RFID Technology for Achieving IoT/M2M
說到物聯網的歷史，有一項技術不得不提，那就是 RFID 技術。90 年代，美國麻省理工學院 RFID 研究機構 —— 自動辨識中心（Auto-IDCenter）的創始人，Kevin Ash-ton 教授提出了一個物聯網概念，他將物聯網定義為：把所有物品透過射頻辨識等資訊感測設備，與網路連接起來，實現智慧化辨識和管理。
雖然在這個定義中，把物聯網「感知」技術，局限在了 RFID 等為數不多的幾項測感技術中，和我們現在的理解有很大差異，但從中也看到了 RFID 技術在物聯網應用中的巨大潛力。
（注釋：麻省理工對物聯網的完整定義：透過射頻辨識（RFID）、紅外線感應器、全球定位系統、雷射掃描器等資訊感測設備，按約定協議，把任何物品透過物聯網域名相連接，進行資訊交換和通信，以實現智慧化辨識、定位、跟蹤、監控和管理。）
如果要問 RFID 技術的年齡，那需要回溯到二戰期間的歐洲。1940 年至 1941 年，納粹德國對英國挑起了大規模空戰（「不列顛空戰」）。由於空戰中德國的「BF-109」戰機，與英國的「颶風MK.I」、「噴火MK.I」戰機十分相似，所以英國皇家空軍首先在戰機上使用 RFID 技術，用來辨識出自家和盟軍的飛機。
而後幾十年間，RFID 技術被陸續用在了商業、農業等領域：在百貨店內做成電子標籤，用於防盜和結算；做成頸環、腳環套在動物身上，便於跟蹤研究；現在，高速公路上的 ETC 收費系統，已經成為了收費站的一種標配，它也是使用了 RFID 技術。如今 RFID 技術所涉及的行業領域，已經遠遠超出了人們當初的預計：包括農業、工業、支付、零售、公共事業、安控等等。
（該圖摘自：《物聯網射頻識別（RFID）核心技術教程》）
RFID 技術定義
RFID 技術，屬於自動辨識技術中的電子標籤技術（自動辨識技術還包括「條碼/二維碼辨識技術」、磁卡辨識技術等等），是一種非接觸式的自動識別技術：通過射頻（無線）信號自動辨識目標對象（標籤）並獲取相關數據。在各類行業應用中，RFID 技術實現了採集實體對象數據的功能。
因為 RFID 具有無線信號辨識的特性，所以攜帶標籤的物體，在運動過程中也能夠被辨識，距離可以達到幾十米。
EPC/RFID 基本結構
在 90 年代之前，RFID 的應用並不連接到網路，電子標籤內的數據，都是企業或組織各自定義的。90 年代提出的物聯網概念，其實就是在 RFID 技術基礎上，融入網路技術，並規範標籤的編碼格式，建立跨越全球的、開放的 EPC（產品電子代碼）系統。EPC 系統和 RFID 技術相結合，被業內認為是物聯網雛形。
根據 RFID 技術結構，業內將 EPC/RFID 技術分成了兩個部分：「邊緣系統」和「軟體系統」。邊緣系統主要包括有電子標籤、讀寫器；軟體系統主要是指應用系統、韌體系統。雖然韌體系統屬於軟體系統，不過實質上其各有一部分在「邊緣」和「軟體」兩側系統中，介於邊緣系統和軟體系統之間。
如果將 EPC/RFID 技術架構，放在物聯網技術矩陣之中，可以將邊緣系統理解為「邊緣域」，而軟體系統理解為「雲端域」。在邊緣系統中，主要是由讀寫器採集電子標籤中物件數據，再通過韌體在網路中，轉譯並獲取映射數據，最後送至應用系統（高層軟體系統）。而應用系統，則負責資訊集中化的處理 --- 應用邏輯的實現。
然而，現今的很多 RFID 行業應用，基於成本和安全性的考量，依然沒有韌體和聯接網路的配置：數據在經過讀寫器讀取後，直接送至私有網路中的專用系統進行應用處理。（本文介紹的 RFID 技術，主要針對 EPC/RFID 系統，具有物聯網特性的 RFID 系統）
EPC/RFID 主要組件
1、電子標籤
電子標籤(Electronic Tag)也稱應答器或智慧標籤(Smart Label)，其本質上是一個微型的無線收發裝置，主要由內置天線和晶片等電子元器件組成。通常情況下，電子標籤附著在待辨識的物品上，晶片中具有全球唯一的電子編碼（EPC編碼），是 RFID 邊緣系統中的數據源。應用中的大多數電子標籤不配置電源，直接透過無線信號獲取能量。
在 RFID 電子標籤最基本的元器件中，專用晶片主要用來儲存數據和實現控制功能，天線則用來感應無線信號接收能量，並收發無線電信號。一部分電子標籤自配電源，具備主動發射信號的能力。
2、讀寫器
讀寫器，也稱為閱讀器（Reader），用於讀取電子標籤中的內存信息，或者將資訊寫入電子標籤內。讀寫器既可以是獨立的終端，也可以嵌入在其他系統之中進行使用。讀寫器的硬體主要包括天線、射頻模組、控制器、網路通信模組、I/O 接口等組件。
天線和射頻模組，用於通過無線信號，向電子標籤發送或讀取數據；
