產(chǎn)業(yè)觀察甄DOI:10.3969/j.isn.1001-3824.2011.01.008RFID技術(shù)的研究與應(yīng)用甄巖,李祥珍(國家電網(wǎng)信息通信有限公司,北京I00761)摘要:對RFID技術(shù)的結(jié)構(gòu)、工作原理、特點(diǎn)以及分類進(jìn)行了綜述,回顧了RFID技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用,提出了其亟待解決的問題。RFID技術(shù)的歷史發(fā)展證明了RFID技術(shù)必將引領(lǐng)一場新的經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)業(yè)和消費(fèi)革命。關(guān)鍵詞:RFD;RFD標(biāo)簽分類;發(fā)展及應(yīng)用0引言3)讀寫器讀取并識別電子標(biāo)簽中所保存的電子數(shù)據(jù),分為手持式和固定式隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和科技的進(jìn)步,尤其是數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)程的加快,一門集計算機(jī)技術(shù)、光學(xué)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無線電技術(shù)、通信技術(shù)于一體的高計算機(jī)新數(shù)據(jù)采集技術(shù)——無線射頻識別技術(shù)( radio fre-電波場uency identification,RFID)自20世紀(jì)80年代中期開始應(yīng)用。沃爾瑪、IBM、HP、微軟、美國國防部、中讀寫器國國家標(biāo)準(zhǔn)委員會,均開展了基于RFID技術(shù)的研究。RFID系統(tǒng)逐漸應(yīng)用于物流、航空、郵政、交通票務(wù)、金融、軍事、醫(yī)療保險、跟蹤、礦井、設(shè)備和資產(chǎn)管理等領(lǐng)域。圖1RFD系統(tǒng)構(gòu)成1.2RFID的工作原理1RFD技術(shù)概述RFID讀寫器向一定范圍發(fā)射射頻信號,當(dāng)RFID1.1RFID的概念及結(jié)構(gòu)標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器的射頻場后標(biāo)簽天線就會獲得感應(yīng)RFID技術(shù)是20世紀(jì)90年代開始興起并逐漸電流從而為RFD芯片提供能量,芯片就會通過內(nèi)置走向成熟的一種自動識別技術(shù),它利用射頻信號通天線以射頻信號的形式向讀寫器發(fā)送存儲在芯片內(nèi)過空間耦合(交變磁場或電磁場)實(shí)現(xiàn)無接觸信息的信息讀寫器對接收的信號進(jìn)行解調(diào)和解碼然后傳遞并通過所傳遞的信息達(dá)到識別目的。通過RS232,RS422,RS485或無線方式送至計算機(jī)系RFID系統(tǒng)由電子標(biāo)簽、天線讀寫器3部分組統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)的數(shù)據(jù)處理其工作原理如圖2所示。成,如圖1所示。1)電子標(biāo)簽:由耦合元件和芯片組成,且每個電子標(biāo)簽具有全球唯一的ID,無法修改也無法仿無線電閱讀器收發(fā)器造。電子標(biāo)簽保存有約定格式的電子數(shù)據(jù),附著在物體上標(biāo)識目標(biāo)對象2)天線在電子標(biāo)簽和讀寫器間以射頻信號的形式傳遞電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)信息。中國煤化工CNMHG收稿日期:2009-123032-DIGITAL COMMUNICATION/2011.1字通信1.3RFID技術(shù)的特點(diǎn)大多數(shù)校園卡和門禁系統(tǒng)采用的都是中高頻RFIDRFID具有如下技術(shù)特點(diǎn):系統(tǒng)。