物联网与自动识别技术

 

        2010年，所有关心中国政治经济的人，都开始熟悉一个名词——物联网。在2010年的两会上，胡锦涛主席参加天津代表团团组会议时，两次提到了“物联网”，一次是关于调结构、转变经济增长方式，一次是关于自主创新。2010年3月5日，温家宝总理在《政府工作报告》中，将“加快物联网的研发应用”明确纳入重点产业振兴。在《政府工作报告》的末尾，对物联网的定义做出了这样的诠释——“它是在互联网基础上延伸和扩展的网络。”

        美国权威咨询机构FORRESTER预测，到2020年，世界上物物互联的业务，跟人与人通信的业务相比，将达到30:1，因此，“物联网”被称为是下一个万亿级的通信业务，所有的迹象都表明，世界已经开始进入物联网时代。

        随着技术的发展，物联网概念的内涵和外延都已经发生了巨大变化，广义物联网的概念是指：在信息网络的基础上，通过物品编码和标识系统，利用数据采集技术和传感技术，按照标准化的协议，进行物品与网络连接，以实现对物品的识别、定位、跟踪、监控和管理等智能化的网络系统。

物联网把物质世界和数字世界有机连接起来，实现现实世界和虚拟世界的融合，物联网是从数字化向智能化的提升，是全球信息化发展的趋势。正如邬贺铨院士在中国物联网大会上所说：物联网是互联网应用拓展重点，物联网是泛在网的起点，物联网是信息化与工业化融合的切入点，物联网是低碳经济的支撑点，物联网是战略性新兴产业的增长点，物联网是民生服务的新亮点，物联网是国际竞争的新热点。因此，当前应抓住机遇，推动和探索物联网的技术与产业发展，为促进我国信息产业和国民经济及社会和谐发展做出贡献。

 

         无论从最初的物联网概念看，还是从广义的物联网概念看，物联网的组成可归纳为以下四个部分：物品编码标识系统，它是物联网的基础；自动信息获取和感知系统，它解决信息的来源问题；网络系统，它解决信息的交互问题；应用和服务系统，它是建设物联网的目的。物联网架构图如图1所示。

         物联网中的“物”不再限于一般物理实体，而是包括了所有事物，甚至是应用系统；物联网中的“联”更是包括条码、射频、传感器等多种技术手段；物联网中的“网”也不仅仅是Internet，而是能够互联的各类信息网络，包括互联网、无线传感网、移动网等各种有线和无线的网络。

 

   

 

 

                                                                                                                      图1 物联网架构图

 

      编码是指按一定规则赋予物品易于机器和人识别、处理的代码，它是物品在信息网络中的身份标识，是一个物理编码。编码实现了物品的数字化，是物品实现自动识别的基础，在物联网的各个环节，物品编码是贯穿始终的关键字，是物联网的基础。

      统一的物品编码体系将满足物联网中各系统信息交换的需要，并能实现动态维护，对物联网的应用、运行与管理提供支撑。如果没有统一的物品编码体系，这些系统只能是一个个不连通的信息孤岛，不能形成物联网。 因此，统一的物品编码体系是信息互联互通的关键。

      物联网中由于编码对象复杂，单一的某个物品编码标准无法支撑整个物联网的运行。由于历史的原因，有些编码方案的应用已经有一定的规模，在某些领域的信息化建设中正在发挥很好的作用。因此，国家物品编码体系提供了一种行之有效的兼容性的解决方案，实现各种编码方案的互联互通，通过国家物品编码解析平台为各行各业提供服务。

      物品编码与IP地址问题。IP地址是对连接到互联网中的电子设备赋予的网络通信用的相对唯一地址。IP的设计是为了连接到网络中设备的寻址。IP地址在网络中具有唯一性，但IPV6不能既用作物品唯一标识，又用作路由地址。

物品编码在系统中具有唯一性，但物品编码不能既用作路由地址，又用作唯一标识。 物品的标识和通讯既需要物品编码也需要IP地址。

      物品编码与信息安全 问题。把物品编码与自主创新和信息安全联系起来，这是一种误解。首先编码是一种规则，规则是无法得到知识产权保护的，目前，国内外未见哪一种规则取得了专利；但每一种编码确实有一个管理问题，如EPC编码、IPV4、IPV6等，但这与知识产权无关。因此，可以说编码本身不会涉及信息安全。物联网应用中，信息安全与网络架构和管理措施有关，但与编码本身无关。

 

      自动识别技术，是指条码、射频、传感器等通过信息化手段将与物品有关的信息通过一定的方法自动输入计算机系统的技术的总称。自动识别技术在二十世纪七十年代初步形成规模，它帮助人们快速地进行海量数据的自动采集，解决了应用中由于数据输入速度慢、出错率高等造成的“瓶颈”问题。目前，自动识别技术被广泛地应用在商业、工业、交通运输业、邮电通讯业、物资管理、仓储等行业，为国家信息化建设做出了重要贡献。

      以商品条码为代表的一维条码，见图2主要用于商品流通贸易领域物品通用信息的标识及数据交换。一维条码的应用对于促进我国商品进入国际市场，促进各行业实现信息化管理起着至关重要的作用。

  

 

 

                                                                                                           图2  EAN-13条码        

 

                                                                                                                 

                                                                                                             图3 汉信码

      二维条码技术是在一维条码无法满足实际应用需求的前提下产生的。从信息密度与信息容量来讲：一维条码信息密度低，信息容量较小，二维条码信息密度高，信息容量大；从错误校验及纠错能力来讲：一维条码可通过校验字符进行错误校验，没有纠错能力，二维条码具有错误校验和纠错能力，可以根据需要设置不同的纠错级别；从对数据库和通信网络是否依赖来讲：一维条码多处应用场合依赖数据库和通信网络，二维条码信息密度高，信息容量大；二维条码可不依赖数据库和通信网络而单独应用。