控制器，即微處理器，作為讀寫器的「大腦」，控制設備各部件實現應用功能：獲取電子標籤數據，實現內部信號轉換，與外部系統通信。
網路通信模組，負責與雲端的數據通信，對上下行的數據進行封裝、解碼，實現路由轉送的功能。
I/O 接口，與其它系統內模組或外圍設備通信。
對於無源的 RFID 電子標籤，讀寫器需要具有啟動標籤的功能，即通過電磁波向電子標籤輸送能量。讀寫器的天線、射頻模組，在收到電子標籤傳來的資訊後，會交給控制器對標籤資訊進行初步處理（數據格式轉換等），而後會透過網路接口（外部網路接口、本地 I/O 接口）將其傳送到其它資訊處理設備。
3、RFID 韌體
RFID 韌體的誕生，一方面是為解決 RFID 應用系統中，各類設備和軟體（電子標籤、讀寫器、應用伺服器和操作系統）的異構問題，另一方面使得 RFID 應用更易於佈署：滿足海量數據處理、分布式計算、開發效率、成本控制等等的需要。
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RFID 韌體將應用過程中的通用功能，進行封裝（源數據的採集/過濾/整合/傳送、互聯網路由解析和物品資訊查詢），形成標準的數據（結構化數據）和能力接口向外部開放。
資訊通過韌體，應用系統可以直接和讀寫器建立聯接，獲取電子標籤相關資訊，並在網路中查詢其關聯數據。RFID 韌體有效地降低了，應用的軟硬體架構與維護的複雜性，實現敏捷開發、輕載營運。
RFID 韌體功能，往往不是由一台實體設備實現的。各類 RFID 基本和拓展應用功能，通常需要多台相關設備（伺服器、網路設備），根據業務需求來佈署實現。RFID 韌體主要包括以下基本功能：讀寫器接口、網路訪問接口（公網訪問接口）、應用軟體接口、韌體功能模組。
讀寫器接口、網路訪問接口、應用軟體接口，分別對接到邊緣網路的終端和設備（電子標籤、讀寫器）、網路應用服務、內部專用應用系統。三個接口功能，實現了各方向上的信號連接和通信協議適配，並將數據集中到韌體功能模組中，做應用前的處理。
韌體功能模組是 RFID 中間件的核心控制單元，主要實現數據映射轉換、數據過濾、設備管理、業務控制、RFID 基本應用功能。其中，基本應用功能包括提供 EPC/RFID 的「名稱解析服務（IOT-NS）」和「資訊佈服務（IOT-IS）」。
RFID 韌體具有呈上其下的連接作用，提供 RFID 領域的基本工具、以及數據的格式轉換和封裝服務，並向外（網路）開放能力，具有典型的物聯網平台(Paas)特性。
目前，已經有許多科技巨頭實現了 RFID 韌體類型的物聯網平台的商業佈署，包括 IBM的「WebSphere」、微軟的「BizTalk RFID」、Oracle的「Xterprise」等等。
4、應用系統
EPC/RFID 技術使應用系統，可以連接到所有生產資料，進行集中化的設備管理和生產營運。
從技術原理來看，只要給實物對象（人、動植物、物品）一個唯一的 ID 標識號，就可以採用 RFID 進行資訊化的管理。這個對象，可以是工作證、會員卡（標識「人」），也可以是腳環、頸套（標識「動物」），亦可以是汽車、快遞盒（標識「物品」）。企業內的各類生產資訊系統，都可以透過整合 RFID 技術，提高生產流程的「透明度」和「精細度」，提升監控管理的「即時性」和「準確性」，並實現各系統間、企業間的資訊共享和互動，擴展應用邊界、形成產業生態。
RFID 的應用軟體包括商業應用：客戶關係管理系統（CRM）、企業資源管理系統（ERP）、供應鏈管理系統（SCM）、倉庫管理系統（WMS）、訂單管理系統（OMS）、資產管理（AMS）、物流管理系統（LMS）等等，以及公共服務類應用：ETC（不停車電子收費系統）、電子票證（例如一次性地鐵票）、門禁保全系統等等。
EPC/RFID 的識讀流程
EPC/RFID 系統所實現的功能，就是對 RFID 數據進行「識讀」的數據採集過程。識讀的基本過程如下：
1、 電子標籤貼於物品上，當物品靠近讀寫器時，電子標籤在讀寫器的信號磁場內，產生各種類型的電磁耦合效應，並獲得能量（電能），通電後的電子標籤，開始與讀寫器進行資訊交互：電子標籤和讀寫器先相互進行安全認證，而後由電子標籤接受讀寫器指令，回送其儲存的數據資訊。
2、 讀寫器在收到電子標籤內的數據後，傳送給 RFID 韌體。標籤內的數據為「EPC 編碼」，包括嵌入資訊（Embedded Information，貨品特性資訊，包括物品 ID 等屬性）和參考資訊（Information Reference，數據的網路資訊）。
