RFID概述

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1 RFID 概 述 目 录 RFID 基 础 知 识 2 RFID 应 用 领 域 9 RFID 相 关 术 语 10 标 签 13 RFID 读 写 设 备 基 本 介 绍 17 RFID 读 写 器 22 RFID 知 识 进 阶 25 RFID 工 作 频 率 的 分 类 29 RFID 中 间 件 知 识 34 如 何 保 护 RFID 内 部 信 息 43 RFID 天 线 知 识 50 电 子 标 签 耦 合 55 电 子 标 签 的 制 作 及 封 装 58 射 频 标 签 通 信 协 议 简 介 61 射 频 标 签 内 存 信 息 的 写 入 方 式 61 RFID 工 作 频 率 指 南 和 典 型 应 用 62 从 传 统 条 码 到 RFID 65 射 频 技 术 和 条 码 的 比 较 72 RFID 标 签 能 否 取 代 条 码 技 术 74 使 用 高 频 标 签 会 对 人 体 有 辐 射 危 害 吗 75 1

2 RFID 面 临 的 问 题 75 RFID 基 础 知 识 1. 什 么 是 RFID RFID 是 Radio Frequency Identification 的 缩 写, 即 射 频 识 别 常 称 为 感 应 式 电 子 晶 片 或 近 接 卡 感 应 卡 非 接 触 卡 电 子 标 签 电 子 条 码, 等 等 一 套 完 整 RFID 系 统 由 Reader 与 Transponder 两 部 份 组 成, 其 动 作 原 理 为 由 Reader 发 射 一 特 定 频 率 之 无 限 电 波 能 量 给 Transponder, 用 以 驱 动 Transponder 电 路 将 內 部 之 ID Code 送 出, 此 时 Reader 便 接 收 此 ID Code Transponder 的 特 殊 在 于 免 用 电 池 免 接 触 免 刷 卡 故 不 怕 脏 污, 且 晶 片 密 码 为 世 界 唯 一 无 法 复 制, 安 全 性 高 长 寿 命 RFID 的 应 用 非 常 广 泛, 目 前 典 型 应 用 有 动 物 晶 片 汽 车 晶 片 防 盜 器 门 禁 管 制 停 车 场 管 制 生 产 线 自 动 化 物 料 管 理 RFID 标 签 有 两 种 : 有 源 标 签 和 无 源 标 签 以 下 是 电 子 标 签 内 部 结 构 : 芯 片 + 天 线 与 RFID 系 统 组 成 示 意 图 2. 什 么 是 电 子 标 签 2

3 电 子 标 签 即 为 RFID 有 的 称 射 频 标 签 射 频 识 别 它 是 一 种 非 接 触 式 的 自 动 识 别 技 术, 通 过 射 频 信 号 识 别 目 标 对 象 并 获 取 相 关 数 据, 识 别 工 作 无 须 人 工 干 预, 作 为 条 形 码 的 无 线 版 本,RFID 技 术 具 有 条 形 码 所 不 具 备 的 防 水 防 磁 耐 高 温 使 用 寿 命 长 读 取 距 离 大 标 签 上 数 据 可 以 加 密 存 储 数 据 容 量 更 大 存 储 信 息 更 改 自 如 等 优 点 2. 什 么 是 RFID 技 术? RFID 射 频 识 别 是 一 种 非 接 触 式 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 体 并 可 同 时 识 别 多 个 标 签, 操 作 快 捷 方 便 短 距 离 射 频 产 品 不 怕 油 渍 灰 尘 污 染 等 恶 劣 的 环 境, 可 在 这 样 的 环 境 中 替 代 条 码, 例 如 用 在 工 厂 的 流 水 线 上 跟 踪 物 体 长 距 射 频 产 品 多 用 于 交 通 上, 识 别 距 离 可 达 几 十 米, 如 自 动 收 费 或 识 别 车 辆 身 份 等 4. 什 么 是 RFID 解 决 方 案 RFID 解 决 方 案 是 RFID 技 术 供 应 商 针 对 行 业 发 展 特 点 制 定 的 RFID 应 用 方 案, 可 根 据 不 同 企 业 的 实 际 要 求 量 身 定 做 3

4 RFID 解 决 方 案 可 按 照 行 业 进 行 分 类, 物 流 防 伪 防 盗 身 份 识 别 资 产 管 理 动 物 管 理 快 捷 支 付 等 等 查 看 方 案 请 点 击 此 处. 5. 什 么 是 RFID 中 间 件 RFID 是 2005 年 建 议 企 业 可 考 虑 引 入 的 十 大 策 略 技 术 之 一, 而 中 间 件 (Middleware) 可 称 为 是 RFID 运 作 的 中 枢, 因 为 它 可 以 加 速 关 键 应 用 的 问 世 RFID 产 业 潜 力 无 穷, 应 用 的 范 围 遍 及 制 造 物 流 医 疗 运 输 零 售 国 防 等 等 Gartner Group 认 为,RFID 是 2005 年 建 议 企 业 可 考 虑 引 入 的 十 大 策 略 技 术 之 一, 然 而 其 成 功 之 关 键 除 了 标 签 (Tag) 的 价 格 天 线 的 设 计 波 段 的 标 准 化 设 备 的 认 证 之 外, 最 重 要 的 是 要 有 关 键 的 应 用 软 件 (Killer Application), 才 能 迅 速 推 广 而 中 间 件 (Middleware) 可 称 为 是 RFID 运 作 的 中 枢, 因 为 它 可 以 加 速 关 键 应 用 的 问 世 6.RFID 系 统 的 基 本 组 成 部 分? 最 基 本 的 RFID 系 统 由 三 部 分 组 成 : 4

5 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 以 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 7. 是 什 么 让 零 售 商 如 此 推 崇 RFID? 据 Sanford C. Bernstein 公 司 的 零 售 业 分 析 师 估 计, 通 过 采 用 RFID, 沃 尔 玛 每 年 可 以 节 省 83.5 亿 美 元, 其 中 大 部 分 是 因 为 不 需 要 人 工 查 看 进 货 的 条 码 而 节 省 的 劳 动 力 成 本 尽 管 另 外 一 些 分 析 师 认 为 80 亿 美 元 这 个 数 字 过 于 乐 观, 但 毫 无 疑 问,RFID 有 助 于 解 决 零 售 业 两 个 最 大 的 难 题 : 商 品 断 货 和 损 耗 ( 因 盗 窃 和 供 应 链 被 搅 乱 而 损 失 的 产 品 ), 而 现 在 单 是 盗 窃 一 项, 沃 尔 玛 一 年 的 损 失 就 差 不 多 有 20 亿 美 元, 如 果 一 家 合 法 企 业 的 营 业 额 能 达 到 这 个 数 字, 就 可 以 在 美 国 1000 家 最 大 企 业 的 排 行 榜 中 名 列 第 694 位 研 究 机 构 估 计, 这 种 RFID 技 术 能 够 帮 助 把 失 窃 和 存 货 水 平 降 低 25% 8.RFID 无 线 识 别 电 子 标 签 基 础 介 绍 : 无 线 射 频 识 别 技 术 (Radio Frequency Idenfication,RFID) 是 一 种 非 5

6 接 触 的 自 动 识 别 技 术, 其 基 本 原 理 是 利 用 射 频 信 号 和 空 间 耦 合 ( 电 感 或 电 磁 耦 合 ) 或 雷 达 反 射 的 传 输 特 性, 实 现 对 被 识 别 物 体 的 自 动 识 别 RFID 系 统 至 少 包 含 电 子 标 签 和 阅 读 器 两 部 分 电 子 标 签 是 射 频 识 别 系 统 的 数 据 载 体, 电 子 标 签 由 标 签 天 线 和 标 签 专 用 芯 片 组 成 依 据 电 子 标 签 供 电 方 式 的 不 同, 电 子 标 签 可 以 分 为 有 源 电 子 标 签 (Active tag) 无 源 电 子 标 签 (Passive tag) 和 半 无 源 电 子 标 签 (Semi passive tag) 有 源 电 子 标 签 内 装 有 电 池, 无 源 射 频 标 签 没 有 内 装 电 池, 半 无 源 电 子 标 签 (Semi passive tag) 部 分 依 靠 电 池 工 作 电 子 标 签 依 据 频 率 的 不 同 可 分 为 低 频 电 子 标 签 高 频 电 子 标 签 超 高 频 电 子 标 签 和 微 波 电 子 标 签 依 据 封 装 形 式 的 不 同 可 分 为 信 用 卡 标 签 线 形 标 签 纸 状 标 签 玻 璃 管 标 签 圆 形 标 签 及 特 殊 用 途 的 异 形 标 签 等 RFID 阅 读 器 ( 读 写 器 ) 通 过 天 线 与 RFID 电 子 标 签 进 行 无 线 通 信, 可 以 实 现 对 标 签 识 别 码 和 内 存 数 据 的 读 出 或 写 入 操 作 典 型 的 阅 读 器 包 含 有 高 频 模 块 ( 发 送 器 和 接 收 器 ) 控 制 单 元 以 及 阅 读 器 天 线 9.RFID 发 展 历 程 : RFID 直 接 继 承 了 雷 达 的 概 念, 并 由 此 发 展 出 一 种 生 机 勃 勃 的 AIDC 新 技 术 RFID 技 术 1948 年 哈 里. 斯 托 克 曼 发 表 的 利 用 反 射 功 率 6

7 的 通 讯 奠 定 了 射 频 识 别 RFID 的 理 论 基 础 1)RFID 技 术 发 展 的 历 程 表 在 20 世 纪 中, 无 线 电 技 术 的 理 论 与 应 用 研 究 是 科 学 技 术 发 展 最 重 要 的 成 就 之 一 RFID 技 术 的 发 展 可 按 10 年 期 划 分 如 下 : 1941~1950 年 雷 达 的 改 进 和 应 用 催 生 了 RFID 技 术,1948 年 奠 定 了 RFID 技 术 的 理 论 基 础 年 早 期 RFID 技 术 的 探 索 阶 段, 主 要 处 于 实 验 室 实 验 研 究 年 RFID 技 术 的 理 论 得 到 了 发 展, 开 始 了 一 些 应 用 尝 试 年 RFID 技 术 与 产 品 研 发 处 于 一 个 大 发 展 时 期, 各 种 RFID 技 术 测 试 得 到 加 速 出 现 了 一 些 最 早 的 RFID 应 用 1981~1990 年 RFID 技 术 及 产 品 进 入 商 业 应 用 阶 段, 各 种 规 模 应 用 开 始 出 现 1991~2000 年 RFID 技 术 标 准 化 问 题 日 趋 得 到 重 视,RFID 产 品 得 到 广 泛 采 用,RFID 产 品 逐 渐 成 为 人 们 生 活 中 的 一 部 分 2001 今 标 准 化 问 题 日 趋 为 人 们 所 重 视,RFID 产 品 种 类 更 加 丰 富, 有 源 电 子 标 签 无 源 电 子 标 签 及 半 无 源 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 RFID 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 电 子 标 签 的 远 距 离 识 别 适 应 高 速 移 动 7

