第21章 · 播客 第3集
虚拟化、云计算与物联网 · 物联网层次与 RFID 技术
🎙️ 本集播客：第3集：承接云计算之后进入物联网——两层内涵（核心和基础仍是互联网）、三层结构逐层拆解（感知层/网络层/应用层各管什么、有哪些设备、对应人体哪个部位、短距离对长距离的考点），四大关键技术之 RFID：定义与特性、三组件（标签/阅读器/天线）、完整系统的组成、无源标签与有源标签的工作方式、感应耦合与后向散射耦合、阅读器四模块与半双工通信。 语音由微软 Edge 神经网络语音预生成（女声·晓伊，男声·云希）。点击下方任意对话可直接从该句开始播，当前句朗读时下一句已预先加载，无缝衔接。
明
阿明
云计算讲完了，接下来是本章最后一块：物联网。它到底是个什么网？
雅
小雅
物联网，英文 The Internet of Things，缩写 IoT，顾名思义是实现物物相连的互联网络。考试直接考它的内涵，原文说包含两个方面，你要能背出来：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物体与物体之间，使其进行信息交换和通信。
明
阿明
第一个方面经常被出成题：物联网的核心和基础是什么？选项里有互联网、传感器网络、云计算平台、RFID 技术。
雅
小雅
选互联网。这题的杀招就是把传感网、云计算、RFID 这些关键词拿来当干扰项——它们都是物联网的重要技术，但「核心和基础」这四个字只属于互联网。物联网的英文全称本身就带 Internet，它是在互联网基础上延伸和扩展出来的，不是另起炉灶的新网络。
雅
小雅
再看它连接的对象：既包括具备「内在智能」的传感器、移动终端、工业系统、楼控系统、视频监控系统等，也包括「外在使能」的贴上 RFID 的各种资产、携带无线终端的个人与车辆，通过各种无线、有线的长距离或短距离通信网络互联互通，最终实现对「万物」高效、节能、安全、环保的「管、控、营」一体化。
明
阿明
听着像万物都要上网。那这么庞大的系统怎么分层？
雅
小雅
物联网分为三个层次，这是本节必考结构。底层是感知数据的感知层，即利用传感器、二维码、RFID 等设备随时随地获取物体的信息；第二层是数据传输处理的网络层，即通过各种传感网络与互联网的融合，将物体当前的信息实时准确地传递出去；第三层是与行业需求结合的应用层，即通过智能计算、云计算等对物体进行智能化控制。自下而上就是感知层、网络层、应用层。
明
阿明
考试如果把顺序倒过来问——应用层、感知层、网络层哪个在底下，我别被骗就行。
雅
小雅
对，题目最爱打乱顺序设干扰。记一个人体类比就不会错：感知层相当于皮肤和五官，负责识别物体、采集信息；网络层相当于神经中枢和大脑，负责传递信息和处理信息；应用层类似人们的社会分工，解决信息处理和人机交互的问题。皮肤在感受，神经在传递，大脑在决策——这就是三层。
雅
小雅
逐层展开。先看感知层，它包括哪些设备？原文列举：二维码标签和识读器、RFID 标签和读写器、摄像头、GPS、传感器、M2M 终端、传感器网关等。它解决的是人类世界和物理世界的数据获取问题：先通过传感器、数码相机等设备采集外部物理世界的数据，再通过 RFID、条码、工业现场总线、蓝牙、红外等短距离传输技术传递数据。感知层所需要的关键技术包括检测技术、短距离无线通信技术。
明
阿明
所以摄像头和 GPS 也算感知层设备，不是网络层的？
雅
小雅
对，这一点容易被想当然地分错。判断标准很简单：凡是「识别物体、采集信息」的设备都在感知层。举原文的例子：附着在设备上的 RFID 标签和用来识别 RFID 信息的扫描仪、感应器都属于感知层，现在的电子不停车收费系统 ETC、超市仓储管理系统、飞机场的行李自动分类系统都用到了这个层次的设备。
雅
小雅
再看网络层，用于传递信息和处理信息。它包括通信网与互联网的融合网络、网络管理中心、信息中心和智能处理中心等。这些数据可以通过移动通信网、互联网、企业内部网、各类专网、小型局域网等进行传输；特别是在三网融合后，有线电视网也能承担物联网网络层的功能。网络层所需要的关键技术包括长距离有线和无线通信技术、网络技术等。
明
阿明
注意到了，感知层是短距离传输，网络层是长距离，正好对着考。
雅
小雅
抓得很准，出题人就是拿「短距离」和「长距离」这两组词互相做干扰项。网络层还有一段要背：感知数据管理与处理技术是实现以数据为中心的物联网的核心技术，包括传感网数据的存储、查询、分析、挖掘和理解；云计算平台作为海量感知数据的存储、分析平台，将是物联网网络层的重要组成部分，也是应用层众多应用的基础。