      二维条码，特别是具有我国自主知识产权的汉信码，见图3，将在物联网中获得广泛应用，汉信码具有信息容量大，高效的汉字压缩效率，纠错能力强。目前，二维条码在世博会门票、火车票上已经取得越来越广泛的应用。

      RFID是一种非接触式的自动无线识别和数据采集技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。射频标签见图4。

      RFID技术的基本工作原理并不复杂：当射频标签在阅读器发射天线有效工作区域内，阅读器通过发射天线发送一定频率的射频信号，标签内产生感应电流并被激活；标签将存储在芯片中的编码信息通过内置发送天线发送出去；阅读器的接收天线接收到从射频卡发送来的载波信号，经天线调节器传送到阅读器，阅读器对接收的信号进行解调和解码然后送到后台主机系统进行相关处理。同样，当射频标签为主动标签时，标签本身发送一定频率的射频信号，阅读器读取信息并解码后，送至后台主机系统进行有关数据处理。

      射频识别技术拥有广阔的发展前景和巨大的市场潜力。目前，已在图书管理、手机SIM卡、不停车收费（ETC）系统、二代身份证等应用，正在将RFID技术推向更深、更广的应用。

 

           

                     图4 射频标签                       

 

 

 

                                                                                                                     图5 传感器

      传感器是物联网获取相关信息的来源，见图5。传感器是一种能够对当前状态进行识别的元器件，当特定的状态发生变化时，传感器能够立即察觉出来，并且能够向其他的元器件发出相应的信号，用来告知状态的变化。智能传感器将计算能力嵌入到传感器中，使得传感器节点不仅具有数据采集能力，而且具有信息处理能力；无线智能传感器在智能传感器的基础上增加了无线通信能力，大大延长了传感器的感知触角，降低了传感器应用的成本；无线传感器网络则将网络技术引入到无线智能传感器中，使得传感器不再是单个的感知单元，而是能够交换信息、协调控制的有机结合体，实现物与物的互联，把感知触角深入世界各个角落。

      通过一维条码、二维条码、射频识别、传感器等连接技术，实现将各种实体物品与虚拟的物（环境）链入网络的功能，构建万事万物相互连接的物联网。坚持自主创新，尽快掌握和研发与物联网相关的核心技术，大量的识读设备、传感设备、网络设备、配套的软件以及服务等，将为物联网应用提供技术支撑。

 

      物联网不是科技狂想，而是一场新的科技革命，未来物联网将对政治、经济产生深远的影响。物联网一方面可以提高经济效益，发展低碳经济、建设节约型社会；另一方面物联网将极大地改变我们生活方式。物联网的发展，将带动技术的进步，通过应用创新进一步带动经济社会形态、创新形态的变革，促进建立知识型社会。

      物联网用途广泛，遍及智能交通、环境保护、电子政务、贸易物流、公共安全、平安家居、智能电力、工业监测、个人健康、水系监测、食品安全等领域。目前，世界各国都在投入巨资深入研究发展物联网。

      2005年4月，为建设知识型欧洲，欧盟提出总预算为500多亿欧元的第七研究框架计划建议（2007～2013）。该计划支持经过筛选的优先领域，致力于欧盟占领或保持世界某些领域的领先地位。2009年9月，在欧盟第七框架计划资助下，欧洲物联网研究项目工作组 (CERP-IoT) 制订了《物联网战略研究路线图(SRA)》，为欧盟未来10年物联网发展指明了方向。

      日本也制定了i-Japan计划，旨在到2015年实现以人为本“安心且充满活力的数字化社会”，让数字信息技术如同空气和水一般融入每一个角落。

      美国在物联网产业上的优势正在加强与扩大。DOD的“智能尘埃”（Smart dust）、国家科学基金会的“全球网络研究环境”（GENI）等项目提升了美国的创新能力；IBM、TI、INTEL、微软、高通等一大批IT公司，在芯片设计、软件开发、以及系统集成方面占据领先地位。

      现阶段的物联网是以EPC和全球统一标识系统为基础，以RFID为主要技术手段，主要应用在发展比较成熟需求较为紧迫的国际贸易与物流供应链领域，EPC是最有可能率先实现的物联网。

      EPC的编码是全球通用的，EPC相关标准是全球各国企业共同参与制定的，目前全球已有40多个国家的1500多家企业参与到EPC的研发和标准制订工作中。EPC标准也于2006年6月成为了ISO标准，全球有关EPC工作已经做了大量的试点应用研究，EPC的应用正不断扩大。

      中国物品编码中心为EPC物联网做了大量工作 。

 

      胡锦涛总书记说，抓住新一代信息网络技术发展的机遇，创新信息产业技术，以信息化带动工业化，发展和普及互联网技术，加快发展物联网技术，重视网络计算机和信息存储技术开发，加快相关基础设施建设，积极研发和建设新一代互联网，改变我国信息资源行业分割，核心技术受制于人的局面，促进信息共享，保障信息安全。

      当前，物联网受到从政府到企业、科研院所、甚至普通民众的广泛重视，在物联网整个产业链中，自动识别产业始终是物联网体系的重要的支撑产业，自动识别产业必须与产业链的上下游紧密合作，共同促进政、产、学、研、用各界联合，相互支持，共同攻关，为我国物联网的发展提供一个和谐共赢的环境。