引言
近期刮起的“物聯(lián)網(wǎng)”旋風(fēng)，引起了人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。那么到底什么是物聯(lián)網(wǎng)呢?物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)又有何關(guān)系呢?其實(shí)物聯(lián)網(wǎng)的概念早在1999年就已提出，它的定義很簡(jiǎn)單：把所有物品通過(guò)射頻識(shí)剮等信意傳感設(shè)備與互聯(lián)閼連接超來(lái)，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別和管理。因此物聯(lián)網(wǎng)是基于RFID技術(shù)組成的傳感網(wǎng)。
1 物聯(lián)網(wǎng)基本原理與RFID技術(shù)
物聯(lián)網(wǎng)是在計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用射頻自動(dòng)識(shí)別(RFID，radiofrequencyidentification)、無(wú)線數(shù)據(jù)通信等技術(shù)，構(gòu)造一個(gè)覆蓋世界上萬(wàn)事萬(wàn)物的“InternetofThings”，奠核心技術(shù)之一就是RFID技術(shù)。在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，物品(商品)能夠彼此進(jìn)行“交流”，而無(wú)需人的干預(yù)。其實(shí)質(zhì)是利用RFID技術(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)物品(商品)的自動(dòng)識(shí)別和信息的互聯(lián)與共享。而RFID，正是能夠讓物品“開(kāi)口說(shuō)話”的一種技術(shù)。在“物聯(lián)網(wǎng)”的構(gòu)想中，RFID標(biāo)簽中存儲(chǔ)著規(guī)范而具有互用性的信息，通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)把它們自動(dòng)采集到中央信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)物品(商品)的識(shí)別，進(jìn)而通過(guò)開(kāi)放性的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信患交換和共享，實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的“透明”管理。
1．1 物聯(lián)網(wǎng)組成及其工作原理
1．1．1 物聯(lián)網(wǎng)的由來(lái)
如互聯(lián)網(wǎng)可以把世界上不同角落的人緊密地聯(lián)系在一起一樣，采用RFID技術(shù)的Intemet也可以把世界上所有物品聯(lián)系在一起，而且彼此之間可以互相“交流”，從而組成—個(gè)全球性實(shí)物相互聯(lián)系的“物聯(lián)網(wǎng)”。
1．1．2 物聯(lián)網(wǎng)的組成
典型的物聯(lián)網(wǎng)由三大部分組成，即RFID系統(tǒng)、中間件Savant系統(tǒng)和Intemet系統(tǒng)，如圖1所示。其中RFID系統(tǒng)主要包括RFID電子標(biāo)簽(tag)、閱讀器(reader)及數(shù)據(jù)交換和管理系統(tǒng)(processor)軟件；中間件savant系統(tǒng)由Savant服務(wù)器、ONS(objectnamingservice)服務(wù)器、PML(physi—calmarkuplanguage)服務(wù)器及相應(yīng)的數(shù)據(jù)軟件等組成；Intemet系統(tǒng)通常由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器等組成。
1．1．3 工作原理
物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的RFID閱讀器可控制射頻模塊向電子標(biāo)簽發(fā)射讀取信號(hào)，并接收標(biāo)簽的應(yīng)答信號(hào)，同時(shí)可對(duì)電子標(biāo)簽的對(duì)象標(biāo)識(shí)信息進(jìn)行解碼，從而將對(duì)象標(biāo)識(shí)信息連帶電子標(biāo)簽上的其他相關(guān)信息傳輸?shù)絊avant系統(tǒng)以供處理。通常其工作頻段和電子標(biāo)簽上頻率是一致的。
圖1 物聯(lián)網(wǎng)的基本組成框圖
在如圖1所示的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，閱讀器在接收到來(lái)自電子標(biāo)簽的載波信息，并對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解碼后，會(huì)將其信息送至計(jì)算機(jī)中的中間件sa—vant系統(tǒng)軟件進(jìn)行處理，處理后傳送到Intemet，然后再在Intemet上利用ONS找到這個(gè)物品信息所存儲(chǔ)的位置，由ONS給Savant系統(tǒng)指明存儲(chǔ)這個(gè)物品的有關(guān)信息的服務(wù)器，并將這個(gè)文件中的關(guān)于這個(gè)物品的信息傳遞過(guò)來(lái)。
