發布日期：2022-05-20 點擊率：94
自從“物聯網”的概念提出以后，無論是一般老百姓還是相關專業人士，都予以了極大的關注，并展現出了空前的熱情。普遍認為物聯網給人們生活和社會經濟所帶來的沖擊，將遠超過互聯網。我們認為，互聯網是人與人之間通過計算機進行信息交流的一種工具，物聯網則是人與物或處于被動狀態的人之間通過計算機進行信息交流的一種工具，或者說物聯網就是互聯網從人到物的延伸。
1 物聯網的概念和相關技術
如果說互聯網是以PC與PC之間的網絡連接為其特征的話，物聯網則是以PC與低成本的微型計算機（即單片機）之間的無線連接為其特征的，而且這種無線連接的方式必須是低成本，低功耗，雙向和遠距離的！
物聯網至少應該包括如下幾方面內容：對物的信息（包括身份，位置信息和狀態信息）感知，感知信息的采集和傳輸，信息處理和信息反饋。我們認為，這也是物聯網最基本的概念。根據與“物”相關的這些信息傳輸和處理所涉及的范圍大小，物聯網可以是一個僅僅由近距離信息采集傳輸系統和具有一般處理能力的計算機構成的相對簡單的局域網，也可以是一個包括互聯網和“云”計算機在內的一個廣域網。當我們通過公網，互聯網等各種遠距離信息傳輸手段，將成千上萬個這樣的“小物聯網”連接在一起，并將它們所采集匯聚的海量信息，利用具有超強處理能力的“云”計算機進行處理，并根據我們的各種應用需要通過網絡進行信息反饋時，就形成了現有一般意義上的物聯網。
物聯網中最關鍵的環節是公網以下具體的“物”與PC之間的無線信息采集和傳輸。這包括感知信息的傳輸和反饋指令信息的傳輸。顯然，無論是超級計算機、移動通信網、傳感器網絡或是射頻識別系統本身，都不能單一滿足物聯網信息傳輸和處理的需要，它們中的任何一個都不能代表物聯網。物聯網不應該是一個單一性質的網絡，而是可以包括條碼、無源射頻標簽、各種傳感器、有源射頻標簽、手機、各種通信公網和以及超級計算機等在內的組合。
從經濟實用的角度出發，我們不可能在每一個銷售的牙刷上，或倉庫中運輸托盤上的每一個物品上都安裝一個有源射頻標簽，而一個條碼標簽顯然是最優和最現實的選擇。由于條碼識別距離很近，為了將條碼所代表的牙刷或其它物品的信息，以一種低成本，簡單快速的方式傳入網絡，我們可以在手持條碼讀寫器中，包括每個倉庫運輸托盤上，安裝一個有源射頻標簽，并在倉庫中安裝一個與移動公網或互聯網連接的遠距離（500 m以上）有源射頻標簽讀寫器，我們便可以輕而易舉的，將手持條碼讀寫器所讀到的，關于牙刷和托盤上物品的相關信息，傳給并儲存到安裝在托盤上的有源射頻標簽中，再通過有源射頻標簽，間接傳給有源射頻標簽讀寫器，或由手持條碼讀寫器中的有源射頻標簽，直接傳給有源射頻標簽讀寫器。然后再通過讀寫器，將這些信息傳入公網或互聯網。這樣我們便可以利用一臺聯網的計算機，在任何地方掌握這只牙刷或托盤上物品的相關信息，包括它們的位置信息了。
這里我們涉及到近距離條碼識別（也可以是諸如紅外測溫等其它傳感器信息的采集）、有源射頻標簽遠距離無線傳輸、計算機和公共信息傳輸網絡以及互聯網等。在這個簡單的例子里，我們可以清楚看到整個信息的傳輸不僅僅是某一個單一的傳輸系統或網絡，它是多種信息采集和傳輸手段的組合，應該算作是一個“泛在網”。
從上到下梳理物聯網的整個信息連接和傳輸過程，我們不難發現：信息處理我們已有各種超級計算機；遠距離信息傳輸我們也已有各種公網、移動網以及互聯網等；信息感知我們有條碼標簽識別技術、無源射頻標簽的近距離識別技術，以及各種采集物品狀態信息的常用傳感器技術（溫度，濕度，壓力等）。但是如何將傳感器、條碼標簽，以及無源射頻標簽等所采集到的有關物和人的這些基本信息，以簡單和低成本的方式，傳到幾十米，甚至到1 km外的公共網絡中，并及時將信息處理后的反饋指令返還到“物”則尚未解決，而且問題的關鍵還在于：這種傳輸方式必須是低成本和無線的，而且必須是低功耗的和可靠的。
