物联网基础技术：射频识读器及其应用

（一）物联网基础技术

1.射频识读器

射频识读器是一种识别电子标签内存储的电子编码信息，并且能够进行信息传输的一种装置。射频识读器主要包括阅读器、查询器、读写器和扫描器。在通常情况下，射频识读器根据射频标签的读、写要求来设计，从而形成一个射频识读系统，射频识读器是射频识别系统的重要组成部分。在射频识别系统中，识读器的基本任务是激活标签，将标签中的信息读出或者将标签所需要存储的信息写入标签的装置，与标签建立通信并且在应用软件和标签之间传输数据，最终传输至射频识别系统中进行信息的识别处理。在物联网中，EPC系统框架与RFID技术的运用最为广泛，而EPC标签识读器与RFID标签识读器的本质区别在于：EPC电子编码标签必须按照EPC规则编码，并遵循EPC标签与EPC读写器之间的空中接口协议，而RFID标签识读器则不需要。

2.传感器与无线传感器网络

在物联网的前端技术中，要获取物的实时信息，如温度、湿度、运动状态，以及其他的物理、化学变化等信息，就需要使用传感器。传感器是一种检测装置，能检测到被测量物体的信息，并能将检测到的信息按一定规律变换成电信号或其他所需形式的信息，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求，实现物体的感知、识别、采集、捕获信息。传感器对物体动态和静态属性进行标识，静态属性可以直接存储在标签中通过RFID技术进行识别，而动态属性需要传感器进行实时探测。

无线传感器网络（WSN）是一种由传感器节点构成的网络，能够实时地监测、感知和采集节点部署区内的各种信息（如光强、温度、湿度、噪声和有害气体浓度等物理现象），并对这些信息进行处理，通过无线网络最终发送给网络终端。无线传感器网络现已广泛应用于军事侦察、环境监测、医疗护理、智能家居、工业生产控制等领域。浦东国际机场和上海世博会周边范围内采用的都是无线传感器网络，通过依靠多个传感器网络的节点来实现对不同信息的采集，以便在传感器网络中，将有效的信息传递到外界，实现对周边环境的监测与控制。

3.嵌入式智能技术

嵌入式智能技术是计算机技术的一种应用，该技术主要针对具体的应用特点设计专用的嵌入式系统。嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，适用于对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统通常嵌入大的设备中而不被人们所察觉，如手机、空调、微波炉、冰箱中的控制部件都属于嵌入式系统。嵌入式智能技术和通用计算机技术有所不同，通用计算机多用来和人进行交互，并根据人发出的指令进行工作；而嵌入式系统在大多数情况下可以根据自己“感知”到的事件自行处理，如设计一个温湿度的嵌入式监测系统，随着温度和湿度的提高，当它们达到所处的一个临界值时，置于系统内的装置就会启动，用于控制和平衡温度，以及保证湿度不超过其临界值，从而使温度和湿度保持在稳定的水平。因此，嵌入式系统对时间性和可靠性要求更高。

在物联网中，嵌入式智能技术已经逐步为人们所熟知，嵌入式系统及其相关技术已经在生产制造、机电一体化控制、工业的智能监控及智能家居等领域有所应用。物联网技术中所采用的各类高灵敏度识别、专用的信号代码处理等装置的研发，将会进一步推动嵌入式智能技术在物联网中的应用。嵌入式智能技术的应用，使得原本功能单一的设备，变得更加多样化与人性化。

4.纳米技术与纳米传感器

纳米技术在物联网中的应用主要体现在RFID设备、感应器设备的微小化设计、加工材料和微纳米加工技术上。目前韩国与美国已经合作研究出了一种新的RFID标签，可以直接打印到包装上，这种标签采用的是碳纳米技术，以及其所开发出的一种半导体墨水，这种半导体墨水内含的碳纳米管具备一次充、放电的能力，这样就可以把商标信息记录在标签内，从而打印到包装上。这种技术的最终目标是在更小的标签内存储更多的数据，并且降低标签的成本。

纳米技术的发展，不仅为传感器提供了优良的敏感材料，如纳米粒子、纳米管、纳米线等，而且为传感器制作提供了许多新型的方法，如纳米技术中的关键技术STM，研究对象向纳米尺度过渡的MEMS技术等。与传统的传感器相比，纳米传感器尺寸减小、精度提高，更重要的是利用纳米技术制作传感器，是站在原子尺度上，从而极大地丰富了传感器的理论，推动了传感器的制作水平，拓宽了传感器的应用领域。纳米传感器现已在生物、化学、机械、航空、军事等方面获得广泛的应用。

（二）物联网核心技术

1.RFID技术

RFID技术是利用感应、无线电波进行非接触双向通信，达到识别及数据交换目的的自动识别系统。RFID应用系统由RFID标签、RFID读写器与RFID数据管理系统组成。RFID系统的工作原理是：读写器通过天线发出射频信号，当标签进入其信号范围内就能够产生感应电流，从而获得能量，将存储的信息发送到RFID读写器，RFID读写器将接收到的信息传送到RFID数据管理系统，再将信息传输至数据库服务中心。

