第3章射頻識(shí)別與產(chǎn)品電子編碼_第1頁
第3章射頻識(shí)別與產(chǎn)品電子編碼_第2頁
第3章射頻識(shí)別與產(chǎn)品電子編碼_第3頁
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文檔簡介

物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論薛燕紅

編著xueyanhong999@163.com21世紀(jì)高等學(xué)校規(guī)劃教材機(jī)械工業(yè)出版社目錄全球定位與地理信息系統(tǒng)

物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論

共十一章第6章

第8章

第9章

第11章

第10章第1章

第2章

第3章

第4章

第5章

物聯(lián)網(wǎng)概述

射頻識(shí)別與產(chǎn)品電子編碼

無線傳感網(wǎng)絡(luò)

傳感器與微機(jī)電系統(tǒng)

信息自動(dòng)識(shí)別技術(shù)

目錄物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用案例

物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論

共十一章第8章

第9章

第11章

第10章第7章

第8章

第9章

第10章

第11章

互聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用接口技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)安全

物聯(lián)網(wǎng)支撐技術(shù)

第3章射頻識(shí)別與產(chǎn)品電子編碼3.1射頻識(shí)別技術(shù)3.1.1RFID技術(shù)的概念與特點(diǎn)3.1.2RFID技術(shù)的原理和分類3.1.3RFID關(guān)鍵技術(shù)3.1.4RFID在中國的發(fā)展和應(yīng)用3.2產(chǎn)品電子編碼EPC3.2.1EPC概述3.2.2EPC/RFID物品識(shí)別的基本模型3.2.3EPC/RFID與條碼技術(shù)3.2.4物聯(lián)網(wǎng)與EPC/RFID技術(shù)應(yīng)用展望3.1射頻識(shí)別技術(shù)無線射頻識(shí)別系統(tǒng)RFID是本世紀(jì)重要的技術(shù),這是人類在科技發(fā)展上之重大進(jìn)展,改變?nèi)祟愊M(fèi)方式與習(xí)慣的新興科技,其所具備的優(yōu)越特性,已漸漸地受到各國重視與應(yīng)用,它的發(fā)展?fàn)顩r成為各界矚目的焦點(diǎn)。無線射頻辨識(shí)系統(tǒng)提供非接觸式讀取,有數(shù)據(jù)可更新、儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的容量大、可重復(fù)使用、同時(shí)間可讀取多個(gè)辨識(shí)卷標(biāo)、數(shù)據(jù)安全性佳等優(yōu)點(diǎn),為人類生活帶來另一番新的感受。3.1.1RFID技術(shù)的概念與特點(diǎn)

1.RFID的概念射頻識(shí)別RFID(RadioFrequencyIdentifications)技術(shù),常稱為感應(yīng)式電子芯片、接近卡、感應(yīng)卡、非接觸卡、電子卷標(biāo)、電子條形碼等等。RFID是一種通信技術(shù),可通過無線電信號(hào)來識(shí)別特定目標(biāo)并進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的讀寫,而無需識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸,利用無線電波來傳送識(shí)別數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。它是一種先進(jìn)的無線識(shí)別技術(shù),利用無線電掃瞄器監(jiān)視每一個(gè)芯片的狀態(tài),以無線通訊方式傳輸數(shù)據(jù),透過商品上的微芯片“標(biāo)簽“,每個(gè)標(biāo)簽都會(huì)發(fā)射出獨(dú)特的ID碼,透過無線傳輸,不須實(shí)體接觸即可進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,且數(shù)據(jù)交換時(shí)亦無方向性之要求,提供充足的產(chǎn)品信息,將信息連至計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)里,用以識(shí)別、追蹤、排序和與確認(rèn),管理各式各樣的對(duì)象狀態(tài),甚至人與動(dòng)物亦可被加以識(shí)別。3.1射頻識(shí)別技術(shù)2.特點(diǎn)(1)快速掃描條形碼一次只能有一個(gè)條形碼受到掃描;RFID識(shí)讀器可同時(shí)識(shí)別讀取數(shù)個(gè)RFID標(biāo)簽。(2)體積小型化、形狀多樣化RFID在讀取上并不受尺寸大小與形狀限制,不需為了讀取精確度而配合紙張的固定尺寸和印刷品質(zhì)。此外,RFID標(biāo)簽更可往小型化與多樣形態(tài)發(fā)展,以應(yīng)用于不同產(chǎn)品。(3)抗污染能力和耐久性傳統(tǒng)條形碼的載體是紙張,因此容易受到污染,但RFID對(duì)水、油和化學(xué)藥品等物質(zhì)具有很強(qiáng)抵抗性。此外,由于條形碼是附于塑料袋或外包裝紙箱上,所以特別容易受到折損;RFID卷標(biāo)是將數(shù)據(jù)存在芯片中,因此可以免受污損。(4)可重復(fù)使用現(xiàn)今的條形碼印刷上去之后就無法更改,RFID標(biāo)簽則可以重復(fù)地新增、修改、刪除RFID卷標(biāo)內(nèi)儲(chǔ)存的數(shù)據(jù),方便信息的更新。3.1射頻識(shí)別技術(shù)(5)穿透性和無屏障閱讀在被覆蓋的情況下,RFID能夠穿透紙張、木材和塑料等非金屬或非透明的材質(zhì),并能夠進(jìn)行穿透性通信。而條形碼掃描機(jī)必須在近距離而且沒有物體阻擋的情況下,才可以識(shí)讀條形碼。(6)數(shù)據(jù)的記憶容量大一維條形碼的容量是50Bytes,二維條形碼最大的容量可儲(chǔ)存2至3000字符,RFID最大的容量則有數(shù)MegaBytes。隨著記憶載體的發(fā)展,數(shù)據(jù)容量也有不斷擴(kuò)大的趨勢。未來物品所需攜帶的資料量會(huì)越來越大,對(duì)卷標(biāo)所能擴(kuò)充容量的需求也相應(yīng)增加。(7)安全性由于RFID承載的是電子式信息,其數(shù)據(jù)內(nèi)容可經(jīng)由密碼保護(hù),使其內(nèi)容不易被偽造及變?cè)臁=陙?,RFID因其所具備的遠(yuǎn)距離讀取、高儲(chǔ)存量等特性而備受矚目。它不僅可以幫助一個(gè)企業(yè)大幅提高貨物、信息管理的效率,還可以讓銷售企業(yè)和制造企業(yè)互聯(lián),從而更加準(zhǔn)確地接收反饋信息,控制需求信息,優(yōu)化整個(gè)供應(yīng)鏈。3.1射頻識(shí)別技術(shù)3.1.2RFID技術(shù)的原理和分類

