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展，經濟全球化、工業自動化和信息化的進程不斷深入，物聯網技術逐漸成熟，應用的領域逐漸增多，物聯網技術引起了人們越來越多的重視。物聯網，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，以實現對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。物聯網一方面可以提高經濟效益，大大節約成本;另一方面可以為全球經濟的復蘇提供技術動力。物聯網主要應用在物流管理、智能交通系統、供應鏈管理和工廠、樓宇、環境保護等領域的監測，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中嵌入ZigBee模塊，提高了物聯網的無線通信和組網能力，使物聯網技術得到更好的發展和應用，之后系統介紹物聯網開發平臺的結構組成以及應用開發前景，物聯網開發平臺的搭建，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“物聯網”提供了一條簡單、可行的途徑。

1 物聯網基本原理

物聯網一般由3大部分組成，即射頻識別RFID系統、中間件Savant系統和Internet系統。其中RFID系統至少包含閱讀器（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、工作環境適應強、可重復使用等多種優勢。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。物聯網系統基本組成如圖1所示。

2 RFID系統

物聯網技術核心關鍵就是射頻識別技術（RFID）。一般的RFID系統由閱讀器、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、工作環境適應強、可重復使用等多種優勢。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據整合處理傳送給計算機。高層是信息管理系統和決策系統，通過對數據的加工、分析和挖掘，為正確決策提供依據。RFID在票務系統（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，商業供應鏈等眾多領域獲得廣泛重視和應用。RFID系統結構如圖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（Global PositioNIng System，GPS）是一種以空中衛星為基礎的高精度無線電導航的全球定位系統，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是通用分組無線業務（General PACket Radio Service）的簡稱，是在GSM基礎上發展起來的一種分組交換的數據承載和傳輸方式，它只通過增加相應的功能實體和對現有的基站系統進行部分改造來實現分組交換，卻得到的用戶數據速率比GSM網絡快得多。GPRS模塊利用手機模塊和SIM卡，把GPS定位到的數據進行短消息發送，告知對方物品所在的位置。

5 物聯網開發平臺

物聯網開發平臺系統結構圖如圖3所示。

圖3 物聯網開發平臺系統結構圖

閱讀器通過天線發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系統軟件進行處理。RFID數據交換和系統管理軟件主要包括介于閱讀器和工廠計算機應用系統之間的中間件Savant系統。另外在整個物聯網開發平臺系統中如果想知道某個物品的位置時，只需通過GPRS無線網絡發出查詢信號，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議，以便閱讀器檢測到一個EPC電子標簽。防止碰撞一般有數據檢驗（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系統中閱讀器與電子標簽之間的數據能夠完整的傳輸和識別。

6 物聯網開發平臺優勢

物聯網開發平臺采用先進的RFID技術、ZigBee技術、GPS技術、GPRS技術，把它們融合起來，發揮各自的優勢，提高系統的性能。其主要優勢在于：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閱讀器無線聯接組網或者與其他儀器更方便，設備及不同協議讀寫器之間聯網，實現數據的多點無線采集和傳輸的目的，最終形成一個基于ZigBee技術的多點自動識別、智能無線組網的RFID識別系統。另外融合了GPS和GPRS技術，使物聯網開發平臺系統通信更方便，為物聯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網系統的現有狀況和深入分析技術難題的前提下，把RFID、ZigBee、GPS、GPRS等技術融合在物聯網開發平臺中，構建一套基于ZigBee技術無線射頻識別的物聯網開發平臺系統，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等技術的不斷發展和更新，它們在物聯網中的優勢將更為突出，將更好地改善我們的生活。

責任編輯：ct