1、第第4章章 射频识别技术射频识别技术 4.1射频识别技术概述4.2 RFID系统的组成4.3 几种常见的RFID系统4.4 RFID中间件技术4.5 RFID应用系统开发示例4.1射频识别技术概述射频识别技术概述4.1.1 射频识别射频识别1概述概述 RFID是Radio Frequency Identification的缩写，即射频识别。无线射频识别技术是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术。射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。RFID常称为感应式电子芯片或近接卡、感应卡、非接触卡、电子标签、电子条码等。
2、一套完整的RFID系统由读写器与电子标签两部分组成，其工作原理为由读写器发射一特定频率的无限电波能量给电子标签，用以驱动电子标签的电路将内部之ID Code送出，此时读写器便接收此ID Code。电子标签的特殊在于免用电池、免接触、免刷卡，故不怕脏污，且芯片密码为世界唯一，无法复制，安全性高、寿命长。RFID的应用非常广泛，目前典型应用有动物芯片、汽车芯片防盗器、门禁管制、停车场管制、生产线自动化、物料管理等。RFID标签有两种：有源标签和无源标签。从信息传递的基本原理来说，射频识别技术在低频段基于变压器耦合模型(初级与次级之间的能量传递及信号传递)，在高频段基于雷达探测目标的空间耦合模型(雷
3、达发射电磁波信号，碰到目标后，携带目标信息返回雷达接收机)。许多高科技公司正在加紧开发RFID专用的软件和硬件，如英特尔、微软、甲骨文、SAP和SUN，无线射频识别技术(RFID)正在成为全球热门新科技。2射频识别技术的发展历史射频识别技术的发展历史 射频识别技术的发展可按十年期划分如下：19401950年：雷达的改进和应用催生了射频识别技术，1948年奠定了射频识别技术的理论基础。19501960年：早期射频识别技术的探索阶段，主要处于实验室实验研究。19601970年：射频识别技术的理论得到了发展，开始了一些应用尝试。19701980年：射频识别技术与产品研发处于一个大发展时期，各种射频识
4、别技术测试得到加速，出现了一些最早的射频识别应用。19801990年：射频识别技术及产品进入商业应用阶段，各种规模应用开始出现。19902000年：射频识别技术标准化问题逐渐得到重视，射频识别产品得到广泛应用，逐渐成为人们生活中的一部分。2000年后：标准化问题更加为人们所重视，射频识别产品种类更加丰富，有源式电子标签、无源式电子标签及半有源式电子标签均得到发展，电子标签成本不断降低，规模应用行业扩大。至今，射频识别技术的理论得到丰富和完善。单芯片电子标签、多电子标签识读、无线可读可写、无源式电子标签的远距离识别、适应高速移动物体的射频识别技术与产品正在成为现实并走向应用。3.射频识别技术的特
5、点射频识别技术的特点RFID技术的主要特点是通过电磁耦合方式来传送识别信息，不受空间限制，可快速地进行物体跟踪和数据交换。由于RFID需要利用无线电频率资源，因此RFID必须遵守无线电频率管理的诸多规范。具体来说，与同期或早期的接触式识别技术相比较，RFID还具有如下一些特点。(1)数据的读写功能。只要通过RFID读写器，不需要接触即可直接读取射频卡内的数据信息到数据库内，且一次可处理多个标签，也可将处理的数据状态写入电子标签。(2)电子标签的小型化和多样化。RFID在读取上并不受尺寸大小与形状之限制，不需要为了读取精确度而配合纸张的固定尺寸和印刷品质。此外，RFID 电子标签更可向小型化发展
6、，便于嵌入到不同物品内。(3)耐环境性。RFID最突出的特点是可以非接触读写(读写距离可以从十厘米至几十米)、可识别高速运动物体，抗恶劣环境，且对水、油和药品等物质具有强力的抗污性。RFID可以在黑暗或脏污的环境之中读取数据。(4)可重复使用。由于RFID为电子数据，可以反复读写，因此可以回收标签重复使用，提高利用率，降低电子污染。(5)穿透性。RFID即便是被纸张、木材和塑料等非金属、非透明材质包覆，也可以进行穿透性通信，但是它不能穿过铁质等金属物体进行通信。(6)数据的记忆容量大。数据容量随着记忆规格的发展而扩大，未来物品所需携带的数据量会愈来愈大，对卷标所能扩充容量的需求也会增加，对此R