超高頻與微波RFID標(biāo)簽的典型工作頻率為1)耐環(huán)境性。防水,防磁,耐高溫,不受環(huán)境影0~960MHz,2.45GHz與5.8GHz,主要用于遠(yuǎn)響,無機(jī)械磨損,壽命長,不需要以目視可見為前提,距離識別與快速移動物體的識別,如鐵路運(yùn)輸識別可以在那些條碼技術(shù)無法適應(yīng)的惡劣環(huán)境下使用,如與管理,高速公路不停車電子收費(fèi)系統(tǒng)等高粉塵污染、野外等。3)按標(biāo)簽工作模式分類。2)可反復(fù)使用。RFID標(biāo)簽上的數(shù)據(jù)可反復(fù)修可以分為主動式、被動式與半主動式等。主動改,既可以用來傳遞一些關(guān)鍵數(shù)據(jù),也使得RFID標(biāo)式依靠自身能量主動向讀寫器發(fā)送數(shù)據(jù)。被動式簽?zāi)軌蛟谄髽I(yè)內(nèi)部進(jìn)行循環(huán)重復(fù)使用將一次性成要從讀寫器發(fā)射的電磁波中吸收能量然后才向讀本轉(zhuǎn)化為長期攤銷的成本。寫器發(fā)送數(shù)據(jù)。半主動式自身的能量只提供給自3)數(shù)據(jù)讀寫方便。RFD標(biāo)簽無需像條碼標(biāo)簽己內(nèi)部的電路使用,當(dāng)它收到讀寫器發(fā)射的電磁波那樣瞄準(zhǔn)讀取,只要被置于讀取設(shè)備形成的電磁場后,才向讀寫器發(fā)送數(shù)據(jù)。內(nèi)就可以準(zhǔn)確讀到,同時減少甚至排除因人工干預(yù)4)按標(biāo)簽封裝的形狀分類。數(shù)據(jù)采集而帶來的效率降低和糾錯的成本。RFID根據(jù)應(yīng)用場合、成本與環(huán)境等因素的影響,每秒鐘可進(jìn)行上千次的讀取能同時處理許多標(biāo)RFD標(biāo)簽可以被制作成各種各樣的形狀如,可以簽,高效且準(zhǔn)確,從而能使企業(yè)大幅度提高管理的粘貼在標(biāo)識物上的薄膜型自粘貼式標(biāo)簽,可以讓用精細(xì)度,讓整個作業(yè)過程實(shí)時透明,創(chuàng)造巨大的經(jīng)戶攜帶的信用卡式標(biāo)簽?zāi)軌蚬潭ㄔ谲囕v或集裝箱濟(jì)效益。上的柱型標(biāo)簽,可作為動物耳標(biāo)的扣式標(biāo)簽,封裝4)安全性。RFID芯片不易被偽造,在標(biāo)簽上在玻璃管中的植入式標(biāo)簽等?？梢詫?shù)據(jù)采取分級保密措施。讀寫器無直接對2RFID技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用最終用戶開放的物理接口,能更好地保證系統(tǒng)的安全。21RFI技術(shù)的發(fā)展1.4RFID標(biāo)簽的分類2.1.1RFID技術(shù)的發(fā)展歷程依據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn),我們可以對RFID標(biāo)簽進(jìn)行1)1940-1950年,雷達(dá)的改進(jìn)和應(yīng)用催生了射分類頻識別技術(shù),為射頻識別技術(shù)奠定了理論基礎(chǔ)。1)按標(biāo)簽供電方式分類。2)l951-1960年,早期RFID技術(shù)的探索階段,可以分為無源RFID和有源RFID標(biāo)簽兩類。主要是實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)研究無源RFID標(biāo)簽內(nèi)不含電源,它的能量要從讀寫器3)1961-1970年,出現(xiàn)了一系列的RFID技術(shù)獲取。其優(yōu)點(diǎn)是體積小、重量輕成本低壽命長,論文及專利文獻(xiàn),并進(jìn)行了一些應(yīng)用嘗試,如最早可根據(jù)應(yīng)用環(huán)境制成多種形狀,但由于無源RFID且最廣泛應(yīng)用于商業(yè)領(lǐng)域的電子商品監(jiān)視(EAS)設(shè)沒有內(nèi)部電源,這就需要使用功率較大的RFD讀備等。