1.RFID應(yīng)用系統(tǒng)原理RFID系統(tǒng)一般由電子標(biāo)簽(Tag)、天線(Antenna)、閱讀器(Reader)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(Computer)四部分組成,見圖3.9。標(biāo)簽進(jìn)入磁場后,閱讀器發(fā)出的射頻信號(hào),憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的產(chǎn)品信息(無源標(biāo)簽或被動(dòng)標(biāo)簽),或者主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(hào)(有源標(biāo)簽或主動(dòng)標(biāo)簽);閱讀器讀取信息并解碼后,送至計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。

2.RFID應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)成

(1)電子標(biāo)簽RFID標(biāo)簽中存儲(chǔ)一個(gè)唯一編碼,通常為64bits、96bits甚至更高,其地址空間大大高于條碼所能提供的空間,因此可以實(shí)現(xiàn)單品級(jí)的物品編碼。當(dāng)RFID標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器的作用區(qū)域,就可以根據(jù)電感耦合原理(近場作用范圍內(nèi))或電磁反向散射耦合原理(遠(yuǎn)場作用范圍內(nèi))在標(biāo)簽天線兩端產(chǎn)生感應(yīng)電勢差,并在標(biāo)簽芯片通路中形成微弱電流,如果這個(gè)電流強(qiáng)度超過一個(gè)閾值,就將激活RFID標(biāo)簽芯片電路工作,從而對(duì)標(biāo)簽芯片中的存儲(chǔ)器進(jìn)行讀/寫操作,微控制器還可以進(jìn)一步加入諸如密碼或防碰撞算法等復(fù)雜功能。RFID標(biāo)簽芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括射頻前端、模擬前端、數(shù)字基帶處理單元和EEPROM存儲(chǔ)單元四部分。3.1射頻識(shí)別技術(shù)圖3.9RFID應(yīng)用系統(tǒng)原理及構(gòu)成3.1射頻識(shí)別技術(shù)2.RFID應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)成

(2)天線天線是RFID標(biāo)簽和讀寫器之間實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)空間傳播和建立無線通訊連接的設(shè)備。RFID系統(tǒng)中包括兩類天線,一類是RFID標(biāo)簽上的天線,由于它已經(jīng)和RFID標(biāo)簽集成為一體,因此不再單獨(dú)討論。另一類是讀寫器天線,既可以內(nèi)置于讀寫器中,也可以通過電纜與讀寫器的射頻輸出端口相連。目前的天線產(chǎn)品多采用收發(fā)分離技術(shù)來實(shí)現(xiàn)發(fā)射和接收功能的集成。天線在RFID系統(tǒng)中的重要性往往被人們所忽視,在實(shí)際應(yīng)用中,天線設(shè)計(jì)參數(shù)是影響RFID系統(tǒng)識(shí)別范圍的主要因素。高性能的天線不僅要求具有良好的阻抗匹配特性,還需要根據(jù)應(yīng)用環(huán)境的特點(diǎn)對(duì)方向特性、極化特性和頻率特性等進(jìn)行專門設(shè)計(jì)。3.1射頻識(shí)別技術(shù)2.RFID應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)成(3)讀寫設(shè)備讀寫器也稱閱讀器(reader),是對(duì)RFID標(biāo)簽進(jìn)行讀/寫操作的設(shè)備,主要包括射頻模塊和數(shù)字信號(hào)處理單元兩部分。讀寫器是RFID系統(tǒng)中最重要的基礎(chǔ)設(shè)施,一方面,RFID標(biāo)簽返回的微弱電磁信號(hào)通過天線進(jìn)入讀寫器的射頻模塊中轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),再經(jīng)過讀寫器的數(shù)字信號(hào)處理單元對(duì)其進(jìn)行必要的加工整形,最后從中解調(diào)出返回的信息,完成對(duì)RFID標(biāo)簽的識(shí)別或讀/寫操作;另一方面,上層中間件及應(yīng)用軟件與讀寫器進(jìn)行交互,實(shí)現(xiàn)操作指令的執(zhí)行和數(shù)據(jù)匯總上傳。在上傳數(shù)據(jù)時(shí),讀寫器會(huì)對(duì)RFID標(biāo)簽原子事件進(jìn)行去重過濾或簡單的條件過濾,將其加工為讀寫器事件后再上傳,以減少與中間件及應(yīng)用軟件之間數(shù)據(jù)交換的流量,因此在很多讀寫器中還集成了微處理器和嵌入式系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)一部分中間件的功能,如信號(hào)狀態(tài)控制、奇偶位錯(cuò)誤校驗(yàn)與修正等。未來的讀寫器呈現(xiàn)出智能化、小型化和集成化趨勢,還將具備更加強(qiáng)大的前端控制功能,例如直接與工業(yè)現(xiàn)場的其它設(shè)備進(jìn)行交互甚至是作為控制器進(jìn)行在線調(diào)度。在物聯(lián)網(wǎng)中,讀寫器將成為同時(shí)具有通訊、控制和計(jì)算功能的C3(communication,control,computing)核心設(shè)備。3.1射頻識(shí)別技術(shù)2.RFID應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)成