由于有源射頻標簽本身具有結構簡單、體積小、低成本、功耗低和可實現遠距離傳輸的基本特性，它自然也就成為人們解決物聯網信息傳輸這個關鍵問題的希望所在。然而由于現有有源電子標簽存在的各種局限，沒法滿足物聯網應用的多種需求，而新一代的交互式智能電子標簽I-RFID 也就應運而生了。
2. 交互式智能電子標簽I-RFID
盡管結構上I-RFID與現有一般的有源電子標簽并沒有什么區別，然而在工作方法上，兩者則完全不一樣。
圖1 I-RFID在物聯網中的應用
圖中我們可以看到，物聯網中關鍵的信息傳輸部分是PC與單片機之間的無線連接。而這一部分必須是由一個單芯片無線微功率收發機和一個單片機組成。這實際上就是一個有源電子標簽的基本結構。I-RFID使用了一種超低功耗的方式，保持了計算機與連接“物”的單片機之間的快速雙向通信連接；同時，通過在單片機中預先寫入各種所需的應用程序，并在需要時通過無線指令來調用這些應用程序的方法，使得I-RFID標簽在任何需要的時間和需要的地點，執行包括識別，定位，傳感器數據采集等各種物聯網應用所需的各種工作！從而以一種低成本的方式，解決了物聯網信息傳輸中的一個關鍵問題。
圖2 I-RFID的工作原理
圖中所表述的就是處于周期性監聽-睡眠-再監聽-再睡眠低功耗狀態的有源電子標簽，在蘇醒監聽一瞬間接收到來自協調器的指令信號后，立即根據指令，按照預先寫入的工作程序要求的方式，進入與讀寫器進行信息交流的狀態，并在短時間內完成安排的工作任務后，重新回到周期性監聽-睡眠-再監聽-再睡眠低功耗狀態，等待下一次工作安排。
3. I-RFID在物聯網中的應用
由于I-RFID解決了物聯網應用中低成本，低功耗無線遠距離信息傳輸的關鍵問題，自然也就打開了I-RFID廣闊的應用空間。下面我們就城市交通智能化管理方案的例子加以說明。
3.1城市交通智能化管理方案
城市交通智能化管理，是提升城市交通管理效率的關鍵。而城市交通智能化管理的關鍵問題又在于如何以一種經濟有效和可靠的方式，實現城市車輛和道路車流信息的實時采集和傳輸。而電子標簽，特別是有源電子標簽技術，是人們寄予希望最大的一種技術。然而由于現有有源電子標簽技術無法解決在低功耗，低成本的前提下，實現遠距離和按需雙向工作的難題，因而也就阻礙了它在更大范圍內的推廣應用，同時也成為物聯網進入千家萬戶和各行各業的主要障礙。
經過近六年包括Zigbee 和RFID在內的近距離無線通信應用實踐中的辛苦耕耘，西谷公司在有源電子標簽的關鍵技術上，發明了具有完全自主知識產權的交互式智能電子標簽系統，將現有的有源電子標簽技術提升到一個全新的水平。通過標簽自動跳轉工作頻道的方法，低成本的解決了交互式智能射頻標簽的雙向通信問題；通過無效信號快速過濾技術，解決了交互式智能射頻標簽的超低功耗問題；利用超低功耗待機狀態與定式動作的組合工作方式，解決了交互式智能射頻標簽按需工作和靈活工作的問題；通過交互式智能射頻標簽自動時分，頻分和碼分方式，解決了海量射頻標簽信息的處理問題；通過使用新的先進獨創的定位技術，簡單有效地解決了在不同大小應用環境中的精確定位問題。除此之外，我們的有源電子標簽的通信距離，可以從幾厘米到2公里，遠遠超過現有一般有源電子標簽。參閱附件“物聯網與交互式智能電子標簽”。
3. 2城市基本數據采集系統的構建
（1）在每一輛車上的固定位置，安裝一個防拆卸的I-RFID智能電子標簽，它們具有世界上獨一無二的ID編號（當然也可根據需要由用戶自己重新編號）。