雅
小雅
最后应用层，实现广泛智能化，是物联网与行业专业技术的深度融合。物联网的应用可分成四型，要能对号入座：监控型，如物流监控、污染监控；查询型，如智能检索、远程抄表；控制型，如智能交通、智能家居、路灯控制；扫描型，如手机钱包、高速公路不停车收费。应用层还可划分为两个子层：应用程序层进行数据处理，终端设备层提供人机接口。
明
阿明
层次清楚了。那支撑这三层的关键技术，原文列了哪几项？
雅
小雅
四项：射频识别技术 RFID、二维码技术、传感网、M2M。先讲最重要的 RFID，射频识别技术英文 Radio Frequency Identification，又称电子标签，是一种通信技术，可通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据，而无须识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。它是物联网的一项核心技术，很多物联网应用都离不开它。
雅
小雅
RFID 采用的是非接触的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID 技术可识别高速运动物并可同时识别多个标签，操作快捷方便。这种系统一般由一个询问器或阅读器，和很多应答器或标签组成。
明
阿明
考试有一题：RFID 系统的基本组成部分不包括哪个？选项是标签、二维码、阅读器、天线。
雅
小雅
答案是二维码。RFID 的基本组成部分通常包括三项，要会默写：标签 Tag，由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；阅读器 Reader，读取有时还可写入标签信息的设备，可设计为手持式或固定式；天线 Antenna，在标签和读取器间传递射频信号。二维码是另一种独立的识别技术，混进 RFID 组件里就是这道题的坑。
雅
小雅
再深一层，一套完整的 RFID 系统其实是由阅读器、电子标签即应答器、应用软件系统三个部分组成。工作原理是 Reader 发射一特定频率的无线电波能量给 Transponder，驱动其电路将内部数据送出，Reader 依序接收解读，送给应用程序作相应的处理。
雅
小雅
标签按工作方式分两种，这里也直接出题。原理原话是：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，这是无源标签或被动标签，Passive Tag；或者由标签主动发送某一频率的信号，这是有源标签或主动标签，Active Tag。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。
明
阿明
所以「能主动发送某一频率信号的标签」选有源标签、主动标签，别选成无源标签。
雅
小雅
对，无源标签自己不发电，靠感应电流取能；有源标签才主动发信号。还有一个考点是耦合方式：以 RFID 卡片阅读器及电子标签之间的通信及能量感应方式来看，大致上可以分成感应耦合 Inductive Coupling 和后向散射耦合 Backscatter Coupling 两种，一般低频的 RFID 大都采用第一种方式，而较高频大多采用第二种方式。
雅
小雅
阅读器本身的构成也有一句话可考：阅读器是 RFID 系统信息控制和处理中心，通常由耦合模块、收发模块、控制模块和接口单元组成；阅读器和应答器之间一般采用半双工通信方式进行信息交换，同时阅读器通过耦合给无源应答器提供能量和时序。应答器是 RFID 系统的信息载体，大多由耦合元件如线圈、微带天线等和微芯片组成无源单元。
明
阿明
检验一下：RFID 系统的三组件是哪三个？
雅
小雅
标签、阅读器、天线。标签由耦合元件及芯片组成、有唯一的电子编码；阅读器读取有时还可写入标签信息；天线在标签和读取器间传递射频信号。再记两个身份：阅读器是信息控制和处理中心，应答器是信息载体。
明
阿明
好，本集的必背清单帮我收个尾。
雅
小雅
本集三条：一，物联网内涵两点——核心和基础仍是互联网、用户端延伸到物与物之间进行信息交换和通信；二，三层自下而上感知、网络、应用，人体类比依次是皮肤和五官、神经中枢和大脑、社会分工，感知层配短距离、网络层配长距离；三，RFID 三组件标签阅读器天线，无源标签靠感应电流取能、有源标签主动发送某一频率的信号，低频走感应耦合、较高频走后向散射耦合。下一集把二维码、传感网、M2M 和物联网的应用讲完，最后附全章必背清单，全章收官。