(4)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)除計(jì)算機(jī)硬件外,主要由應(yīng)用軟件和中間件組成?!駪?yīng)用軟件應(yīng)用軟件是直接面向RFID應(yīng)用最終用戶的人機(jī)交互界面,協(xié)助使用者完成對(duì)讀寫器的指令操作以及對(duì)中間件的邏輯設(shè)置,逐級(jí)將RFID原子事件轉(zhuǎn)化為使用者可以理解的業(yè)務(wù)事件,并使用可視化界面進(jìn)行展示。由于應(yīng)用軟件需要根據(jù)不同應(yīng)用領(lǐng)域的不同企業(yè)進(jìn)行專門制定,因此很難具有通用性。從應(yīng)用評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)來說,使用者在應(yīng)用軟件端的用戶體驗(yàn)是判斷一個(gè)RFID應(yīng)用案例成功與否的決定性因素之一?!裰虚g件RFID中間件是實(shí)現(xiàn)RFID硬件設(shè)備與應(yīng)用系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)傳輸、過濾、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的一種中間程序,將RFID讀寫器讀取的各種數(shù)據(jù)信息,經(jīng)過中間件提取、解密、過濾、格式轉(zhuǎn)換、導(dǎo)入企業(yè)的管理信息系統(tǒng),并通過應(yīng)用系統(tǒng)反應(yīng)在程序界面上,供操作者瀏覽、選擇、修改、查詢。中間件技術(shù)也降低了應(yīng)用開發(fā)的難度,使開發(fā)者不需要直接面對(duì)底層架構(gòu),而通過中間件進(jìn)行調(diào)用。這樣一來,即使存儲(chǔ)RFID標(biāo)簽情報(bào)的數(shù)據(jù)庫軟件或后端應(yīng)用程序增加或改由其他軟件取代,或者讀寫RFID讀寫器種類增加等情況發(fā)生時(shí),應(yīng)用端不需修改也能處理,省去多對(duì)多連接的維護(hù)復(fù)雜性問題。3.1射頻識(shí)別技術(shù)

3.RFID分類

(1)按應(yīng)用頻率分類電子標(biāo)簽的工作頻率是其最重要的特點(diǎn)之一。電子標(biāo)簽的工作頻率不僅決定著射頻識(shí)別系統(tǒng)工作原理(電感耦合還是電磁耦合)、識(shí)別距離,還決定著電子標(biāo)簽及讀寫器實(shí)現(xiàn)的難易程度和設(shè)備的成本。工作在不同頻段或頻點(diǎn)上的電子標(biāo)簽具有不同的特點(diǎn)。射頻識(shí)別應(yīng)用占據(jù)的頻段或頻點(diǎn)在國際上有公認(rèn)的劃分,即位于ISM波段之中。典型的工作頻率有:125kHz,133kHz,13.26MHz,27.12MHz,433MHz,902~928MHz,2.45GHz,5.8GHz等。RFID按應(yīng)用頻率的不同分為低頻(LF)、高頻(HF)、超高頻(UHF)、微波(MW),相對(duì)應(yīng)的代表性頻率分別為:低頻135KHz以下、高頻13.26MHz、超高頻860M~960MHz、微波2.4G和微波5.8G。3.1射頻識(shí)別技術(shù)3.RFID分類(2)按能源的供給方式分類RFID按照能源的供給方式分為無源RFID、有源RFID、以及半有源RFID?!駸o源電子標(biāo)簽沒有內(nèi)裝電池,在閱讀器的讀出范圍之外時(shí),電子標(biāo)簽處于無源狀態(tài),在閱讀器的讀出范圍之內(nèi)時(shí),電子標(biāo)簽從閱讀器發(fā)出的射頻能量中提取其工作所需的電源,一般可做到免維護(hù),成本很低并具有很長的使用壽命。無源電子標(biāo)簽一般均采用反射調(diào)制方式完成電子標(biāo)簽信息向閱讀器的傳送。無源RFID讀寫距離近,價(jià)格低,比有源電子標(biāo)簽更小也更輕?!癜霟o源射頻標(biāo)簽內(nèi)的電池供電僅對(duì)本身耗電很少的標(biāo)簽電路供電。標(biāo)簽未進(jìn)入工作狀態(tài)前,一直處于休眠狀態(tài),相當(dāng)于無源標(biāo)簽,標(biāo)簽內(nèi)部電池能量消耗很少,因而電池可維持幾年,甚至長達(dá)10年有效;當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入閱讀器的讀出區(qū)域時(shí),受到閱讀器發(fā)出的射頻信號(hào)激勵(lì),進(jìn)入工作狀態(tài)時(shí),標(biāo)簽與閱讀器之間信息交換的能量支持以閱讀器供應(yīng)的射頻能量為主(反射調(diào)制方式),標(biāo)簽內(nèi)部電池的作用主要在于彌補(bǔ)標(biāo)簽所處位置的射頻場強(qiáng)不足,標(biāo)簽內(nèi)部電池的能量并不轉(zhuǎn)換為射頻能量?!裼性措娮訕?biāo)簽的工作電源完全由內(nèi)部電池供給,同時(shí)標(biāo)簽電池的能量供應(yīng)也部分地轉(zhuǎn)換為電子標(biāo)簽與閱讀器通訊所需的射頻能量。有源RFID可以提供更遠(yuǎn)的讀寫距離,但是需要電池供電,成本要更高一些,適用于遠(yuǎn)距離讀寫的應(yīng)用場合。有源電子標(biāo)簽自身帶有電池供電,讀/寫距離較遠(yuǎn)(約在100米~1500米),體積較大,與無源電子標(biāo)簽相比成本更高。3.1射頻識(shí)別技術(shù)3.RFID分類(3)依據(jù)內(nèi)存讀寫功能分類●只讀式(Read-Only,R/O):標(biāo)簽芯片內(nèi)的信息出廠時(shí)已固定,使用者僅能讀取卷標(biāo)芯片內(nèi)的信息而無法進(jìn)行寫入或修改的程序。成本較低,一般應(yīng)用于門禁管理、車輛管理、物流管理、動(dòng)物管理…等?!褚淮螌懭攵啻巫x取式(Write-OnceRead-Many,WORM):使用者僅可寫入或修改標(biāo)簽芯片內(nèi)數(shù)據(jù)一次,但可進(jìn)行多次讀取。成本較高,應(yīng)用于資產(chǎn)管理、生物管理、藥品管理、危險(xiǎn)品管理、軍品管理等等。●可重復(fù)讀寫式(Read-Write,R/W):使用者可以通過讀取器對(duì)標(biāo)簽內(nèi)芯片信息多次讀取和寫入。成本最高,應(yīng)用于航空貨運(yùn)及行李管理、客運(yùn)及捷運(yùn)票證、信用卡服務(wù)等等。3.1射頻識(shí)別技術(shù)3.1.3RFID關(guān)鍵技術(shù)RFID關(guān)鍵技術(shù)主要包括產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)兩方面。

