RFID（射頻識別技術）

7RFID技術與其他自動識別技術區別
8RFID行業發展歷程

RFID是什么

射頻識別技術(Radio Frequency Identification，RFID)是一種無接觸式的自動識別技術，它能夠借助無線電波，在不需要人工干預的情況下將信息從一個載體傳輸到另外一個載體上，具有識別速度快、傳輸效率高的優點。根據通信距離，可以將其分為近場和遠場，因此讀寫設備和電子標簽之間的數據交換方式也對應地被分為負載調制和反向散射調制。RFID技術是一種簡單的無線系統，由一個閱讀器及多個應答器(或標簽)組成，用來控制、檢測和跟蹤物體，可以同時識別多個標簽和高速運動的物體，易于操作。

RFID系統基本組成

而RFID系統經過這么多時間的發展和完善，逐漸形成了一套穩定的結構，基本的RFID系統如圖所示，按照工作原理主要包括閱讀器、天線和電子標簽。

(1)電子標簽

電子標簽是由微型天線、耦合元件以及內部芯片組合而成，在RFID系統中是作為信息載體的存在，每個標簽都具有唯一的編碼，以此作為識別的依據。此外，根據信號發送方式的不同，電子標簽分為主動和被動兩種形式：主動標簽內部包含微型電池，能夠在閱讀器靠近時，主動發送電子編碼信號；而被動標簽通過線圈感應閱讀器的射頻信號，獲得感應電流，從而被動向閱讀器發送編碼信號。

電子標簽按供電方式可分為三類：無源電子標簽(Passive Tag)，半無源電子標簽(Semi-Passive Tag)及有源電子標簽(Active Tag)。

①無源電子標簽：里面沒有供電裝置，其電量來源是射頻識別閱讀模塊發送過來的電磁波信號，通過電磁感應線圈獲取電磁波信號產生的能量并經電路調制后對標簽內部電路進行短暫供電，從而完成信息的交換。由于能量依靠外界供給，所以標簽和閱讀模塊之間的距離一般比較近。無源電子標簽的特點是使用時間長，體積可以做的小巧，成本相對有源及半無源標簽較低，并能夠適應惡劣的環境。工作的頻率有：LF、HF、UHF、MW。主要應用有：公交卡、食堂飯卡，倉庫中貨品標簽等。

②有源電子標簽：內部置有供標簽正常工作的電池，能夠主動向射頻識別閱讀器發送信號。特點是傳輸距離遠，但功耗與體積會比較大。工作的頻率有：UHF、MW。主要應用有：人員定位、車輛管理、資產管理。

③半無源電子標簽：半無源電子標簽內置有電能剛好驅動芯片最小工作電路，是有源電子標簽與無源電子標簽相調和下的產物。在非工作狀態時，半無源RFID產品保有最小供電電量，僅對其中的存儲區域進行供電。處于一種休眠的狀態。因為結合了低頻激活器，所以會先利用低頻信號去激活電路，再利用微波信號進行遠距離識別和傳輸數據。而由于低頻信號的特點是能夠進行精確定位，因此半無源電子標簽應用范圍較廣。

(2)閱讀器

閱讀器作為RFID的終端設備，主要功能就是和電子標簽進行數據交互，起到信息控制和處理的作用，并且能夠從電子標簽里讀取信息及寫入更新過的信息到電子標簽中。從形式上來說，閱讀器分為手持式閱讀器和固定式閱讀器兩種，手持式閱讀器主要用于貨物的更新和統計，固定式閱讀器主要用于跟蹤物資的移動。

閱讀模塊根據使用的技術需求和結構不同，分為閱讀模塊或讀/寫模塊，閱讀模塊主要由存儲器、微處理器、調制解調電路、鎖相環、頻率發生器及外設接口等組成。閱讀模塊與電子標簽的通信，通常情況下使用的是半雙工的傳輸模式。同時閱讀模塊會負責無源電子標簽的能量來源和時鐘信號。其中存儲器是負責儲存程序和用戶的數據的；微處理器的作用是創造需要下發到電子標簽的信號，同時將從標簽處接收到的信號進行解譯并將其傳送給應用客戶端；調制解調電路則是負責將標簽信號進行加載發送或是將從標簽處返回信號進行解調上傳給微處理器；鎖相環的作用是能夠產生調制電路時的載波信號。頻率發生器則負責產生系統工作時所需要的頻率。外設接口主要是指與外部設備進行通信時的接口。

其功能主要有以下幾點：(1)在對標簽進行數據寫入時，寫入標簽的編號，存入相關數據。(2)在對標簽進行數據讀取時，將其要讀取的標簽放入RFID射頻信號識別范圍內，對標簽進行信息的獲取，如在多標簽或是多閱讀器場景中則會具有相應的防碰撞機制。(3)將數據傳送給計算機或是相關控制單元。

