贺铭革，等：物联网原理与基于ＲＦＩＤ的物物互联模式研究 研究与探讨 ｄｏｉ：ｌＯ．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５－１５２Ｘ．２０１０．２１．００８ 物联网原理与基于ＲＦＩ Ｄ的物物互联模式研究 贺铭革’。朱本飞 （１．天津港职工培训中心，天津３００４５６；２．武汉理工大学物流工程学院，湖北武汉４３００６３） 【摘 要】在论述物联网原理基础上，分析物联网环境下的ＲＦＩＤ技术、无线传感网络技术和ＧＰＳ等主流信息识别技术，研究 了基于ＲＦＩＤ的物物互联模式和以ＲＦＩＤ技术为主导的混合型物物互联模式，并探讨了不同互联模式下物联网功能实现的具体 过程及其应用前景。 ［关键词】物联网；ＲＦＩＤ技术；无线传感网络 ［中图分类号】Ｆ２５２；ＴＰ３９１．４ ［文献标识码ｌＡ ［文章编＂￣］１００５—１５２Ｘ（２０１０）２１—００２７—０２ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ ａｎｄ ｔｈｅ Ｍｏｄｅ ｏｆ ＲＦＩＤ－ｂａｓｅｄ Ｎｅｔｗｏｒｋ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ ＨＥ Ｍｉｎｇ－ｇｅ’，ＺＨＵ Ｂｅｎ—ｆｅｉ （１．Ｅｍｐｌｏｙｅｅ Ｔｒａｉｎｉｎｇ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆＴｉａｎｊｉｎ Ｐｏｒｔ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３０００４５６； ２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＬｏｇｉｓｔｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ ４３０００６３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ａｎ ｅｘｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ ｔｈｉｎｇｓ（ＩＯ ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ｍａｉｎｓｔｒｅａｍ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｓｕｃｈ ａｓ ＲＦＩＤ，ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋ，ａｎｄ ＧＰＳ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｘｔ ｏｆＩＯＴ，ｓｔｕｄｉｅｓ ｔｈｅ ｍｏｄｅｓ ｏｆｔｈｅ ＲＦＩＤ－ｂａｓｅｄ ｎｅｔｗｏｒｋ ｏｆｔｈｉｎｇｓ ｎａｄ ｔｈｅ ＲＦＩＤ—ｌｅｄ ｈｙｂｒｉｄ ｎｅｔｗｏｒｋ ｏｆ ｔｈｉｎｇｓ，ａｎｄ ｉｆｎａｌｌｙ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｓ ｔｈｅ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ＩＯＴ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｔｉｅｓ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｔｗｏ ｍｏｄｅｓ ａ．