1.產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)其中RFID產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)主要包括:

標(biāo)簽芯片設(shè)計(jì)與制造:例如低成本、低功耗的RFID芯片設(shè)計(jì)與制造技術(shù),適合標(biāo)簽芯片實(shí)現(xiàn)的新型存儲(chǔ)技術(shù),防沖突算法及電路實(shí)現(xiàn)技術(shù),芯片安全技術(shù),以及標(biāo)簽芯片與傳感器的集成技術(shù)等。

天線設(shè)計(jì)與制造:例如標(biāo)簽天線匹配技術(shù),針對(duì)不同應(yīng)用對(duì)象的RFID標(biāo)簽天線結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù),多標(biāo)簽天線優(yōu)化分布技術(shù),片上天線技術(shù),讀寫器智能波束掃描天線陣技術(shù),以及RFID標(biāo)簽天線設(shè)計(jì)仿真軟件等。

RFID標(biāo)簽封裝技術(shù)與裝備:例如基于低溫?zé)釅旱姆庋b工藝,精密機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化,多物理量檢測與控制,高速高精運(yùn)動(dòng)控制,裝備故障自診斷與修復(fù),以及在線檢測技術(shù)等。

RFID標(biāo)簽集成:例如芯片與天線及所附著的特殊材料介質(zhì)三者之間的匹配技術(shù),標(biāo)簽加工過程中的一致性技術(shù)等。

讀寫器設(shè)計(jì):例如密集讀寫器技術(shù),抗干擾技術(shù),低成本小型化讀寫器集成技術(shù),以及讀寫器安全認(rèn)證技術(shù)等。3.1射頻識(shí)別技術(shù)2.應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)RFID應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)主要包括:RFID應(yīng)用體系架構(gòu):例如RFID應(yīng)用系統(tǒng)中各種軟硬件和數(shù)據(jù)的接口技術(shù)及服務(wù)技術(shù)等。RFID系統(tǒng)集成與數(shù)據(jù)管理:例如RFID與無線通信、傳感網(wǎng)絡(luò)、信息安全、工業(yè)控制等的集成技術(shù),RFID應(yīng)用系統(tǒng)中間件技術(shù),海量RFID信息資源的組織、存儲(chǔ)、管理、交換、分發(fā)、數(shù)據(jù)處理和跨平臺(tái)計(jì)算技術(shù)等。RFID公共服務(wù)體系:提供支持RFID社會(huì)性應(yīng)用的基礎(chǔ)服務(wù)體系的認(rèn)證、注冊(cè)、編碼管理、多編碼體系映射、編碼解析、檢索與跟蹤等技術(shù)與服務(wù)。RFID檢測技術(shù)與規(guī)范:例如面向不同行業(yè)應(yīng)用的RFID標(biāo)簽及相關(guān)產(chǎn)品物理特性和性能一致性檢測技術(shù)與規(guī)范,標(biāo)簽與讀寫器之間空中接口一致性檢測技術(shù)與規(guī)范,以及系統(tǒng)解決方案綜合性檢測技術(shù)與規(guī)范等。3.1射頻識(shí)別技術(shù)3.1.4RFID在中國的發(fā)展和應(yīng)用本世紀(jì)初,RFID已經(jīng)開始在中國進(jìn)行試探性的應(yīng)用,并很快得到政府的大力支持,2006年6月,中國發(fā)布了《中國RFID技術(shù)政策白皮書》,標(biāo)志著RFID的發(fā)展已經(jīng)提高到國家產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略層面。到2008年底,中國參與RFID的相關(guān)企業(yè)達(dá)數(shù)百家,已經(jīng)初步形成了從標(biāo)簽及設(shè)備制造到軟件開發(fā)集成等一個(gè)較為完整的RFID產(chǎn)業(yè)鏈,據(jù)專家估計(jì),2008年中國RFID相關(guān)產(chǎn)值達(dá)到80億元左右,并將在未來5-10年保持快速發(fā)展。目前,RFID在中國的很多領(lǐng)域都得到實(shí)際應(yīng)用,包括物流、煙草、醫(yī)藥、身份證、奧運(yùn)門票、寵物管理等等。盡管RFID正快速在各個(gè)領(lǐng)域得到實(shí)際應(yīng)用,但相對(duì)于我們國家的經(jīng)濟(jì)規(guī)模,其應(yīng)用范圍還遠(yuǎn)未達(dá)到廣泛的程度,即便在RFID應(yīng)用比較多的交通、物流產(chǎn)業(yè),也還處于點(diǎn)分布的狀態(tài),而沒能達(dá)到面的狀態(tài),在中國真正實(shí)施RFID技術(shù)的物流企業(yè)還屈指可數(shù)。3.1射頻識(shí)別技術(shù)以下因素阻礙了這一新興產(chǎn)業(yè)在我國的發(fā)展:1.我國企業(yè)總體信息化水平不高,阻礙了RFID充分發(fā)揮其作用。