RFID

分类

　　RFID按应用频率的不同分为低频（LF）、高频（HF）、超高频（UHF）、微波（MW），相对应的代表性频率分别为：低频135KHz以下、高频13.56MHz、超高频860M~960MHz、微波2.4G，5.8G ，RFID按照能源的供给方式分为无源RFID，有源RFID，以及半有源RFID。无源RFID读写距离近，价格低；有源RFID可以提供更远的读写距离，但是需要电池供电，成本要更高一些，适用于远距离读写的应用场合。

基本技术参数

　　可以用来衡量射频识别系统的技术参数比较多，比如系统使用的频率、协议标准、识别距离、识别速度、数据传输速率、存储容量、防碰撞性能以及电子标签的封装标准等。这些技术参数相互影响和制约。

　　其中，读写器的技术参数有：读写器的工作频率、读写器的输出功率、读写器的数据传输速度、读写器的输出端口形式和读写器是否可调等；电子标签的技术参数有：电子标签的能量要求、电子标签的容量要求、电子标签的工作频率、电子标签的数据传输速度、电子标签的读写速度、电子标签的封装形式、电子标签数据的安全性等。

　　（1）工作频率

　　工作频率是射频识别系统最基本的技术参数之一。工作频率的选择在很大程度上决定了射频识别系统的应用范围、技术可行性以及系统的成本高低。从本质上说，射频识别系统是无线电传播系统，必须占据一定的无线通信信道。在无线通信信道中，射频信号只能以电磁耦合或者电磁波传播的形式表现出来。因此，射频识别系统的工作性能必然会受到电磁波空间传输特性的影响。

　　从电磁波的物理特性、识读距离、穿透能力等特性上来看，不同射频频率的电磁波存在较大的差异。特别是在低频和高频两个频段上。低频电磁波具有很强的穿透能力，能够穿透水、金属、动物等导体材料，但是传播距离比较近。另外，由于频率比较低，可以利用的频带窄，数据传输速率较低，信噪比较低，容易受到干扰。

　　相比低频电磁波而言，要得到同样的传输效果，高频系统的发射功率较小，设备比较简单，成本也比较低。高频电磁波的数据传输速率较高，没有低频的信噪比限制。但是，高频电磁波的穿透能力较差，很容易被水等导体媒质所吸收，困此，高频电磁波对障碍物的敏感性较强。

　　（2）作用距离

　　射频识别系统的作用距离指的是系统的有效识别距离。影响读写器识别电子标签有效距离的因素很多，主要包括了以下因素：读写器的发射功率、系统的工作频率和电子标签的封装形式等。

　　其他条件相同时，低频系统的识别距离最近，其次是中高频系统、微波系统，微波系统的识别距离最远。只要读写器的频率发生变化，系统的工作频率就会随之改变。

　　射频识别系统的有效识别距离和读写器的射频发射功率成正比。发射功率越大，识别距离也就越远。但是电磁波产生的辐射超过一定的范围时，就会对环境和人体产生有害的影响。因此，在电磁功率方面必须遵循一定的功率标准。

　　电子标签的封装形式也是影响系统识别距离的原因之一。电子标签的天线越大，即电子标签穿过读写器的作用区域内所获取的磁通量越大，存储的能量也越大。

　　应用项目所需要的作用距离取决于多种因素：电子标签的定位精度；实际应用中多个电子标签之间的最小距离；在读写器的工作区域内，电子标签的移动速度。

　　通常在RFID应用中，选择恰当的天线，即可适应长距离读写的需要。例如，FastTrack传送带式天线就是设计安装在滚轴之间的传送带上，REID载体则安装在托盘或产品的底部，以确保载体直接从天线上通过。

　　（3）数据传输速率

　　对于大多数数据采集系统来说，速度是非常重要的因素。由于当今不断缩短产品生产周期，要求读取和更新RFID载体的时间越来越短。

　　①只读速率

　　RFID只读系统的数据传输速率取决于代码的长度、载体数据发送速率、读写距离、载体与天线间载波频率，以及数据传输的调制技术等因素。传输速率随实际应用中产品种类的不同而不同。