1．2 RFlD系統(tǒng)工作原理
1．2．1系統(tǒng)組成
由于應(yīng)用不同，RFID系統(tǒng)的組成會(huì)各有不同，但基本上都由電子標(biāo)簽、閱讀器和數(shù)據(jù)交換與管理系統(tǒng)三大部分組成。電子標(biāo)簽，由耦合元件及芯片組成，其中包含帶加密邏輯。
1．2．2 工作原理
RFID是一種高級(jí)的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，利用它通過(guò)無(wú)線射頻方式進(jìn)行非接觸式的全雙工數(shù)據(jù)通信，以對(duì)實(shí)物目標(biāo)加以識(shí)別。RFID標(biāo)簽由芯片和天線組成，每個(gè)標(biāo)簽具有惟一的產(chǎn)品電子碼。
RFID系統(tǒng)可以在無(wú)線電收發(fā)器與傳感器收發(fā)器(含有標(biāo)簽，又稱RFID收發(fā)器)之間傳送數(shù)據(jù)。RFID系統(tǒng)的工作原理如圖2所示。
圖2RIGID系統(tǒng)工作原理框圖
RFID系統(tǒng)工作時(shí)，先由閱讀器通過(guò)天線發(fā)送一定頻率的射頻信號(hào)，當(dāng)RFID標(biāo)簽進(jìn)入閱讀器的工作場(chǎng)時(shí)，其天線產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而使RFID標(biāo)簽獲得能鼉被激活并向閱讀器發(fā)送自身的編碼等信息。對(duì)于無(wú)源系統(tǒng)，閱讀器通過(guò)耦合元件(無(wú)線電收發(fā)器)發(fā)送出一定頻率的射頻信號(hào)，當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入該區(qū)域時(shí)通過(guò)耦合元件從中獲得能量以驅(qū)動(dòng)后級(jí)芯片與閱讀器進(jìn)行通信。閱讀器讀取標(biāo)簽的自身編碼等信息并解碼后送至數(shù)據(jù)交換、管理系統(tǒng)(計(jì)算機(jī)系統(tǒng))處理。而對(duì)于有源系統(tǒng)，標(biāo)簽進(jìn)入閱讀器工作區(qū)域后，由自身內(nèi)嵌的電池為后級(jí)芯片供電以完成與閱讀器間的相應(yīng)通信過(guò)程。
1．3 RFlD電子標(biāo)簽標(biāo)準(zhǔn)
國(guó)際上現(xiàn)在有兩家權(quán)威的RFID電子標(biāo)簽標(biāo)準(zhǔn)研究機(jī)構(gòu)，代表著RFID電子標(biāo)簽標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展力向。一個(gè)是1999年成立總部設(shè)在美國(guó)麻省理工學(xué)院的自動(dòng)ID中心，另一個(gè)是日本2003午3月成立的泛在ID中心，上述兩個(gè)中心所推出的標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)格有一些差別。
我國(guó)電子標(biāo)簽RFID技術(shù)的生產(chǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域僅有一些行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、各廠家自主開(kāi)發(fā)的射頻標(biāo)簽產(chǎn)品在容量、信息格式等方面不一致、不兼容。因此，我國(guó)應(yīng)盡快制定出具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“電子標(biāo)簽”國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)和目前國(guó)際的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)互通兼容，以促進(jìn)中國(guó)的“電子標(biāo)簽”發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化。
2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用及未來(lái)發(fā)展
基于RFID標(biāo)簽對(duì)物體的惟一標(biāo)識(shí)性，引發(fā)了人們對(duì)基于RFID技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行研究的熱潮。物聯(lián)網(wǎng)是當(dāng)前RFID應(yīng)用研究的熱點(diǎn)。而作為條形碼的無(wú)線版本，RFID技術(shù)有條形碼所不具備的防水、防磁、耐高溫、使用壽命長(zhǎng)、讀取距離大、數(shù)據(jù)可以加密、存儲(chǔ)信息更改自如等優(yōu)點(diǎn)，也可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，操作方便快捷。伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)中，美軍利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建置的可視化后勤化網(wǎng)絡(luò)，使美軍的后勤補(bǔ)給能力變得前所未有的強(qiáng)大。