該I-RFID智能電子標簽平常并不向外發射任何信號，而是根據需要每隔1 s或0.5 s周期性地在監聽頻道上，監聽接收并記錄協調器以廣播方式發來的信號（該路口位置信息和時間信息），接收并記錄下協調器的信號后，立即跳轉到讀寫器工作頻道上，向該路口的讀寫器發回自己的ID號以及上一個路口協調器的ID號（用于判別車輛行駛方向），并在接收到讀寫器發回的回執信號后，停止發射，并在休眠一定時間后跳轉回到監聽頻道上，監聽下一個路口的協調器信號。如果系統還需要了解路口交通堵塞情況，在接收到讀寫器發回的回執信號后，繼續每隔10～30 s向讀寫器發射自身的ID號若干次。這樣通過同一路口讀寫器接收到的來自同一標簽的ID號的次數，就可以清楚了解路口各個方向上交通的堵塞情況。
I-RFID智能電子標簽具有防拆卸的功能，使用一只5號鋰電池驅動，一般情況下可以使用六年不需更換電池。其與路口固定讀寫器的雙向通信距離分別為5～300 m（上行）/ 5～700 m（下行）可調，其與手持讀寫器的通信距離為1～100 m可調。
(2)在每一個需要進行車輛和流量監控的道路口，安裝一個協調器和一個工作在不同頻道上，與網絡連接的I-RFID標簽讀寫器，每個讀寫器使用220V市電供電，功耗< 1W，每個I-RFID讀寫器的信息處理能力為30輛/秒=108000輛/小時。
每個路口可供讀寫器使用的獨立頻道有83個，獨立信道多達3822個，以避開與現場可能存在的其它各種2.4G通信設備的相互干擾。協調器通過廣播方式向進入或即將進入道路口的所有車輛，寫入該路口的位置編號和經過該路口的時間。車載I-RFID標簽在接收并記錄下接收到的信息后，立即返還自己的ID號及其剛剛經過的前一路口協調器的ID號。讀寫器接收到車載I-RFID標簽發來的信息后，將連同標簽的ID, 讀寫器自身的ID以及時間信息，一并通過與之相連接的網絡傳給系統服務器。讀寫器和協調器工作在不同頻道上，使用220V AC或其它直流電源供電，最大功耗< 1W。
（3）每個讀寫器(必要時包括協調器)都通過有線或無線的方式（光纖接口，ADSL或GPRS等），與管理控制中心數據庫相連接。
（4） 管理控制中心的數據庫和計算機，將利用各個路口采集到的車輛實時信息，計算出整個城市車輛的實時流動狀況和每個車輛任何時間的具體位置和行駛方向。
3. 3系統的基本功能
利用以上資料，再結合無線紅綠燈控制專利技術（專利申請號：2007100488725），我們就可以輕而易舉的實現城市交通智能化管理的功能：
對交通信號燈進行實時有效的調度指揮，包括對國賓車，急救車等實現自動綠燈放行；
對城市的道路規劃提供最真實可靠的寶貴資料；
根據車輛在城市中不同區域位置停留的時間，不需任何其它硬件的投入，就可以實現中心城區交通擁堵費的征收；
向城市各種車輛的擁有單位提供車輛考勤和調度管理的有償服務服務。（例如公交車，出租車，救護車，送貨車，維修服務車，政府機關公用車輛等）；
根據整個城市各路口的通行情況，對車輛進行有效的自動疏導；
對失竊車輛和違法車輛，欠費車輛，克隆出租車進行定位跟蹤；
由于我們的數據采集是24小時全天候的，因此，當交通事故或可能的涉及車輛的刑事犯罪發生后，我們可以很容易根據時間和地點查處相關車輛。
由于在每輛車上安裝智能電子車牌，這將帶來其它許多車輛管理上的好處。它可以輕易解決許多交通管理的難題，例如克隆牌照問題，逃費問題，不停車收費問題等。I-RFID電子車牌是一種智能型電子車牌，它不僅可以提供ID號，而且可以根據協調器指令信號，直接提供管理所需的有關車輛本身的任何信息。
結論：物聯網的基本概念應該是對有關“物”的身份信息，位置信息和狀態信息的“感知”，和傳輸，以及對這些信息的處理和反饋。而物聯網技術能夠得以推廣應用的關鍵，在于如何低成本，低功耗地實現公網以下，具體“物”與PC之間相關信息的無線遠距離雙向傳輸。
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