　　②无源读写速率

　　无源读写REID系统的数据传输速率决定因素与只读系统一样，不过除了要考虑从载体上读数据外，还要考虑往载体上写数据。传输速率随实际应用中产品种类的不同而有所变化。

　　③有源读写速率

　　有源读写RFID系统的数据传输速率决定因素与无源系统一样，不同的是无源系统需要激活载体上的电容充电来通信。很重要的一点是，一个典型的低频读写系统的工作速率可能仅为100字节／s或200字节/s。这样，由于在一个站点上可能会有数百字节数据需要传送，数据的传输时间就会需要数秒钟，这可能会比整个机械操作的时间还要长。EMS公司已经通过采用数项独到且专有的技术，设计出一种低频系统，其速率高于大多数微波系统。

　　（4）安全要求

　　安全要求，一般指的是加密和身份认证。对一个计划中的射频识别系统应该就其安全要求做出非常准确的评估，以便从一开始就排除在应用阶段可能会出现的各种危险攻击。为此，要分析系统中存在的各种安全漏洞，攻击出现的可能性等。

　　（5）存储容量

　　数据载体存储量的大小不同，系统的价格也不同。数据载体的价格主要是由电子标签的存储容量确定的。

　　对于价格敏感、现场需求少的应用，应该选用固定编码的只读数据载体。如果要向电子标签内写入信息，则需要采用EEPROM或RAM存储技术的电子标签，系统成本会有所增加。

　　基于存储器的系统有一个基本的规律，那就是存储容量总是不够用。毋庸置疑，扩大系统存储容量自然会扩大应用领域。只读载体的存储容量为20位，有源读写载体的存储容量从64B到32KB不等，也就是说在可读写载体中可以存储数页文本，这足以装入载货清单和测试数据，并允许系统扩展。无源读写载体的存储空间从48B到736B不等，它有许多有源读写系统所不具有的特性。

　　（6）RFID系统的连通性

　　作为自动化系统的发展分支，RFID技术必须能够集成现存的和发展中的自动化技术。重要的是，REID系统应该可以直接与个人计算机、可编程逻辑控制器或工业网络接口模块（现场总线）相连，从而降低安装成本。连通性使RFID技术能够提供灵活的功能，易于集成到广泛的工业应用中去。

　　（7）多电子标签同时识读性

　　由于系统可能需要同时对多个电子标签进行识别，因此，对读写器提供的多标签识读性也需要考虑。这与读写器的识读性能，电子标签的移动速度等都有关系。

　　（8）电子标签的封装形式

　　针对不同的工作环境，电子标签的大小、形式决定了电子标签的安装与性能的表现，电子标签的封装形式也是需要考虑的参数之一。电子标签的封装形式不仅影响到系统的工作性能，而且影响到系统的安全性能和美观。

　　对射频识别系统性能指标的评估十分复杂，影响到射频识别系统整体性能的因素很多，包括了产品因素、市场因素以及环境因素等。

系统的组成

　　为了仿真RFID系统的性能，建立如图所示的仿真模型。

　　图 BFSK的误比特率分析仿真图

　　①信源：是随机二进制发生器产生的数据，一方面作为输出信号，另一方面进入BFSK（二进制移频键控）基带调制器模块，对数据进行BFSK调制，输出信号。

　　②信道：包括加性高斯白噪声产生器、多径瑞利衰落信道模块。信道模块首先在BFSK调制信号中引入衰落信号，然后在衰落信号中再叠加高斯白噪声。

　　③信宿：BFSK基带调制器对接收信号进行调制，然后通过误码率计算器计算误码率。误码率产生一个三维向量，经选择器选择个元素，即误码率，作为输出信号送入工作区。

　　其中主要模块的参数设置如表。

　　表 主要模块参数设置

应用分析

　　RFID的工作原理与系统组成

　　RFID（无线射频识别，Radio Frequency Identification）是一种采用射频技术的非接触式自动识别技术。其工作原理是：标签进入磁场后，如果接收到阅读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）, 阅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。