RFID几乎可以用来追踪和管理所有的物理对象，因此，越来越多的零售商和制造商都在关心和支持这项可以有效降低成本的技术的发展与应用。早期，美国麻省理工学院的Auto-ID中心在美国统一代码委员会（UCC）的支持下，将RFID技术与Internet结合，提出了EPC（产品电子代码）的概念。国际物品编码协会与美国统一代码委员会将全球统一标识编码体系植入EPC概念中，从而使EPC纳入全球统一标识系统。

RFID技术作为物联网的核心技术，已经在不同的行业领域中得到了广泛的运用，在物流领域里可运用的过程包括物流过程中货物的追踪、信息的自动采集、仓储的管理、应用及快递等。在交通领域里的运用包括高速公路的不停车收费系统、铁路车号自动识别系统，以及在公交车枢纽管理中的运用等。在零售行业内，RFID技术主要是用于对商品的销售数据统计、货物情况的查询及补货。除此之外，RFID技术还运用于制造业、服装业、食品及军事等行业。(www.xing528.com)

2.EPC编码技术

EPC编码技术是利用EPC编码体系对物品的编码进行信息的采集。EPC编码采用一组编号来代表制造商及其产品，同时还用一组数字来唯一地标识单品。EPC是唯一存储在RFID标签微型芯片中的信息，它使数据库中无数的动态数据能够与EPC标签相连接。

EPC编码体系是与目前广泛应用的国际物品编码协会兼容的编码标准，有EPC-64、EPC-96、EPC-256三种标准。目前使用最多的是EPC-64，而新一代的EPC（RFID）标签将采用EPC-96的标准。EPC标准并不会在短时间内完全取代现有的编码标准，而是将实现与其他主流编码的兼容。

3.资源寻址技术

由于物联网存在着跨域通信的问题，因此物联网同样需要像互联网一样的网络资源寻址技术，以实现资源名称到相关资源地址的寻址解析。物品编码是物联网中特有的资源名称，物联网资源寻址技术的核心正是完成由物品编码到相关资源地址的寻址过程，但是由于物联网编码结构与互联网结构存在差异，物联网资源寻址技术与互联网不尽相同，因此物联网需要一套自身的资源寻址技术来促进物联网的互联互通。

物联网资源寻址技术是实现全球物品信息定位和跨域信息交流的关键技术，它不仅需要支持物品名称到与其对应的特定信息资源地址的寻址解析，还需要支持物品名称到与其相关的诸多信息资源地址的寻址与定位，通过物联网资源寻址操作来获取完成转换所需用到的信息，而该转换信息与相应的物联网资源名称转换生成的物联网资源名称可以作为物联网资源寻址系统的输入信息，可以将经过转换信息转换生成的物联网资源名称视为一种间接资源地址，而转换信息相应地可以视为生成这种间接资源地址所需的信息。

因此，物联网资源寻址的输出信息不仅局限于地址本身，而应该扩展为生成物联网资源地址所需的信息，该信息可以本身就是物联网资源地址，也可以是将其他物联网资源名称转换为间接资源地址所需的地址生成信息。物联网中完成转换所用到的信息需要通过物联网资源寻址技术来获取。物联网资源寻址的输出信息称为物联网资源地址信息。

（三）物联网安全技术

安全技术是物联网发展中的一项重要技术，是物联网信息安全的保障，因此安全问题将成为物联网技术中的关键问题。目前物联网中涉及的安全问题包括识别技术安全性、相关信息传输的安全性、信息保密及隐私性、物联网业务安全性。针对以上几种安全问题，本书将提出相应的安全技术措施。

1.加密技术

加密技术主要用在信息采集过程中，它把传感器节点之间的通信消息及RFID系统中所识别的信息转换成密文，形成加密密钥，而这些密文只有知道解密密钥的人才能识别。加密技术主要由明文、密文、算法和密钥四个要素组成，其核心技术就是算法和密钥。密码的算法通常都是一些公式、法则等，而密钥则是作为算法过程中的可变参数。因此，通过加密过程将明文变成密文，即可实现加密技术。

在RFID系统的应用中，信息的保密性、完整性以及信息的可获取性等都涉及加密技术。对传输信息进行保护是加密技术中的重要应用，加密技术在RFID系统数据传输过程中保护接口设备和射频RFID标签之间的命令与数据，加密技术中信息的认证以及信息的授权与访问控制主要是强调RFID标签的相关应用。

2.信息安全防范技术

物联网信息安全防范技术主要是指在物联网环境中对传播的病毒、黑客、恶意软件等做出一系列防范措施所采用的技术。

第一，可以通过在服务器、终端机及网络接口处安装杀毒软件和防毒墙，做到使病毒无法对计算机系统进行攻击。

第二，采用防火墙技术，在被保护网络和外部网络之间设置一道屏障，以防止潜在破坏的入侵，尽可能地对外部屏蔽被保护的网络信息，实现对网络信息的安全保护。