摘要：在深入理解物聯(lián)網關鍵技術RFID原理后，提出將ZigBee技術、GPS技術融進RFID技術中，形成一個基于ZigBee、GPS的多點自動識別、智能無線組網和實時定位的RFID識別系統(tǒng)的物聯(lián)網開發(fā)平臺。在該平臺中詳細介紹了RFID和ZigBee等各個模塊原理及其應用，同時解決了閱讀器在讀取EPC電子標簽數(shù)據時易出現(xiàn)的碰撞問題，并闡述了物聯(lián)網開發(fā)平臺的主要優(yōu)勢。

引言

隨著無線通信技術、傳感器技術、信息處理技術的快速發(fā)展，經濟全球化、工業(yè)自動化和信息化的進程不斷深入，物聯(lián)網技術逐漸成熟，應用的領域逐漸增多，物聯(lián)網技術引起了人們越來越多的重視。物聯(lián)網，顧名思義就是物與物相連形成的網絡，它們之間進行信息交換和通信，以實現(xiàn)對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網絡。物聯(lián)網一方面可以提高經濟效益，大大節(jié)約成本;另一方面可以為全球經濟的復蘇提供技術動力。物聯(lián)網主要應用在物流管理、智能交通系統(tǒng)、供應鏈管理和工廠、樓宇、環(huán)境保護等領域的監(jiān)測，可以降低管理成本，提高管理的有效性和設備、危險場合的安全性。

本文詳細介紹物聯(lián)網的基本原理和組成，描述每個模塊的基本原理和功能，同時在射頻識別系統(tǒng)中嵌入ZigBee模塊，提高了物聯(lián)網的無線通信和組網能力，使物聯(lián)網技術得到更好的發(fā)展和應用，之后系統(tǒng)介紹物聯(lián)網開發(fā)平臺的結構組成以及應用開發(fā)前景，物聯(lián)網開發(fā)平臺的搭建，對促進研究成果的轉化和產學研對接也具有十分重要的意義，為最終實現(xiàn)“物聯(lián)網”提供了一條簡單、可行的途徑。

1 物聯(lián)網基本原理

物聯(lián)網一般由3大部分組成，即射頻識別RFID系統(tǒng)、中間件Savant系統(tǒng)和Internet系統(tǒng)。其中RFID系統(tǒng)至少包含閱讀器(Reader)和RFID標簽(Tag)，它具有讀取速度快、存儲空間大、工作距離遠、穿透性強、工作環(huán)境適應強、可重復使用等多種優(yōu)勢。RFID標簽由芯片與天線組成，每個標簽具有唯一的電子編碼，標簽附著在物體上以表示目標對象。物聯(lián)網系統(tǒng)基本組成如圖1所示。

2 RFID系統(tǒng)

物聯(lián)網技術核心關鍵就是射頻識別技術(RFID)。一般的RFID系統(tǒng)由閱讀器、應答器(電子標簽EPC)和高層等部分組成，具有讀取速度快、存儲空間大、工作距離遠、穿透性強、工作環(huán)境適應強、可重復使用等多種優(yōu)勢。電子標簽由芯片與天線組成，每個標簽具有唯一的電子編碼，標簽附著在物體上以表示目標對象。RFID閱讀器的主要任務是控制射頻模塊向標簽發(fā)射讀取信號，并接收標簽的應答，對標簽的識別信息進行處理，之后閱讀器把接收到的數(shù)據整合處理傳送給計算機。高層是信息管理系統(tǒng)和決策系統(tǒng)，通過對數(shù)據的加工、分析和挖掘，為正確決策提供依據。RFID在票務系統(tǒng)(城市公交車、高速公路收費、門票等)，收費卡，城市交通管理，安檢門禁，物流，家政，食品安全追溯，藥品，礦井生產安全，防盜，防偽，證件，集裝箱識別，動物追蹤，運動計時，生產自動化，商業(yè)供應鏈等眾多領域獲得廣泛重視和應用。RFID系統(tǒng)結構如圖2所示。

3 ZigBee模塊

ZigBee是一種短距離、低復雜度、低功耗、低數(shù)據速率、低成本的雙向無線通信技術或無線網絡技術，是一組基于IEEE 802.15.4無線標準研制開發(fā)的有關組網、安全和應用軟件方面的通信技術。ZigBee網絡的拓撲結構主要有3種：星型、樹狀和網狀網絡結構。它采用DSSS擴頻技術，使用的頻段是2.45 GHz的超高頻段，抗干擾能力強，傳輸速度快，同時可以提高閱讀器的工作距離，主要適合于自動控制、無線傳感器、監(jiān)控和遠程控制等領域，可以嵌入各種設備中，還支持地理定位功能。本文把ZigBee模塊嵌入到RFID系統(tǒng)中，具有更可靠的安全性和更好的組網特性。