美軍將RFID標(biāo)簽貼于倉(cāng)庫(kù)內(nèi)的托盤、包裝箱或元件上，標(biāo)簽內(nèi)包含元件規(guī)格、序列號(hào)等信息，當(dāng)物資通過(guò)安裝在預(yù)置地點(diǎn)的RFID識(shí)讀器時(shí)，便可以完成庫(kù)存信息的自動(dòng)盤點(diǎn)，無(wú)線局域網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_(tái)管理信息系統(tǒng)中共享，指揮中心便能夠得到實(shí)時(shí)的物資儲(chǔ)存信息。整個(gè)過(guò)程不再需要保管員使用手持條形碼掃描器對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)物資進(jìn)行逐個(gè)掃描，大大加快物資在物流供應(yīng)鏈中的流通速度，減少了人工操作失誤，降低管理成本，同時(shí)美軍呵以輕松掌握所有后勤補(bǔ)給的實(shí)時(shí)信息。英軍也利用這個(gè)網(wǎng)絡(luò)，讓高達(dá)90％的后勤物資能夠有效率地運(yùn)抵前線。
基于RFID技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)，利用RFID、天線數(shù)據(jù)通訊等技術(shù)，構(gòu)造了一個(gè)實(shí)現(xiàn)全球物品信息實(shí)時(shí)共享的“IntemetofThings”。通過(guò)給所有物品貼上RFID標(biāo)鑒，在現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上構(gòu)建所有參與流通的物品信息網(wǎng)絡(luò)，在這個(gè)物品信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中存在著異構(gòu)的成分導(dǎo)致了系統(tǒng)中各個(gè)子系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效的交互，因此系統(tǒng)的各部分之間能否彼此有機(jī)地和協(xié)調(diào)地工作，以發(fā)揮整體效益，達(dá)到整體優(yōu)化的異構(gòu)系統(tǒng)集成的相關(guān)技術(shù)也將取得長(zhǎng)足發(fā)展，其中，最吸引人的人工智能領(lǐng)域中關(guān)于agent交互方面的研究理論的研究工作定會(huì)取得突飛猛進(jìn)的發(fā)展，這對(duì)于整個(gè)社會(huì)的信息化建設(shè)都具有十分重要的意義。物聯(lián)網(wǎng)的建立使人們生活中可隨時(shí)、隨地得到信息訪問(wèn)和計(jì)算服務(wù)，將對(duì)生產(chǎn)制造、銷售、運(yùn)輸、使用、回收等物品流通的各個(gè)環(huán)節(jié)，以及政府、企業(yè)和個(gè)人行為帶來(lái)深刻影響。
今年美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬就職以后，在他和工商領(lǐng)袖舉行的圓桌會(huì)議上，“智慧地球”的概念被提出，其中包括美國(guó)要形成智慧型基礎(chǔ)設(shè)施“物聯(lián)網(wǎng)”，其被美國(guó)人認(rèn)為是振興經(jīng)濟(jì)、確立競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵戰(zhàn)略。2009年8月7日，溫家寶總理在無(wú)錫調(diào)研時(shí)指出“在傳感網(wǎng)發(fā)展中，要早一點(diǎn)謀劃未來(lái)，早一點(diǎn)攻破核心技術(shù)”，“在國(guó)家重大科技專項(xiàng)中，加快推進(jìn)傳感網(wǎng)發(fā)展”，“盡快建立中國(guó)的傳感信息中心，或者叫‘感知中國(guó)’中心”。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)，世界上任何物品都可以隨時(shí)隨地按需被標(biāo)識(shí)、追蹤和監(jiān)控。物聯(lián)網(wǎng)被視為繼Internet后IT業(yè)的又一次革命。
3 亟待解決的問(wèn)題
3．1 標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題
物聯(lián)網(wǎng)將給我們的生活帶來(lái)一個(gè)更加舒適、便捷、安全的時(shí)代，但目前物聯(lián)網(wǎng)還有一些瓶頸問(wèn)題亟待解決，其中之一就是技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。由于各國(guó)存在不同的標(biāo)準(zhǔn)，因此需要加強(qiáng)國(guó)家之間的合作，解決異構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)的集成問(wèn)題。
3．2 價(jià)格問(wèn)題
除上述標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的問(wèn)題外，物聯(lián)網(wǎng)在商業(yè)應(yīng)用方面業(yè)務(wù)模式還不是很明朗。另外，目前生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)所需的芯片等組件的費(fèi)用也比較高，把所有物品都植入識(shí)別芯片這一點(diǎn)現(xiàn)在看來(lái)還不太現(xiàn)實(shí)。