寫器。有源RFID標(biāo)簽由內(nèi)部電源供電,作用距離4)1971-1980年,RFD技術(shù)及產(chǎn)品研發(fā)處于遠(yuǎn),但體積大、成本高,使用時間受到電池壽命的一個大發(fā)展時期。各種機(jī)構(gòu)都開始致力于RFID技術(shù)的開發(fā),出現(xiàn)了一系列的研究成果,如自動汽車2)按標(biāo)簽工作頻率分類識別(AⅥ)的電子計費(fèi)系統(tǒng)、動物跟蹤等。可以分為低頻、中高頻、超高頻與微波等。低5)1981-1990年,進(jìn)入商業(yè)應(yīng)用階段,各種封頻RFID標(biāo)簽工作在30~300kHz,典型工作頻率為閉系統(tǒng)應(yīng)用開始出現(xiàn),是充分使用RFID技術(shù)的10125kHz與133kH,成本低保存數(shù)據(jù)量小,讀寫距年。尤其在1987年第1個實(shí)用RFID電子收費(fèi)系離近,一般用于門禁、考勤、電子計費(fèi)、電子錢包和統(tǒng)出現(xiàn)在了挪威。畜牧業(yè)與動物管理。中高頻RFD標(biāo)簽工作頻率在6)1991-2000年,RFID技術(shù)繁榮發(fā)展的103~30MHz,典型工作頻率為13.56MHz,成本比較年,中國煤化工。1991年在俄克低,讀寫距離10m左右,存儲數(shù)據(jù)量較大。第二代拉荷CNMHG放的公路不停車收身份證、北京公交“一卡通”廣州公交“羊城通”及費(fèi)系猶。200年肌后,K技術(shù)中的一個重大突產(chǎn)業(yè)觀察副通破是微波肖特基( Schottky)二極管可以被集成在外,還向市場推銷RFID中間件產(chǎn)品。CMOs集成電路上,使得微波RFID標(biāo)簽只含有一個2.2RFD技術(shù)的應(yīng)用集成芯片成為可能經(jīng)過60年的發(fā)展RFD技術(shù)在社會生活的各個7)2001年至今,RFD的理論得到不斷豐富和方面得到了廣泛的應(yīng)用具體涉及領(lǐng)域如圖3所示。完善。單芯片電子標(biāo)簽、多電子標(biāo)簽識讀、無線可讀可寫、無源電子標(biāo)簽的遠(yuǎn)距離識別、適應(yīng)高速移動物體的射頻識別技術(shù)與產(chǎn)品正在成為現(xiàn)實(shí)并走食品來源向應(yīng)用。、水果商業(yè)流通2.12RFID技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀商品制遺食品安全目前我國的射頻識別技術(shù)以低頻和高頻應(yīng)用為主,主要用于第2代身份證和智能交通卡等項(xiàng)目子護(hù)身份識別我國在超高頻芯片的研發(fā)上比較薄弱,不過,政府HFD技術(shù)車事領(lǐng)非常重視超高頻標(biāo)準(zhǔn)的制定和芯片的研發(fā)。中國安全保衛(wèi)交通運(yùn)輸國家無線電管理局正式頒布實(shí)施無線電頻率方面的規(guī)定,為RFID技術(shù)在中國的發(fā)展提供了法律保翻m需障。國內(nèi)企業(yè)如上海華虹、上海復(fù)旦微電子、上海貝嶺、北京華大、大唐微電子、深圳毅能達(dá)等部門主器病人身份識別要研究芯片設(shè)計與制造。中國電子科技集團(tuán)第五十研究所等專業(yè)院所正在對不同頻段的天線進(jìn)行圖3RFID的應(yīng)用研究。上海華申智能、深圳遠(yuǎn)望谷等企業(yè),已經(jīng)開以電子標(biāo)簽為例,電子標(biāo)簽是時下最為先進(jìn)的發(fā)出900MHz電子標(biāo)簽超高頻的讀寫器。上海交通非接觸感應(yīng)技術(shù),電子標(biāo)簽的防沖撞性、封裝任意大學(xué)和AUTO-ID中國實(shí)驗(yàn)室正在與SAP合作進(jìn)性、使用壽命長、可重復(fù)利用等特點(diǎn),使電子標(biāo)簽庫行電子標(biāo)簽中間件的開發(fā)。