7、FID将不会受到限制。(7)系统安全性。将产品数据从中央计算机中转存到标签上将为系统提供安全保障，大大地提高系统的安全性。射频标签中数据的存储可以通过校验或循环冗余校验的方法来得到保证。4.1.2 RFID技术的分类技术的分类1RFID技术分类技术分类对于RFID技术，可依据电子标签的供电方式、工作频率、可读性和工作方式进行分类。1)根据电子标签的供电方式分类在实际应用中，必须给电子标签供电，它才能工作，虽然它的电能消耗是非常低的(一般是1/100 mW级别)。按照电子标签获取电能的方式不同，常把电子标签分成有源式电子标签、无源式电子标签及半有源式电子标签。(1)有源式电子标签。有源式电子标签
8、通过标签自带的内部电池进行供电，它的电能充足，工作可靠性高，信号传送的距离远。另外，有源式电子标签可以通过设计电池的不同寿命对电子标签的使用时间或使用次数进行限制，它可以用在需要限制数据传输量或者使用数据有限制的地方。有源式电子标签的缺点主要是价格高，体积大，电子标签的使用寿命受到限制，而且随着电子标签内电池电力的消耗，数据传输的距离会越来越小，影响系统的正常工作。(2)无源式电子标签。无源式电子标签的内部不带电池，需靠外界提供能量才能正常工作。无源式电子标签典型的产生电能的装置是天线与线圈，当电子标签进入系统的工作区域时，天线接收到特定的电磁波，线圈就会产生感应电流，再经过整流并给电容充电，
9、电容电压经过稳压后可作为工作电压。无源式电子标签具有永久的使用期，常常用在电子标签信息需要每天读写或频繁读写的场合，而且无源式电子标签支持长时间的数据传输和永久性的数据存储。无源式电子标签的缺点主要是数据传输的距离要比有源式电子标签短。因为无源式电子标签依靠外部的电磁感应供电，电能比较弱，数据传输的距离和信号强度会受到限制，所以需要敏感性比较高的信号接收器才能可靠识读。但它的价格、体积、易用性决定了它是电子标签的主流。(3)半有源式电子标签。半有源式电子标签内的电池仅对标签内要求供电维持数据的电路供电或者为标签芯片工作所需的电压提供辅助支持，为本身耗电很少的电子标签电路供电。电子标签未进入工作
10、状态前，一直处于休眠状态，相当于无源式电子标签，电子标签内部电池能量消耗很少，因而电池可维持几年，甚至长达10年有效。当电子标签进入读写器的读取区域，受到读写器发出的射频信号激励而进入工作状态时，电子标签与读写器之间信息交换的能量支持以读写器供应的射频能量为主(反射调制方式)，电子标签内部电池的作用主要在于弥补电子标签所处位置的射频场强不足，电子标签内部电池的能量并不转换为射频能量。2)根据电子标签的工作频率分类从应用概念来说，电子标签的工作频率也就是射频识别系统的工作频率，是其最重要的特点之一。电子标签的工作频率不仅决定着射频识别系统的工作原理(电感耦合还是电磁耦合)、识别距离，还决定着电子
11、标签及读写器实现的难易程度和设备的成本。工作在不同频段或频点上的电子标签具有不同的特点。射频识别应用占据的频段或频点在国际上有公认的划分，即位于ISM波段，典型的工作频率有125 kHz、133 kHz、13.56 MHz、27.12 MHz、433 MHz、902 MHz928 MHz、2.45 GHz、5.8 GHz等。(1)低频段电子标签。低频段电子标签，简称为低频标签，其工作频率范围为30 kHz300 kHz，典型工作频率有125 kHz、133 kHz(也有接近的其他频率的，如TI公司使用134.2 kHz)。低频标签一般为无源式电子标签，其工作能量通过电感耦合方式从读写器耦合线圈
12、的辐射近场中获得。低频标签与读写器之间传送数据时，低频标签需位于读写器天线辐射的近区场内。低频标签的阅读距离一般情况下小于1 m。低频标签的典型应用有动物识别、容器识别、工具识别、电子闭锁防盗(带有内置应答器的汽车钥匙)等。与低频标签相关的国际标准有ISO11784/11785(用于动物识别)、ISO 18000-2(125 kHz135 kHz)。低频标签有多种外观形式，应用于动物识别的低频标签外观有项圈式、耳牌式、注射式、药丸式等。低频标签的主要优势体现在电子标签芯片一般采用普通的CMOS工艺，具有省电、廉价的特点，工作频率不受无线电频率约束，可以穿透水、有机组织、木材等，非常适合近距离、
13、低速度、数据量要求较少的识别应用等。低频标签的劣势主要体现在电子标签存储数据量较少，只适用于低速、近距离的识别应用。(2)中高频段电子标签。中高频段电子标签的工作频率一般为3 MHz30 MHz，其典型工作频率为13.56 MHz。该频段的电子标签，一方面从射频识别应用角度来看，因其工作原理与低频标签完全相同，即采用电感耦合方式工作，所以宜将其归为低频标签类中；另一方面，根据无线电频率的一般划分，其工作频段又称为高频，所以也常常将其称为高频标签。中高频段电子标签一般也采用无源方式，其工作能量同低频标签一样，也是通过电感(磁)耦合方式从读写器耦合线圈的辐射近区场内获得。电子标签与读写器进行数据交