4 GPS和GPRS模塊

全球定位系統(tǒng)(Global PositioNIng System，GPS)是一種以空中衛(wèi)星為基礎的高精度無線電導航的全球定位系統(tǒng)，在全球任何地方以及近地空間能夠提供準確的地理位置、車行速度及精確的時間信息。GPS系統(tǒng)由3大部分組成：空間部分、地面控制部分、用戶設備部分。GPRS是通用分組無線業(yè)務(General PACket Radio Service)的簡稱，是在GSM基礎上發(fā)展起來的一種分組交換的數(shù)據承載和傳輸方式，它只通過增加相應的功能實體和對現(xiàn)有的基站系統(tǒng)進行部分改造來實現(xiàn)分組交換，卻得到的用戶數(shù)據速率比GSM網絡快得多。GPRS模塊利用手機模塊和SIM卡，把GPS定位到的數(shù)據進行短消息發(fā)送，告知對方物品所在的位置。

5 物聯(lián)網開發(fā)平臺

物聯(lián)網開發(fā)平臺系統(tǒng)結構圖如圖3所示。

圖3 物聯(lián)網開發(fā)平臺系統(tǒng)結構圖

閱讀器通過天線發(fā)送一定頻率的射頻信號，當EPC電子標簽進入閱讀器讀取范圍時，電子標簽從閱讀器發(fā)出的射頻能量中提取工作所需的電能后被激活，從而使EPC電子標簽獲得能量被激活并向閱讀器發(fā)送自身的編碼等EPC信息。閱讀器在接收到來自電子標簽的載波信息，并對接收信號進行解調和解碼后，會將其信息送至計算機中的中間件Savant系統(tǒng)軟件進行處理。RFID數(shù)據交換和系統(tǒng)管理軟件主要包括介于閱讀器和工廠計算機應用系統(tǒng)之間的中間件Savant系統(tǒng)。另外在整個物聯(lián)網開發(fā)平臺系統(tǒng)中如果想知道某個物品的位置時，只需通過GPRS無線網絡發(fā)出查詢信號，各子模塊接收到查詢信息后，通過RFID讀寫器閱讀自身的RFID信息，并與中心傳遞的編碼相比較，確認是否是詢問自己。接著從GPS系統(tǒng)中讀取自己的地理位置信息，通過GPRS網絡將位置信號傳送給控制中心，從而掌握物品所在位置。另外在這個開發(fā)平臺中還得注意防沖突技術。當兩個或兩個以上的EPC電子標簽進入閱讀器讀取范圍時，它們都接收到閱讀器的查詢指令，它們會同時發(fā)送響應，這樣造成閱讀器之間的信號沖突，使閱讀器無法檢測到正確的信號，即發(fā)生了碰撞。因此，必須在閱讀器和電子標簽之間建立防碰撞協(xié)議，以便閱讀器檢測到一個EPC電子標簽。防止碰撞一般有數(shù)據檢驗(差錯檢測)和防碰撞算法兩種方法。這里采用差錯檢測技術，它采用多路存取技術，使RFID系統(tǒng)中閱讀器與電子標簽之間的數(shù)據能夠完整的傳輸和識別。

6 物聯(lián)網開發(fā)平臺優(yōu)勢

物聯(lián)網開發(fā)平臺采用先進的RFID技術、ZigBee技術、GPS技術、GPRS技術，把它們融合起來，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，提高系統(tǒng)的性能。其主要優(yōu)勢在于：在RFID技術中嵌入ZigBee技術，使閱讀器的讀取范圍更廣、讀取速度更快、時延更小、成本更低，使多臺RFID閱讀器無線聯(lián)接組網或者與其他儀器更方便，設備及不同協(xié)議讀寫器之間聯(lián)網，實現(xiàn)數(shù)據的多點無線采集和傳輸?shù)哪康模罱K形成一個基于ZigBee技術的多點自動識別、智能無線組網的RFID識別系統(tǒng)。另外融合了GPS和GPRS技術，使物聯(lián)網開發(fā)平臺系統(tǒng)通信更方便，為物聯(lián)網技術更好的推廣和使用提供了一種新的途徑。

結語

本文在充分考慮物聯(lián)網系統(tǒng)的現(xiàn)有狀況和深入分析技術難題的前提下，把RFID、ZigBee、GPS、GPRS等技術融合在物聯(lián)網開發(fā)平臺中，構建一套基于ZigBee技術無線射頻識別的物聯(lián)網開發(fā)平臺系統(tǒng)，提高了閱讀器的讀取能力、防碰撞能力和組網能力，但是在物聯(lián)網的實際應用中還有許多問題亟待解決，如技術標準、安全保密和遠距離識別、抗干擾能力等。隨著RFID、ZigBee、GPS、GPRS等技術的不斷發(fā)展和更新，它們在物聯(lián)網中的優(yōu)勢將更為突出，將更好地改善我們的生活。