　　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、网络家电控制等方面更是引起了众多厂商的关注。

　　RFID技术的三层结构

　　RFID技术分为三个层次，即支撑层、基础层和应用层。

　　支撑层技术主要是指RFID的芯片技术，包括标签芯片的设计工艺、加工工艺、封装工艺以及天线的印刷工艺，阅读器数字信号处理芯片的设计也不可忽视。应该说，支撑层技术实际上是RFID应用的原动力。

　　基础层技术主要是指不同场景下的应用环境构造，包括标签信息的写入读出、与对象捆绑，阅读器内部设计和嵌入式系统编程等。基础层技术也是RFID技术与市场应用的结合点和桥梁。

　　应用层技术主要是指后台软件对信息的进一步分析、判断与处理，包括了数据跟踪、数据挖掘和信息共享等内容，这也是RFID技术跃升为“物联网”的重要前提之一。由于可以对标签内的信息进行重新写入，因此RFID不再是一个静态的货物标识，它反映了货物与货主之间的互动作用，并且RFID的动态作用又使得RFID与企业和社会之间能够保持联系。从这个意义上讲，RFID代表了现代工业社会对生产、运输、销售到消费的全方位信息处理及服务过程。

　　为便于说明问题，我们以一个标签中储存的产品信息为线索，追踪一个信息流是如何在物流应用中起到作用的。在这里，我们实际上暂时抛开了支撑层硬件技术，而只是在基础层和应用层两个技术层次上进行探讨。当然，支撑层技术并非不重要，相反我们已经在诸如汽车、手机、DVD等行业尝到了苦头。但是从这个角度，我们便可以和国外的大公司大企业站在同一个高度上思考问题。

　　首先还是要有标准。标准定义了产品信息的编码规范，并为该件产品赋予一个排他的代码，这就是信息流的源泉。接着，这个代码被写入RFID标签中，并在未来反复被阅读器读出。如果阅读器没有与外部网络连接，那么信息流的传递到阅读器便告一段落，实现的是货品检查、简单销售等功能。更多情况下阅读器读出的信息流会传递到与之连接的互联网上，通过物联网的时空模型对其离散时空信息进行连续化，再以Web服务作为解决方案提供注册、搜寻、交换和使用该信息流的标准，并为产品-消费链提供高层信息的协同处理机制，实现物品跟踪、物流运输、资产管理、售后服务等功能。如果能够再进一步进行数据挖掘，还可以实现更加丰富的功能。在这个信息流传递的过程中，任何一个环节都需要标准，比如描述阅读器与标签之间的交互标准EPC Tag Data Standards，描述阅读器与互联网之间的交互标准PML Core Specification。

　　RFID技术的推广应用同样重要。我们需要选择那些应用广泛、具备较强实力、单件货品价格校高、个性化程度较高的行业，如烟草、集装箱码头、图书出版业、图书馆、家电制造业、海关行李托运等领域进行推广。至于应用的具体时间，大家的心里却都在打鼓。一方面有人认为RFID技术的行业级推广应用已经迫在眉睫，任何人都无法对它无动于衷；而另一种观点却又异常冷静，认为RFID技术的全面应用至少需要10年时间。Gartner甚至认为“RFID技术在短期内将不会达到人们对它的期望，RFID将经历不可避免的失望”。

　　问题尚存

　　尽管应用前景美好，但目前RFID的应用仍然面临着一些困难，其中的几个关键问题是成本、标准和技术。

　　成本。RFID推广应用的“瓶颈”之一，就是电子标签的价格相对较高（相对条码标签而言）。有人开玩笑说，如果想要一家企业难堪，只要问它一个问题足矣，这就是成本。市场对于标签成本的追求总是没有尽头，从20美分到10美分，现在又到了5美分，也许还会更低。

