车联网 RFID射频识别

车联网

一、概述

“绿色汽车”、节能减排已经成为当今汽车工业发展的主旋律，然而，面对因汽车增多而日益突出的交通拥堵问题、安全问题，因此，汽车仅有“绿色”是不够的，未来的新能源汽车必须与车辆智能化相结合，实现城市交通的智能化。

智能交通，是将先进的传感器技术、通信技术、数据处理技术、网络技术、自动控制技术、信息发布技术等有机地运用于整个交通运输管理体系而建立起的一种实时的、准确的、高效的交通运输综合管理和控制系统，通过信息技术在人车路三者当中建立相互间的信息依存和共享的关系，从而对交通状态实现全方位、立体化的监控与管理。所以，建立稳定的“路-车-人”关系网络，提供三者之间信息的高效交互功能，是实现智能交通的关键问题。

车联网，作为物联网在交通领域的应用，利用装载在车辆上的电子标签通过无线射频等识别技术，实现在信息网络平台上对所有车辆的属性信息和静、动态信息进行提取和有效利用，通过在车辆和道路之间高效的信息通信，根据不同的功能需求，实现对所有车辆的运行状态进行有效的监管和提供综合服务，进而可以达到智能交通的管理和信息服务的目标。

二、关键技术

1.RFID

RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。

?组成部分

RFID标签俗称电子标签，也称应答器（tag, transponder, responder），根据工作方式可分为主动式（有源）和被动式（无源）两大类。

被动式RFID标签由标签芯片和标签天线或线圈组成，利用电感耦合或电磁反向散射耦合原理实现与读写器之间的通讯。RFID标签中存储一个唯一编码，通常为64bits、96bits 甚至更高，其地址空间大大高于条码所能提供的空间，因此可以实现单品级的物品编码。当RFID标签进入读写器的作用区域，就可以根据电感耦合原理（近场作用范围内）或电磁反向散射耦合原理（远场作用范围内）在标签天线两端产生感应电势差，并在标签芯片通路中形成微弱电流，如果这个电流强度超过一个阈值，就将激活RFID标签芯片电路工作，从而对标签芯片中的存储器进行读/写操作，微控制器还可以进一步加入诸如密码或防碰撞算法等复杂功能。RFID标签芯片的内部结构主要包括射频前端、模拟前端、数字基带处理单元和EEPROM存储单元四部分。

读写器：

读写器也称阅读器、询问器（reader, interrogator），是对RFID标签进行读/写操作的设备，主要包括射频模块和数字信号处理单元两部分。读写器是RFID系统中最重要的基

础设施，一方面，RFID标签返回的微弱电磁信号通过天线进入读写器的射频模块中转换为

数字信号，再经过读写器的数字信号处理单元对其进行必要的加工整形，最后从中解调出返回的信息，完成对RFID标签的识别或读/写操作；另一方面，上层中间件及应用软件与读写器进行交互，实现操作指令的执行和数据汇总上传。在上传数据时，读写器会对RFID标签原子事件进行去重过滤或简单的条件过滤，将其加工为读写器事件后再上传，以减少与中间件及应用软件之间数据交换的流量，因此在很多读写器中还集成了微处理器和嵌入式系统，实现一部分中间件的功能，如信号状态控制、奇偶位错误校验与修正等。未来的读写器呈现出智能化、小型化和集成化趋势，还将具备更加强大的前端控制功能，例如直接与工业现场的其它设备进行交互甚至是作为控制器进行在线调度。在物联网中，读写器将成为同时具有通讯、控制和计算（communication, control, computing）功能的C3核心设备[3]。

天线：

天线（antenna）是RFID标签和读写器之间实现射频信号空间传播和建立无线通讯连接的设备。RFID系统中包括两类天线，一类是RFID标签上的天线，由于它已经和RFID标签

集成为一体，因此不再单独讨论，另一类是读写器天线，既可以内置于读写器中，也可以通过同轴电缆与读写器的射频输出端口相连。目前的天线产品多采用收发分离技术来实现发射和接收功能的集成。天线在RFID系统中的重要性往往被人们所忽视，在实际应用中，天线设计参数是影响RFID系统识别范围的主要因素。高性能的天线不仅要求具有良好的阻抗匹配特性，还需要根据应用环境的特点对方向特性、极化特性和频率特性等进行专门设计[4-7]。

中间件：

中间件（middleware）是一种面向消息的、可以接受应用软件端发出的请求、对指定的一个或者多个读写器发起操作并接收、处理后向应用软件返回结果数据的特殊化软件。中间件在RFID应用中除了可以屏蔽底层硬件带来的多种业务场景、硬件接口、适用标准造成的可靠性和稳定性问题，还可以为上层应用软件提供多层、分布式、异构的信息环境下业务信息和管理信息的协同。中间件的内存数据库还可以根据一个或多个读写器的读写器事件进行过滤、聚合和计算，抽象出对应用软件有意义的业务逻辑信息构成业务事件，以满足来自多个客户端的检索、发布/订阅和控制请求。