14、换时，电子标签必须位于读写器天线辐射的近区场内。中高频段电子标签的阅读距离一般情况下也小于1 m(最大读取距离为1.5 m)。中高频段电子标签可方便地做成卡状，其典型应用包括电子车票、电子身份证、电子闭锁防盗(电子遥控门锁控制器)等，相关的国际标准有ISO14443、ISO15693、ISO18000-3(13.56 MHz)等。(3)超高频与微波频段的电子标签。超高频与微波频段的电子标签，简称为微波电子标签，其典型工作频率为433.92 MHz、862(902)MHz928 MHz、2.45 GHz、5.8 GHz。微波电子标签可分为有源式电子标签与无源式电子标签两类。工作时，电子标签位于读
15、写器天线辐射场的远区场内，电子标签与读写器之间的耦合方式为电磁耦合方式。读写器天线辐射场为无源式电子标签提供射频能量，将有源式电子标签唤醒。相应的射频识别系统阅读距离一般大于1 m，典型情况为4 m7 m，最大可达10 m以上。读写器天线一般均为定向天线，只有在读写器天线定向波束范围内的电子标签才可被读写。由于阅读距离的增加，应用中有可能在阅读区域中同时出现多个电子标签的情况，从而提出了多标签同时读取的需求，进而这种需求发展成为一种潮流。目前，先进的射频识别系统均将多标签识读问题作为系统的一个重要特征。以目前技术水平来说，无源微波电子标签比较成功的产品相对集中在902 MHz928 MHz工作
16、频段上。2.45 GHz和5.8 GHz射频识别系统多以半有源微波电子标签产品面世。半有源式电子标签一般采用纽扣电池供电，具有较远的阅读距离。微波电子标签的典型特点主要集中在是否无源，无线读写距离，是否支持多标签读写，是否适合高速识别应用，读写器的发射功率容限，电子标签及读写器的价格等方面。对于可无线写的电子标签而言，通常情况下，写入距离要小于识读距离，其原因在于写入要求更大的能量。微波电子标签的数据存储容量一般限定在2 kb以内，再大的存储容量似乎没有太大的意义，从技术及应用的角度来说，微波电子标签并不适合作为大量数据的载体，其主要功能在于标识物品并完成无接触的识别过程。典型的数据容量指标有
17、1 kb、128 b、64 b等。微波电子标签的典型应用包括移动车辆识别、电子身份证、仓储物流应用、电子闭锁防盗(电子遥控门锁控制器)等，相关的国际标准有ISO10374、ISO18000-4(2.45 GHz)、ISO 18000-5(5.8 GHz)、ISO18000-6(860 MHz930 MHz)、ISO18000-7(433.92 MHz)、ANSI NCITS 2561999等。3)根据电子标签的可读性分类根据使用的存储器类型，可以将电子标签分成只读(Read Only，RO)电子标签、可读可写(Read and Write，RW)电子标签和一次写入多次读出(Write Once
18、 Read Many，WORM)电子标签。(1)只读电子标签。只读电子标签内部只有只读存储器(Read Only Memory，ROM)。ROM中存储有电子标签的标识信息。这些信息可以在电子标签制造过程中，由制造商写入ROM中，电子标签在出厂时，即已将完整的标签信息写入标签。这种情况下，应用过程中，电子标签一般具有只读功能。也可以在电子标签开始使用时由使用者根据特定的应用目的写入特殊的编码信息。只读电子标签信息的写入，在更多的情况下是在电子标签芯片的生产过程中将标签信息写入芯片，使得每一个电子标签拥有一个唯一的标识UID(如96 bit)。应用中，需再建立标签唯一UID与待识别物品的标识信息之
19、间的对应关系(如车牌号)。只读标签信息的写入也可在应用之前，由专用的初始化设备将完整的标签信息写入。只读电子标签一般容量较小，可以用做标识标签。对于标识标签来说，一个数字或者多个数字字母字符串存储在标签中，这个储存内容是进入信息管理系统中数据库的钥匙(Key)。标识标签中存储的只是标识号码，用于对特定的标识项目，如人、物、地点进行标识，被标识项目的详细、特定的信息，只能在与系统相连接的数据库中进行查找。一般电子标签的ROM区存放有厂商代码和无重复的序列码，每个厂商的代码是固定和不同的，每个厂商的每个产品的序列码也肯定是不同的。所以每个电子标签都有唯一码，这个唯一码又是存放在ROM中，所以标签就