　　对于不同功率以及不同性能的RFID系统，其读写距离不同，电子标签产品价位也大不相同。在我国，国产RFID公司生产的产品中，低频无源电子标签价格大约为2元人民币/张，中频无源电子标签价格大约为4元人民币/张，高频无源电子标签产品目前尚未出现。在国外企业中，TI公司的RFID产品的性能走在了同类产品的前列，它目前能够提供的远距离无源低频电子标签的售价为25美分左右（其最远读写距离能达到1米左右）。虽然有关公司声称，当RFID大规模应用后，电子标签价格能够降到5美分左右，但如果加上阅读器及后端软件系统，RFID系统的投入相对条形码系统要高得多。由此可以看出成本是影响RFID技术推广的重要因素之一，但我想它不是惟一因素。无论是国家政策导向还是企业自身发展都要意识到这一点，如果等到标签成本降到几分钱人民币的时候再投入，机会已经错过。

　　标准。标准之争也就是利益之争，甚至可以说是国家利益之争。标准的确定不仅仅依赖于技术层面问题的解决，更依赖于各方面力量的协调。到目前为止，各个RFID企业所采用的大多是专有技术，所使用的频率、编码、存储规则，以及数据格式等都不尽相同。阅读器和标签不能通用，企业与企业之间就无法顺利进行数据交换与协同工作，从而把RFID技术的应用范围局限在了某个企业的内部。

　　要实现“物联网”的构想，就必须制定一个与互联网相类似的、详细的、统一规范而且开放的技术标准。国外几种标准之间的明争暗斗，也使得中国RFID国家标准工作组左右为难。美国使用915MHz，欧盟要求868MHz，而日本定为950MHz～956MHz，中国标准则还是一个未知数。也许为了与国际兼容，我们还要考虑一个多频技术的问题。但是这势必又将提高芯片的成本，产生新的问题。正是因为国际上存在着这些不确定因素，所以中国国家标准迟迟无法揭开面纱，而EPC与RFID政策白皮书也仍在观望阶段。

　　从某种角度上说，一部标准就是其所在领域内的宪法，具有的权威和法律效力。一方面，其他的法规和法律性文件，都必须以宪法为依据，不得与宪法相抵触;另一方面，宪法的原则精神也只有通过普通法律、法规的具体化才能有效实施。这就涉及到标准背后一个不为人所注意的环节，即对建立一套技术评测体系的需求。建立这样一套体系的意义有三:一是在于通过分析测试环境，对RFID技术进行详细的评测，同时收集现有RFID系统在各种不同应用环境下的基本数据及存在问题，并指明进一步技术攻关的方向；二是将分析测试环境直接与典型行业应用相结合，向全行业展示应用解决方案;三是成为一个RFID的标准验证平台供中国国家标准的设计、校验与评估应用。

　　技术。短时间内技术上是不易取得突破的。但是和前面的成本问题和标准问题相比，它又是最容易突破的。比如标签的制作工艺、射频传输距离、读出数据识别率、中间件、设备小型化等方面，前期的工作都已经打下了一定的基础。应该说，现在的资金投入已经可以取得回报了。

　　此外，虽然在RFID电子标签的单项技术上已经趋于成熟，但在集成应用中还需要攻克大量的技术难题。

　　还有一个问题就是识别率。不同性质的物品对无线电信号的干扰是不同的，通常，纸质、木质产品、农产品等对电磁信号的影响很小，在这种情况下，RFID标签的准确识别率可以达到90％以上，但是，由于液体和金属制品等对无线电信号的干扰很大，RFID标签的准确识别率目前只有80[%]左右——离“放心使用”的要求相去甚远。离大规模实际应用所要求的成熟程度尚有一定差距。

　　这些问题的解决，不仅需要技术人员的进一步攻关，同时也需要研究开发一套先进的、有典型情景的技术测试平台和完整的示范应用框架，为科技人员的技术开发和产品验证服务。

　　不论是技术还是应用，实际上都是环环相扣。推动产业的全面发展需要考虑很多方面。就像科技部马颂德副部长在大连国家半导体照明工程产业化基地授牌仪式上所说的，“与传统产业相比，世界各国在新型产业技术上的差距不大。重要的是协调发展问题。任何一个环节的停滞都会影响整个产业的发展。”我们在进一步研究RFID相关技术、推动RFID行业应用的同时，更要注重RFID的产业布局。在RFID领域还有很多工作要做，但是我们坚信，它的未来不是梦！

