iot物联网解决方案_物联网——IoT 简介

物联网( IoT ，Internet of things )即“万物相连的互联网”，是互联网基础上的延伸和扩展的网络，将各种信息传感设备与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，实现在任何时间、任何地点，人、机、物的互联互通。

物联网是新一代信息技术的重要组成部分，IT行业又叫：泛互联，意指物物相连，万物互联。由此，“物联网就是物物相连的互联网”。这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。因此，物联网的定义是通过“射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器”等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能“”化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

物联网是指通过各种信息传感设备，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程等各种需要的信息，与互联网结合形成的一个巨大网络。其目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。

RFID和物联网的系统对应关系

EPC/RFID系统具有典型的物联网结构特性，从边缘的设备和网络，到云端的中间件服务，都体现了物联网数据汇聚、开放共享的本质属性。

在RFID边沿系统中，从物联网接入云端的网络模式来看，EPC/RFID技术属于网关连接型的物联网。网关连接型物联网的连接设备，主要包括传感器、转发节点、网关设备，分别对应EPC/RFID系统中的电子标签、读写器、RFID中间件或网关路由器。(备注：1、“转发节点”是指：在物联网边缘网络中，实现多种通信协议转换的网络交换设备。2、和“网关连接型”对应的云端接入方式是“直接连接型”，即物联网终端直连云服务系统。)

1、电子标签-物联网终端

“电子标签”负责存储物品数据，虽然它并没有感知的功能，但其在应用中的角色和传感器类似，属于“数据源”-终端设备。

2、读写器-物联网转发节点

RFID的“读写器”是物联网的转发节点设备。读写器很容易被误解为传感器设备，但实时上它并非传感器：读写器读取电子标签数据所采用的是无线通信技术，数据在电子标签内按照RFID通信标准，先经过编码、调制等步骤处理，再通过天线转换成无线信号向读写器发送；读写器接收到无线信号后，同样需要按照RFID通信标准，对信号进行解调、译码和放大等系列操作，而获得标签数据。读写器在获得标签数据后，还需要将其通过其它通信方式向云端传送。读写器的核心功能就是“一收一发”，实现通信协议转换以及在局部区域中的数据转发，在物联网边缘网络中，即称为“转发节点”(例如：将标签数据从“无线信号”转换为“RS232串口信号”，送到后端服务器)。

3、物联网网关设备

在边缘网络中，RFID实现互联网连接，主要有两种方式:

A、读写器具备通信协议栈和互联网应用功能，可以将标签数据直接送至互联网应用服务器。在这种情况下，读写器同时具备物联网转发节点和网关功能。(例如：便携式自带运营商SIM卡的读写器)

B、读写器需要先将数据送至本地网络服务器、网关路由器或中间件设备等其它网络服务设备，再由这些网络服务设备将数据进一步处理并送至互联网。在此读写器属于物联网中的转发节点，不承担物联网的网关功能。而转发数据至互联网的网络服务设备即为物联网网关设备。

4、RFID中间件-物联网平台

在RFID软件系统中，RFID中间件封装了基本的RFID功能(IOT-NS、IOT-IS、数据过滤和格式转换、读写设备管理等)，解决了各厂家设备的兼容性问题，统一了相关系统之间通信标准和数据格式，实现各类设备和系统间的无缝对接，支持实时动态地进行数据传递。RFID中间件，其实就是专用的物联网平台，偏重于物联网平台的连接服务。各类软件应用部署在RFID中间件上，则可以更加地“轻载”和“灵活”。

EPC/RFID系统所构建的是一个全球化的物联网应用，是一个以RFID信息采集技术为基础的、结合互联网技术(EPC系统)的、开放共享的大系统。借助这个系统工具，各生产分工环节上的企业能够更紧密地协同合作，产品的生产流水线更具有弹性和张力，企业内部资源能够更有效地和外部资源联动，提升商业软实力。

射频识别即RFID(Radio Frequency IDentification)技术，又称电子标签、无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。RFID标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所。获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(Passive Tag，无源或被动标签)，或者主动发送某一频率的信号(Active Tag，有源或主动标签)；RFID读写器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。

射频识别系统在具体的应用过程中，根据不同的应用目的和应用环境，其组成会有所不同，但从射频识别系统的工作原理来看，系统一般都由信号发射机，信号接收机、发射接收天线几部分组成。

(一)信号发射机(射频标签)

在射频识别系统中，信号发射机为了不同的应用目的，会以不同的形式存在，典型的形式是标签。标签相当于条形码技术中的条形码符号，用来存储需要识别传输的信息。另外，与条形码不同的是，标签必须能够自动或在外力的作用下，把存储的信息自动发射出去。

标签一般是带有线圈、天线、存储器与控制系统的低电集成电路。按照不同的分类标准，标签有许多不同的分类。

1、主动式标签与被动式标签

在实际应用中，虽然标签的电能消耗非常低(一般是百万分之一毫瓦级别)，但是必须给它供电才能工作。按照标签获取电能的方式不同，可以把标签分成主动式标签与被动式标签两种。主动式标签内部自带电池进行供电，它的电能充足，工作可靠性高，信号传送的距离远。另外，主动式标签可以通过设计电池的不同寿命对标签的使用时间或使用次数进行限制。它可以用在需要限制数据传输量或者使用数据有限制的地方。比如，一年内标签只允许读写有限次。主动式标签的缺点主要是标签的使用寿命受到限制，而且随着标签内电池电力的消耗，数据传输的距离会越来越小，影响系统的正常工作。