RFID作為一種信息技術(shù)手段,其基本功能是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)快速采集。這些數(shù)據(jù)采集后,必須經(jīng)過進(jìn)一步的對(duì)比分析處理,才能達(dá)到提高效率、降低總體成本的作用。也就是說,RFID的實(shí)施,往往需要企業(yè)信息化達(dá)到一定水平,使RFID系統(tǒng)與企業(yè)既有的ERP、CRM等信息集成在一起,才能充分發(fā)揮其作用。2.RFID實(shí)施成本還比較高,使很多企業(yè)望而卻步。不僅僅對(duì)中國企業(yè),即便對(duì)西方企業(yè),RFID的高成本也是一個(gè)巨大障礙。正如前文所言,RFID的基本技術(shù)原理在60幾年前就產(chǎn)生了,但直到上世紀(jì)后期,RFID的應(yīng)用才逐步推廣到民用領(lǐng)域,正是高成本阻礙了RFID技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。目前在國內(nèi),一張RFID標(biāo)簽一般都在1元以上,ETC的車載單元要400多元,高成本使得RFID的投資回報(bào)具有很大風(fēng)險(xiǎn),使其應(yīng)用大多局限于高價(jià)值或高利潤商品領(lǐng)域。3.1射頻識(shí)別技術(shù)3.行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)尚未統(tǒng)一,貿(mào)然實(shí)施會(huì)帶來不確定風(fēng)險(xiǎn)。盡管RFID起源很早,但目前還沒有形成全球統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),中國在標(biāo)準(zhǔn)制定領(lǐng)域起步較晚,由于關(guān)乎各國經(jīng)濟(jì)利益,相信標(biāo)準(zhǔn)之爭還會(huì)持續(xù)一定時(shí)間。在這種情況下,貿(mào)然投入,必然給企業(yè)經(jīng)營帶來很大風(fēng)險(xiǎn)。藍(lán)光獲得DVD標(biāo)準(zhǔn)之爭的勝利,給HD-DVD陣營帶來的巨大傷害,是處于標(biāo)準(zhǔn)之爭產(chǎn)業(yè)里的企業(yè)不得不慎重考慮的問題,這也是很多企業(yè)對(duì)實(shí)施RFID抱觀望態(tài)度的原因。4.我國產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈發(fā)展還處于初級(jí)階段,也阻礙了RFID的實(shí)際應(yīng)用。與西方企業(yè)相比,由于技術(shù)和管理處于劣勢地位,我國大多行業(yè)都存在過度競爭,價(jià)格成為市場競爭的主要手段,這就使得很多制造企業(yè)利潤率維持在相當(dāng)?shù)偷乃剑a(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈的上下游企業(yè)之間往往博弈大于合作。而RFID技術(shù)只有在整個(gè)供應(yīng)鏈上協(xié)同實(shí)施,實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈信息透明和分享,才能最大程度發(fā)揮出RFID的作用,這在目前情況下還很難做到。另外,實(shí)施RFID的一個(gè)主要益處是節(jié)省人工成本,沃爾瑪稱RFID每年為其節(jié)省數(shù)十億美元的人力成本開支,而中國較低的工資水平也使得很多企業(yè)沒有積極性去實(shí)施RFID技術(shù)。3.2產(chǎn)品電子編碼從物聯(lián)網(wǎng)的定義可以看出,互聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)。要實(shí)現(xiàn)萬物相聯(lián),統(tǒng)一的物品編碼是物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的前提,就像互聯(lián)網(wǎng)中電腦入網(wǎng)需要分配IP地址一樣。產(chǎn)品電子編碼EPC(ElectronicProductCode,EPC)旨在為每一件單品建立全球的、開放的標(biāo)識(shí)標(biāo)準(zhǔn),實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)對(duì)單件產(chǎn)品的跟蹤與追溯,從而有效提高供應(yīng)鏈管理水平、降低物流成本。EPC的載體是RFID電子標(biāo)簽,并借助互聯(lián)網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)信息的傳遞。EPC是一個(gè)完整的、復(fù)雜的、綜合的系統(tǒng)。國際電聯(lián)報(bào)告中,RFID排在了物聯(lián)網(wǎng)四大關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)之首,而以RFID技術(shù)為依托的產(chǎn)品電子編碼EPC在全球得到了廣泛的關(guān)注和積極推進(jìn)。3.2產(chǎn)品電子編碼3.2.1EPC概述