國內(nèi)生產(chǎn)和研究RFD存管理技術(shù)成為庫存管理設(shè)計的新寵。1998年,美品的主要廠商集中于北京、上海、廣東三地。目國德州儀器(T1)和荷蘭菲利浦公司( Philips)宜布開前RFD在中國大陸、香港、臺灣的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)出了一種廉價的非接觸感應(yīng)芯片。2000年,國際美國及歐洲,國內(nèi)企業(yè)的市場占有率尚不足20%,標(biāo)準(zhǔn)化組織已把這種非接觸感應(yīng)芯片寫入了國際還有很大的提升空間。標(biāo)準(zhǔn)lSO15693。RFID技術(shù)在美國歐洲、日本、韓國這些比較發(fā)雖然現(xiàn)在的庫存管理系統(tǒng)通常使用條碼標(biāo)簽達(dá)的國家和地區(qū)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、智或是人工庫存管理單據(jù)書寫等方式支持自有的庫能交通、物流管理和零售業(yè)等領(lǐng)域。1996年1月,存管理,但是條碼的易復(fù)制、不防污、不防潮等特韓國在漢城的600輛公共汽車上安裝了用于電子月性,人工書寫單據(jù)的煩瑣性,容易造成人為損失等票的射頻識別系統(tǒng);德國漢莎航空公司則開始試用無法避免的后果,使得現(xiàn)在國內(nèi)的庫存管理供應(yīng)鏈射頻卡作為飛機(jī)票。2005年訊寶、AB易騰邁等10始終存在著缺陷。隨著電子標(biāo)簽這一最新科技產(chǎn)多家技術(shù)企業(yè)組建了RFD專利聯(lián)盟。2007年2品的投入應(yīng)用,可以從根本上解決上述的問題。將月,日立公司推出了規(guī)格僅有0.005cmx0.005cm電子標(biāo)簽封成卡狀貼在每個貨物的包裝上或托盤的RFID標(biāo)簽。日本豐田、美國福特、日本三菱汽車上,在標(biāo)簽中寫入貨物的具體資料、存放位置等信和韓國現(xiàn)代汽車的歐洲車型已將RFID技術(shù)用于汽息,同時在貨物進(jìn)出倉庫時可寫人送達(dá)方的詳細(xì)資車防盜系統(tǒng)。20070年丹麥 RFID SEC公司開發(fā)了無料,在倉庫和各經(jīng)銷管道設(shè)置固定式或手提式卡片源RFID隱私增強(qiáng)技術(shù)用于跟蹤。三星電子成功研閱讀機(jī),以辨識、偵測貨物流通。這種電子標(biāo)簽,目制了手機(jī)RFID芯片。法國航空公司、DHL和新加前在國內(nèi)還應(yīng)用到人員身份識別、校園一卡通、出坡航空公司等多家大型運(yùn)輸企業(yè)開始試行RFD技租車防術(shù)。IBM目前已經(jīng)在日本、美國和法國建立了三大泛地應(yīng)RFD研發(fā)中心,除了做相關(guān)RFID的基礎(chǔ)研發(fā)工作別系統(tǒng)YHE中國煤化工國外更是被廣CNMHG書管理人員識、切理、醫(yī)療系統(tǒng)看護(hù)管DIGITAL COMMUNICATON20111到通信產(chǎn)業(yè)觀察理、物流系統(tǒng)電子票證等各行各業(yè)。用于一些本身價值較高的產(chǎn)品。因此,降低成本是零售商對RFID技術(shù)也倍加推崇。據(jù) Sanford推廣RFID技術(shù)的一個非常重要的環(huán)節(jié)。Bemstein公司的零售業(yè)分析師估計,通過采用3.3技術(shù)問題RFID,沃爾瑪每年可以節(jié)省83.5億美元,其中大部RFID在技術(shù)上尚未完全成熟,如當(dāng)遇到液體或分是因?yàn)椴恍枰斯げ榭催M(jìn)貨的條碼而節(jié)省的勞金屬遮擋物時大量的RFD標(biāo)簽無法正常工作;目動力成本。