20、没有可仿制性，是防伪的基础点。(2)可读可写电子标签。可读可写电子标签内部的存储器，除了ROM、缓冲存储器之外，还有非活动可编程记忆存储器。这种存储器一般是EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)，它除了存储数据功能外，还具有在适当的条件下允许多次对原有数据的擦除以及重新写入数据的功能。可读可写电子标签还可能有随机存取器(Random Access Memory，RAM)，用于存储标签反应和数据传输过程中临时产生的数据。可读可写电子标签一般存储的数据比较大，大都是用户可编程的。标签中除了存储标识码外，还存储有大量的被标识项目其他的相关信息，如生产信息、防伪校验码等。在实际应用中，关于被标识项目
21、的所有信息都是存储在标签中的，读标签就可以得到关于被标识目标的大部分信息，而不必连接到数据库进行信息读取。另外，在读标签的过程中，可以根据特定的应用目的控制数据的读出，实现在不同情况下读出的数据部分不同。(3)一次写入多次读出电子标签。这种WORM概念既有接触式改写的电子标签存在，也有无接触式改写的电子标签存在。这类WORM电子标签一般大量用在一次性使用的场合，如航空行李标签、特殊身份证件标签等。RW卡一般比WORM卡和RO卡价格高得多，如电话卡、信用卡等；WORM卡是用户可以一次性写入的卡，写入后数据不能改变，比RW卡要便宜；RO卡存有一个唯一的ID号码，不能修改，具有较高的安全性。4)根据
22、电子标签的工作方式分类根据电子标签的工作方式，可将RFID分为主动式电子标签、被动式电子标签和半主动式电子标签。一般来讲，无源系统为被动式电子标签，有源系统为主动式电子标签。(1)主动式电子标签。一般来说，主动式RFID系统为有源系统，即主动式电子标签用自身的射频能量主动地发送数据给读写器，在有障碍物的情况下，只需穿透障碍物一次。由于主动式电子标签自带电池供电，它的电能充足，工作可靠性高，信号传输距离远。主动式电子标签的主要缺点是标签的使用寿命受到限制，而且随着标签内部电池能量的耗尽，数据传输距离越来越短，从而影响系统的正常工作。(2)被动式电子标签。被动式电子标签必须利用读写器的载波来调制自
23、身的信号，电子标签产生电能的装置是天线和线圈。电子标签进入RFID系统工作区后，天线接收特定的电磁波，线圈产生感应电流供给电子标签工作，在有障碍物的情况下，读写器的能量必须来回穿过障碍物两次。这类系统一般用于门禁或交通系统中，因为读写器可以确保只激活一定范围内的电子标签。(3)半主动式电子标签。在半主动式RFID系统里，电子标签本身带有电池，但是电子标签并不通过自身能量主动发送数据给读写器，电池只负责对电子标签内部电路供电。电子标签需要被读写器的能量激活，才可通过反向散射调制方式传送自身数据。2RFID系统的分类系统的分类 根据RFID系统完成的功能不同，可以粗略地把RFID系统分成四种类型：
24、EAS系统、便携式数据采集系统、物流控制系统、定位系统。1)EAS系统EAS(Electronic Article Surveillance)是一种设置在需要控制物品出入的门口的RFID技术。这种技术的典型应用场合是商店、图书馆、数据中心等地方，当未被授权的人从这些地方非法取走物品时，EAS系统会发出警告。在应用EAS技术时，首先在物品上粘贴EAS标签，当物品被正常购买或者合法移出时，在结算处通过一定的装置使EAS标签失活，物品就可以取走。物品经过装有EAS系统的门口时，EAS装置能自动检测标签的活动性，若发现活动性标签，EAS系统会发出警告。典型的EAS系统一般由三部分组成：附着在商品上的电
25、子标签(即电子传感器)、电子标签灭活装置(以便授权商品能正常出入)、监视器(在出口形成一定区域的监视空间)。EAS系统的工作原理是：在监视区，发射器以一定的频率向接收器发射信号。发射器与接收器一般安装在零售店、图书馆的出入口，形成一定的监视空间。当具有特殊特征的标签进入该区域时，会对发射器发出的信号产生干扰，这种干扰信号也会被接收器接收，再经过微处理器的分析判断，就会控制警报器的鸣响。根据发射器所发出的信号不同以及标签对信号干扰原理的不同，EAS可以分成许多种类型。EAS技术最新的研究方向是标签的制作，人们正在讨论EAS标签能不能像条码一样，在产品的制作或包装过程中加进产品，成为产品的一部分。