1.EPC產(chǎn)生的背景1998年麻省理工學(xué)院(MIT)的兩位教授提出,以射頻識(shí)別技術(shù)(REID)為基礎(chǔ),對(duì)所有的貨品或物品賦予其唯一的編號(hào)方案,來進(jìn)行唯一的標(biāo)識(shí)。這一標(biāo)識(shí)方案采用數(shù)字編碼,并且通過實(shí)物互聯(lián)網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)物品信息的進(jìn)一步查詢。這一技術(shù)設(shè)想催生了EPC(產(chǎn)品電子代碼)和物聯(lián)網(wǎng)概念的提出。即利用數(shù)字編碼,通過一個(gè)開放的、全球性的標(biāo)準(zhǔn)體系,借助于低價(jià)位的電子標(biāo)簽,經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)物品信息的追蹤和即時(shí)交換處理,在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步加強(qiáng)信息的收集、整合和互換,并用于生產(chǎn)和物流決策。1999年麻省理工大學(xué)成立Auto-IDCenter,致力于自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的開發(fā)和研究。Auto—IDCenter在美國統(tǒng)一代碼委員會(huì)的支持下,將RFID技術(shù)與Internet網(wǎng)結(jié)合,提出了EPC的概念。國際物品編碼協(xié)會(huì)與美國統(tǒng)一代碼委員會(huì)將全球統(tǒng)一標(biāo)識(shí)編碼體系植入EPC概念當(dāng)中,使EPC納入全球統(tǒng)一標(biāo)識(shí)系統(tǒng),從而確立了EPC在全球統(tǒng)一標(biāo)識(shí)體系中的戰(zhàn)略地位,使EPC成為一項(xiàng)真正具有革命性意義的新技術(shù),受到了世界眾多國家的高度重視,被譽(yù)為全球物品編碼工作的未來,將給人類社會(huì)生活帶來巨大的變革。隨后,英國劍橋大學(xué)、澳大利亞的阿德雷德大學(xué)、日本Keio大學(xué)、瑞士的圣加侖大學(xué)、上海復(fù)旦大學(xué)、韓國信息通迅大學(xué)相繼加入并參與EPC的研發(fā)工作。該項(xiàng)工作還得到了可口可樂、吉利、強(qiáng)生、輝瑞、寶潔、聯(lián)合利華、UPS、沃爾瑪?shù)?00多家國際大公司的支持,其研究成果已在寶潔公司、TESCO等公司中試用。3.2產(chǎn)品電子編碼EPC2.EPC系統(tǒng)的構(gòu)成和特點(diǎn)

(1)EPC系統(tǒng)的構(gòu)成EPC系統(tǒng)之所以能夠在物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中占據(jù)如此重要的地位,主要在于它的系統(tǒng)構(gòu)成以及一系列不可取代的優(yōu)點(diǎn)。EPC系統(tǒng)是一個(gè)先進(jìn)的、綜合的、復(fù)雜的系統(tǒng),其最終目標(biāo)是為每一單品建立全球的、開放的標(biāo)識(shí)標(biāo)準(zhǔn)。它由EPC編碼體系、射頻識(shí)別系統(tǒng)及信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)三部分組成。EPC的編碼體系即EPC的編碼標(biāo)準(zhǔn),是識(shí)別目標(biāo)的特定代碼。射頻識(shí)別系統(tǒng)包括EPC標(biāo)簽和識(shí)讀器,前者貼在物品之上或者內(nèi)嵌在物品之中,后者用于識(shí)讀EPC標(biāo)簽。信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括EPC中間件、對(duì)象名稱解析服務(wù)(ObjectNamingService,ONS)和EPC信息服務(wù)(EPCIS)。EPC中間件是EPC系統(tǒng)的軟件支持系統(tǒng);ONS對(duì)物品進(jìn)行解析;EPCIS采用可擴(kuò)展標(biāo)記語言(XML)進(jìn)行信息描述,提供產(chǎn)品相關(guān)信息接口。3.2產(chǎn)品電子編碼EPC2.EPC系統(tǒng)的構(gòu)成和特點(diǎn)(2)EPC系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)●開放性EPC系統(tǒng)采用全球最大的公用互聯(lián)網(wǎng),避免了系統(tǒng)的復(fù)雜性,大大降低了系統(tǒng)的成本,并有利于系統(tǒng)的增值。梅特卡夫(Metealfe)定律表明,一個(gè)網(wǎng)絡(luò)開放的結(jié)構(gòu)體系遠(yuǎn)比復(fù)雜的多重結(jié)構(gòu)更有價(jià)值?!裢ㄓ眯訣PC系統(tǒng)可以識(shí)別十分廣泛的實(shí)體對(duì)象。EPC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是建立在互聯(lián)網(wǎng)上,并且可以與互聯(lián)網(wǎng)所有可能的組成部分協(xié)同工作,具有獨(dú)立平臺(tái),且在不同地區(qū)、不同國家的射頻識(shí)別技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不同的情況下具有通用性。●擴(kuò)展性EPC系統(tǒng)是一個(gè)靈活的、開放的、可持續(xù)發(fā)展的體系,可在不替換原有體系的情況下做到系統(tǒng)升級(jí)。由此可以毫不夸張地說,EPC的產(chǎn)生使得物聯(lián)網(wǎng)真正從思想走向?qū)嵺`。有專家預(yù)言,“未來1O年內(nèi),頂多十幾年的時(shí)間,物聯(lián)網(wǎng)一定會(huì)像現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)一樣高度普及”,屆時(shí),帶有EPC編碼的標(biāo)簽一定會(huì)比現(xiàn)在的條碼更加隨處可見,物品能夠“開口說話”,整個(gè)世界都將會(huì)更加智能。3.2產(chǎn)品電子編碼EPC3.2.2EPC/RFID物品識(shí)別的基本模型RFID能夠更加容易和靈活地把“物”改變成為智能物件,它的主要應(yīng)用是把移動(dòng)和非移動(dòng)的“物體”貼上標(biāo)簽,實(shí)現(xiàn)各種跟蹤和管理。EPCglobal提出了Auto-ID系統(tǒng)的五大技術(shù)組成,分別是EPC、RFID、ALE中間件、EPCIS以及信息發(fā)現(xiàn)服務(wù)(包括ONS和PML)。應(yīng)用層事件(ApplicationLevelEvent)規(guī)范,簡稱ALE規(guī)范,于2005年9月,由EPCglobal組織正式對(duì)外發(fā)布,其目的是實(shí)現(xiàn)信息的過濾和采集。它定義出RFID中間件對(duì)上層應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)該提供的一組標(biāo)準(zhǔn)接口,以及RFID中間件最基本的功能。EPC/RFID物品識(shí)別功能的實(shí)現(xiàn)主要由EPC編碼標(biāo)準(zhǔn)、RFID電子標(biāo)簽、識(shí)讀器、Savant網(wǎng)絡(luò)、對(duì)象名解析服務(wù)以及EPC信息服務(wù)系統(tǒng)等六方面組成。3.2產(chǎn)品電子編碼EPC1.EPC編碼EPC提供對(duì)物理對(duì)象的唯一標(biāo)識(shí)。儲(chǔ)存在EPC編碼中的信息包括嵌入信息(EmbeddedInformation)和參考信息(Information