8 物 体 的 RFID 正 在 成 为 现 实 RFID 工 作 原 理 RFID 工 作 原 理 和 相 关 原 理 知 识 射 频 识 别 系 统 的 基 本 模 型 如 图 8 1 所 示 其 中, 电 子 标 签 又 称 为 射 频 标 签 应 答 器 数 据 载 体 ; 阅 读 器 又 称 为 读 出 装 置, 扫 描 器 通 讯 器 读 写 器 ( 取 决 于 电 子 标 签 是 否 可 以 无 线 改 写 数 据 ) 电 子 标 签 与 阅 读 器 之 间 通 过 耦 合 元 件 实 现 射 频 信 号 的 空 间 ( 无 接 触 ) 耦 合 在 耦 合 通 道 内, 根 据 时 序 关 系, 实 现 能 量 的 传 递 数 据 的 交 换 发 生 在 阅 读 器 和 电 子 标 签 之 间 的 射 频 信 号 的 耦 合 类 型 有 两 种 (1) 电 感 耦 合 变 压 器 模 型, 通 过 空 间 高 频 交 变 磁 场 实 现 耦 合, 依 据 的 是 电 磁 感 应 定 律, 如 图 所 示 : (2) 电 磁 反 向 散 射 耦 合 : 雷 达 原 理 模 型, 发 射 出 去 的 电 磁 波, 碰 到 目 标 后 反 射, 同 时 携 带 回 目 标 信 息, 依 据 的 是 电 磁 波 的 空 间 传 播 规 律 电 感 耦 合 方 式 一 般 适 合 于 中 低 频 工 作 的 近 距 离 射 频 识 别 系 统 典 型 的 工 作 频 率 有 :125kHz 225kHz 和 13.56MHz 识 别 作 用 距 离 小 于 1m, 典 型 作 用 距 离 为 10~20cra 电 磁 反 向 散 射 耦 合 方 式 一 般 适 合 于 高 频 微 波 工 作 的 远 距 离 射 8

9 频 识 别 系 统 典 型 的 工 作 频 率 有 :433MHz,915MHz,2.45GHz, 5.8GHz 识 别 作 用 距 离 大 于 1m, 典 型 作 用 距 离 为 3 l0m. RFID 应 用 领 域 RFID 应 用 的 领 域 相 当 广 泛 1 物 流 : 物 流 过 程 中 的 货 物 追 踪, 信 息 自 动 采 集, 仓 储 应 用, 港 口 应 用, 邮 政, 快 递 2 零 售 : 商 品 的 销 售 数 据 实 时 统 计, 补 货, 防 盗 3 制 造 业 : 生 产 数 据 的 实 时 监 控, 质 量 追 踪, 自 动 化 生 产 4 服 装 业 : 自 动 化 生 产, 仓 储 管 理, 品 牌 管 理, 单 品 管 理, 渠 道 管 理 5 医 疗 : 医 疗 器 械 管 理, 病 人 身 份 识 别, 婴 儿 防 盗 6 身 份 识 别 : 电 子 护 照, 身 份 证, 学 生 证 等 各 种 电 子 证 件 <br> 7 防 伪 : 贵 重 物 品 ( 烟, 酒, 药 品 ) 的 防 伪, 票 证 的 防 伪 等 <br> 8 资 产 管 理 : 各 类 资 产 ( 贵 重 的 或 数 量 大 相 似 性 高 的 或 危 险 品 等 ) 9 交 通 : 高 速 不 停 车, 出 租 车 管 理, 公 交 车 枢 纽 管 理, 铁 路 机 车 识 别 等 10 食 品 : 水 果, 蔬 菜, 生 鲜, 食 品 等 保 鲜 度 管 理 9

10 11 动 物 识 别 : 训 养 动 物, 畜 牧 牲 口, 宠 物 等 识 别 管 理 12 图 书 馆 : 书 店, 图 书 馆, 出 版 社 等 应 用 13 汽 车 : 制 造, 防 盗, 定 位, 车 钥 匙 14 航 空 : 制 造, 旅 客 机 票, 行 李 包 裹 追 踪 15 军 事 : 弹 药, 枪 支, 物 资, 人 员, 卡 车 等 识 别 与 追 踪 16 其 它 : RFID 相 关 术 语 RFID 相 关 术 语 射 频 : 一 般 指 微 波 微 波 : 波 长 为 厘 米 或 频 率 在 1 100GHZ 的 电 磁 波 电 子 标 签 : 以 电 子 数 据 形 式 存 储 标 识 物 体 代 码 的 标 签, 也 叫 射 频 卡 被 动 式 电 子 标 签 : 内 部 无 电 源 靠 接 收 微 波 能 量 工 作 的 电 子 标 签 主 动 式 电 子 标 签 : 靠 内 部 电 池 供 电 工 作 的 电 子 标 签 微 波 天 线 : 用 于 发 射 和 接 受 微 波 信 号 读 出 装 置 : 用 于 读 取 电 子 标 签 内 电 子 数 据 阅 读 器 : 用 于 读 取 电 子 标 签 内 电 子 数 据 编 程 器 : 用 于 将 电 子 数 据 写 入 电 子 标 签 或 查 阅 电 子 标 签 内 存 储 数 据 10

11 波 束 范 围 : 指 天 线 发 射 微 波 的 照 射 功 率 范 围 标 签 容 量 : 电 子 标 签 编 程 时 所 能 写 入 的 字 节 数 或 逻 辑 位 数 振 幅 (Amplitude) 无 线 电 波 最 高 点 和 零 值 之 间 的 距 离 只 读 存 储 (Read-only memory,rom) 一 种 将 信 息 存 储 在 芯 片 上 的 形 式, 不 能 被 覆 盖 只 读 芯 片 要 比 读 写 芯 片 便 宜 得 多 自 动 数 据 采 集 (Automatic data capture, ADC) 用 于 收 集 数 据 并 直 接 将 其 导 入 ( 不 涉 及 人 工 参 与 ) 计 算 机 系 统 的 方 法 ( 见 自 动 识 别 与 数 据 采 集 ) 智 能 卡 (Smart Card) 内 嵌 有 微 芯 片 的 塑 料 卡 ( 通 常 是 一 张 信 用 卡 的 大 小 ) 的 通 称 一 些 智 能 卡 包 含 一 个 RFID 芯 片, 所 以 它 们 不 需 要 与 读 写 器 的 任 何 物 理 接 触 就 能 够 识 别 持 卡 人 RFID 智 能 卡 常 常 被 称 为 遥 控 智 能 卡 a-biz 自 动 识 别 技 术 的 应 用 案 例 框 架 a-biz 是 一 项 自 动 识 别 工 程, 它 的 终 极 目 标 是 将 自 动 识 别 技 术 与 现 实 世 界 中 的 应 用 案 例 结 合, 以 此 实 现 " 商 业 自 动 化 ", 或 者 说 是 a-biz ASN 高 级 货 运 通 知 也 可 称 之 为 DA, 此 电 子 文 档 先 于 货 物 被 发 送 出 去, 以 通 知 对 方 货 物 在 运 送 途 中 BIS 商 业 信 息 系 统 商 业 信 息 系 统, 即 BIS, 是 用 来 处 理 商 业 交 易 信 息 的 系 统 11

12 DA 发 货 通 知 此 电 子 文 档 先 于 货 物 被 发 送 出 去, 以 通 知 对 方 货 物 在 运 送 途 中 EAN 欧 洲 物 品 编 码 组 该 组 织 创 建 于 1974 年, 是 由 欧 洲 12 个 国 家 的 生 产 商 和 分 销 商 建 立 了 一 个 ad-hoc 委 员 会 它 的 任 务 是 调 查 在 欧 洲 制 订 统 一 的 标 准 化 的 编 码 体 系 的 可 能 性, 类 似 于 美 国 使 用 的 UPC 体 系 最 终 创 立 了 与 UPC 兼 容 的 " 欧 洲 物 品 编 码 " 可 访 问 获 取 更 多 消 息 EPCTM 产 品 电 子 码 产 品 电 子 码, 即 EPC, 是 自 动 识 别 体 系 中 用 来 唯 一 标 识 对 象 的 编 码 它 的 目 的 类 似 于 GTIN 及 UPC 等 ONS 对 象 名 解 析 服 务 对 象 名 称 解 析 服 务, 即 ONS, 是 自 动 识 别 系 统 的 一 个 组 件 类 似 于 Internet 中 的 域 名 解 析 服 务 DNS, 跟 DNS 类 似,ONS 也 执 行 名 称 解 析 功 能 PML 实 体 标 记 语 言 自 动 识 别 设 备 使 用 实 体 标 记 语 言 传 递 实 体 信 息 SavantTM SavantTM 是 自 动 识 别 技 术 框 架 的 一 部 分 它 是 一 个 在 全 球 范 围 内 分 布 的 服 务 器, 提 供 数 据 路 由 服 务, 实 现 数 据 捕 获 数 据 监 视 及 数 据 传 送 功 能 UCC 统 一 编 码 委 员 会 12

13 统 一 编 码 委 员 会 的 任 务 是 在 全 球 范 围 内, 其 目 标 是 建 立 与 推 动 物 品 识 别 及 相 关 电 子 通 讯 技 术 的 多 元 化 工 业 标 准 提 高 供 应 链 内 的 管 理 水 平, 为 使 用 者 带 来 附 加 价 值 可 访 问 获 取 更 多 消 息 UML 统 一 建 模 语 言 统 一 建 模 语 言, 即 UML, 是 一 种 使 用 案 例 和 活 动 图 等 工 具, 为 商 业 需 求 和 商 业 流 程 建 模 的 描 述 性 语 言 标 签 1. 什 么 是 电 子 产 品 代 码 标 签 电 子 产 品 代 码 是 全 球 产 品 代 码 的 发 展, 可 以 识 别 视 野 之 外 的 目 标 电 子 产 品 代 码 并 不 仅 仅 是 一 个 无 线 电 波 条 形 码, 它 包 含 著 一 系 列 的 数 据 和 信 息, 象 产 地, 日 期 代 码 和 其 他 关 键 的 供 应 信 息, 这 些 信 息 储 存 在 一 个 小 的 硅 片 中, 利 用 标 签, 解 读 器 和 计 算 机 的 联 网, 生 产 者 和 零 售 商 就 可 以 随 时 了 解 精 确 的 产 品 和 库 存 信 息 2. RFID 标 签 的 价 格 是 多 少? RFID 标 签 的 价 格 一 直 是 抑 制 RFID 发 展 的 桎 梏 射 频 标 签 价 格 根 据 标 签 种 类 和 应 用 价 格 从 30 美 分 到 50 美 元 不 等, 总 的 来 说, 用 在 高 档 产 品 中 的 智 能 标 签 在 50 美 分 以 上, 主 动 标 签 要 贵 13