ｓ ｗｅｌｌ ｓａ ｔｈｅ ｏｕｔｌｏｏｋ ｏｆＩＯＴ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆｔｈｉｎｇｓ；ＲＦＩＤ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋ 全球范围内各种实体信息进行识别和采集，然后借助信息传 １ 引言 输技术及网络将信息汇聚到信息处理系统，经过大型计算机 群的智能化处理，将有用的信息或者是操作命令等反馈到各 物联网技术研究机构的大量建立预示着物联网技术研发 实体，实现对现实世界的自动化控制和管理。物联网借助于信 活动的蓬勃发展。越来越多的学者研究兴趣开始转向物联网， 息传感技术将互联网的人与人的互动延伸到实物与实物的互 既有对物联网的内涵从不同层面进行探讨，也有对其应用前 动，将互联网的虚拟世界交互延伸到现实的物理世界互动，达 景从交通物流、食品安全及溯源、制造业信息化等方面进行分 到全方位多角度全球深度的信息交融。 析，还有从ＲＦＩＤ中间件的开发等研究其技术支撑等 。以往 物联网功能的实现包括信息识别、传输、处理和反馈等四 关于物联网的研究文献，一般集中于论述物联网内涵及其应 个过程，其网络构架涉及到信息感知层、网络传输层和应用处 用前景，较少有人从全局关注物联网络中物与物之间的互联 理层面等。一般来说，信息的识别和采集技术主要有无线射频 方式。而总结基于广泛意义上的物物互联模式有助于明确物 技术、无线传感器以及全球定位系统等；信息传输网络包括局 联网发展思路及更好地为物联网实践服务。在对物联网原理 域网和互联网及其他内部网络等，涉及到网关技术、标准化通 的详细阐述基础上，本文探讨物联网环境下物品与物品相互 信协议和智能连接技术等；信息的处理和反馈则需要智能计 联系的方式和途径，重点研究了基于ＲＦＩＤ的物物互联模式 算和信息处理技术及智能芯片技术等的支撑。整个物联网最 和以ＲＦＩＤ技术为主的混合型物物互联模式。 核心和最本质的是信息传感技术及设备。它是物联网能否大 规模实现的关键，也是其区别于传统互联网的主要特征。 ２物联网原理 ３物联息自动识别支撑技术 物联网将现实世界的物品拟人化，借助各种信息识别技 术和传感网络实现对物品的自动识别和互联与共享，达到智 物联网技术中较重要的是将实体拟人化的信息自动识别 能化的管理与控制。其工作原理如下：先利用先进识别技术对 技术。一般能够用于信息自动采集的方法有多种，不同识别技 ［收稿日￣］２０１０—０９—２７ ［作者ｌＩＩ￣ｌ贺铭革，天滓港职工培训中心高级工程师，研究方向：港口物流系统优化等；朱本飞（１９８７一），男，湖北监利人，武汉理工大学物 流工程学院Ｏ９级硕士研究生，研究方向：物流系统规划与仿真。 一２７— 研究与探Ｎ 术的原理和使用范围不同。物联网环境下的信息自动识别一 般可以通过ＲＦＩＤ技术、无线传感技术、全球定位系统以及激 光扫描技术等实现。下面分析适应物联网环境下大规模的信 息自动采集的三种主要识别技术。 ＲＦＩＤ技术是物联网应用中最有发展潜力的信息识别技 术。ＲＦＩＤ系统一般由阅读器、标签和数据处理系统等组成。在 嵌入标签的物品进入识别范围内后，其利用读写器发出的射 频信号驱动标签内的芯片使其发送出物品信息。读写器随后 接收芯片的应答，将信息处理后发送到信息系统，在此过 程中实现对标签信息的自动读取。 无线传感技术是借助于无线传感网络实现信息识别和智 能处理的新兴技术。传感器、识别对象和处理中心等要素构成 了无线传感网络主要内容。在特定监测区域内预先部署数量 众多的微型传感器，协同化地感知识别对象的某些信息并进 行适当的处理后，将其集中传输到信息中心，通过自组织的网 络系统实现对信息的自动采集。 全球定位系统主要由空间卫星、地面控制站和用户接收 设备等组成。在测量出某一已知位置的卫星到用户接收机的 距离的基础上，再综合其他卫星的测量数据，则可快速准确地 得出接收机所在位置的三维坐标等相关信息。信号接收机的 微型化和处理芯片的智能化使得ＧＰＳ应用系统突破了无线 传感网络识别距离，是无线传感网络的扩大化。 ４基于ＲＦＩＤ的物物互联模式 物物互联模式是物联网环境下借助于各种技术实现实物 与实物间信息交流和互通的途径和方式。