26、2)便携式数据采集系统 便携式数据采集系统是使用带有RFID读写器的手持式数据采集器采集RFID标签上的数据。这种系统具有比较大的灵活性，适用于不宜安装固定式RFID系统的应用环境。手持式读写器(数据输入终端)可以在读取数据的同时，通过无线电波数据传输方式(RFDC)实时地向主计算机系统传输数据，也可以暂时将数据存储在读写器中，再一批一批地向主计算机系统传输数据。3)物流控制系统 在物流控制系统中，固定布置的RFID读写器分散布置在给定的区域，并且读写器直接与数据管理信息系统相连，信号发射机是移动的，一般安装在移动的物体或人身上。当物体或人流经读写器时，读写器会自动扫描标签上的信息并把数据信息
27、输入数据管理信息系统存储、分析、处理，达到控制物流的目的。4)定位系统 定位系统用于自动化加工系统中的定位以及对车辆、轮船等进行运行定位支持。读写器放置在移动的车辆、轮船上或者自动化流水线中移动的物料、半成品、成品上，信号发射机嵌入到操作环境的地表下面。信号发射机上存储有位置识别信息，读写器一般通过无线的方式或者有线的方式连接到主信息管理系统。总之，一套完整的RFID系统解决方案包括标签设计及制作工艺、天线设计、系统中间件研发、系统可靠性研究、读卡器设计和示范应用演示六部分，可以广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理和身份认证等多个领域，而在仓储物流管理、生产过程制造管理、智能交通
28、、网络家电控制等方面更是引起了众多厂商的关注。4.1.3 RFID技术的应用技术的应用从发展过程上来看，RFID早期主要应用在政府管理、零售超市、航空业、制造业等领域。在这些行业的应用中，RFID系统表现出了最明显的优势超强的数据采集能力，这一点让RFID具有了跨行业的应用能力。作为服务行业的通信企业，其本身所提供的就是一个数据传输的过程，在产品采购、物流管理、企业门户、客户管理等各个环节有效利用RFID，对于RFID的发展和通信行业的效率提升都将是极大的促进。同时，应用较为广泛的一些行业，也能够为通信业提供一些示例。1政府机构：安全权力政府机构：安全权力“911”事件以后，美国政府开始广布摄
29、像头，配上面部识别技术，可以追踪个人的行踪。除了大型数据库，最佳的追踪方式莫过于使用RFID技术控制每个公民的行踪，从而增强政府的安全监控。“911”事件后，IBM被美国国防部指定为合作伙伴，为43000个国防设备提供基于RFID的应用。IBM使用RFID技术来坚持不懈地跟踪和测量全球性邮件系统的质量，向IPC提供来自欧洲、北美和亚太区域36个国家的反馈邮件能否准时到达。除了安全领域，提升政府管理机构的信息化程度、政府采购和供应的效率也都需要RFID来帮忙，在美国政府之后，日本、新加坡等亚洲国家也意识到了这一点，并计划通过在政府机构推行RFID来带动本国的发展。2零售：供应链各环节零售：供应链
30、各环节IBM帮助总部在德国的第五大零售商METRO集团设计了一个集成的RFID解决方案，这一计划于2003年11月开始，最初有100家供应商在其运往METRO公司10个中央仓库和250家商店的所有货柜和集装箱上贴上了RFID标签。作为这一项目的RFID系统集成商，IBM领导制定项目战略以及项目的实现和首次使用，通过一个实验室来测试每一供应商提供的产品与RFID技术之间的互操作性。这一解决方案通过让METRO对整个处理链中的商品进行跟踪，优化了订单和存货管理，避免了缺货情况的发生，降低了成本，并对传统的供应链进行了改造。3航空：行李托运航空：行李托运在航空业，美国三角洲航空、波音航空和欧洲空中客
31、车公司都宣布正在研究用于航空物流领域的RFID行业标准。2007年7月，亚特兰大三角洲航空公司发言人Reid Davis宣布，“未来24个月内我们公司如果投入使用RFID无线标签，首批将肯定用于旅客行李和航运货物。”行李托运处理控制BHC，是IBM所提供的一套适用于机场行李托运处理系统的方案规划、过程控制和监督综合解决方案，其行李搜索、跟踪和交运功能允许工作人员通过友好的图形化界面直接控制行李的托运流程，而实际的行李处理信息则能够连续采集并报告给管理人员。IBM还提供了另外两种行李托运系统：BagFlo高性能的行李跟踪和预测系统，用来监视伦敦希思罗机场的行李转运情况；JBS主要的全球化航空公司