14 的 多, 带 有 复 杂 灵 敏 元 件 的 价 格 在 100 美 元 以 上 一 段 时 间 前, 某 公 司 重 磅 推 出 5 美 分 Gen 2 标 签 产 品, 宣 称 终 端 用 户 只 要 一 次 标 签 定 购 量 达 到 1 亿 枚, 其 RFID Gen 2 标 签 价 格 就 可 以 降 到 5 美 分 / 枚 而 很 明 显, 暂 时 没 有 哪 家 公 司 的 用 量 有 这 么 大 而 同 时, 一 些 机 构 预 测 :RFID 标 签 的 市 场 潜 能 非 常 大, 预 期 到 了 2010 年 达 到 二 三 十 亿 美 元, 但 是 目 前 仅 是 冰 山 之 一 角 而 标 签 的 价 格, 大 概 还 要 另 外 五 年 到 七 年 时 间, 才 可 能 如 人 们 预 期 的, 降 到 每 个 5 美 分 2. 射 频 标 签 能 用 于 金 属 物 体 吗? 能 用 于 含 水 成 分 较 高 的 物 品 吗? 金 属 和 多 水 环 境 也 是 阻 止 RFID 大 量 使 用 的 一 个 很 大 因 素 无 线 电 波 会 从 金 属 物 体 上 反 射 回 来, 会 被 水 吸 收 这 会 使 跟 踪 金 属 物 体 或 是 含 水 较 高 的 物 体 产 生 困 难 但 是 精 心 设 计 的 系 统 能 解 决 这 些 问 题 4. 只 读 和 读 写 标 签 有 什 么 区 别? RFID 解 决 方 案 是 RFID 技 术 供 应 商 针 对 行 业 发 展 特 点 制 定 的 RFID 应 用 方 案, 可 根 据 不 同 企 业 的 实 际 要 求 量 身 定 做 14

15 RFID 解 决 方 案 可 按 照 行 业 进 行 分 类, 物 流 防 伪 防 盗 身 份 识 别 资 产 管 理 动 物 管 理 快 捷 支 付 等 等 查 看 方 案 请 点 击 此 处. 5. 什 么 叫 标 签 冲 突? 解 读 器 在 同 时 读 取 多 个 标 签 发 射 回 来 的 信 息 会 产 生 标 签 冲 突 的 问 题, 商 家 采 用 不 同 的 系 统 使 得 标 签 一 次 发 回 一 个 信 息 解 读 器 又 能 同 时 读 取 多 个 标 签, 所 以, 所 有 的 标 签 能 同 时 被 读 取 6. 射 频 标 签 能 储 存 多 少 信 息? 标 签 根 据 商 家 种 类 的 不 同 能 储 存 从 512 字 节 到 4 兆 不 等 的 数 据 标 签 中 储 存 的 数 据 是 由 系 统 的 应 用 和 相 应 的 标 准 决 定 的 例 如, 标 签 能 够 提 供 产 品 生 产, 运 输, 存 储 情 况, 也 可 以 辨 别 机 器, 动 物 和 个 体 的 身 份 这 些 类 似 于 条 形 码 中 存 储 的 信 息 标 签 还 可 以 连 接 到 数 据 库, 存 储 产 品 库 存 编 号, 当 前 位 置, 状 态, 售 价, 批 号 的 信 息 相 应 的, 射 频 标 签 在 读 取 数 据 时 不 用 参 照 数 据 库 可 以 直 接 确 定 代 码 的 含 义 15

16 7. 射 频 标 签 可 以 和 传 感 器 连 接 吗? 可 以, 射 频 标 签 已 经 和 许 多 传 感 器 连 接 了, 包 括 能 记 录 温 度, 湿 度 的 当 环 境 条 件 发 生 变 化 时, 标 签 能 够 得 到 提 示, 尤 其 是 当 变 化 对 物 品 的 储 存 和 使 用 有 重 要 影 响 时 8. 应 答 器, 智 能 标 签, 射 频 标 签 有 什 么 区 别? 最 初 在 技 术 领 域, 应 答 器 是 指 能 够 传 输 信 息 回 复 信 息 的 电 子 模 块, 近 些 年, 由 於 射 频 技 术 发 展 迅 猛, 应 答 器 有 了 新 的 说 法 和 含 义, 又 被 叫 做 智 能 标 签 或 标 签 智 能 标 签 确 切 的 说 是 射 频 标 签 的 一 种 创 新, 由 具 有 粘 性 的 标 签 和 超 薄 射 频 标 签 组 成 智 能 标 签 将 射 频 技 术 和 方 便 灵 活 的 标 签 印 刷 优 点 结 合 起 来, 具 有 读 写 功 能 的 智 能 标 签 能 被 多 次 编 程, 遵 循 标 签 最 初 制 作 时 的 编 码 规 律 电 子 标 签 依 据 频 率 的 不 同 可 分 为 低 频 电 子 标 签 高 频 电 子 标 签 超 高 频 电 子 标 签 和 微 波 电 子 标 签 依 据 封 装 形 式 的 不 同 可 分 为 信 用 卡 标 签 线 形 标 签 纸 状 标 签 玻 璃 管 标 签 圆 形 标 签 及 特 殊 用 途 的 异 形 16

17 标 签 等 RFID 阅 读 器 ( 读 写 器 ) 通 过 天 线 与 RFID 电 子 标 签 进 行 无 线 通 信, 可 以 实 现 对 标 签 识 别 码 和 内 存 数 据 的 读 出 或 写 入 操 作 典 型 的 阅 读 器 包 含 有 高 频 模 块 ( 发 送 器 和 接 收 器 ) 控 制 单 元 以 及 阅 读 器 天 线 9. 哪 种 标 签 适 合 我 的 客 户 的 产 品 标 签 能 在 有 水 的 环 境 下 正 常 工 作 吗? 金 属 会 破 坏 它 的 功 能 吗? 在 什 么 温 度 下 它 能 正 常 工 作? 含 水 量 较 高 的 产 品, 金 属 物 品, 很 高 或 是 很 低 的 温 度 对 於 标 签 的 工 作 都 会 是 一 项 挑 战 但 是 经 过 精 心 设 计 的 系 统 能 克 服 这 些 缺 点, 因 此 根 据 应 用 功 能 和 对 象 的 不 同, 标 签 的 种 类 也 大 相 径 庭 射 频 标 签 的 目 的 是 使 用 一 种 统 一 标 准 的 电 子 产 品 代 码, 使 产 品 在 不 同 领 域 都 能 被 辨 识 RFID 读 写 设 备 基 本 介 绍 1. 什 么 是 RFID 读 写 器 无 线 射 频 识 别 技 术 (Radio Frequency Idenfication,RFID) 是 一 种 非 接 触 的 自 动 识 别 技 术, 其 基 本 原 理 是 利 用 射 频 信 号 和 空 间 耦 合 ( 电 感 17

18 或 电 磁 耦 合 ) 或 雷 达 反 射 的 传 输 特 性, 实 现 对 被 识 别 物 体 的 自 动 识 别 RFID 系 统 至 少 包 含 电 子 标 签 和 阅 读 器 两 部 分 RFID 阅 读 器 ( 读 写 器 ) 通 过 天 线 与 RFID 电 子 标 签 进 行 无 线 通 信, 可 以 实 现 对 标 签 识 别 码 和 内 存 数 据 的 读 出 或 写 入 操 作 典 型 的 阅 读 器 包 含 有 高 频 模 块 ( 发 送 器 和 接 收 器 ) 控 制 单 元 以 及 阅 读 器 天 线 2.RFID 的 工 作 原 理 射 频 识 别 系 统 的 基 本 模 型 如 图 8 1 所 示 其 中, 电 子 标 签 又 称 为 射 频 标 签 应 答 器 数 据 载 体 ; 阅 读 器 又 称 为 读 出 装 置, 扫 描 器 通 讯 器 读 写 器 ( 取 决 于 电 子 标 签 是 否 可 以 无 线 改 写 数 据 ) 电 子 标 签 与 阅 读 器 之 间 通 过 耦 合 元 件 实 现 射 频 信 号 的 空 间 ( 无 接 触 ) 耦 合 在 耦 合 通 道 内, 根 据 时 序 关 系, 实 现 能 量 的 传 递 数 据 的 交 换 发 生 在 阅 读 器 和 电 子 标 签 之 间 的 射 频 信 号 的 耦 合 类 型 有 两 种 (1) 电 感 耦 合 变 压 器 模 型, 通 过 空 间 高 频 交 变 磁 场 实 现 耦 合, 依 据 的 是 电 磁 感 应 定 律, 如 右 图 所 示 (2) 电 磁 反 向 散 射 耦 合 : 雷 达 原 理 模 型, 发 射 出 去 的 电 磁 波, 碰 到 目 标 后 反 射, 同 时 携 带 回 目 标 信 息, 依 据 的 是 电 磁 波 的 空 间 传 播 规 律 18

19 电 感 耦 合 方 式 一 般 适 合 于 中 低 频 工 作 的 近 距 离 射 频 识 别 系 统 典 型 的 工 作 频 率 有 :125kHz 225kHz 和 13.56MHz 识 别 作 用 距 离 小 于 1m, 典 型 作 用 距 离 为 10~20cra 电 磁 反 向 散 射 耦 合 方 式 一 般 适 合 于 高 频 微 波 工 作 的 远 距 离 射 频 识 别 系 统 典 型 的 工 作 频 率 有 :433MHz,915MHz,2.45GHz, 5.8GHz 识 别 作 用 距 离 大 于 1m, 典 型 作 用 距 离 为 3 l0m RFID 读 写 器 技 术 原 理 图 : 电 感 耦 合 模 型 的 读 写 器 电 磁 反 向 散 射 耦 合 型 的 RFID 读 写 器 19

