物联网关键技术课件.ppt
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1、,13.1 物联网编码13.2 识别与防碰撞问题13.3 物联网名称解析服务13.4 物联网信息发布服务13.5 物联网中间件13.6 物联网安全13.7 物联网协议与标准,EPC系统的结构,EPC(Electronic Product Code)系统是一个非常先进的、综合性的复杂系统,其最终目标是为每一单品建立全球的、开放的标识标准。它由全球产品电子代码(EPC)的编码体系、射频识别系统及信息网络系统三部分组成,主要包括六个方面,见下表所示。,EPC系统的结构,13.1 物联网编码13.2 识别与防碰撞问题13.3 物联网名称解析服务13.4 物联网信息发布服务13.5 物联网中间件13.6
2、 物联网安全13.7 物联网协议与标准,EPC编码体系,EPC 编码体系是新一代的与GTIN兼容的编码标准,它是全球统一标识系统的延伸和拓展,是全球统一标识系统的重要组成部分,是EPC系统的核心与关键。EPC代码是由标头、厂商识别代码、对象分类代码、序列号等数据字段组成的一组数字。,科学性:结构明确,易于使用、维护。兼容性:EPC编码标准与目前广泛应用的EAN.UCC编码标准是兼容的,GTIN是EPC编码结构中的重要组成部分,目前广泛使用的GTIN、SSCC、GLN等都可以顺利转换到EPC中去。全面性:可在生产、流通、存储、结算、跟踪、召回等供应链的各环节全面应用。合理性:由EPCglobal
3、、各国EPC管理机构(中国的管理机构称为EPCglobal China)、被标识物品的管理者分段管理、共同维护、统一应用,具有合理性。国际性:不以具体国家、企业为核心,编码标准全球协商一致,具有国际性。无歧视性:编码采用全数字形式,不受地方色彩、语言、经济水平、政治观点的限制,是无歧视性的编码。当前,出于成本等因素的考虑,参与EPC测试所使用的编码标准采用的是64位数据结构,未来将采用96位的编码结构。,EPC编码体系,EPC 编码设计,EPC 的目标是提供对物理世界对象的唯一标识。它通过计算机网络来标识和访问单个物体,就如在互联网中使用IP 地址来标识、组织和通信一样。下面将具体分析这种物品
4、命名方案的各个方面,并介绍EPC 的设计策略。,EPC编码结构,EPC标签编码的通用结构是一个二进制比特串。由一个分层次、可变长度的标头以及一系列数字字段(EPC 管理者、对象分类、序列号)组成,码的总长、结构、功能完全由标头的值决定。,标头,数字字段,2位,8位,注:标头的理想引导位最好是1,便于读写器立刻确定标签长度标头保证了EPC命名空间的唯一性。,EPC 编码结构,下面根据该表介绍EPC编码的这四部分。,EPC 编码结构,EPC 的头字段(EPC Header)头字段标识EPC 的版本号。设计者采用版本号标识了EPC 的结构,其指出了EPC 中编码的总位数和其他三部分中每部分的位数。,
5、各类EPC 版本号详细情况,EPC 编码结构,对象分类(Object Class)对象分类部分用于一个产品电子码的分类编号,标识厂家的产品种类。对于拥有特殊对象分类编号者来说,对象分类编号的分配没有限制。序列号(Serial Number)序列号部分用于产品电子码的序列号编码。此编码只是简单的填补序列号值的二进制0。一个对象分类编号的拥有者对其序列号的分配没有限制。但是AUTO-ID 中心建议第0 号序列号不要作为产品电子码的一部分来使用。,EPC-96 编码,EPC编码是由一个版本号和另外三段数据(依次为域名管理、对象种类、序列号)组成的一组数字。其中版本号标识EPC的版本号,它使得以后的E
6、PC可有不同的长度或类型;域名管理是描述与此EPC相关的生产厂商的信息,例如“可口可乐公司”;对象种类记录产品精确类型的信息,例如:“美国生产的330ml罐装减肥可乐(可口可乐的一种新产品)”;序列号唯一标识货品,它会精确的告诉我们所说的究竟是哪一罐330ml罐装减肥可乐。,EPC 编码分类,目前,EPC 的位数有64 位、96 位或者更多位。至今已经推出EPC-64型、型、型、EPC-96型、EPC-256型、型、型编码方案。其中EPC-96型,可以为2.68亿个公司提供唯一标识,每个生产厂商可以有1600 万个对象分类并且每个对象分类可有680 亿个序列号,这对未来世界所有产品已经十分的够
7、用了。,13.1 物联网编码13.2 识别与防碰撞问题13.3 物联网名称解析服务13.4 物联网信息发布服务13.5 物联网中间件13.6 物联网安全13.7 物联网协议与标准,一、RFID技术简介,RFID,即Radio Frequency Identification(无线射频识别),它是随着无线电技术和大规模集成电路的普及应用而出现的一种高速、实时、准确的信息采集与处理技术,被世界公认为21世纪十大重要技术之一。RFID技术实质上是一项利用无线射频信号通过空间耦合实现非接触双向数据传递,并通过所传递的数据来获取相关信息,从而达到自动识别目标对象的目的的技术。RFID技术是无线自动识别技