32、都在使用的一种全球行李跟踪和客户服务应用。4垃圾处理：跟踪监控垃圾处理：跟踪监控2004年7月，日本领先的废品管理公司Kureha环境工程公司开始测试在其医疗废品上贴上采用了RFID技术的标签，这是RFID技术在亚太区域内首次应用于医疗废品的回收和处理，并采用IBM公司提供的RFID解决方案。该测试检验根据RFID标签追踪处理中医疗废品的效率和准确度，该RFID系统的主要目标是，通过和不同的医院、运输公司合作而建立一个可追踪的系统，避免医疗废品的非法处理。当今，医疗垃圾对人类的生存环境构成了巨大的威胁和隐患，日本已加强了对垃圾处理的限制，特殊垃圾的处理尤其被政府所重视，RFID则是解决这一难题
33、的良方。在国内，更大的麻烦来自于电子垃圾的处理，为了控制废旧电器对环境的污染，同时和欧盟等贸易伙伴统一标准，信息产业部对电子垃圾的处理日益重视并做出了严格的限制，目前还没有正式出台对电子产品标记安全使用期限，超期产品要强制回收处理，禁止再流入市场的相关法规。5制造业：生产效率的提升制造业：生产效率的提升RFID不仅仅应用于零售业，从制造环节开始，它就发挥了巨大的作用。早在2004年，IBM就帮助一家电子制造业的领袖企业进行了供应链系统的整合，其中，RFID用来跟踪产品在库存、配送中心、地区配送中心的运输过程中的信息，该项目提高了供应链透明度，提供几乎实时的存量可见度，存货周转量提高12%，工作
34、效率提高100%，库存接收准确性提高50%。6RFID技术与传感器技术技术与传感器技术当电子标签具有感知能力的时候，RFID与无线传感网的界限就变得模糊不清了。很多主动式和半主动式电子标签结合传感器进行设计，使得传感器可以发送数据给读写器，而这些电子标签并不完全是无线传感网的节点，因为它们之间缺乏通过相互协同组成的自组织网络进行通信，但是它们又超越了一般的电子标签。另一方面，一些传感器节点正在使用RFID读写器作为它们感知能力的一部分。温度标签、振动传感器和化学传感器能大大提高RFID技术的功能。若将智能传感器与准确的时间、位置感应的电子标签结合起来，将能够记录给定物体的状态和其被处理的情况。
35、例如，人们正在研究开发的检测易腐食品是否过期的生物传感器，这种传感器十分微小，能检测出任何生物或化学制剂。这种传感器由发射器和计算机芯片组成，它能嵌入电子标签，能在水瓶里，甚至肉品包装袋的积水底部工作。RFID生物传感器的研制还需要几年时间，但有些公司，包括麦当劳最大的牛肉供应商金州食品公司自2002年以来一直在试验RFID生物传感器。由RFID传感器构成的系统最终将跟踪和监测所有的食品供应，防止污染和生物恐怖主义。7应用近距离无线通信技术组成无线支付系统应用近距离无线通信技术组成无线支付系统近距离无线通信(Near Field Communication，NFC)技术是由飞利浦公司发起，由诺
36、基亚公司、索尼公司等著名厂商联合主推的一项无线通信技术。NFC工作在13.56 MHz频段，其数据传输速率取决于工作距离，可为106 kb/s、212 kb/s或424 kb/s；其最长通信距离为20 cm，在大多数应用中，实际工作距离不会超过10 cm。NFC技术的出现在很大程度上改变了人们使用某些电子设备的方式，甚至改变了信用卡、现金和钥匙的使用方式，它可以应用在手机等便携型设备上，实现安全的移动支付和交易、简便的端到端通信、在移动中轻松接入信息等功能。NFC与RFID技术所针对的行业不同，NFC技术针对的是消费类电子产品，而RFID技术针对的是所有行业，包括物流、交通等诸多行业。从某种意
37、义上讲，NFC也是RFID的一种应用，也可以把NFC看成是RFID的升级。RFID与NFC是相互促进的，一方面，RFID应用的普及需要无处不在的读写器；另一方面，NFC是与手机紧密结合的技术，NFC的普及可解决RFID读写器存在的一些难题，为RFID的进一步发展助力。此外，RFID市场的存在和扩大，也给NFC技术的推广普及提供了基础环境。从通信角度来看，近距离内工作的RFID技术也是近距离无线通信技术的一种。RFID技术的下一个应用热点将是手机、个人数字助理(PDA)和汽车电子产品等消费性的电子产品领域，它们的表现形式将是基于NFC等技术的非接触式移动支付等，诸如以手机取代和统一电子钱包、信用
38、卡、积分卡、银行卡和交通卡等。NFC手机与用户识别模块(SIM卡)整合，让手机拥有小额付费功能，并同时可以兼容如MasterCard PayPass及VISA Wave等多张非接触式感应信用卡，以一部手机就可乘地铁、巴士，还能当做电子钱包，而无须携带多张卡出门。空中下载(Over The Air，OTA)技术是通过移动通信的空中接口对SIM卡数据及应用进行远程管理的技术。借助于OTA，可以简单、便捷地配置NFC手机的多元化服务。这种移动支付模式将带给消费者极大的方便，它可以随时、随地快速选择新的支付模式。NFC手机会内建密钥以增加安全性，也可以设定让每一笔交易都必须经过使用者以密码或其他生物特
