換元件本身可作為一個(gè)獨(dú)立的傳感器

23、使用。這樣的傳感器一般稱為元件傳感器。 傳感器的組成和結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換元件也可不直接感受被測(cè)量，而是感受與被測(cè)量成確定關(guān)系的其它非電量，再把這一“其它非電量”轉(zhuǎn)換為電量。這時(shí)轉(zhuǎn)換元件本身不作為一個(gè)獨(dú)立的傳感器使用，而作為傳感器的一個(gè)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)。而在傳感器中，尚需要一個(gè)非電量(同類的或不同類的)之間的轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)。這一轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，需要由另外一些部件（敏感元件等）來完成，這樣的傳感器通常稱為結(jié)構(gòu)式傳感器。 傳感器的組成和結(jié)構(gòu)（3）變換電路變換電路（Transduction Circuit）將上述電路參數(shù)接入轉(zhuǎn)換電路，便可轉(zhuǎn)換成電量輸出。實(shí)際上，有些傳感器很簡(jiǎn)單，僅由一個(gè)敏感元件（兼作轉(zhuǎn)換元件）組成，它感受被測(cè)量時(shí)

24、直接輸出電量，如熱電偶。有些傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，沒有轉(zhuǎn)換電路。有些傳感器，轉(zhuǎn)換元件不止一個(gè)，要經(jīng)過若干次轉(zhuǎn)換，較為復(fù)雜，大多數(shù)是開環(huán)系統(tǒng)，也有些是帶反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。傳感器的組成和結(jié)構(gòu)2 傳感器的結(jié)構(gòu)形式（1）選擇固定信號(hào)方式的傳感器直接結(jié)構(gòu)固定信號(hào)方式是把被測(cè)量以外的變量固定或控制在某個(gè)定值上，以金屬導(dǎo)線的電阻為例，電阻是金屬的種類、純度、尺寸、溫度、應(yīng)力等的函數(shù)。如僅選擇根據(jù)溫度產(chǎn)生的變化作為信號(hào)時(shí)就可制成電阻溫度計(jì)；如果選擇尺寸或應(yīng)力而變化作為信號(hào)時(shí)就可制成電阻應(yīng)變片。 傳感器的組成和結(jié)構(gòu)選擇固定的信號(hào)方式的傳感器采用直接結(jié)構(gòu)形式。這種傳感器是由一個(gè)獨(dú)立的傳感元件和其它環(huán)節(jié)構(gòu)成

25、，直接將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為所需輸出量。直接式傳感器的構(gòu)成方法如下圖所示。傳感器的組成和結(jié)構(gòu)圖（a）是僅有傳感元件的最簡(jiǎn)單的一種，如熱電偶和壓電元件；圖（b）是使用電源提供輸出能量，如光敏晶體管；圖（c）是利用磁鐵為傳感元件提供能量，如磁電式傳感器；而霍爾傳感器則是（b）（c）兩種情況的結(jié)合。圖（d）所示的傳感元件是阻抗元件，輸入信號(hào)改變其阻抗值，為得到具有能量的輸出信號(hào)，必須設(shè)計(jì)包括元件在內(nèi)的變換電路，如具有電橋電路的電阻應(yīng)變傳感器等。傳感器的組成和結(jié)構(gòu)（2）選擇補(bǔ)償信號(hào)方式的傳感器補(bǔ)償結(jié)構(gòu)大多數(shù)情況下，傳感器特征要到周圍環(huán)境和內(nèi)部各種因素的影響，在這些影響下不能忽略時(shí)，必須采取一定措施，以消除這些