8、术的一种。,通常意义上来说,典型的射频识别系统包括以下三个部分:电子标签、读写器和计算机通信网络。RFID系统的内部结构图如下图所示。,二、RFID系统简介,RFID系统的基本工作原理:标签与阅读器利用各自携带的天线构筑了一条两者之间进行数据传递的非接触式的通道;当标签处于阅读器的工作范围内时,阅读器利用自身的天线发送射频信号;标签天线收到信号以后会产生感应电流,从而激活内部的电路向阅读器回送信号(无源标签),或者主动向阅读器发送信号(有源标签);阅读器收到信号以后,对接收到的信号做一些必要的处理,然后将处理后的数据上传到控制系统进行下一步的处理。,二、RFID系统简介,三、电子标签简介,EP
9、C 标签基本构造及原理 EPC 标签由天线、集成电路、连接集成电路与天线的部分、天线所在的底层四部分构成。96 位或者64 位产品电子码是存储在RFID 标签中的唯一信息。,四、读写器简介,读写器负责连接电子标签和计算机通信网络,与标签进行双向数据通信,读取标签中的数据,或者按照计算机的指令对标签中的数据进行改写。读写器的工作频率决定了整个射频识别系统的工作频率,读写器的功率大小决定了整个射频识别系统的工作距离。典型的读写器终端一般由天线、射频接口模块和逻辑控制模块三部分构成,其结构图如下所示:,RFID系统中有两种类型的通信碰撞存在。第一种:阅读器碰撞是指多个阅读器同时与一个标签通信,致使标
10、签无法区分阅读器的信号,导致碰撞的发生;第二种:电子标签碰撞是指多个标签同时响应阅读器的命令而发送信息,引起信号碰撞,使阅读器无法识别标签;由于阅读器能检测碰撞并且阅读器之间能相互通信,所以阅读器碰撞能很容易得到解决。因而,射频识别系统中的碰撞一般是指电子标签碰撞。,五、RFID系统防碰撞,下图是标签碰撞示意图:,五、RFID系统防碰撞,下图是阅读器碰撞示意图:,五、RFID系统防碰撞,当发生碰撞的时候,阅读器不能正确读取电子标签中的数据,造成通信的失败。发生失败的标签将会重新发送,这样会浪费时间,增加电子标签与阅读器的通信量,严重影响RFID系统的效率,限制着RFID的发展。为了解决这些问题
11、,就需要使用防碰撞技术。防碰撞研究主要解决如何快速和准确地从多个标签中选出一个与阅读器进行数据交换,而其他的标签同样可以在接下来的防碰撞循环中被选出来与阅读器通讯。,五、RFID系统防碰撞,六、RFID防碰撞技术简介,为了防止碰撞的发生,射频识别系统中需要设计相应的防碰撞技术,在通信中这种技术也称为多址技术,多址技术主要分为以下四种:空分多址法(SDMA-Space Division Multiple Access)频分多址法(FDMA-Frequency Division Multiple Acess)码分多址法(CDMA-Code Division Multiple Access)时分多址
12、法(TDMA-Time Division Multiple Access),3、码分多址法(CDMA),码分多址法是把若干个使用不同码的传输通路同时提供给通信用户使用的技术。码分多址法中存在着很多的缺点:频带的利用率低、通道容量小、地址码的选取困难且捕获所需的时间长;码分多址法虽然在移动通信中应用非常广泛,但目前在射频识别系统中尚未得到普遍应用。,六、RFID防碰撞技术简介,时分多址法在 RFID 系统防碰撞领域应用是最广泛的,它是把整个可供使用的通路容量按时间分配给多个用户的技术,综合考虑射频识别系统的通信形式、功耗、系统复杂性和成本等因素,选择TDMA 来解决 RFID 系统的碰撞问题是目
13、前较为普遍的主流方法;时分多址法可以分为基于概率的ALOHA算法和确定的Binary算法(二进制算法)。,4、时分多址法(TDMA),六、RFID防碰撞技术简介,13.1 物联网编码13.2 识别与防碰撞问题13.3 物联网名称解析服务13.4 物联网信息发布服务13.5 物联网中间件13.6 物联网安全13.7 物联网协议与标准,物联网对象名称解析服务(ONS)概述,对于EPC系统这样一个全球开放的、可追逐物品生命周期轨迹的网络系统,需要一些技术工具,将物品生命周期不同阶段的信息与物品已有的信息实时动态整合。帮助EPC系统动态的解析物品信息管理中心的任务就由对象名称解析服务(ONS)实现的。