20 3. RFID 读 写 器 防 冲 撞 ( 防 碰 撞 ) 实 理 机 理 RFID 分 类 的 第 二 个 重 要 的 看 点 在 于 是 否 需 要 同 时 读 取 复 数 个 标 签 为 了 实 现 这 个 功 能 在 通 信 上 所 采 取 的 技 术 是 ( 防 冲 撞 )" 防 碰 撞 ". 同 时 读 取 复 数 个 标 签 是 常 被 人 们 谈 及 的 RFID 比 图 形 码 远 为 优 越 的 地 方, 但 是 如 果 没 有 防 碰 撞 ( 防 冲 撞 ) 的 功 能 时,RFID 系 统 只 能 读 写 一 个 标 签 在 这 种 情 况 下 如 果 有 两 个 以 上 的 标 签 同 时 处 于 可 读 取 的 范 围 内 就 会 导 致 读 取 的 错 误 其 次, 我 们 来 简 单 地 说 明 防 碰 撞 ( 防 冲 撞 ) 功 能 的 工 作 原 理 即 使 是 具 有 防 碰 撞 ( 防 冲 撞 ) 功 能 的 RFID 系 统, 实 际 上 并 非 同 时 读 取 所 有 标 签 的 内 容 在 同 时 查 出 有 复 数 个 标 签 存 在 的 情 况 下, 检 索 信 号 并 防 止 冲 突 的 功 能 开 始 动 作 为 了 进 行 检 索, 首 先 要 确 定 检 索 条 件 例 如, 13.56MHz 频 带 的 RFID 系 统 里 应 用 的 ALOHA 方 式 的 防 碰 撞 功 能 的 工 作 步 骤 如 下 20

21 1) 首 先, 阅 读 器 指 定 电 子 标 签 内 存 的 特 定 位 数 (1~4 位 左 右 ) 为 次 数 批 量 2) 电 子 标 签 根 据 次 数 批 量, 将 响 应 的 时 机 离 散 化 例 如 在 两 位 数 的 次 数 批 量 时, 读 写 器 将 以 不 同 的 时 机 对 这 四 种 可 能 性 逐 一 进 行 响 应 3) 若 在 各 个 时 机 里 同 时 响 应 的 电 子 标 签 只 有 一 个 的 场 合 下 才 能 得 到 这 个 电 子 标 签 的 正 常 数 据 信 息 读 取 之 后 阅 读 器 对 于 这 个 电 子 标 签 发 送 在 一 定 的 时 间 内 不 再 响 应 的 睡 眠 的 指 令 (Sleep/Mute) 使 之 在 休 眠, 避 免 再 次 向 应 4) 若 在 各 个 时 机 内 同 时 由 几 个 电 子 标 签 响 应, 判 别 为 冲 突 在 这 种 情 况 下, 内 存 内 的 另 外 两 位 数 所 记 录 的 次 数 批 量, 重 复 以 上 从 2) 开 始 的 处 理 5) 所 有 的 电 子 标 签 都 完 成 响 应 之 后, 阅 读 器 向 他 们 发 送 唤 醒 的 指 令 (Wake Up), 从 而 完 成 对 所 有 电 子 标 签 的 信 息 读 取 在 这 种 搭 载 有 防 碰 撞 ( 防 冲 撞 ) 功 能 的 RFID 系 统 中, 为 了 只 读 一 个 标 签, 几 经 调 整 次 数 批 量 反 复 读 取 进 行 检 索 所 以, 一 次 性 读 取 具 有 21

22 一 定 数 量 的 标 签 的 情 况 下, 所 有 的 标 签 都 被 读 到 为 止 其 速 度 是 不 同 的, 一 次 性 读 取 的 标 签 数 目 越 多, 完 成 读 取 所 需 时 间 要 比 单 纯 计 算 所 需 的 时 间 越 长 实 现 防 止 抗 碰 撞 ( 防 冲 撞 ) 的 功 能 是 RFID 在 物 流 领 域 中 取 代 图 形 码 所 必 不 可 少 的 条 件 例 如, 在 超 市 中, 商 品 是 装 在 购 物 车 里 面 进 行 计 价 的 为 了 实 现 这 种 计 价 方 式, 抗 碰 撞 ( 防 冲 撞 ) 功 能 必 须 完 备 另 一 方 面, 在 电 子 货 币 和 个 人 认 证 方 面 利 用 RFID 系 统 时, 同 时 识 别 几 个 标 签 是 发 生 差 错 的 主 要 原 因 具 有 抗 碰 撞 ( 防 冲 撞 ) 功 能 的 RFID 系 统 的 价 格 比 不 具 有 这 种 功 能 的 系 统 的 要 昂 贵 当 个 人 用 户 在 制 作 RFID 系 统 的 时 候, 如 果 没 有 必 要 进 行 复 数 个 ID 同 时 认 识 时 就 没 有 必 要 选 择 抗 碰 撞 机 能 的 读 写 器 RFID 读 写 器 1. RFID 读 写 器 频 率 分 类 和 我 们 听 的 收 音 机 道 理 一 样, 射 频 标 签 和 阅 读 器 也 要 调 制 到 相 同 的 频 率 才 能 工 作 LF, HF, UHF 就 对 应 著 不 同 频 率 的 射 频 LF 代 表 低 频 射 频, 在 125KHz 左 右,HF 代 表 高 频 射 频, 在 13.54MHz 左 右,UHF 代 表 超 高 频 射 频, 在 850 至 910MHz 范 围 之 内, 还 有 2.4G 的 微 波 读 写 器 22

23 2. 为 什 么 要 使 用 不 同 的 频 率? 在 操 作 中 有 4 种 波 段 的 频 率, 低 频 (125KHz), 高 频 (13.54MHz), 超 高 频 ( MFz), 微 波 (2.45GHz). 每 一 种 频 率 都 有 它 的 特 点, 被 用 在 不 同 的 领 域, 因 此 要 正 确 使 用 就 要 先 选 择 合 适 的 频 率 不 同 的 国 家 所 使 用 频 率 也 不 尽 相 同 : 欧 洲 的 超 高 频 是 868MHz, 美 国 的 则 是 915MHz. 日 本 目 前 不 允 许 将 超 高 频 用 到 射 频 技 术 中 政 府 也 通 过 调 整 阅 读 器 的 电 源 来 限 制 它 对 其 他 器 械 的 影 响 有 些 组 织 例 如 全 球 商 务 促 进 委 员 会 正 鼓 励 政 府 取 消 限 制 标 签 和 阅 读 器 生 产 厂 商 也 正 在 开 发 能 使 用 不 同 频 率 系 统 避 免 这 些 问 题 3. 所 有 的 阅 读 器 都 能 支 持 不 同 种 类 的 标 签 吗? 目 前 还 不 是 很 多 公 司 生 产 的 阅 读 器 支 持 现 有 供 给 链 中 用 的 新 标 签 的 射 频 技 术 一 些 阅 读 器 只 支 持 新 的 电 子 产 品 代 码, 一 些 只 支 持 某 些 生 产 厂 商 生 产 的 特 定 标 签 4. 什 么 是 阅 读 器 冲 突? 射 频 技 术 遇 到 的 一 个 问 题 就 是 阅 读 器 冲 突, 就 是 一 个 阅 读 器 接 收 到 的 23

24 信 息 和 另 外 一 个 阅 读 器 接 收 到 的 信 息 发 生 冲 突, 产 生 重 叠 解 决 这 个 问 题 的 一 种 方 法 是 使 用 TDMA 技 术, 简 单 来 说 就 是 阅 读 器 被 指 挥 在 不 同 时 间 接 收 信 号, 而 不 是 同 时, 这 样 就 保 证 了 阅 读 器 不 会 互 相 干 扰 但 是 在 同 一 区 域 的 物 品 就 会 被 读 取 两 次, 因 此 就 要 建 立 相 应 的 系 统 去 避 免 这 种 情 况 的 发 生 5. 我 们 如 何 知 道 哪 个 频 率 适 合 于 我 们 的 产 品? 不 同 的 频 率 有 不 同 的 特 点, 因 此 他 们 的 用 途 也 就 形 形 色 色 例 如, 低 频 标 签 比 超 高 频 标 签 便 宜, 节 省 能 量, 穿 透 废 金 属 物 体 力 强, 他 们 最 适 合 用 于 含 水 成 分 较 高 的 物 体, 例 如 水 果 等 超 高 频 作 用 范 围 广, 传 送 数 据 速 度 快, 但 是 他 们 比 较 耗 能, 穿 透 力 较 弱, 作 业 区 域 不 能 有 太 多 干 扰, 适 合 用 于 监 测 从 海 港 运 到 仓 库 的 物 品 当 做 选 择 时, 最 好 咨 询 一 下 相 关 的 专 家, 供 货 商, 从 而 选 择 正 确 的 射 频 6. 我 需 要 什 么 样 的 阅 读 器? 阅 读 器 和 标 签 一 样, 得 通 过 研 究 供 给 方 式 决 定 使 用 种 类 和 数 量 例 如, 要 求 是 管 理 进 出 仓 库 的 库 存, 阅 读 器 可 以 安 装 在 码 头 货 物 进 出 的 舱 门 上 如 果 要 求 是 管 理 送 给 特 定 客 户 的 产 品, 那 阅 读 器 应 该 不 仅 仅 装 在 舱 门 上, 还 应 该 装 在 卡 车 上 如 果 要 求 是 控 制 零 售 货 架, 固 定 或 是 手 持 装 置 可 以 采 用, 从 而 方 便 自 动 出 库 记 录 和 计 数 24