(3)天線

天線的主要是用于接收和傳遞閱讀器與電子標簽之間的射頻信號，是閱讀器和標簽之間進行數據傳輸的發射、接收裝置。就宏觀而言，應用主機系統也是整個RFID系統很重要的一環，其包括中間件系統、數據庫系統等，主要負責對閱讀器傳來的數據進行存儲和處理，同時可以控制閱讀器對標簽進行的讀取和寫入操作，并在此基礎上提供一些數據計算服務。

RFID技術工作原理

RFID系統的基本工作原理：RFID閱讀器通過發射天線持續發送特定的射頻信號，對于被動標簽來說，當其進入該射頻范圍時將產生感應電流，被動標簽利用該能量將自身編碼等信息發回給閱讀器；對于主動標簽來說，只要進入閱讀器的射頻范圍，接收到特定的射頻信號，就會主動的將本地存儲的數據信息發送給閱讀器。閱讀器的天線接收到電子標簽的載波信號后，經過天線調制器傳輸給閱讀器，閱讀器再進行解調和解碼生成有效信息，并可以傳給后臺系統的邏輯控制單元進行相應的數據處理。主系統接收到有效信息后，對該電子標簽進行邏輯運算驗證其身份合法性，并做出不同的處理控制指令信號，以完成閱讀器的讀寫操作。整個工作流程依靠閱讀器和電子標簽之間射頻信號的空間耦合作用以實現數據和能量的交互式通信，主要包括電感耦合和電磁反向散射耦合^[1]。

RFID技術的優勢

在RFID技術框架中，基于和條形碼類似的形式，在RFID標簽中記錄保存現實世界物體的相關數據。RFID技術原理簡單、硬件部署成本較低，可靠性也比較高。RFID的技術優勢總結如下：

(1)和傳統的條形碼相比，RFID標簽的規格要求不嚴格，且讀取精度更高，在具體應用中可按實際情況對RFID標簽進行靈活設置和部署

(2)在識別精度方面，RFID可基于射頻信號發射和接收機制以非常高的經度讀取標簽數據，對于標簽污染的兼容性優勢突出，例如各類污漬通常不會影響RFID標簽的讀取

(3)RFID標簽可多次重復使用，基于數據擦除、寫入的方式，按實際要求對RFID標簽進行重置，經濟性優勢較為明顯

(4)RFID基于射頻信號進行數據讀寫，射頻信號除了容易受到磁性金屬的影響之外，對于遮蔽、覆蓋等的抗干擾性較強。

(5)在安全性方面，RFID的標簽數據基于冗余循環校驗機制進行安全管理，和條形碼等技術相比，安全性更高。

RFID技術標準體系

目前關于制定RFID技術標準的組織全球主要有五家，它們各自代表著不同團體、不同國家的權益，分別是EPC Global、UID、ISO/IEC、AIM Global 和IP-X。其中實力較強的兩家組織是美國主導的EPC Global 和日本主導的UID

(1)EPC Global體系的框架標準包括：900MHz級、13.56MHz級、869～930MHz級、超高頻RFID一致性要求規范、EPC Global體系框架、EPC標簽數據標準、超高頻空中接口協議標準。

EPC global標準的特點是：在空中接口方面，EPC標準制訂的策略是盡量與ISO兼容，EPC標準體系是面向物流供應鏈領域的，可以視為RFID技術的一項應用標準，其注意力主要在860～930MHz頻段，主要強調的是供應鏈領域的數據信息共享，并為此而建立了一系列物聯網標準，包括了EPC中間件規范、對象名解析服務ONS(Object Naming Service)、物理標記語言PML(Physical Markup Language)等。

(2)日本的射頻識別標準化組織是由日系廠家組成的泛在識別中心UID。T-Engine論壇主導著日本的射頻識別標準和應用，該論壇成員數量龐大，大多數是日本廠家，如日立、夏普、NEC、富士通、索尼、三菱和東芝等。UID專門負責研究射頻識別相關技術，并進行這項技術使用的推廣。

(3)國際標準化組織ISO和國際電工委員會IEC都是非政府形式的全球標準化組織，它們一起從整體上擔負著編訂國際各項標準的任務。射頻識別標準ISO/IEC的特點是涉及全頻率段的數據標準、空中接口標準、性能測試標準和應用標準，致力于實現RFID技術的互聯互通和互相可操作性，其標準制定的思想就是考慮所有應用領域的共性問題。

(4)國際自動識別和移動技術行業協會AIM Global致力于射頻識別標準化的組織，它是世界性機構，在可移動環境中的自動識別、數據搜索及網絡建設方面比較專業，主要目標是促進自動識別和移動技術在國際范圍內的應用。AIMGlobal是條形碼、射頻識別碼和磁條碼認證的專業機構，其成員主要是一些射頻識別技術、系統和服務的供應單位。