14、ONS是一个自动的网络服务系统,类似与域名解析服务(DNS)。,DNS工作流程,ONS和DNS的异同,ONS服务是建立在DNS基础之上的专门针对EPC编码的解析服务,在整个ONS服务的工作过程中,DNS解析是作为ONS不可分割的一部分存在的,在EPC编码转换成URI格式,再由客户端将棋转换为标准域名时,下面的工作就由DNS承担了,DNS经过解析,将结果以NAPTR记录格式返回给客户端,ONS才算完成一次解析任务,ONS系统架构,ONS系统架构,ONS服务器网络,ONS解析器,负责分层管理ONS记录,并对所提出的ONS记录查询请求作出响应,ONS解析器向ONS服务器提交查询请求以获得所需PML服
15、务器的网络位置,ONS工作流程,ONS解析过程,1、reader从一个E tag上读取一个EPC。2、reader将这个EPC送到本地服务器。3、本地服务器对EPC进行相应的URI格式转换,发送到本地ONS解析器。4、本地ONS解析器把URI转换成DNS域名格式。5、本地ONS解析器基于DNS域名访问本地的ONS服务器,本地ONS服务器查询自己的缓存记录,如果发现相关ONS记录,则直接返回DNS NAPTR记录,否则转发给上级ONS服务器(DNS服务基础构架)。6、DNS服务基础构架基于DNS域名返回给本地ONS解析器一条或多条对应的DNS NAPTR记录。7、本地ONS解析器基于这些ONS记
16、录,解析获得相关的产品信息访问通道。8、本地ONS服务器基于这些访问通道访问相应的EPCIS。,13.1 物联网编码13.2 识别与防碰撞问题13.3 物联网名称解析服务13.4 物联网信息发布服务13.5 物联网中间件13.6 物联网安全13.7 物联网协议与标准,EPC中间件,EPC中间件具有一系列特定属性的“程序模块”或“服务”,并被用户集成以满足他们的特定需求,EPC中间件以前被称为SAVANT。EPC中间件是加工和处理来自读写器的所有信息和事件流的软件,是连接读写器和企业应用程序的纽带,主要任务是在将数据送往企业应用程序之前进行标签数据校对、读写器协调、数据传送、数据存储和任务管理。
17、,中间件规范,中间件由读写器接口、程序模块、应用程序接口三个部分组成。读写器接口提供与标签读写器和传感器的连接应用程序接口是中间件与外部应用程序连接,通常为企业正在使用的程序下图描述EPC中间件组件与其它应用程序通讯。,SAVANT 系统,分布式结构 Savant 与大多数的企业管理软件不同,它不是一个拱形结构的应用程序。而是利用了一个分布式的结构,以层次化进行组织、管理数据流。Savant 将被利用在商店、分销中心、地区办公室、工厂,甚至有可能在卡车或货运飞机上应用。每一个层次上的Savant 系统将收集、存储和处理信息,并与其他的Savant系统进行交流。例如,一个运行在商店里的Savan
18、t 系统可能要通知分销中心还需要更多的产品,在分销中心运行的Savant 系统可能会通知商店的Savant 系统一批货物已于一个具体的时间出货了。Savant 系统需要完成的主要任务是数据校对、解读器协调、数据传送、数据存储和任务管理。,SAVANT 系统,数据校对 处在网络边缘的Savant 系统,直接与解读器进行信息交流,它们会进行数据校对。并非每个标签每次都会被读到,而且有时一个标签的信息可能被误读,Savant 系统能够利用算法校正这些错误。解读器协调 如果从两个有重叠区域的解读器读取信号,它们可能读取了同一个标签的信息,产生了相同且多余的产品电子码。Savant 的一个任务就是分析已
19、读取的信息并且删掉这些冗余的产品编码。数据传送 在每一层次上,Savant 系统必须要决定什么样的信息需要在供应链上向上传递或向下传递。例如,在冷藏工厂的Savant 系统可能只需要传送它所储存的商品的温度信息就可以了。,SAVANT 系统,数据存储 现有的数据库不具备在一秒钟内处理超过几百条事务的能力,因此Savant系统的另一个任务就是维护实时存储事件数据库(RIED)。本质上来讲,系统取得实时产生的产品电子码并且智能地将数据存储,以便其他企业管理的应用程序有权访问这些信息,并保证数据库不会超负荷运转。任务管理 无论Savant 系统在层次结构中所处的等级是什么,所有的Savant 系统都
20、有一套独具特色的任务管理系统(TMS),这个系统使得他们可以实现用户自定义的任务来进行数据管理和数据监控。例如,一个商店中的Savant 系统可以通过编写程序实现一些功能,当货架上的产品降低到一定水平时,会给储藏室管理员发出警报。,中间件,中间件是物联网的神经系统,是连接标签读写器和应用程序的纽带,用于加工和处理来自读写器的所用信息和事件流,包括对标签数据进行过滤、分组和记数,以减少发往信息网络的数据量,并防止错误识读、漏读、和冗余信息的出现。中间件是一种面向消息的程序,信息以消息的形式,从一个程序传送到另一个或多个程序。,中间件,中国中间件产业市场,中间件,2007年市场份额,13.1 物联
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