诸如ＲＦＩＤ、无线传 感技术和ＧＰＳ系统等都可以用来实现物物的互联和互通。一 般来说，不同的信息识别技术支撑着不同的互联模式。作为最 主流的信息识别技术，ＲＦＩＤ在物联网应用方面拥有较多的优 势。下面主要探讨基于ＲＦＩＤ的物物互联模式及以ＲＦＩＤ为主 的混合型物物互联模式。 ＲＦＩＤ技术是实现物联网高度智能化的基础。基于ＲＦＩＤ 的物物互联是实现物联网的最可靠方式，该互联网络主要由 ＲＦＩＤ系统、编码解析与寻址系统、互联网和信息处理系统等 组成。ＲＦＩＤ系统能实现对物理世界的物品的自动识别和信息 采集。编码解析与寻址系统和互联网则负责对采集到的信息 进行编码处理、实时传递和反馈。信息处理系统负责对收集的 信息进行智能化处理并发送相关指令。在该技术支撑下，嵌入 电子标签的物体在互联网和信息系统的帮助下与其他特 定物体进行信息交互和交流，从而将现实世界的物品进行标 识和拟人化。 如图１所示，物联网环境下，采用电子标签对所有物品进 行唯一编码，广泛分布的ＲＦＩＤ阅读器对一定范围内携带电 子标签的物体进行实时地扫描识别和智能处理，实现某局域 网内部的自动化控制，或者以互联网为纽带与其他位置的 ＲＦＩＤ局域网进行远程信息交互，在分布式处理系统的控制下 实现对物品跟踪、监控、自动化和智能化管理等。基于ＲＦＩＤ ２８一 物流技术２０１０年ｌ１月刊（总第２２８期） 的物联网在很多领域都具有广阔的应用和发展前景。如在汽 车制造领域，基于ＲＦＩＤ的物联网络可以实现工厂的自动化 生产和精益管理；物流领域可以借助基于ＲＦＩＤ的物联网络 进行实时监控和定位等。 图１基于ＲＦＩＤ的物物互联模式 混合型物物互联模式是以ＲＦＩＤ为主，综合利用无线传 感等各种信息识别技术，借助于互联网及分布式处理系统实 现物联网环境下物物互联和智能处理。该互联模式下的物联 网系统信息识别由ＲＦＩＤ系统、基于无线传感器的传感网络 和ＧＰＳ系统等组成，多个系统相互协调和配合共同完成对物 体信息的识别和采集。编码解析与寻址系统相对更加复杂，为 确保信息交互的顺畅要特别注意多系统通信协议的标准化。 信息处理系统则主要以分布式处理系统为主，辅以集中式控 制系统。信息的传输和反馈同样借助互联网。 图２混合型的物物互联模式 混合型互联模式如图２所示，其与基于单一ＲＦＩＤ的物 联网最明显的不同就是信息识别手段是多种识别技术的综合 利用。事实上，物联网环境下仅利用ＲＦＩＤ进行信息采集有一 定的局限性，仅依靠ＲＦＩＤ技术有很多信息不能够完全的采 集，某些场合需借助无线传感等其他技术识别和采集各种细 微变化的信息，才能实现物联网的监控和自动化处理和高度 智能。比如冷链物流中温度信息的采集需要借助温度传感器， 还有测试压力的压力传感器、生物检测过程中的生物传感器 等，物品定位要用到ＧＰＳ系统等。混合型的互（下转第３４页） 研究与探讨 的要求的材料及重量来进行包装和分割，贴好本超市的条形 码，把数据录入电脑，反馈给农业主管部门。农业主管部门根 据其数据的反馈对其农产品进行质量的监控和跟踪。 在包装过程中，各个超市可以采取标准化、统一包装，这 样方便包装流程的进行和运输，合作社采取绿色包装策略和 复用式包装策略。在包装设计时，选择可重复利用或可再生、 易回收处理、对环境无污染的包装材料，也可以根据农产品的 新鲜程度采取等级包装策略等。 物流技术２０１０年１１月刊（总第２２８期） 为了保证农产品的准时、快速以及方便其质量监控，可以 签署长期协议的外协车辆，农业主管部门对于车辆配载的优 化，注重一些基本原则：如上轻下重、先远后近、将相互接近的 停留点货物装在一辆车上运输，将先使用载重量大的车运输 等。可以使用动态规划模型来进行具体优化。 运输线路规划： 根据上述模式，该运输线路应该是多起讫点运输线路规 划问题，可以转化为运筹学的运输问题，根据其实际环境的不 同，限定条件会更多、更复杂，需要建立一个运输系统进行详 （２）仓储环节。由于农产品的特殊性，存在很短的保质期， 所以仓库用来作为配送中心，但对于一些生鲜产品的仓储设 细建模和讨论。 