(5)IP-X的規模相對前幾個組織而言較小，目前澳大利亞、南非、瑞士等一些國家采用的是IP-X標準，中國也在青島地區對IP-X技術進行了初步試點^[2]。

RFID技術特點

(1)外觀多樣、體積小巧。標簽內置天線，可集成為微電子器件，不受形狀和尺寸限制，更加方便滿足多形狀和小型化發展的需求，以便應用到更多的領域中。

(2)可反復使用。標簽中電子數據允許反復寫入和擦除，所以可以循環使用，有效利用資源，更加節約環保。

(3)抗干擾，適應環境能力強。條形碼、二維碼等紙質碼易受到污染影響識別，RFID技術抗污性能更好，在惡劣條件下不妨礙正常工作。

(4)存儲容量大。標簽的內存容量比其他識別碼大，對目標數據可以更加完整的標識。如96位的電子標簽可以滿足識別物體的數量多達十億。

(5)數據讀寫方便?？梢酝瑫r識別多個RFID標簽，不用接觸便可實現信息的讀取。

(6)穿透性能好。在系統應用過程中，標簽通常被固定到待識別物體表面上，如果被物體覆蓋或者阻擋，標簽的通訊也不會受到影響^[3]。

RFID技術與其他自動識別技術區別

(1)條碼技術

條碼技術于20世紀20年代誕生在Westinghouse的實驗室，在70年代得到相應應用，并于80年代左右得到普及，目前條碼技術主要分為一維條碼和二維條碼。條碼是由一組條、空以及相應的字符規則排列組成的標記，不同寬度的條和空表達一定的數據項。其工作原理是：掃描器光源發出相應光線照射到條碼上，由于黑色線條與白色空格對激光的反射強度不同致使接收器接收不同強度的反射光信號，經過光電轉換器反射光信號被轉化成電信號，再經過放大整形電路將模擬電信號轉化成數字電信號，最后再傳輸至計算機系統。隨著數據量的增多，一維條碼容量便不足以存儲，無法滿足實際需求，于是在一維條碼的基礎上提出了二維條碼。二維條碼可以在橫、縱兩個方位上同時表達信息，所以能夠將大量信息存儲到較小的面積內。

但是隨著數據采集環境的苛刻以及對數據質量的要求逐步提升，條碼自身的缺點使其使用范圍逐步受到限制，例如：①條碼無法識別移動的物體，只能識別靜止的物體，并且受距離限制。②條碼容易受到環境的影響，對光線具有一定的要求，無法在黑暗的環境下進行識別。③條碼遇水及油污易受損，致使掃描設備無法識別目標對象。④條碼存儲數據信息不能擦除重復寫入，無法重復利用且缺乏安全保護機制。⑤無法批量讀取識別，每次只能讀取單一條碼。

(2)磁卡識別技術

常見的磁卡是通過磁條上的磁性材料在不同磁場中所表現的不同特征來記錄數據信息的，磁卡識別器通過改變或分辨磁條內部磁性材料磁的極性變化來達到信息記錄與讀取的。磁卡識別一般用于銀行卡、公交卡、火車票、飛機票、商鋪購物卡或會員卡等。磁卡識別往往也是近距離識別，其數據信息容量較小，并且依賴于外界數據庫，數據安全性也相對較低。此外它極易受到外界磁場環境的影響，如錢包皮夾中的磁扣、手機揚聲器、電腦電視等具有較強磁場效應的家電、多張磁卡近距離放在一起等，均能使磁卡消磁，最終使此卡數據丟失或混亂；高溫、磕碰、彎折、擠壓等因素也使磁卡無法正常使用。

(3)IC卡識別

IC卡(Integrated Circuit Card，集成電路卡)指的是在卡片中嵌入一個符合ISO7816標準的微電子芯片的一種信息載體，具有數據寫入和存儲的能力。它是由Roland Mereno(法)于20世紀70年代提出，并由法國的布爾(Bull)公司于1976年首次創造出來。IC卡相對于磁卡具有信息容量大、安全性高、耐環境性強的優良特性，但其成本價格較高，因此使用場合較為局限。

(4)圖像識別技術

圖像識別是指利用計算機對圖像進行處理、分析和理解，以識別各種不同模式的目標和對象的技術。傳統圖像識別了流程分為以下4個步驟：圖像采集-圖像預處理-特征提取-圖像識別。該識別方法較前面集中識別方法具有速度快、信息量大、功能多的特點^[4]。

RFID行業發展歷程

RFID技術最早的應用可追溯到第二次世界大戰中飛機的敵我目標識別，1949年形成射頻識別RFID的理論基礎，2世紀6年代RFID技術理論得到發展并開始嘗試應用，90年代RFIlD發展迎來了最重要的十年，技術進入商業化應用階段，1994年RFID技術進入中國，金卡工程的實施極大地推動了國內物聯網RFID的應用。進入2001年，RFID發展整體加速，應用領域也更加廣泛，目前行業已經進入成熟期。