盡管另外一些分析師認(rèn)為80億美元這前使用的頻率限制了讀寫器和RFD標(biāo)簽間的傳輸個數(shù)字過于樂觀但毫無疑問,RFD有助于解決零距離使若干標(biāo)簽不能有效地被讀取標(biāo)簽失效率售業(yè)2個最大的難題:商品斷貨和損耗(因盜竊和較高;無源RFD標(biāo)簽一旦接近射頻掃描器就會無供應(yīng)鏈被攪亂而損失的產(chǎn)品),而現(xiàn)在單是盜竊條件地自動發(fā)出信號,無法辨別其掃描器是否合項(xiàng)沃爾瑪一年的損失就差不多有20億美元如果法,不利于個人隱私保護(hù)等。正因?yàn)镽FD存在著一家合法企業(yè)的營業(yè)額能達(dá)到這個數(shù)字就可以在各種各樣的問題,所以這項(xiàng)技術(shù)還有待進(jìn)一步提高美國10家最大企業(yè)的排行榜中名列第694位。和完善。研究機(jī)構(gòu)估計,這種RFID技術(shù)能夠把失竊和存貨水平降低25%。4結(jié)束語3亟待解決的問題根據(jù)英國劍橋 IDTechEx有限公司發(fā)布的“20200RFID預(yù)測”:到2010年,全球RFID市場的產(chǎn)值3.1標(biāo)準(zhǔn)問題將從2006年的271億美元增加到123.5億美元標(biāo)準(zhǔn)化是推動產(chǎn)品廣泛獲得市場接受的必要2007年美國易騰邁公司的中國信息產(chǎn)業(yè)部曾做出措施,但目前RFID技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)仍未統(tǒng)一。在行業(yè)標(biāo)預(yù)測:未來5~10年,全球RFD市場的規(guī)模將達(dá)到準(zhǔn)方面,全球有三大RFID標(biāo)準(zhǔn)陣營:歐美的EPC3000億美元。RFID技術(shù)雖然仍存在著一些技術(shù)和Global、日本的UID和國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的ISO應(yīng)用上的問題,但是在強(qiáng)大的市場導(dǎo)向下RFID技IEC8000。它們各自推出了自己的系列標(biāo)準(zhǔn),這3術(shù)必定會越來越完善,從而在世界范圍內(nèi)掀起改革個標(biāo)準(zhǔn)互不兼容,給RFID的大范圍應(yīng)用帶來了困的浪潮,引領(lǐng)一場新的經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)業(yè)和消費(fèi)革命。難。我國目前也正在加緊RFD標(biāo)準(zhǔn)的測試和制定,但由于EPC、UD和So的RD頻率與中國的作者簡介:甄巖(1982-),男,博士,遼寧葫蘆島人,工程師,主GSM網(wǎng)絡(luò)有沖突,因此,我國RFID的工作頻率長期要研究方向?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)在智能電網(wǎng)輸變電環(huán)節(jié)及資產(chǎn)管理中沒有確定下來,這對RFD產(chǎn)品的互通和發(fā)展造成的應(yīng)用;李祥珍(1964-),男,博士,江蘇連云港人,國網(wǎng)信了極大的阻礙。息通信有限公司副總工程師,主要從事電力線數(shù)據(jù)通信、圖3.2成本問題像壓縮及傳輸、寬帶無線通信、物聯(lián)網(wǎng)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用RFID的電子標(biāo)簽、讀寫器和天線的制造成本都方面的研究工作。偏高。目前一個RFID標(biāo)簽的價格約合人民幣2元基金項(xiàng)目:國家科技重大專項(xiàng)一面向智能電網(wǎng)的安全監(jiān)控、左右,與激光條形碼的低成本(紙張和油墨成本,約輸電效率、計量及用戶交互的傳感器網(wǎng)絡(luò)研發(fā)與應(yīng)用驗(yàn)證(2010ZX030064005)。兩分錢)相比,兩者相差幾乎一百倍。在新的制造工藝沒有普及推廣之前,高成本的RFID標(biāo)簽只能《數(shù)字通信》有自己的QQ群啦為了更好地加強(qiáng)和讀者作者的聯(lián)系,我們編輯部特中請者、作者加入我們的QQ群。中國煤化工8080,歡迎各位讀CNMHG