Reference)。嵌入信息可以包括貨品重量、尺寸、有效期、目的地等。其基本思想是利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和當(dāng)前的信息資源來存儲(chǔ)數(shù)據(jù),這樣EPC就成了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)指針,擁有最小的信息量。參考信息其實(shí)是有關(guān)物品屬性的網(wǎng)絡(luò)信息。

2.RFID電子標(biāo)簽由天線、集成電路、連接集成電路與天線的部分、天線所在的底層四部分構(gòu)成。RFID電子標(biāo)簽中存儲(chǔ)EPC碼。RFID電子標(biāo)簽有主動(dòng)型、被動(dòng)型和半主動(dòng)型三種類型。主動(dòng)和半主動(dòng)標(biāo)簽在追蹤高價(jià)值商品時(shí)非常有用,它們可以遠(yuǎn)距離的掃描,但這種標(biāo)簽每個(gè)成本也較高。被動(dòng)標(biāo)簽相對(duì)便宜,正在被積極地研究和推廣。3.2產(chǎn)品電子編碼EPC

3.識(shí)讀器使用多種方式與標(biāo)簽交互信息,近距離讀取被動(dòng)標(biāo)簽中的信息最常用的方法就是電感式耦合。標(biāo)簽利用這個(gè)磁場發(fā)送電磁波給識(shí)讀器。這些返回的電磁波被轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)信息,即標(biāo)簽的EPC編碼。識(shí)讀器讀取信息的距離取決于識(shí)讀器的能量和使用的頻率。通常來講,高頻率的標(biāo)簽有更大的讀取距離。一個(gè)典型的低頻標(biāo)簽必須在一英尺內(nèi)讀取,而一個(gè)UHF標(biāo)簽可以在3.05~6.10rn的距離內(nèi)被讀取。

4.Savant系統(tǒng)每件產(chǎn)品都加上RFID電子標(biāo)簽之后,在產(chǎn)品的生產(chǎn)、運(yùn)輸和銷售過程中,識(shí)讀器將不斷收到一連串的EPC碼。為了在網(wǎng)上傳送和管理這些數(shù)據(jù),Auto-ID中心開發(fā)了一種名叫Savant的軟件系統(tǒng),它是一個(gè)樹狀結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)可以簡化管理,提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。它可以安裝在商店、本地配送中心、區(qū)域甚至全國數(shù)據(jù)中心中,它的主要任務(wù)是數(shù)據(jù)校對(duì)、識(shí)讀器協(xié)調(diào)、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和任務(wù)管理。3.2產(chǎn)品電子編碼EPC

5.0NS(對(duì)象名解析服務(wù)系統(tǒng))通過將EPC碼與相應(yīng)物品信息進(jìn)行匹配來查找有關(guān)實(shí)物的參考信息。比如:當(dāng)一個(gè)識(shí)讀器讀取到EPC標(biāo)簽的信息時(shí),EPC碼就傳遞給Savant系統(tǒng),然后再在局域網(wǎng)或因特網(wǎng)上利用0NS找到這個(gè)產(chǎn)品信息所存儲(chǔ)的位置。由0NS給Savant系統(tǒng)指明了存儲(chǔ)這個(gè)產(chǎn)品的有關(guān)信息的服務(wù)器,并將這個(gè)文件中的關(guān)于這個(gè)產(chǎn)品的信息傳遞過來。

6.EPCIS(EPC信息服務(wù))在物聯(lián)網(wǎng)中,有關(guān)產(chǎn)品信息的文件存儲(chǔ)在EPC信息服務(wù)器中。這些服務(wù)器往往由生產(chǎn)廠家來維護(hù)。所有產(chǎn)品信息將用一種新型的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)語言——物理標(biāo)記語言(PML)書寫,PML是基于為人們廣為接受的可擴(kuò)展標(biāo)識(shí)語言(XML)發(fā)展而來的。PML文件將被存儲(chǔ)在EPC信息服務(wù)器上,為其它計(jì)算機(jī)提供他們需要的文件。3.2產(chǎn)品電子編碼EPC7.PML正如互聯(lián)網(wǎng)中HTML語言已成為WWW的描述語言標(biāo)準(zhǔn)一樣,物聯(lián)網(wǎng)中所有的產(chǎn)品信息也都是在以XML(eXtensibleMarkupLanguage,可擴(kuò)展標(biāo)示語言)基礎(chǔ)上發(fā)展的PML(PhysicalMarkupLanguage,物體標(biāo)記語言)來描述。PML被設(shè)計(jì)成用于人及機(jī)器都可使用的自然物體的描述標(biāo)準(zhǔn),是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)信息存儲(chǔ)、交換的標(biāo)準(zhǔn)格式。