26、影響。補(bǔ)償式傳感器的構(gòu)成方法 傳感器的組成和結(jié)構(gòu)（3）選擇差動(dòng)式信號(hào)方式的傳感器差動(dòng)結(jié)構(gòu)使被測(cè)量反向?qū)ΨQ變化，影響量同向?qū)ΨQ變化，然后取其差，就能有效地將被測(cè)量選擇出來，這就是差動(dòng)方式。 傳感器差動(dòng)式結(jié)構(gòu) 傳感器的組成和結(jié)構(gòu)（4）選擇平均信號(hào)方式的傳感器平均結(jié)構(gòu)平均信號(hào)方式來源于誤差分析理論中對(duì)隨機(jī)誤差的平均效應(yīng)和信號(hào)（數(shù)據(jù)）的平均處理，在傳感器結(jié)構(gòu)中，利用n個(gè)相同的轉(zhuǎn)換元件同時(shí)感受被測(cè)量，則傳感器的輸出為各元件輸出之和，而隨機(jī)誤差則減小為單個(gè)元件的誤差。采用平均結(jié)構(gòu)的傳感器有光柵、磁柵、容柵、感應(yīng)同步器等，在具有差動(dòng)作用的同時(shí)，具有明顯的平均效果。 傳感器的組成和結(jié)構(gòu)（5）選擇平衡信號(hào)方式的

27、傳感器閉環(huán)結(jié)構(gòu)閉環(huán)傳感器采用控制理論和電子技術(shù)中的反饋技術(shù)，極大地提高了性能。同開環(huán)傳感器相比較，閉環(huán)傳感器在結(jié)構(gòu)上增加了一個(gè)由反向傳感器構(gòu)成的反饋環(huán)節(jié)，其原理結(jié)構(gòu)如下圖所示。傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)1. 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種由大量小型傳感器所組成的網(wǎng)絡(luò)。這些小型傳感器一般稱作sensor node（傳感器節(jié)點(diǎn)）或者mote（灰塵）。此種網(wǎng)絡(luò)中一般也有一個(gè)或幾個(gè)基站（稱作sink）用來集中從小型傳感器收集的數(shù)據(jù)。 傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)無線傳感器構(gòu)成自組織網(wǎng)絡(luò) 傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通常包括傳感器節(jié)點(diǎn)（sensor node）、匯聚節(jié)點(diǎn)（sink node）和管理節(jié)點(diǎn)。

28、大量傳感器節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)部或附近，能夠通過自組織方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)沿著其他傳感器節(jié)點(diǎn)逐跳進(jìn)行傳輸，在傳輸過程中監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可能被多個(gè)節(jié)點(diǎn)處理，經(jīng)過多跳后路由到匯聚節(jié)點(diǎn)，最后通過互聯(lián)網(wǎng)或衛(wèi)星到達(dá)管理節(jié)點(diǎn)。用戶通過管理節(jié)點(diǎn)對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行配置和管理，發(fā)布監(jiān)測(cè)任務(wù)以及收集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)2. 傳感器節(jié)點(diǎn)傳感器節(jié)點(diǎn)由傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊和能量供應(yīng)模塊四部分組成。此外，可以選擇的其他功能單元包括：定位系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)以及發(fā)電裝置等。傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)(1) 傳感器模塊 由傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換功能模塊組成，負(fù)責(zé)區(qū)域內(nèi)信息的采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；(2) 處理器模塊由嵌入

29、式系統(tǒng)構(gòu)成，包括CPU、存儲(chǔ)器、嵌入式操作系統(tǒng)等，負(fù)責(zé)控制整個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的操作，存儲(chǔ)和處理本身采集的數(shù)據(jù)以及其他節(jié)點(diǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)；傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)(3) 無線通信模塊由無線通信模塊組成，負(fù)責(zé)與其他傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無線通信，交換控制信息和收發(fā)采集數(shù)據(jù)；(4) 能量供應(yīng)模塊為傳感器節(jié)點(diǎn)提供運(yùn)行所需的能量，通常采用微型電池。傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)在傳感器網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)通過各種方式大量部署在被感知對(duì)象內(nèi)部或者附近。這些節(jié)點(diǎn)通過自組織方式構(gòu)成無線網(wǎng)絡(luò)，以協(xié)作的方式感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中特定的信息，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)任意地點(diǎn)信息在任意時(shí)間的采集，處理和分析。一個(gè)典型的傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)包括分布式傳感器節(jié)點(diǎn)（群）、s