39、征确认，在系统支持下还能记录每笔交易信息，而客户也可以随时通过手机查询每次充值或交易的记录。NFC手机还可以读取内建感应线圈的海报提供的优惠信息。如果主要路标也布有内建感应线圈的电子标签，手机就能接收道路、旅游、环境、消费与公共服务等相关信息，使NFC的应用更加多元化。8RFID技术与技术与3GRFID技术在当前的移动通信领域中已经有所应用，但是大部分还处于试验阶段，从RFID“标记”、“地址号码”和“传感功能”这三个本质特点来看，RFID在3G产业中的应用前景非常广阔。移动通信技术发展到3G的直接结果是一个结构更加复杂和功能更加强大的通信系统，除了传统的人与人之间的通信外，设备与设备之间的通
40、信业务(Machine to Machine，M2M)也将得到迅速发展，而RFID在其中扮演着关键的角色，因为RFID所具有的“标记”、“地址号码”和“传感功能”能够解决M2M中很多实际的问题。虽然设备或物品本身并不具备感知的功能，但可以利用支持RFID技术的3G终端了解设备或物品所处的外界环境，从而更好地实现对设备或物品的数据读取、状态监测和远程管理控制等诸多业务。新融合的需求对移动设备提出了前所未有的挑战，如果需要手持设备支持丰富的融合业务，除了强大的处理器之外，还需要支持无线局域网(WLAN)、超宽带(UWB)、蓝牙、ZigBee、通用移动电话业务(UMTS)等诸多无线协议，用以支持移动
41、通信、娱乐体验的需求。3G手机加上RFID技术可以实时传递信息及上传或下载多媒体影音档案，提供数据的读取与更新、存储用于对象识别与获取信息的功能。该研究表明，通过3G系统结合日常生活中各项物品，如家电用品、日常用品、大众运输、餐厅、电影及卖场等内含的电子标签，各项物品的服务经3G手机上的读写器读取之后，产品的具体信息会显示于3G手机屏幕，从而达到服务数字化，并且无所不在，无所不用，大大提高了人们数字生活的方便程度。若RFID的相关设备成本可以降低，未来日常生活中的各项物品均有可能内嵌电子标签，那样RFID技术与3G系统的结合可为人类未来的生活带来极大方便。4.1.4 RFID技术标准技术标准由
42、于RFID的应用牵涉到众多行业，因此其相关的标准非常复杂。从类别看，RFID标准可以分为以下四类：技术标准(如RFID技术、IC卡标准等)；数据内容与编码标准(如编码格式、语法标准等)；性能与一致性标准(如测试规范等)；应用标准(如船运标签、产品包装标准等)。具体来讲，RFID相关的标准涉及电气特性、通信频率、数据格式和元数据、通信协议、安全、测试、应用等方面。与RFID技术和应用相关的国际标准化机构主要有国际标准化组织(ISO)、国际电工委员会(IEC)、国际电信联盟(ITU)、世界邮联(UPU)。此外，还有其他的区域性标准化机构(如EPC Global、Ubiquitous ID Cent
43、er、CEN)、国家标准化机构(如BSI、ANSI、DIN)和产业联盟(如ATA、AIAG、EIA)等也制定了与RFID相关的区域、国家、产业联盟标准，并通过不同的渠道提升为国际标准。表4-1列出了目前RFID系统主要频段的标准与特性。表表4-1 RFID系统主要频段的标准与特性系统主要频段的标准与特性1EPC GlobalEPC Global是由美国统一代码协会(UCC)和国际物品编码协会(EAN)于2003年9月共同成立的非营利性组织，其前身是1999年10月1日在美国麻省理工学院成立的非营利性组织Auto-ID中心。Auto-ID中心以创建物联网为使命，与众多成员企业共同制定一个统一的开
44、放技术标准。EPC Global旗下有沃尔玛集团、英国特易购(Tesco)等100多家欧美零售流通企业，同时有IBM、微软、飞利浦、Auto-ID Lab等公司提供技术研究支持。目前EPC Global已在加拿大、日本、中国等国建立了分支机构，专门负责EPC码段在这些国家的分配与管理、EPC相关技术标准的制定、EPC相关技术在本国宣传普及以及推广应用等工作。EPC Global物联网体系架构由EPC编码、EPC标签及读写器、EPC中间件、ONS服务器和EPCIS服务器等部分构成。EPC赋予物品唯一的电子编码，其位长通常为64 bit或96 bit，也可扩展为256 bit。对不同的应用规定有不