3、 RFID 韌體將讀寫器獲取的標籤資訊（EPC 編碼），透過網路送至物聯網名稱解析服務（Internet of Things Name Service，IOT-NS）。IOT-NS 在收到標籤資訊後，會根據 EPC 編碼中的「參考資訊」找到相應的伺服器 IP 地址，該 IP 地址就是資訊發佈服務（Internet of Things InformationService，IOT-IS）的伺服器地址。（該步驟類似於網路的 DNS - 域名解析）
4、 IOT-IS 伺服器會根據 RFID 韌體送來的標籤資訊，查詢到對應物品 ID 的詳細資訊，並返回給 RFID 韌體。
5、 RFID 韌體根據需要，將和物品相關的所有資訊（電子標籤資訊、物品詳細資訊息、讀寫器的讀取情況等）送到應用系統。應用系統軟體在收到數據後，會做出相應處理：發出指令信號 - 控制執行器動作，或將現場狀態進行可視化介面呈現，或進行數據分析後，出具業務報表等等。
這裡介紹的識讀過程，是基於 EPC/RFID 的系統構架。在大量的實際應用中，RFID 的行業應用並沒有佈署 EPC 系統功能：既沒有 RFID 韌體，也沒有基於網路的名稱解析服務，和資訊查詢服務。其採用了非聯網的模式：讀寫器在接收到電子標籤數據後，直接將其送到本地應用伺服器進行處理。
RFID 和物聯網的系統對應關係
EPC/RFID 系統具有典型的物聯網結構特性，從邊緣的設備和網路，到雲端的韌體服務，都體現了物聯網數據匯聚、開放共享的本質屬性。
在 RFID 邊緣系統中，從物聯網接入雲端的網路模式來看，EPC/RFID 技術屬於 Gateway 連接型的物聯網。Gateway 連接型物聯網的連接設備，主要包括感測器、轉發節點、Gateway 設備，分別對應 EPC/RFID 系統中的電子標籤、讀寫器、RFID 韌體或 Gateway 路由器。（備注：1、「轉發節點」是指：在物聯網邊緣網絡中，實現多種通信協議轉換的網絡交換設備。2、和「 Gateway 連接型」對應的雲端接入方式是「直接連接型」，即物聯網終端直連雲服務系統。）
1、 電子標籤-物聯網終端
「電子標籤」負責儲存物品數據，雖然它並沒有感知的功能，但其在應用中的角色和感測器類似，屬於「數據源」- 終端設備。
2、 讀寫器-物聯網轉發節點
RFID 的「讀寫器」是物聯網的轉發節點設備。讀寫器很容易被誤解為感測器設備，但實際上它並非感測器：讀寫器讀取電子標籤數據，所採用的是無線通信技術，數據在電子標籤內按照 RFID 通信標準，先經過編碼、調制等步驟處理，再透過天線轉換成無線信號向讀寫器發送；讀寫器接收到無線信號後，同樣需要按照 RFID 通信標準，對信號進行解調、譯碼和放大等系列操作，而獲得標籤數據。
讀寫器在獲得標籤數據後，還需要將其透過其它通信方式向雲端傳送。讀寫器的核心功能就是「一收一發」，實現通信協議轉換，以及在局部區域中的數據轉發，在物聯網邊緣網路中，即稱為「轉發節點」（例如：將標籤數據從「無線信號」轉換為「RS232 串口信號」，送到後端伺服器）。
3、 物聯網 Gateway 設備
在邊緣網路中，RFID 實現網路連接，主要有兩種方式:
A、讀寫器具備通信協議棧和網路應用功能，可以將標籤數據，直接送至網路應用伺服器。在這種情況下，讀寫器同時具備物聯網轉發節點和 Gateway 功能。（例如：便攜式自帶營運商 SIM 卡的讀寫器）
B、讀寫器需要先將數據送至本地網路伺服器、Gateway 路由器或韌體設備等其它網路服務設備，再由這些網路服務設備，將數據進一步處理並送至網路。在此讀寫器屬於物聯網中的轉發節點，不承擔物聯網的 Gateway 功能。而轉發數據至網路的服務設備即為物聯網 Gateway 設備。
4、RFID 韌體 - 物聯網平台
在 RFID 軟體系統中，RFID 韌體封裝了基本的 RFID 功能（IOT-NS、IOT-IS、數據過濾和格式轉換、讀寫設備管理等），解決了各廠家設備的鄉容性問題，統一了相關系統之間通信標準和數據格式，實現各類設備和系統間的無縫對接，支持即時動態地進行數據傳遞。
RFID 韌體，其實就是專用的物聯網平台，偏重於物聯網平台的連接服務。各類軟體應用佈署在 RFID 韌體上，則可以更加地「輕載」和「靈活」。
EPC/RFID 系統所構建的，是一個全球化的物聯網應用，是一個以 RFID 資訊採集技術為基礎的、結合網路技術（EPC 系統）的、開放共享的大系統。借助這個系統工具，各生產分工環節上的，企業能夠更緊密地協同合作，產品的生產流水線更具有彈性和張力，企業內部資源能夠更有效地和外部資源聯動，提升商業軟實力。
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