30、ink節(jié)點(diǎn)、互聯(lián)網(wǎng)和用戶界面等。傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)傳感節(jié)點(diǎn)之間可以相互通信，自己組織成網(wǎng)并通過多跳的方式連接至Sink（基站節(jié)點(diǎn)），Sink節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)后，通過網(wǎng)關(guān)（Gateway）完成和公用Internet網(wǎng)絡(luò)的連接。整個(gè)系統(tǒng)通過任務(wù)管理器來管理和控制這個(gè)系統(tǒng)。傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)3. 傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧協(xié)議棧包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層，與互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議棧的五層協(xié)議相對(duì)應(yīng)。另外，協(xié)議棧還包括能量管理平臺(tái)、移動(dòng)管理平臺(tái)和任務(wù)管理平臺(tái)。這些管理平臺(tái)使得傳感器節(jié)點(diǎn)能夠按照能源高效的方式協(xié)同工作，在節(jié)點(diǎn)移動(dòng)的傳感器網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，并支持多任務(wù)和資源共享。傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧

31、 傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特征是：（1）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)包括了大面積的空間分布;（2）能源受限制（3）網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)配置，自動(dòng)識(shí)別節(jié)點(diǎn)（4）網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)管理和高度協(xié)作性傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)5. 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵技術(shù) （1）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂?（2）網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 （3）時(shí)間同步 （4）定位技術(shù) （5）數(shù)據(jù)融合 （6）嵌入式操作系統(tǒng)傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)6. 傳感器網(wǎng)絡(luò)與RFID、物聯(lián)網(wǎng)、泛在網(wǎng)等關(guān)系（1）傳感器與RFID的關(guān)系射頻標(biāo)簽（RFID）技術(shù)和傳感器具有不同的技術(shù)特點(diǎn)，傳感器網(wǎng)絡(luò)可以監(jiān)測(cè)感應(yīng)到的各種信息，但缺乏對(duì)物品的標(biāo)識(shí)能力，而RFID技術(shù)恰恰具有強(qiáng)大的標(biāo)識(shí)物品能力。傳感器網(wǎng)絡(luò)較長(zhǎng)的有效距離將會(huì)

32、拓展RFID技術(shù)的應(yīng)用范圍。傳感器網(wǎng)絡(luò)和RFID技術(shù)的融合和系統(tǒng)集成將極大地推動(dòng)兩項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用。傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)（2）傳感器網(wǎng)絡(luò)與物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系物聯(lián)網(wǎng)的概念最早提出于1999年，在早期的概念中，物聯(lián)網(wǎng)實(shí)質(zhì)上等于RFID技術(shù)加互聯(lián)網(wǎng)。RFID標(biāo)簽可謂是早期的物聯(lián)網(wǎng)最為關(guān)鍵的技術(shù)與產(chǎn)品環(huán)節(jié)?，F(xiàn)在的物聯(lián)網(wǎng)概念其實(shí)是傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)和無線通信技術(shù)的結(jié)合，等同于廣義上的傳感器網(wǎng)絡(luò)（即傳感網(wǎng)），可以理解為：物聯(lián)網(wǎng)是從產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用角度，傳感器網(wǎng)絡(luò)是從技術(shù)角度對(duì)同一事物的不同表述，其實(shí)質(zhì)是完全相同的。傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)（3）傳感器網(wǎng)絡(luò)與泛在網(wǎng)的關(guān)系泛在（Ubiquitous）網(wǎng)，即廣泛存在的網(wǎng)絡(luò)，即在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、任何人、任何物都能順暢地通信。泛在網(wǎng)是把