25 RFID 知 识 进 阶 1. 工 作 方 式 射 频 识 别 系 统 的 基 本 工 作 方 式 分 为 全 双 工 (Full Duplex) 和 半 双 工 (Half Duplex) 系 统 以 及 时 序 (SEQ) 系 统 全 双 工 表 示 射 频 标 签 与 读 写 器 之 间 可 在 同 一 时 刻 互 相 传 送 信 息 半 双 工 表 示 射 频 标 签 与 读 写 器 之 间 可 以 双 向 传 送 信 息, 但 在 同 一 时 刻 只 能 向 一 个 方 向 传 送 信 息 在 全 双 工 和 半 双 工 系 统 中, 射 频 标 签 的 响 应 是 在 读 写 器 发 出 的 电 磁 场 或 电 磁 波 的 情 况 下 发 送 出 去 的 因 为 与 阅 读 器 本 身 的 信 号 相 比, 射 频 标 签 的 信 号 在 接 收 天 线 上 是 很 弱 的, 所 以 必 须 使 用 合 适 的 传 输 方 法, 以 便 把 射 频 标 签 的 信 号 与 阅 读 器 的 信 号 区 别 开 来 在 实 践 中, 人 们 对 从 射 频 标 签 到 阅 读 器 的 数 据 传 输 一 般 采 用 负 载 反 射 调 制 技 术 将 射 频 标 签 数 据 加 载 到 反 射 回 波 上 ( 尤 其 是 针 对 无 源 射 频 标 签 系 统 ) 时 序 方 法 则 与 之 相 反, 阅 读 器 的 辐 射 出 的 电 磁 场 短 时 间 周 期 性 地 断 开 这 些 间 隔 被 射 频 标 签 识 别 出 来, 并 被 用 于 从 射 频 标 签 到 阅 读 器 的 数 据 传 输 其 实, 这 是 一 种 典 型 的 雷 达 工 作 方 式 时 序 方 法 的 缺 点 是 : 在 阅 读 器 发 送 间 歇 时, 射 频 标 签 的 能 量 供 应 中 断, 这 就 必 须 通 过 装 入 足 够 大 的 辅 助 电 容 器 或 辅 助 电 池 进 行 补 偿 25

26 2. 数 据 量 射 频 识 别 射 频 标 签 的 数 据 量 通 常 在 几 个 字 节 到 几 千 个 字 节 之 间 但 是, 有 一 个 例 外, 这 就 是 1 比 特 射 频 标 签 它 有 1 比 特 的 数 据 量 就 足 够 了, 使 阅 读 器 能 够 作 出 以 下 两 种 状 态 的 判 断 :" 在 电 磁 场 中 有 射 频 标 签 " 或 " 在 电 磁 场 中 无 射 频 标 签 " 这 种 要 求 对 于 实 现 简 单 的 监 控 或 信 号 发 送 功 能 是 完 全 足 够 的 因 为 1 比 特 的 射 频 标 签 不 需 要 电 子 芯 片, 所 以 射 频 标 签 的 成 本 可 以 做 得 很 低 由 于 这 个 原 因, 大 量 的 1 比 特 射 频 标 签 在 百 货 商 场 和 商 店 中 用 于 商 品 防 盗 系 统 (EAS) 当 带 着 没 有 付 款 的 商 品 离 开 百 货 商 场 时, 安 装 在 出 口 的 读 写 器 就 能 识 别 出 " 在 电 磁 场 中 有 射 频 标 签 " 的 状 况, 并 引 起 相 应 的 反 应 对 按 规 定 已 付 款 的 商 品 来 说,1 比 特 射 频 标 签 在 付 款 处 被 除 掉 或 者 去 活 化 3. 可 编 程 能 否 给 射 频 标 签 写 入 数 据 是 区 分 射 频 识 别 系 统 的 另 外 一 个 因 素 对 简 单 的 射 频 识 别 系 统 来 说, 射 频 标 签 的 数 据 大 多 是 简 单 的 ( 序 列 ) 号 码, 可 在 加 工 芯 片 时 集 成 进 去, 以 后 不 能 再 变 与 此 相 反, 可 写 入 的 射 频 标 签 通 过 读 写 器 或 专 用 的 编 程 设 备 写 入 数 据 射 频 标 签 的 数 据 写 入 一 般 分 为 无 线 写 入 与 有 线 写 入 两 种 形 式 目 前 铁 26

27 路 应 用 的 机 车 货 车 射 频 标 签 均 采 用 有 线 写 入 的 工 作 方 式 4. 数 据 载 体 为 了 存 贮 数 据, 主 要 使 用 三 种 方 法 :EEPROM FRAM SRAM 对 一 般 的 射 频 识 别 系 统 来 说, 使 用 电 可 擦 可 编 程 只 读 存 贮 器 (EEPROM) 是 主 要 方 法 然 而, 使 用 这 种 方 法 的 缺 点 是 : 写 入 过 程 中 的 功 率 消 耗 很 大, 使 用 寿 命 一 般 为 写 入 100,000 次 最 近, 也 有 个 别 厂 家 使 用 所 谓 的 铁 电 随 机 存 取 存 贮 器 (FRAM) 与 电 可 擦 可 编 程 只 读 存 贮 器 相 比, 铁 电 随 机 存 取 存 贮 器 的 写 入 功 率 消 耗 减 少 100 倍, 写 入 时 间 甚 至 减 少 1000 倍 然 而, 铁 电 随 机 存 取 存 贮 器 由 于 生 产 中 的 问 题 至 今 未 获 得 广 泛 应 用 FRAM 属 于 非 易 失 类 存 贮 器 对 微 波 系 统 来 说, 还 使 用 静 态 随 机 存 取 存 贮 器 (SRAM), 存 贮 器 能 很 快 写 入 数 据 为 了 永 久 保 存 数 据, 需 要 用 辅 助 电 池 作 不 中 断 的 供 电 5. 状 态 模 式 对 可 编 程 射 频 标 签 来 说, 必 须 由 数 据 载 体 的 " 内 部 逻 辑 " 控 制 对 标 签 存 贮 器 的 写 / 读 操 作 以 及 对 写 / 读 授 权 的 请 求 在 最 简 单 的 情 况 下, 可 由 一 台 状 态 机 来 完 成 使 用 状 态 机, 可 以 完 成 很 复 杂 的 过 程 然 而, 状 态 机 的 缺 点 是 : 对 修 改 编 程 的 功 能 缺 乏 灵 活 性, 这 意 味 着 要 设 计 新 的 27

28 芯 片, 由 于 这 些 变 化 需 要 修 改 硅 芯 片 上 的 电 路, 设 计 更 改 实 现 所 要 的 花 费 很 大 微 处 理 器 的 使 用 明 显 地 改 善 了 这 种 情 况 在 芯 片 生 产 时, 将 用 于 管 理 应 用 数 据 的 操 作 系 统, 通 过 掩 膜 方 式 集 成 到 微 处 理 器 中, 这 种 修 改 花 费 不 多 此 外, 软 件 还 能 调 整 以 适 合 各 种 专 门 应 用 此 外, 还 有 利 用 各 种 物 理 效 应 存 贮 数 据 的 射 频 标 签, 其 中 包 括 只 读 的 表 面 波 (SAW) 射 频 标 签 和 通 常 能 去 活 化 ( 写 入 "0") 以 及 极 少 的 可 以 重 新 活 化 ( 写 入 "1") 的 1 比 特 射 频 标 签 6. 能 量 供 应 射 频 识 别 系 统 的 一 个 重 要 的 特 征 是 射 频 标 签 的 供 电 无 源 的 射 频 标 签 自 已 没 有 电 源 因 此, 无 源 的 射 频 标 签 工 作 用 的 所 有 能 量 必 须 从 阅 读 器 发 出 的 电 磁 场 中 取 得 与 此 相 反, 有 源 的 射 频 标 签 包 含 一 个 电 池, 为 微 型 芯 片 的 工 作 提 供 全 部 或 部 分 (" 辅 助 电 池 ") 能 量 7. 频 率 范 围 射 频 识 别 系 统 的 另 一 个 重 要 特 征 是 系 统 的 工 作 频 率 和 阅 读 距 离 可 以 说 工 作 频 率 与 阅 读 距 离 是 密 切 相 关 的, 这 是 由 电 磁 波 的 传 播 特 性 所 决 28

29 定 的 通 常 把 射 频 识 别 系 统 的 工 作 频 率 定 义 为 阅 读 器 读 射 频 标 签 时 发 送 射 频 信 号 所 使 用 的 频 率 在 大 多 数 情 况 下, 把 它 叫 做 阅 读 器 发 送 频 率 ( 负 载 调 制 反 向 散 射 ) 不 管 在 何 种 情 况 下, 射 频 标 签 的 " 发 射 功 率 " 要 比 阅 读 器 发 射 功 率 低 很 多 射 频 识 别 系 统 阅 读 器 发 送 的 频 率 基 本 上 划 归 三 个 范 围 : (1) 低 频 (30kHz ~ 300kHz); (2) 中 高 频 (3MHz ~ 30MHz); (3) 超 高 频 (300MHz ~ 3GHz) 或 微 波 (>3GHz) 根 据 作 用 距 离, 射 频 识 别 系 统 的 附 加 分 类 是 : 密 耦 合 (0 ~ 1cm) 遥 耦 合 (0 ~ 1m) 和 远 距 离 系 统 (>1m) 8. 射 频 标 签 读 写 器 数 据 传 输 射 频 标 签 回 送 到 阅 读 器 的 数 据 传 输 方 式 多 种 多 样, 可 归 结 为 三 类 : (1) 利 用 负 载 调 制 的 反 射 或 反 向 散 射 方 式 ( 反 射 波 的 频 率 与 阅 读 器 的 发 送 频 率 一 致 ); (2) 利 用 阅 读 器 发 送 频 率 的 次 谐 波 传 送 标 签 信 息 ( 标 签 反 射 波 与 阅 读 器 的 发 送 频 率 不 同, 为 其 高 次 谐 波 (n 倍 ) 或 分 谐 波 (1/n 倍 ) ); (3) 其 他 形 式 RFID 工 作 频 率 的 分 类 1. 概 要 29

30 从 应 用 概 念 来 说, 射 频 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 毫 无 疑 问, 射 频 标 签 的 工 作 频 率 是 其 最 重 要 的 特 点 之 一 射 频 标 签 的 工 作 频 率 不 仅 决 定 着 射 频 识 别 系 统 工 作 原 理 ( 电 感 耦 合 还 是 电 磁 耦 合 ) 识 别 距 离, 还 决 定 着 射 频 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 射 频 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 之 中 典 型 的 工 作 频 率 有 :125kHz,133kHz,13.56MHz,27.12MHz,433MHz, 902~928MHz,2.45GHz,5.8GHz 等 从 应 用 概 念 来 说, 射 频 标 签 的 工 作 频 率 也 就 是 射 频 识 别 系 统 的 工 作 频 率 2. 低 频 段 射 频 标 签 低 频 段 射 频 标 签, 简 称 为 低 频 标 签, 其 工 作 频 率 范 围 为 30kHz ~ 300kHz 典 型 工 作 频 率 有 :125KHz,133KHz 低 频 标 签 一 般 为 无 源 30