　　EPC与RFID

　　EPC系统是在计算机互联网和射频技术RFID的基础上，利用全球统一标识系统编码技术给每一个实体对象一个惟一的代码，构造了一个实现全球物品信息实时共享的物联网——“Internet of things”。它将成为继条码技术之后出现的又一项变革商品零售结算、物流配送及产品跟踪管理模式的新技术。

　　EPC/RFID技术的核心就是数据采集、数据跟踪、数据挖掘、信息共享。中国政府部门目前已经把数据资源建设和信息共享作为我国信息化发展的核心问题来看待。国家信息化办公室正在起草的“37号文件”，目的就是为了推动数据目录和数据交换体系的建设。

　　应当注意到，EPC系统并不能完全等同于RFID系统。前者是一个复杂、全面、综合的系统，包括RFID标签、EPC编码、互连网络、通信协议等，RFID只是其中的一个组成部分。而EPC也只是RFID技术的应用领域之一，只有特定的低成本RFID标签才适合EPC系统。通过进一步扩展基于无线射频原理的其他应用方向，我们还可以在诸如传感器网络、射频存储等领域开展有效的工作。但不论是EPC系统还是RFID技术，都还是襁褓中的婴儿，距离全面走向市场还有很长一段路。

技术及其发展历程

　　射频识别技术RFID（Radio Frequency Identification）是自动识别技术的一种，即通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，对目标进行识别。一个典型的RFID系统一般由RFID标签、读写器以及计算机系统等部分组成。其中RFID标签中一般保存有约定格式的编码数据，用来标明标签所附着的物体。与传统的识别方式相比，RFID技术不用直接接触、光学可视、人工干预即可完成信息输入和处理，且操作方便快捷，能够广泛应用于生产、物流、交通、运输、医疗、防伪、跟踪、设备和资产管理等要收集和处理数据的应用领域，并被认为是条形码标签的未来替代品。

　　RFID系统的工作原理是：读写器通过天线发送出一定频率的射频信号；当RFID标签进入读写器工作场时，其天线产生感应电流，从而使RFID标签被激活并向读写器发送出自身编码等信息；读写器接收到来自标签的载波信号，对接收的信号进行解调和解码后送至计算机主机进行处理；计算机系统根据逻辑运算判断该标签的合法性，针对不同的设定进行相应的处理和控制，发出指令信号；RFID标签的数据解调部分从接收到的射频脉冲中解调出数据并送到控制逻辑，控制逻辑接收指令完成存储、发送数据或其他操作。

　　RFID技术的发展最早可以追溯至第二次世界大战时期，那时它被用来在空中作战行动中进行敌我识别。从历史上看，RFID技术的发展基本可按10年期划分为几个阶段（参见下表）。因此RFID并不是一个崭新的技术。从分类上看，经过多年的发展，13．56MHz以下的RFID技术已相对成熟，目前业界最关注的是位于中高频段的RFID技术，特别是860MHz～960MHz（UHF频段）的远距离RFID技术发展最快；而2．45GHz和5．8GHz频段由于产品拥挤、易受干扰、技术相对复杂，其相关的研究和应用仍处于探索的阶段。

　　RFID技术发展的历程

　　全球RFID产业发展现状

　　从全球来看，美国已经在RFID标准的建立，相关软硬件技术的开发、应用领域走在世界的前列。欧洲RFID标准追随美国主导的EPCglobal标准。在封闭系统应用方面，欧洲与美国基本处在同一阶段。日本虽然已经提出UID标准，但主要得到的是本国厂商的支持，如要成为国际标准还有很长的路要走。韩国政府对RFID给予了高度重视，但至今韩国在RFID标准方面仍模糊不清。