被动式标签内部不带电池，要靠外界提供能量才能正常工作。被动式标签典型的产生电能的装置是天线与线圈。当标签进入系统的工作区域，天线接收到特定的电磁渡，线圈就会产生感应电流，再经过整流电路给标签供电。被动式标签具有永久的使用期，常常用在标签信息需要每天读写或频繁读写多次的地方，而且被动式标签支持长时间的数据传输和永久性的数据存储。被动式标签的缺点主要是数据传输的距离要比主动式标签小。因为被动式标签依靠外部的电磁感应供电，它的电能比较弱，数据传输的距离和信号强度就受到限制，需要敏感性比较高的信号接收器(阅读器)才能可靠识读。

2、只读标签与可读可写标签

根据内部使用存储器类型的不同，标签可以分成只读标签与可读可写标签。只读标签内部只有只读存储器和随机存储器。ROM用于存储发射器操作系统说明和安全性要求较高的数据，它与内部的处理器或逻辑处理单元完成内部的操作控制功能，如响应延迟时间控制、数据流控制、电源开关控制等。另外，只读标签的ROM中还存储有标签的标识信息。这些信息可以在标签制作过程中由制造商写入ROM中，也可以在标签开始使用时，由使用者根据特定的应用目的写入特殊的编码信息。这种信息可以只简单地代表二进制中的“O”或者“1”，也可以像二维条形码那样，包含复杂的、相当丰富的信息。这种信息只能一次写入、多次读出。只读标签中的RAM用于存储标签反应和数据传输过程中临时产生的数据。另外，只读标签中除了ROM和RAM外，一般还有缓冲存储器，用于暂时存储调制后等待天线发送的信息。

可读可写标签内部的存储器除了ROM、RAM和缓冲存储器之外t还有非活动可编程记忆存储器。这种存储器除了具有存储数据的功能外，还具有在适当的条件下允许多次写入数据的功能。非活动可编程记忆存储器有许多种，电可擦除可编程只读存储器(EEP－ROM)是比较常见的一种，这种存储器在加电的情况下，可以实现对原有数据的擦除以及数据的重新写入。

3、标识标签与便携式数据文件

根据标签中存储器数据存储能力的不同，可以把标签分为仅用于标识目的标识标签与便携式数据文件两种。对于标识标签来说，在标签中存储一个数字或者多个数字、字母字符串，是为了识别或者将其作为获得进入信息管理系统中数据库的钥匙。条形码技术中标准码制作号码如EAN/UPC码、混合编码，或者标签使用者按照特别的方法编制的号码都可以存储在标识标签中。标识标签中存储的只是标识号码，用于对特定的标识项目，如人、物、地点进行标识。至于被标识项目详细的、特定的信息，只能在与系统相连接的数据库中进行查找。

便携式数据文件，顾名思义就是说标签中存储的数据非常大，足可以看做是一个数据文件。这种标签一般都是用户可编程的，标签中除了存储标识码外，还存储有大量的被标识项目其他的相关信息，如包装说明、工艺过程说明等。实际应用中，关于被标识项目的所有信息都是存储在标签中的，读标签就可以得到关于被标识项目的所有信息，而不用再连接到数据库进行信息读取。另外，随着标签存储能力的提高，可以提供组织数据的能力，在读标签的过程中，可以根据特定的应用目的控制数据的读出，实现在不同的情况下读出的数据部分不同。

(二)信号接收机(读写器)

在射频识别系统中，信号接收机一般叫做阅读器。根据支持的标签类型与完成功能的不同，阅读器的复杂程度是显著不同的。阅读器基本的功能就是提供与标签进行数据传输的途径。另外，阅读器还提供相当复杂的信号状态控制，奇偶错误校验与更正功能等。标签中除了存储需要传输的信息外，还必须含有一定的附加信息，如错误校验信息等。识别数据信息和附加信息按照一定的结构编制在一起，并按照特定的顺序向外发送。阅读器通过接收到的附加信息来控制数据流的发送。一旦到达阅读器的信息被正确的接收和移解后，阅读器通过特定的算法决定是否需要发射机对发送的信号重发一次，或者知道发射器停止发信号，这就是“命令响应协议”。使用这种协议，即便在很短的时间，很小的空间阅读多个标签，也可以有效地防止“欺骗问题”的产生。

(三)编程器

只有可读可写标签系统才需要编程器。编程器是向标签写入数据的装置，编程器写入数据一般来说是离线完成的，也就是预先在标签中写入数据，等到开始应用时直接将标签粘附在被标识项目上。也有一些RFID应用系统，写数据是在线完成的，尤其是在生产环境中作为交互式编写数据文件来处理时。

(四)天线

天线是标签与阅读器之间传输数据的发射、接收装置。在实际应用中，除了系统功率外，天线的形状和相对位置也会影响数据的发射和接收，需要专业人员对系统的天线进行设计、安装。