3．3 安全問(wèn)題
還有一個(gè)難題是如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)安全與隱私保護(hù)，在物聯(lián)網(wǎng)中，由于物體之間的聯(lián)系更緊密，甚至物體和人也被連接起來(lái)，因此大量的數(shù)據(jù)及用戶隱私如何得到保護(hù)，就成為亟待解決的問(wèn)題。沒(méi)有可靠安全機(jī)制，對(duì)于只讀標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)信息無(wú)法進(jìn)行很好的保密，對(duì)于可讀可寫標(biāo)簽，還存在電子標(biāo)簽上的信息被惡意更改的隱患。如果電子標(biāo)簽中的信息被竊取甚至惡意更改，將帶來(lái)無(wú)法估量的損失。而解決這些安全問(wèn)題的唯一途徑就是研究RFID標(biāo)簽加密技術(shù)。加密技術(shù)可用來(lái)防止未授權(quán)的窺探者取得或篡改電子標(biāo)簽信息，但目前只有少數(shù)RFID芯片能夠處理壓人加密鑰等較復(fù)雜的工作。從國(guó)家安全的高度考慮，應(yīng)該積極發(fā)展自己的RFID加密技術(shù)，而不能坐等別人研制相關(guān)的加密技術(shù)。
3．4 數(shù)據(jù)管理平臺(tái)問(wèn)題
一旦物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)真正投入實(shí)用，如何有效管理應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)帶來(lái)的巨大數(shù)據(jù)，才能使數(shù)以億計(jì)的各類物品的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)管理變得可能。為此，需要建立這樣的數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，它包括后端數(shù)據(jù)庫(kù)，應(yīng)用程序以及正確的分析能力來(lái)處理由RFID系統(tǒng)生成的大量數(shù)據(jù)。該平臺(tái)應(yīng)具有能實(shí)現(xiàn)多個(gè)用戶共同使用，以及所有識(shí)別系統(tǒng)都能使用的通用語(yǔ)言；RFID讀取器和后臺(tái)的信息支撐系統(tǒng)、認(rèn)證系統(tǒng)、安全系統(tǒng)和每個(gè)環(huán)節(jié)的信息系統(tǒng)必須具備規(guī)格統(tǒng)一的公共標(biāo)準(zhǔn)接口。該平臺(tái)在使用時(shí)應(yīng)該設(shè)定不同用戶所具有的相應(yīng)訪問(wèn)權(quán)限，并且能實(shí)現(xiàn)信息通訊的加密。該平臺(tái)要能適應(yīng)大通信量的讀取支持，能同時(shí)支持成千上萬(wàn)的電子標(biāo)簽識(shí)別，并進(jìn)行驗(yàn)證。
3．5 產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展問(wèn)題
也有業(yè)內(nèi)人士分析，面向普通用戶的物聯(lián)網(wǎng)，短期內(nèi)仍然只會(huì)是一個(gè)“概念”，在技術(shù)發(fā)展、商業(yè)模式、利益博弈等諸多問(wèn)題的限制下，它絕大部分的業(yè)務(wù)仍然會(huì)是數(shù)據(jù)采集應(yīng)用的擴(kuò)展，難以實(shí)現(xiàn)更加“智能”，很難實(shí)現(xiàn)“物與物對(duì)話”的“真正物聯(lián)網(wǎng)”。
物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展還需要產(chǎn)業(yè)鏈的共同努力。目前，物聯(lián)網(wǎng)需要的自動(dòng)控制、信息傳感、射頻識(shí)別等上游技術(shù)和產(chǎn)業(yè)都早已成熟或基本成熟，而下游的應(yīng)用也已廣泛存在。實(shí)現(xiàn)上下游產(chǎn)業(yè)的聯(lián)動(dòng)，跨專業(yè)的聯(lián)動(dòng)，還需包括移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商在內(nèi)的產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)形成產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，共同推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。
4 結(jié)語(yǔ)
物聯(lián)網(wǎng)作為一個(gè)智能項(xiàng)目，世界各國(guó)都極為重視。相信當(dāng)“物聯(lián)網(wǎng)”的構(gòu)想成為現(xiàn)實(shí)的時(shí)候，世界上的萬(wàn)事萬(wàn)物無(wú)論何時(shí)、何地都能夠彼此相關(guān)、互相“交流”，整個(gè)世界的面貌就會(huì)為之煥然一新。更重要的是“物聯(lián)網(wǎng)”將給人類與事物之間的關(guān)系帶來(lái)深刻的變化，人們從許多簡(jiǎn)單而枯燥的勞動(dòng)中解脫出來(lái)，并賦予人類更大的力量，去探索和開(kāi)發(fā)“物的世界”。