　　★美国

　　在产业方面，TI、Intel等美国集成电路厂商目前都在RFID领域投入巨资进行芯片开发。Symbol等已经研发出同时可以阅读条形码和RFID的扫描器。IBM、微软和HP等也在积极开发相应的软件及系统来支持RFID的应用。目前，美国的交通、车辆管理、身份识别、生产线自动化控制、仓储管理及物资跟踪等领域已经开始应用RFID技术。在物流方面，美国已有100多家企业承诺支持RFID应用，其中包括：零售商沃尔玛，制造商吉列、强生、宝洁，物流行业的联合包裹服务公司以及国防部的物流应用等。

　　值得注意的是，美国政府是RFID应用的积极推动者。按照美国防部的合同规定，2004年10月1日或者2005年1月1日以后，所有军需物资都要使用RFID标签；美国食品及药物管理局（FDA）建议制药商从2006年起利用RFID跟踪最常造假的药品；美国社会福利局（SSA）于2005年年初正式使用RFID技术追踪SSA各种表格和手册。

　　★欧洲

　　在产业方面，欧洲的Philips、STMicroelectronics在积极开发廉价RFID芯片；Checkpoint在开发支持多系统的RFID识别系统；诺基亚在开发能够基于RFID的移动电话购物系统；SAP则在积极开发支持RFID的企业应用管理软件。在应用方面，欧洲在交通、身份识别、生产线自动化控制、物资跟踪等封闭系统与美国基本处在同一阶段。目前，欧洲许多大型企业纷纷进行RFID的应用实验。例如，英国的零售企业Tesco最早于2003年9月结束了阶段试验。试验由该公司的物流中心和英国的两家商店进行，试验主要对物流中心和两家商店之间的包装盒及货盘的流通路径进行追踪，使用的是915MHz频带。

　　★日本

　　日本是一个制造业强国，它在电子标签研究领域起步较早，政府也将RFID作为一项关键的技术来发展。MPHPT在2004年3月发布了针对RFID的《关于在传感网络时代运用先进的RFID技术的最终研究草案报告》。报告称，MPHPT将继续支持测试在UHF频段的被动及主动的电子标签技术，并在此基础上进一步讨论管制的问题；2004年7月，日本经济产业省METI选择了包括消费电子、书籍、服装、音乐CD、建筑机械、制药和物流在内的七大产业进行RFID应用试验。从近来日本RFID动态来看，与行业应用相结合的基于RFID技术的产品和解决方案开始集中出现，这为2005年RFID在日本应用的推广，特别是在物流等非制造领域的推广，奠定了坚实的基础。

　　★韩国

　　韩国主要通过国家的发展计划，再联合企业的力量来推动RFID的发展，即主要是由产业资源部和情报通信部来推动RFID的发展计划。特别值得注意的是，2004年3月韩国提出IT839计划以来，RFID的重要性得到了进一步加强。虽然目前韩国在RFID的开发和应用领域乏善可陈，但在韩国政府的高度重视下，韩国关于RFID的技术开发和应用试验正在快速开展。同日本类似，韩国也出现了将RFID引入开放系统的趋势。2005年3月，韩国政府耗资7．84亿美元在仁川新建技术中心，主要从事电子标签技术包括RFID的研发及生产，以帮助韩国企业快速确立在全球RFID市场的主流地位。该中心的建设将在2007年前完成，RFID标签和传感器将在2008年批量出货。

　　RFID市场前景展望

　　随着RFID技术的发展演进以及成本的降低，未来几年内，全球开放的市场将为RFID带来巨大的商机。

　　据F＆S公司预测，到2009年，全球RFID市场将从2003年的20亿美元猛增到100亿美元。该公司将这个市场分为四大类应用：门禁控制、资产管理、供应链管理和交通运输，此外，还有其它类的应用，包括运动和医疗卫生。该公司的分析认为，仅安全类的应用将占到全球100亿美元份额中的30亿美元市场，而供应链的需求量届时会达到40亿美元。

　　此外，RFID系统集成服务市场也将得到快速增长。据预测，RFID技术的系统集成收入到2007年将超过RFID产品的收入。