施设备也需具备，这需要投资建设。还有一些农产品具有 较长的保质期，也可以进行流通加工。 ５总结 （３）运输环节。主要按照农业主管部门根据各个超市对农 产品的需求，对其运输方式、运输配载、车辆调度和运输线路 本文从物流的角度，首先对“农超对接”模式进行分析，从 进行规划，指导各级农业合作社进行集中配送，在配送的过程 模式的分析中得出了物流所发挥的作用，提出了从“物流成本 中可以对农民所需的化肥等进行采购。 核算”和“物流运营”两方面改进的具体思路，依据思路提出了 运输方式： 具体措施。本文在具体措施中，由于数据缺乏，只提出了运用 ①货物流向流量和运输路线的协调。根据其产品的性质 相关的模型，未对模型进行详细的演算。在今后的工作中，将 以及交货的时间选择具体的运输方式。对于一些没有特殊要 进一步搜集此方面的数据，根据其特定的环境，做出详细的定 求的农产品，考虑运输方式分工时，对其运输网络道路上能满 量分析。 足不同运输方式进行技术上的比较，即要比较不同的运输方 【参考文献】 式与需求的适应性，也要比较不同运输方式的营运费用等。 ［１１张学志，陈功生．我国农产品运作模式选择［Ｊ１．中国流通经济， ②各种运输方式设备和组织的协调。农产品的种类也较 ２００９，（１０）：５８—６０． 为多，所以可能会涉及到多种运输方式，每种运输方式会有不 ［２１鲍新中，崔巍．物流成本管理与控制【Ｍ】．北京：北京电子工业出版社， 同的设备特色，如铁路有编组站、线路、机车等，水运又有港口 ２００９． 等，这就需要一些农产品包装的标准化。如果农产品进行多式 【３］张文杰，张可明．物流系统分析［Ｍ］．北京：北京高等教育出版社， 联运，那么之间不同的组织运输模式需要进行衔接。 ２００８． 『４］Ａｌａｎ Ｈａｒｒｉｓｏｎ，Ｒｅｍｋｏ ｖａｉｌ ｈｏｅｋ，张杰．物流管理【Ｍ］．北京：北京机械工 运输工具的配载： 业出版社，２００６． （上接第２８页）联模式在很多场合都有着较好的研究应用前 的信息识别技术，对于实现物物智能互联必不可少。不同的信 景，如智能家电方案、智能交通管理、建筑物安全监控、旱涝灾 息识别技术其实现的物物互联方式不一样。文章提出了基于 害预警等领域都可借助混合型互联模式实现网络监测和远程 不同识别技术的物物互联模式，重点分析基于ＲＦＩＤ的物物 控制。 互联模式和以ＲＦＩＤ技术为主导的混合型物物互联模式，认 在互联网向物联网转变的过程中，混合型的物物互联模 为物物互联最可能实现的是综合ＲＦＩＤ和无线传感技术等混 式是最有可能实现的方式。基于单一ＲＦＩＤ的物联网在某些 合型互联模式。事实上，物联网真正实现还有很多的问题需要 特定领域使用的可能性较大，但各行业企业全部应用则不现 解决，如信息传输中的通信标准化、传感器及芯片低成本制 实。事实上各行业本身就具备信息化的基础，在向物联网转变 造、信息处理平台高效管理、信息安全与保护等。 的过程中，大部分企业基于成本等考虑将选择在原有基础上 【参考文献】 的升级换代和改造。而不同的信息技术基础使得各企业选择 ［１］谢勇，王红卫．基于物联网的自动入库管理系统及其应用研究 ．物 的信息识别模式不尽相同，最终形成凸显各行业特色的物物 流技术，２００７，（４）． 互联模式。因而从较大范围来看，更有可能形成混合型的物物 ［２］李如年．基于ＲＦＩＤ技术的物联网研究［Ｊ］．中国电子科学研究院学 互联模式。 报，２００９，（６）． ［３］李一，陈火峰．关于物联网的研究思考［Ｊ】＿价值工程，２０１０，（８）． ５结语 ［４］王烨．基于ＲＦＩＤ技术的物联网在物流安全领域的应用［Ｊ】．科技创 业月刊，２０１０，（３）． ［５俏慧彬．物联网中企业信息交互中间件技术开发研究【Ｄ】．北京：北方 物联网时代是一个高度智能的时代，它的实现离不开各 工业大学，２００９． 种高新技术的支撑。特别是在物联网发展中扮演着关键角色 ［６］刘志硕，魏凤，等．关于我国物联网发展的思考『Ｊ１．综合运输，２０１０，（２）． ３４一