31 标 签, 其 工 作 能 量 通 过 电 感 耦 合 方 式 从 阅 读 器 耦 合 线 圈 的 辐 射 近 场 中 获 得 低 频 标 签 与 阅 读 器 之 间 传 送 数 据 时, 低 频 标 签 需 位 于 阅 读 器 天 线 辐 射 的 近 场 区 内 低 频 标 签 的 阅 读 距 离 一 般 情 况 下 小 于 1 米 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 ( 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 典 型 应 用 的 动 物 有 牛 信 鸽 等 低 频 标 签 的 主 要 优 势 体 现 在 : 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 管 制 约 束 ; 可 以 穿 透 水 有 机 组 织 木 材 等 ; 非 常 适 合 近 距 离 的 低 速 度 的 数 据 量 要 求 较 少 的 识 别 应 用 ( 例 如 : 动 物 识 别 ) 等 低 频 标 签 的 劣 势 主 要 体 现 在 : 标 签 存 贮 数 据 量 较 少 ; 只 能 适 合 低 速 近 距 离 识 别 应 用 ; 与 高 频 标 签 相 比 : 标 签 天 线 匝 数 更 多, 成 本 更 高 一 些 ; 3. 中 高 频 段 射 频 标 签 31

32 中 高 频 段 射 频 标 签 的 工 作 频 率 一 般 为 3MHz ~ 30MHz 典 型 工 作 频 率 为 :13.56MHz 该 频 段 的 射 频 标 签, 从 射 频 识 别 应 用 角 度 来 说, 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, 如 表 2.2 所 示, 所 以 也 常 将 其 称 为 高 频 标 签 鉴 于 该 频 段 的 射 频 标 签 可 能 是 实 际 应 用 中 最 大 量 的 一 种 射 频 标 签, 因 而 我 们 只 要 将 高 低 理 解 成 为 一 个 相 对 的 概 念, 即 不 会 在 此 造 成 理 解 上 的 混 乱 为 了 便 于 叙 述, 我 们 将 其 称 为 中 频 射 频 标 签 中 频 标 签 一 般 也 采 用 无 源 设 主, 其 工 作 能 量 同 低 频 标 签 一 样, 也 是 通 过 电 感 ( 磁 ) 耦 合 方 式 从 阅 读 器 耦 合 线 圈 的 辐 射 近 场 中 获 得 标 签 与 阅 读 器 进 行 数 据 交 换 时, 标 签 必 须 位 于 阅 读 器 天 线 辐 射 的 近 场 区 内 中 频 标 签 的 阅 读 距 离 一 般 情 况 下 也 小 于 1 米 中 频 标 签 由 于 可 方 便 地 做 成 卡 状, 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 ISO (13.56MHz) 等 中 频 标 准 的 基 本 特 点 与 低 频 标 准 相 似, 由 于 其 工 作 频 率 的 提 高, 可 以 选 用 较 高 的 数 据 传 输 速 率 射 频 标 签 天 线 设 计 相 对 简 单, 标 签 一 般 制 成 标 准 卡 片 形 状 32

33 4. 超 高 频 与 微 波 标 签 超 高 频 与 微 波 频 段 的 射 频 标 签, 简 称 为 微 波 射 频 标 签, 其 典 型 工 作 频 率 为 :433.92MHz,862(902)~928MHz,2.45GHz,5.8GHz 微 波 射 频 标 签 可 分 为 有 源 标 签 与 无 源 标 签 两 类 工 作 时, 射 频 标 签 位 于 阅 读 器 天 线 辐 射 场 的 远 区 场 内, 标 签 与 阅 读 器 之 间 的 耦 合 方 式 为 电 磁 耦 合 方 式 阅 读 器 天 线 辐 射 场 为 无 源 标 签 提 供 射 频 能 量, 将 有 源 标 签 唤 醒 相 应 的 射 频 识 别 系 统 阅 读 距 离 一 般 大 于 1m, 典 型 情 况 为 4~6m, 最 大 可 达 10m 以 上 阅 读 器 天 线 一 般 均 为 定 向 天 线, 只 有 在 阅 读 器 天 线 定 向 波 束 范 围 内 的 射 频 标 签 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 射 频 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 射 频 标 签 比 较 成 功 产 品 相 对 集 中 在 902~928MHz 工 作 频 段 上 2.45GHz 和 5.8GHz 射 频 识 别 系 统 多 以 半 无 源 微 波 射 频 标 签 产 品 面 世 半 无 源 标 签 一 般 采 用 钮 扣 电 池 供 电, 具 有 较 远 的 阅 读 距 离 33

34 微 波 射 频 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, 射 频 标 签 及 读 写 器 的 价 格 等 方 面 典 型 的 微 波 射 频 标 签 的 识 读 距 离 为 3~5m, 个 别 有 达 10m 或 10m 以 上 的 产 品 对 于 可 无 线 写 的 射 频 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 射 频 标 签 的 数 据 存 贮 容 量 一 般 限 定 在 2Kbits 以 内, 再 大 的 存 贮 容 量 是 乎 没 有 太 大 的 意 义, 从 技 术 及 应 用 的 角 度 来 说, 微 波 射 频 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 :1Kbits,128Bits,64Bits 等 由 Auto-ID Center 制 定 的 产 品 电 子 代 码 EPC 的 容 量 为 :90Bits 微 波 射 频 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,ISO (2.45GHz) -5(5.8GHz) -6( MHz) -7( MHz), ANSI NCITS 等 RFID 中 间 件 知 识 RFID 中 间 件 概 述 RFID 是 2005 年 建 议 企 业 可 考 虑 引 入 的 十 大 策 略 技 术 之 一, 而 中 间 34

35 件 (Middleware) 可 称 为 是 RFID 运 作 的 中 枢, 因 为 它 可 以 加 速 关 键 应 用 的 问 世 RFID 产 业 潜 力 无 穷, 应 用 的 范 围 遍 及 制 造 物 流 医 疗 运 输 零 售 国 防 等 等 Gartner Group 认 为,RFID 是 2005 年 建 议 企 业 可 考 虑 引 入 的 十 大 策 略 技 术 之 一, 然 而 其 成 功 之 关 键 除 了 标 签 (Tag) 的 价 格 天 线 的 设 计 波 段 的 标 准 化 设 备 的 认 证 之 外, 最 重 要 的 是 要 有 关 键 的 应 用 软 件 (Killer Application), 才 能 迅 速 推 广 而 中 间 件 (Middleware) 可 称 为 是 RFID 运 作 的 中 枢, 因 为 它 可 以 加 速 关 键 应 用 的 问 世 1. 什 么 是 RFID 中 间 件 看 到 目 前 各 式 各 样 RFID 的 应 用, 企 业 最 想 问 的 第 一 个 问 题 是 : 我 要 如 何 将 我 现 有 的 系 统 与 这 些 新 的 RFID Reader 连 接? 这 个 问 题 的 本 质 是 企 业 应 用 系 统 与 硬 件 接 口 的 问 题 因 此, 通 透 性 是 整 个 应 用 的 关 键, 正 确 抓 取 数 据 确 保 数 据 读 取 的 可 靠 性 以 及 有 效 地 将 数 据 传 送 到 后 端 系 统 都 是 必 须 考 虑 的 问 题 传 统 应 用 程 序 与 应 用 程 序 之 间 (Application to Application) 数 据 通 透 是 通 过 中 间 件 架 构 解 决, 并 发 展 出 各 种 Application Server 应 用 软 件 ; 同 理, 中 间 件 的 架 构 设 计 解 决 方 案 便 成 为 RFID 应 用 的 一 项 极 为 重 要 的 核 心 技 术 35

36 2. RFID 中 间 件 的 三 个 发 展 阶 段 从 发 展 趋 势 看,RFID 中 间 件 可 分 为 3 大 类 发 展 阶 段 : 应 用 程 序 中 间 件 (Application Middleware) 发 展 阶 段 RFID 初 期 的 发 展 多 以 整 合 串 接 RFID 读 写 器 为 目 的, 本 阶 段 多 为 RFID 读 写 器 厂 商 主 动 提 供 简 单 API, 以 供 企 业 将 后 端 系 统 与 RFID 读 写 器 串 接 以 整 体 发 展 架 构 来 看, 此 时 企 业 的 导 入 须 自 行 花 费 许 多 成 本 去 处 理 前 后 端 系 统 连 接 的 问 题, 通 常 企 业 在 本 阶 段 会 通 过 Pilot Project 方 式 来 评 估 成 本 效 益 与 导 入 的 关 键 议 题 架 构 中 间 件 (Infrastructure Middleware) 发 展 阶 段 本 阶 段 是 RFID 中 间 件 成 长 的 关 键 阶 段 由 于 RFID 的 强 大 应 用, Wal Mart 与 美 国 国 防 部 等 关 键 使 用 者 相 继 进 行 RFID 技 术 的 规 划 并 进 行 导 入 的 PilotProject, 促 使 各 国 际 大 厂 持 续 关 注 RFID 相 关 市 场 的 发 展 本 阶 段 RFID 中 间 件 的 发 展 不 但 已 经 具 备 基 本 数 据 搜 集 过 滤 等 功 能, 同 时 也 满 足 企 业 多 对 多 (Devices-to-Applications) 的 连 接 需 求, 并 具 备 平 台 的 管 理 与 维 护 功 能 36

37 解 决 方 案 中 间 件 (Solution Middleware) 发 展 阶 段 未 来 在 RFID 标 签 读 写 器 与 中 间 件 发 展 成 熟 过 程 中, 各 厂 商 针 对 不 同 领 域 提 出 各 项 创 新 应 用 解 决 方 案, 例 如 Manhattan Associates 提 出 RFID in a Box, 企 业 不 需 再 为 前 端 RFID 硬 件 与 后 端 应 用 系 统 的 连 接 而 烦 恼, 该 公 司 与 Alien TechnologyCorp 在 RFID 硬 件 端 合 作, 发 展 Microsoft.Net 平 台 为 基 础 的 中 间 件, 针 对 该 公 司 900 家 的 已 有 供 应 链 客 户 群 发 展 Supply Chain Execution(SCE)Solution, 原 本 使 用 Manhattan Associates SCE Solution 的 企 业 只 需 通 过 RFID in a Box, 就 可 以 在 原 有 应 用 系 统 上 快 速 利 用 RFID 来 加 强 供 应 链 管 理 的 透 明 度 3. RFID 中 间 件 两 个 应 用 方 向 根 据 ABI Research Inc. 的 预 测,2008 年 之 前 全 球 各 产 业 的 需 求 所 创 造 出 来 的 RFID 市 场 规 模 可 达 到 200 亿 美 元, 其 中 软 件 市 场 约 占 47 亿 美 元,2007 年 RFID 的 整 合 服 务 收 入 将 超 越 RFID 产 品 收 入 随 着 硬 件 技 术 逐 渐 成 熟, 庞 大 的 软 件 市 场 商 机 促 使 国 内 外 信 息 服 务 厂 商 莫 不 持 续 注 意 与 提 早 投 入,RFID 中 间 件 在 各 项 RFID 产 业 应 用 中 居 于 神 37