应用软件：

应用软件（application software）是直接面向RFID应用最终用户的人机交互界面，协助使用者完成对读写器的指令操作以及对中间件的逻辑设置，逐级将RFID原子事件转化为使用者可以理解的业务事件，并使用可视化界面进行展示。由于应用软件需要根据不同应用领域的不同企业进行专门制定，因此很难具有通用性。从应用评价标准来说，使用者在应用软件端的用户体验是判断一个RFID应用案例成功与否的决定性因素之一。

?工作原理

标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（Passive Tag，无源标签或被动标签），或者主动发送某一频率的信号（Active Tag，有源标签或主动标签）；解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。

在交通信息采集中，会集节点可以安装在路边立柱、横杠等交通设施上，网关节点可以集成在交叉路口的交通信号控制器内，专用传感器终端节点可以填埋在路面下或者安装在路边，终端节点可采用非接触式地磁传感器来定时搜集和感知区域内车辆的速度、车距等信息。当车辆进入传感器监控范围后，终端节点通过磁力传感器来采集车辆的行驶速度等重要信息。多个终端节点将各自采集并初步处理后的信息通过汇集节点汇集到网关结点，并进行数据融合，获得道路车流量和车辆行驶速度等相关信息，从而为路口交通信号控制提供精确的输入

信息。

2.公共信息网

车联网需要汽车与网络连接，还要求全国一张网，覆盖所有汽车能到的地方，7×24小时在线，通畅快捷的信息上传下行通道，实现语音、图像、数据等多种信息传输。

目前，我国三大运营商都已经建成覆盖全国的基础通信网，网络覆盖广、性能优、可靠性高。特别是三大3G网络的建设，今年都将完成全国地市级城市的3G网络覆盖，未来两年将对县城实现基本覆盖。3G移动通信网络高速发展，能够提供宽带化的无线信息传输通道，在全国范围内更好地实现无线漫游，并可以处理图像、视频流等多种媒体形式，这为建设车联网提供了坚实的网络基础。

三、应用范围

1.车辆安全

汽车安全分主动安全和被动安全。被动安全包括作用在事故发生时的碰撞安全系统和事故发生后起作用的碰撞安全措施。主动安全即车道保持系统、碰撞预警系统、辅助驾驶系统、驾驶员监控系统、倒车辅助系统、电子防盗、轮胎气压监测系统等。

2.事故管理

事故中自动定位、紧急求助是事故管理最重要的功能，通过车内电脑控制技术、无线通讯技术和全球卫星定位技术，在汽车发生安全事故时，第一时间向救援机构发出求助信号，并确定汽车所在的准确位置，给争分夺秒的救援工作带来极大帮助。

3.车辆监控

车辆智能监控融入了地理信息技术、全球卫星定位技术、无线通讯技术、网络通讯与信息安全技术等将人员、车辆的监控管理、指挥调度、目标跟踪、应急报警、信息发布等多种增值服务集于一体，形成集位置监控、报警处理、运输任务调度、运营管理的综合信息管理平台

4.流量调度

车辆调度系统集GPS、GIS和现代通信技术于一体，将移动的目标位置（经纬度）、时间、状态等信息实时传送至调度监控中心，在电子地图上进行移动目标运动轨迹的显示，并可对目标的位置、速度、运行时间、车辆状态等进行监控和查询，为调度管理提供可视化数据依据。

5.电子收费

汽车自动电子收费系统是目前世界上最先进的路桥收费方式，通过车载电子标签与收费站自动收费车道上专用短程通讯，从而达到车辆不需停车自动交纳路桥费的目的，可大大提高高速公路收费站的通行能力，为广大驾乘人员提供安全快捷畅通的优质服务。

6.信息娱乐

新一代的汽车信息娱乐(IVI)系统将能与智能电话同步音乐、地图和通讯录等众多人们随时需要的重要信息;可以独立下载当地的商业内容和多媒体内容;停车时还可以从家用PC 上下载音乐与视频，并且不耽误抄股等重要的商业活动。

四、意义：

1.提高道路效率

智能交通技术可使交通堵塞减少约60%，使短途运输效率提高近70%，使现有道路网的通行能力提高2~3倍。车辆在智能交通体系内行驶，停车次数可以减少30%，行车时间减少13%至45%，车辆的使用效率能够提高50%以上。

2.降低汽车能耗

中国的石油消耗量仅次于美国，居全球第二，石油进口依存度达到56%。交通运输业的汽车耗油占到石油消费的40%。通过智能交通控制，由于平均车速的提高带来了燃料消耗量的减少和排出废气量的减少，汽车油耗也可由此降低15%。

3.减少交通事故

国内每年仅交通事故一项造成的伤、亡人数就达50多万，死亡人数十多万。智能交通技术将大大地提高交通道路管理水平，有效减少交通事故的发生，可使车辆安全事故率比现在降低20%，每年因交通事故造成的死亡人数下降30%～70%。