8.EPC碼的識(shí)讀流程解讀器讀取一個(gè)EPC碼,將信息傳送給Savant系統(tǒng),并通過0NS獲取與當(dāng)前所探測到的遠(yuǎn)程EPC信息服務(wù)器的地址,此后Savant向遠(yuǎn)程的EPC信息服務(wù)器發(fā)送讀取PML數(shù)據(jù)的請(qǐng)求,EPC信息服務(wù)器返回給savant它所請(qǐng)求的PML數(shù)據(jù),再由Savant處理新讀取的EPC碼的內(nèi)容,其識(shí)讀流程如圖3.10所示。3.2產(chǎn)品電子編碼EPC圖3.10EPC碼的識(shí)讀流程3.2產(chǎn)品電子編碼EPC

9.基于EPC/RFID的物聯(lián)網(wǎng)概念EPC網(wǎng)絡(luò)使用射頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈中貿(mào)易項(xiàng)信息的真實(shí)可見性。它由五個(gè)基本要素組成:產(chǎn)品電子代碼(EPC)、識(shí)別系統(tǒng)(EPC標(biāo)簽和識(shí)讀器)、對(duì)象名解析服務(wù)(ONS)、物理標(biāo)記語言(PML),以及Savant軟件。EPC本質(zhì)上是一個(gè)編號(hào),此編號(hào)用來唯一的確定供應(yīng)鏈中某個(gè)特定的貿(mào)易項(xiàng)。EPC編號(hào)位于由一片硅芯片和一個(gè)天線組成的標(biāo)簽中,標(biāo)簽附著在商品上。使用射頻技術(shù),標(biāo)簽將數(shù)字發(fā)送到識(shí)讀器,然后識(shí)讀器將數(shù)字傳到作為對(duì)象名解析服務(wù)(ONS)的一臺(tái)計(jì)算機(jī)或本地應(yīng)用系統(tǒng)中。ONS告訴計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)中到哪里查找攜帶EPC的物理對(duì)象的信息,例如該信息可以是商品的生產(chǎn)日期。物理標(biāo)記語言(PML)是EPC網(wǎng)絡(luò)中的通用語言,它用來定義物理對(duì)象的數(shù)據(jù)。Savant是一種軟件技術(shù),在EPC網(wǎng)絡(luò)中扮演中樞神經(jīng)的角色并負(fù)責(zé)信息的管理和流動(dòng),確?,F(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)不超負(fù)荷運(yùn)作。3.2產(chǎn)品電子編碼EPC9.基于EPC/RFID的物聯(lián)網(wǎng)概念EPC/RFID技術(shù)是以網(wǎng)絡(luò)為支撐的大系統(tǒng),它一方面利用現(xiàn)有的Internet網(wǎng)絡(luò)資源,另一方面可在世界范圍內(nèi)構(gòu)建出實(shí)物互聯(lián)網(wǎng),基于EPC/RFID的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)如圖3.11所示。在這個(gè)由RFID電子標(biāo)簽、識(shí)別設(shè)備、Savant服務(wù)器、Internet、0NS服務(wù)器、EPC信息服務(wù)系統(tǒng)以及眾多數(shù)據(jù)庫組成的實(shí)物互聯(lián)網(wǎng)中,識(shí)別設(shè)備讀出的EPC碼只是一個(gè)指針,由這個(gè)指針從Internet找到相應(yīng)的IP地址,并獲取該地址中存放的相關(guān)物品信息,交給Savant軟件系統(tǒng)處理和管理。由于在每個(gè)物品的標(biāo)簽上只有一個(gè)EPC碼,計(jì)算機(jī)需要知道與該EPC匹配的其它信息,這就需要用0NS來提供一種自動(dòng)化的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫服務(wù),Savant將EPC碼傳給0NS,0NS指示Savant到一個(gè)保存著產(chǎn)品文件的EPC信息服務(wù)器中查找,Savant可以對(duì)其進(jìn)行處理,還可以與EPC信息服務(wù)器和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫交互。3.2產(chǎn)品電子編碼EPC圖3.11基于EPC/RFID的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)3.2產(chǎn)品電子編碼EPC3.2.3EPC/RFID與條碼技術(shù)EPC/RFID物品識(shí)別的目標(biāo)是為每一物理實(shí)體提供唯一標(biāo)識(shí)。它與傳統(tǒng)條碼技術(shù)相比有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)。1.唯一標(biāo)識(shí)條碼只能識(shí)別一類產(chǎn)品,而無法識(shí)別單品,因此條碼容易偽造。EPC卻可以為單品提供唯一標(biāo)識(shí)。2.讀取方便條碼是可視傳播技術(shù)。即掃描儀必須“看見”條碼才能讀取它,這表明人們通常必須將條碼對(duì)準(zhǔn)掃描儀才有效。相反,無線電識(shí)別并不需要可視傳輸技術(shù),射頻標(biāo)簽只要在識(shí)讀器的讀取范圍內(nèi)就可以了。無線電識(shí)別可以穿過外包裝進(jìn)行識(shí)別,即RFID芯片可以嵌

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