38 经 中 枢, 特 别 受 到 国 际 大 厂 的 关 注, 未 来 在 应 用 上 可 朝 下 列 方 向 发 展 : Service Oriented Architecture Based RFID 中 间 件 面 向 服 务 的 架 构 (SOA) 的 目 标 就 是 建 立 沟 通 标 准, 突 破 应 用 程 序 对 应 用 程 序 沟 通 的 障 碍, 实 现 商 业 流 程 自 动 化, 支 持 商 业 模 式 的 创 新, 让 IT 变 得 更 灵 活, 从 而 更 快 地 响 应 需 求 因 此,RFID 中 间 件 在 未 来 发 展 上, 将 会 以 面 向 服 务 的 架 构 为 基 础 的 趋 势, 提 供 企 业 更 弹 性 灵 活 的 服 务 Security Infrastructure RFID 应 用 最 让 外 界 质 疑 的 是 RFID 后 端 系 统 所 连 接 的 大 量 厂 商 数 据 库 可 能 引 发 的 商 业 信 息 安 全 问 题, 尤 其 是 消 费 者 的 信 息 隐 私 权 通 过 大 量 RFID 读 写 器 的 布 置, 人 类 的 生 活 与 行 为 将 因 RFID 而 容 易 追 踪, Wal Mart Tesco( 英 国 最 大 零 售 商 ) 初 期 RFID Pilot Project 都 因 为 用 户 隐 私 权 问 题 而 遭 受 过 抵 制 与 抗 议 为 此, 飞 利 浦 半 导 体 等 厂 商 已 经 开 始 在 批 量 生 产 的 RFID 芯 片 上 加 入 屏 蔽 功 能 RSA Security 也 发 布 了 能 成 功 干 扰 RFID 信 号 的 技 术 RSA Blocker 标 签, 通 过 发 射 无 线 射 频 扰 乱 RFID 读 写 器, 让 RFID 读 写 器 误 以 为 搜 集 到 的 是 垃 圾 信 息 而 错 失 数 据, 达 到 保 护 消 费 者 隐 私 权 的 目 的 目 前 Auto-ID Center 也 正 在 研 究 Security 机 制 以 配 合 RFID 中 间 件 的 工 作 相 信 Security 38

39 将 是 RFID 未 来 发 展 的 重 点 之 一, 也 是 成 功 的 关 键 因 素 2. RFID 中 间 件 原 理 RFID 中 间 件 扮 演 RFID 标 签 和 应 用 程 序 之 间 的 中 介 角 色, 从 应 用 程 序 端 使 用 中 间 件 所 提 供 一 组 通 用 的 应 用 程 序 接 口 (API), 即 能 连 到 RFID 读 写 器, 读 取 RFID 标 签 数 据 这 样 一 来, 即 使 存 储 RFID 标 签 情 报 的 数 据 库 软 件 或 后 端 应 用 程 序 增 加 或 改 由 其 他 软 件 取 代, 或 者 读 写 RFID 读 写 器 种 类 增 加 等 情 况 发 生 时, 应 用 端 不 需 修 改 也 能 处 理, 省 去 多 对 多 连 接 的 维 护 复 杂 性 问 题 管 家 利 用 RFID 中 间 件 来 管 理 系 统 RFID 中 间 件 是 一 种 面 向 消 息 的 中 间 件 (Message-Oriented Middleware,MOM), 信 息 (Information) 是 以 消 息 (Message) 的 形 式, 从 一 个 程 序 传 送 到 另 一 个 或 多 个 程 序 信 息 可 以 以 异 步 (Asynchronous) 的 方 式 传 送, 所 以 传 送 者 不 必 等 待 回 应 面 向 消 息 39

40 的 中 间 件 包 含 的 功 能 不 仅 是 传 递 (Passing) 信 息, 还 必 须 包 括 解 译 数 据 安 全 性 数 据 广 播 错 误 恢 复 定 位 网 络 资 源 找 出 符 合 成 本 的 路 径 消 息 与 要 求 的 优 先 次 序 以 及 延 伸 的 除 错 工 具 等 服 务 3. RFID 中 间 件 分 类 : RFID 中 间 件 可 以 从 架 构 上 分 为 两 种 : 以 应 用 程 序 为 中 心 (Application Centric) 的 设 计 概 念 是 通 过 RFID Reader 厂 商 提 供 的 API, 以 Hot Code 方 式 直 接 编 写 特 定 Reader 读 取 数 据 的 Adapter, 并 传 送 至 后 端 系 统 的 应 用 程 序 或 数 据 库, 从 而 达 成 与 后 端 系 统 或 服 务 串 接 的 目 的 以 架 构 为 中 心 (Infrastructure Centric) 随 着 企 业 应 用 系 统 的 复 杂 度 增 高, 企 业 无 法 负 荷 以 Hot Code 方 式 为 每 个 应 用 程 式 编 写 Adapter, 同 时 面 对 对 象 标 准 化 等 问 题, 企 业 可 以 考 虑 采 用 厂 商 所 提 供 标 准 规 格 的 RFID 中 间 件 这 样 一 来, 即 使 存 储 RFID 标 签 情 报 的 数 据 库 软 件 改 由 其 他 软 件 代 替, 或 读 写 RFID 标 签 的 RFID Reader 种 类 增 加 等 情 况 发 生 时, 应 用 端 不 做 修 改 也 能 应 付 4.RFID 中 间 件 的 特 征 40

41 一 般 来 说,RFID 中 间 件 具 有 下 列 的 特 色 : 独 立 于 架 构 (Insulation Infrastructure) RFID 中 间 件 独 立 并 介 于 RFID 读 写 器 与 后 端 应 用 程 序 之 间, 并 且 能 够 与 多 个 RFID 读 写 器 以 及 多 个 后 端 应 用 程 序 连 接, 以 减 轻 架 构 与 维 护 的 复 杂 性 数 据 流 (Data Flow) RFID 的 主 要 目 的 在 于 将 实 体 对 象 转 换 为 信 息 环 境 下 的 虚 拟 对 象, 因 此 数 据 处 理 是 RFID 最 重 要 的 功 能 RFID 中 间 件 具 有 数 据 的 搜 集 过 滤 整 合 与 传 递 等 特 性, 以 便 将 正 确 的 对 象 信 息 传 到 企 业 后 端 的 应 用 系 统 处 理 流 (Process Flow)RFID 中 间 件 采 用 程 序 逻 辑 及 存 储 再 转 送 (Store-and-Forward) 的 功 能 来 提 供 顺 序 的 消 息 流, 具 有 数 据 流 设 计 与 管 理 的 能 力 标 准 (Standard) RFID 为 自 动 数 据 采 样 技 术 与 辨 识 实 体 对 象 的 应 用 EPCglobal 目 前 正 在 研 究 为 各 种 产 品 的 全 球 惟 一 识 别 号 码 提 出 通 用 标 准, 即 EPC( 产 品 电 子 编 码 ) EPC 是 在 供 应 链 系 统 中, 以 一 串 数 字 来 识 别 一 项 特 定 的 商 品, 通 过 无 线 射 频 辨 识 标 签 由 RFID 读 写 器 读 入 后, 传 送 到 计 算 机 或 是 应 用 系 统 中 的 过 程 称 为 对 象 命 名 服 务 (Object Name Service,ONS) 对 象 命 名 服 务 系 统 会 锁 定 计 算 机 网 络 中 的 固 定 点 抓 取 有 关 商 品 的 消 息 EPC 存 放 在 RFID 标 签 中, 被 RFID 读 写 器 41

42 读 出 后, 即 可 提 供 追 踪 EPC 所 代 表 的 物 品 名 称 及 相 关 信 息, 并 立 即 识 别 及 分 享 供 应 链 中 的 物 品 数 据, 有 效 率 地 提 供 信 息 透 明 度 5. 如 何 将 现 有 的 系 统 与 新 的 RFID Reader 连 接 面 对 各 种 RFID 的 应 用, 用 户 的 首 要 问 题 是 : 如 何 将 现 有 的 系 统 与 新 的 RFID Reader 连 接? 事 实 上, 这 个 问 题 的 本 质 是 用 户 应 用 系 统 与 硬 件 接 口 的 问 题 在 RFID 应 用 中, 通 透 性 是 整 个 应 用 的 关 键, 正 确 抓 取 数 据 确 保 数 据 读 取 的 可 靠 性 以 及 有 效 地 将 数 据 传 送 到 后 端 系 统 都 是 必 须 考 虑 的 问 题 传 统 应 用 程 序 之 间 的 数 据 通 透 是 通 过 中 间 件 架 构 来 解 决 的, 并 由 此 发 展 出 各 种 Application Server 应 用 软 件 中 间 件 在 系 统 中 的 作 用 及 位 置 42

43 RFID 中 间 件 扮 演 RFID 硬 件 和 应 用 程 序 之 间 的 中 介 角 色, 从 应 用 程 序 端 使 用 中 间 件 所 提 供 的 一 组 通 用 应 用 程 序 接 口 (API), 即 能 实 现 到 RFID 读 写 器 的 连 接 这 样 一 来, 即 使 存 储 RFID 标 签 数 据 的 数 据 库 软 件 或 后 端 应 用 程 序 增 加 或 改 由 其 它 软 件 取 代, 或 者 读 写 RFID 读 写 器 种 类 增 加 等 情 况 发 生 时, 应 用 端 不 需 修 改 也 能 处 理, 解 决 了 多 对 多 连 接 的 维 护 复 杂 性 问 题 总 结 全 向 天 线 应 该 避 免 在 标 签 中 使 用, 然 而 是 可 以 使 用 方 向 性 天 线, 它 具 有 更 少 的 辐 射 模 式 和 返 回 损 耗 的 干 扰 天 线 类 型 的 选 择 必 须 使 它 的 阻 抗 与 自 由 空 间 和 ASIC 匹 配 在 一 个 仓 库 中 使 用 天 线 好 像 是 不 可 行 的, 除 非 使 用 有 源 标 签, 但 是 在 任 何 情 况 下, 仓 库 内 的 天 线 辐 射 模 式 将 严 重 失 真 一 个 门 禁 系 统 的 使 用 将 是 好 的 选 择, 可 以 使 用 短 作 用 距 离 的 无 源 标 签 当 然 门 禁 系 统 比 手 持 的 仪 器 昂 贵, 但 是 手 持 仪 器 工 作 人 员 需 要 使 用 它 到 仓 库 搜 寻 物 品, 人 员 费 用 同 样 昂 贵 在 门 禁 系 统 中, 每 一 个 物 品 盒 子, 仅 需 要 2 个 而 不 是 4 个 或 6 个 RFID 标 签 如 何 保 护 RFID 内 部 信 息 概 要 43

