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嵌入式系统在物联网中的应用

  摘要:物联网是一个集多种技术于一体的连接实物与网络的一个系统,其中嵌入式系统作为物联网的一个核心技术,已经变得非常成熟。物联网最典型的一个体系结构模型是EPC(产品电子编码),RFID(射频识别)技术是EPC中重要的一项技术。嵌入式系统与物联网相互关联,而后者在前者中继承与发展。
  关键词:物联网 嵌入式系统 EPC RFID
  中图分类号:TP393 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2012)08-0083-01
  1、嵌入式系统简介
  嵌入式系统是“控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置”。从中可以看出嵌入式系统是软件和硬件的综合体,还可以涵盖机械等附属装置。目前国内一个普遍被认同的定义是:以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。[1]
  嵌入式系统从最初的Intel 4004微处理器芯片到后来的16位6800芯片至今,其结构功能不断完善。至今,嵌入式已应用或将应用到人们的日常生活当中各个方面了:小到最常见的手机、MP3、PDA,大到智能楼宇、航空航天,以及谷歌近期研制当中的自动行驶汽车。
  2、物联网
  2.1 物联网简介
  随着互联网所引导的全球信息产业的不断推进,物联网得到了巨大的发展空间。试想一下在工作的休息时间,便可操纵家里的电冰箱、洗衣机;在走到商场门口,手机中便收到了该商场的促销活动消息;驾车途中随时更新路况信息,从而选择最优的行车路线。这一切的实现都将依赖于物联网的发展。
  物联网的英文名称是“The Internet of things”。顾名思义,“物联网就是物物相连的互联网”。物联网的定义是通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物品与互联网相连接,进行信息交换和通信,以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。[2]
  物联网技术并不是一个单独的技术,而是多种已有技术的融合:如互联网技术、嵌入式系统技术、传感器网络技术、通信技术、RFID技术、EPC技术。下文将对RFID和EPC技术作详细介绍。
  2.2 物联网的体系结构
  物联网包含感知层、网络层、应用层三层。最底层负责采集物和物相关的信息;第二层是异构融合的泛在通信网络,包括现有的互联网、通信网、广电网以及各种接入网和专用网,通信网络对采集到的物体信息进行传输和处理; 第三层是应用和业务,为手机、PC 等各种终端设备提供感知信息的应用服务[3]。
  2.2.1 RFID与嵌入式系统
  感知层是物联网中的重要的感知节点,它融合了传感技术、嵌入式技术等。其中RFID(Radio Frequency Identification射频识别技术,下同)是感知层应用的典型代表。
  RFID是一个简单且价格低廉的的无线系统。主要由阅读器和标签两部分构成,每个标签具有唯一的标识码,安装在物体上。阅读器发射某一特定频率的无线信号来触发标签电路将内部的数据送出,从而读取芯片中的信息,实现对标识码的读取。电子标签不需要电池,只有阅读器需要电池供电,这大大减小了电子标签的成本和体积,提高了标签的通用性。该系统可大量应用于物体的实时跟踪与监测,因此它在医疗、交通、物流等方面都有非常广泛的应用。
  RFID本身就可以通过嵌入式来实现。它满足了物联网在低功耗、微型化、廉价等方面的非功能性需求。由于嵌入式系统种类丰富多样且无处不在,并且可以将其网络化形成传感器网络,从而成为构成其的重要成分。
  那么RFID与嵌入式系统之间的关系如何?[4]首先是射频前端的特殊设计;再一个就是嵌入式系统设计方面,主要是把RFID作为一个组成部分。RFID产品的嵌入式系统设计看起来难度不大,因为只要RFID读写设备是固定式设备,基本上基于嵌入式Linux平台,主流产品目前是国外厂商实力较强,本土产品的操作系统还待完善。
  2.2.2 产品电子编码EPC
  EPC(Electronic Product Code,产品电子代码)是目前比较典型的物联网应用体系结构。EPC系统主要由EPC编码、EPC标签与EPC读写器、EPC中间件、对象名解析服务(ONS)、实体标记语言(PML)构成。
  EPC作为一项融合技术,包含了可用于单品识别的编码技术、RFID、计算机技术。EPC的概念是由MIT的Sanjey Sarma和David Brock两位教授于1999年10月提出的,其核心思想是为每一个产品提供惟一的电子标识符EPC;通过射频识别技术(RFID)完成数据的自动采集;电子标签上只存储EPC码,而对应于EPC码的解析通过与互联网相连的服务器来完成。[5]
  3、嵌入式系统和物联网之间的区别与联系
  物联网是集多种专用或通用系统于一体,因而备具有信息采集、处理、传输、交互等功能;嵌入式系统强调的是嵌入到宿主对象的专用计算系统,相对物联网而言更具备专用性,实现某些单一特定对的功能。因而物联网的功能包括了嵌入式系统的功能,但随着嵌入式系统的不断发展,其功能日趋复杂化。如现今发展已经比较成熟的手机、GPS定位等系统,均可以直接融入到物联网当中。
  从技术的角度来看,首先物联网与嵌入式系统融合了非常相似的技术,其次物联网技术中又包含有嵌入式系统技术。举例来说,物联网和嵌入式系统均具备如电子硬件技术、软件技术;而在RFID(射频识别技术)、传感器技术、通信技术等方面物联网是必须具备的而嵌入式系统不一定全部具备。
  目前的很多嵌入式系统,只要能提升系统设备的网络通信能力和加入智能信息处理的技术都可以应用于物联网。两者之间的系统构成也非常相似。唯一嵌入式系统不具备的是标签识别模块。[6]
  4、结语
  物联网的热潮将带给嵌入式系统新的生机,而嵌入式系统又将不断完善优化物联网的建设。在RFID,EPC,传感器等多个领域,嵌入式系统将以其独特的功能和特性在物联网中展露出新的亮点。
  参考文献
  [1]百度百科 嵌入式系统 http://baike.baidu.com/view/6115.htm.
  [2]百度百科 物联网http://baike.baidu.com/view/1136308.htm.
  [3]朱洪波,杨龙祥,朱琦.物联网技术进展与应用[J].南京邮电大学学报(自然科学版),第31卷 第1期第3页.
  [4] 王莹.物联网为嵌入式系统带来机遇[J].电子产品世界出版社,《电子产品世界》编辑部 2010,17卷(5期) 第25页.
  [5]王俊宇,闵昊.EPC系统结构及其面临的问题[J].小型微型计算机系统,第27 卷 第7 期 1280-1284.
  [6]杨辉,王毅.物联网与嵌入式系统的关系研究[J].计算机与现代化2011年第8 期128页.


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