45、同的编码格式，主要存放企业代码、商品代码和序列号。Gen2标准的EPC编码可兼容多种编码。2Ubiquitous ID日本在电子标签方面的发展，始于20世纪80年代中期的实时嵌入式系统TRON，T-Engine是其中核心的体系架构。在T-Engine论坛领导下，泛在中心于2003年3月成立，并得到日本政府经济产业省和总务省以及大企业的支持，目前包括微软、索尼、三菱、日立、日电、东芝、夏普、富士通、NTT DoCoMo、KDDI、J-Phone、伊藤忠、大日本印刷、凸版印刷、理光等重量级企业。泛在ID中心的泛在识别技术体系架构由泛在识别码(uCode)、信息系统服务器、泛在通信器和uCode解析
46、服务器四部分构成。uCode采用128 bit记录信息，提供了3401036编码空间，并可以以128 bit为单元进一步扩展至256 bit、384 bit或512 bit。uCode能包容现有编码体系的元编码设计，以兼容多种编码，包括JAN、UPC、ISBN、IPv6地址，甚至电话号码。uCode标签具有多种形式，包括条码、射频标签、智能卡、有源芯片等。泛在ID中心把标签进行分类，设立了九个级别的不同认证标准。信息系统服务器存储并提供与uCode相关的各种信息。uCode解析服务器确定与uCode相关的信息存放在哪个信息系统服务器上。uCode解析服务器的通信协议为uCodeRP和eTP，其
47、中eTP是基于eTron(PKI)的密码认证通信协议。泛在通信器主要由IC标签、标签读写器和无线广域通信设备等部分构成，用来把读到的uCode送至uCode解析服务器，并从信息系统服务器获得有关信息。3ISO标准体系标准体系国际标准化组织(ISO)以及其他国际标准化机构如国际电工委员会(IEC)、国际电信联盟(ITU)等是RFID国际标准的主要制定机构。大部分RFID标准都是由ISO(或与IEC联合组成)的技术委员会(TC)或分技术委员会(SC)制定的。4.2 RFID系统的组成系统的组成4.2.1RFID的工作原理及系统组成的工作原理及系统组成1RFID的工作原理的工作原理RFID的工作原理
48、是：标签进入磁场后，如果接收到读写器发出的特殊射频信号，就能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(即Passive Tag，无源标签或被动标签)，或者主动发送某一频率的信号(即Active Tag，有源标签或主动标签)，读写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。RFID技术由Auto-ID中心开发，其应用形式为标记(tag)卡和标签(label)设备。标记设备由RFID芯片和天线组成，标记类型分为三种：自动式、半被动式和被动式。现在市场上开发的基本上是被动式RFID标记，因为这类设备造价较低，且易于配置。被动式标记设备运用无线电波进行操作和通信，信号必须在识别器
49、允许的范围内，通常是10英尺(约3 m)。这类标记适合于短距离信息识别，如一次性剃须刀或可移动刀片包装盒这类小商品。RFID芯片可以是只读的，也可是读/写方式，依据应用需求决定。被动式标记设备采用EEPROM，便于运用特定电子处理设备往上面写数据。一般标记设备在出厂时都设定为只读方式。Auto-ID规范中还包含有死锁命令，以在适当情形下阻止跟踪进程。Auto-ID中心开发的电子产品代码(EPC)规范能识别目标，以及所有与目标相关的数据。EPC系统运用正确的数据库链接到EPC码，厂商和零售商能依据权限进行查询、管理和变更操作。一旦标记贴到产品或设备上，RFID识别器便能读取存储于标记中的数据。A
50、uto-ID计划将EPC系统发展成为全球标准，该标准主要包括：识别目标的特定代码(EPC)；定义数据的所有者(EPC管理器)；定义代码及标记的其余信息；定义货物参数，如库存单元号；将EPC代码转换为Internet地址(目标命名服务ONS)；对目标进行描述(物理置标语言PML)；聚集和处理RFID数据(专家软件)；分配给每类目标的特定号码(串行号)；用于互操作性的规范最小集(标记及识别规范)。采用RFID技术最大的好处是可以对企业的供应链进行透明管理，有效地降低成本。2RFID系统的组成系统的组成 射频识别系统至少应包括读写器和电子标签(或称射频卡、应答器等，本书统称为电子标签)两个部分，另外