44 工 业 标 准 正 在 被 强 化, 以 保 护 存 储 在 RFID 芯 片 中 信 息 的 安 全 业 界 正 在 为 强 化 相 关 的 工 业 标 准 而 工 作, 以 保 护 存 储 在 RFID 芯 片 中 数 据 的 安 全, 避 免 黑 客 利 用 RFID 中 存 储 的 敏 感 信 息, 进 行 非 法 活 动, 以 获 得 暴 利 小 资 料 :RFID 标 准 化 组 织 2004 年 是 RFID 技 术 发 展 的 关 键 时 期, 因 为 在 今 年 所 有 相 关 的 技 术 标 准 将 会 陆 续 发 布, 以 满 足 美 国 商 业 巨 头 沃 尔 玛 和 美 国 国 防 部 等 大 量 物 流 应 用 所 需 目 前 制 定 RFID 标 准 的 组 织 比 较 著 名 的 有 三 个 :ISO 以 美 国 为 首 的 EPCglobal 以 及 日 本 的 Ubiquitous ID Center, 而 这 三 个 组 织 对 RFID 技 术 应 用 规 范 都 有 各 自 的 目 标 与 发 展 规 划 如 果 从 发 展 的 角 度 来 观 察 全 球 RFID 标 准 制 定, 目 前 最 为 积 极 的 非 EPCglobal 莫 属 目 前, 我 国 也 已 经 成 立 了 一 个 RFID 国 家 标 准 工 作 组, 正 在 制 定 相 关 的 RFID 国 家 标 准 1. RFID 存 在 安 全 隐 患 RFID 数 据 非 常 容 易 受 到 攻 击, 主 要 是 RFID 芯 片 本 身, 以 及 芯 片 在 读 或 者 写 数 据 的 过 程 中 都 很 容 易 被 黑 客 所 利 用 在 美 国 Las Vegas 举 44

45 行 的 Black Hat 2004 会 议 上,Lukas Grunwald 公 开 展 示 了 一 个 名 为 RFDump 的 工 具, 它 可 以 利 用 RFID 系 统 的 弱 点 发 动 攻 击 任 何 一 个 人, 只 要 在 自 己 的 笔 记 本 电 脑 中 插 上 一 个 读 卡 器, 就 可 以 使 用 RFDump 软 件 获 得 3 英 尺 内 的 被 动 式 RFID 芯 片 中 的 数 据 Counterpane Internet Security 公 司 的 首 席 技 术 官 Bruce Schneier 先 生 对 此 有 自 己 的 看 法 他 认 为,Lukas Grunwald 所 做 的 事 情 在 RFID 工 作 中 经 常 会 出 现, 这 是 一 个 严 肃 认 真 的 工 作, 他 并 没 有 进 行 任 何 攻 击 行 动 RFID 在 当 初 的 设 计 中 是 完 全 开 放 的, 这 是 出 现 安 全 问 题 的 根 本 原 因 他 研 究 了 RFID 的 技 术 规 范 读 写 过 程 和 其 他 问 题, 发 现 了 其 中 隐 藏 的 安 全 问 题 假 如 你 对 芯 片 的 安 全 不 放 心, 那 么 你 也 会 发 现 这 些 问 题 假 如 在 芯 片 中 有 保 护 措 施, 任 何 人 也 不 会 轻 易 就 能 对 RFID 系 统 发 动 攻 击 其 实,RFID 标 签 由 耦 合 元 件 及 芯 片 组 成, 每 个 标 签 具 有 惟 一 的 电 子 编 码, 附 着 在 物 体 目 标 对 象 上 其 封 装 可 以 有 不 同 形 式, 例 如 常 见 的 信 用 卡 形 式 及 小 圆 片 的 形 式 等 从 能 量 方 面 来 看, 标 签 可 以 分 为 两 种 : 无 源 标 签 和 有 源 标 签 无 源 标 签 自 身 不 带 有 电 源, 当 读 取 装 置 对 标 签 进 行 读 取 时, 所 发 射 出 的 无 线 电 接 触 到 RFID 标 签 的 天 线 后 产 生 能 量, 它 的 重 量 轻 体 积 小, 寿 命 可 以 很 长, 但 是 发 射 距 离 受 限 有 源 标 签 使 用 卡 内 的 电 池 能 量, 识 别 的 距 离 长, 但 是 它 的 价 格 较 高 且 寿 命 短 45

46 按 调 制 方 式 来 分,RFID 还 可 分 为 主 动 式 标 签 和 被 动 式 标 签 主 动 式 标 签 用 自 身 的 射 频 能 量 主 动 地 给 读 写 器 发 送 数 据, 主 要 用 于 有 障 碍 物 的 应 用 中 ; 被 动 式 标 签 使 用 调 制 散 射 方 式 发 射 数 据, 它 必 须 利 用 读 写 器 的 载 波 来 调 制 自 己 的 信 号, 在 门 禁 或 交 通 的 应 用 中 适 宜 不 过,RFDump 确 实 是 当 前 所 使 用 的 RFID 芯 片 的 一 个 巨 大 威 胁 但 是 按 照 工 业 界 的 一 些 资 料 显 示,RFID 的 这 些 弱 点 被 发 现 已 经 有 一 段 不 算 短 的 时 间 了 一 项 用 于 保 护 RFID 数 据 的 新 标 准 已 经 在 2004 年 6 月 获 得 批 准, 这 是 Epcgolbal 发 布 的 第 二 代 RFID 标 准 不 过, 根 据 市 场 研 究 公 司 IDC 公 司 的 调 查,RFID 存 储 安 全 隐 患 并 不 是 阻 碍 其 市 场 发 展 的 主 要 因 素 位 于 美 国 马 萨 诸 塞 州 的 IDC 研 究 机 构 预 测 :RFID 的 市 场 将 从 现 在 的 9150 万 美 元, 增 长 到 2008 年 的 13 亿 美 元 而 非 营 利 组 织 EPCglobal 中 产 品 管 理 的 负 责 人 Sue Hutchinson 女 士 认 为,RFID 市 场 最 大 的 增 长 来 自 供 应 链 应 用 市 场, 全 程 监 控 产 品 的 流 动 过 程, 从 生 产 制 造, 经 过 运 输 和 仓 储, 最 终 到 达 零 售 商 和 最 终 的 消 费 者 的 全 过 程 EPCglobal 是 一 家 总 部 位 于 美 国 新 泽 西 州 Lawrenceville 的 负 责 电 子 产 品 代 码 标 准 制 定 与 应 用 的 工 业 贸 易 组 织 46

47 2. 第 二 代 的 RFID 标 准 强 化 的 安 全 功 能 EPCglobal 在 去 年 开 始 制 定 第 二 代 RFID 标 准 时, 针 对 供 应 链 应 用, 最 终 用 户 提 出 了 一 系 列 需 求, 这 些 成 为 制 定 第 二 代 RFID 标 准 的 重 要 基 础 EPC 第 二 代 RFID 标 准 开 发 中 最 主 要 的 部 分 是 设 计 了 第 二 代 的 UHF( 超 高 频 率 ) 空 中 接 口 协 议, 该 协 议 用 于 管 理 从 标 签 到 读 卡 器 的 数 据 的 移 动, 为 芯 片 中 存 储 的 数 据 提 供 了 一 些 保 护 措 施 新 标 准 采 用 " 一 个 安 全 的 链 路 ", 保 护 被 动 标 签 免 于 受 诸 如 RFDump 和 其 他 一 些 在 供 应 链 应 用 中 被 发 现 的 大 多 数 攻 击 行 为 根 据 第 二 代 RFID 标 准 规 范, 当 数 据 被 写 入 标 签 时, 数 据 在 经 过 空 中 接 口 时 被 伪 装 从 标 签 到 读 卡 器 的 所 有 数 据 都 被 伪 装, 所 以 当 读 卡 器 在 从 标 签 读 或 者 写 数 据 时 数 据 不 会 被 截 取 一 旦 数 据 被 写 入 标 签, 数 据 就 会 被 锁 定, 这 样 只 可 以 读 取 数 据, 而 不 能 被 改 写, 就 是 具 有 我 们 常 说 的 只 读 功 能 EPC 被 动 标 签 一 般 只 包 括 产 品 的 识 别 信 息, 比 如 产 品 代 码 产 品 部 件 数, 或 者 SKU 数 目, 也 就 是 仅 仅 包 括 物 品 本 身 的 信 息 另 外 EPC 被 动 标 签 不 包 括 依 据 秘 密 保 护 规 则 涉 及 的 物 品 个 性 化 的 识 别 信 息 47

48 产 品 的 识 别 信 息 通 常 是 指 相 对 于 个 性 化 识 别 信 息 而 言 不 太 敏 感 的 内 容, 通 常 伪 装 也 只 针 对 其 中 涉 及 的 数 据 数 据 并 不 被 加 密, 但 是 读 卡 器 需 要 一 个 破 解 伪 装 的 " 密 钥 " 根 据 美 国 国 防 部 副 部 长 助 理 负 责 供 应 链 整 合 的 Alan Estevez 先 生 透 露, 美 国 国 防 部 在 今 年 8 月 公 布 了 其 最 终 的 针 对 供 应 链 应 用 的 RFID 规 范, 其 中 并 没 有 包 括 数 据 加 密 要 求 Estevez 先 生 列 举 了 两 条 理 由, 说 明 DOD 规 范 的 合 理 性 : 第 一, 产 品 信 息 比 如 序 列 号 等 在 它 没 有 被 整 合 到 带 有 附 加 信 息 的 数 据 库 之 前, 并 没 有 太 多 值 得 利 用 的 信 息 ; 第 二, 潜 在 的 " 敌 人 " 不 可 能 非 常 近 距 离 地 接 近 它, 比 如 在 10 英 尺 之 内, 以 读 取 标 签 上 的 信 息 3. 在 金 融 领 域 RFID 遇 到 了 EMV 的 挑 战 当 RFID 包 括 了 消 费 者 的 相 关 数 据 时, 供 应 链 RFID 应 用 可 能 才 会 真 正 走 向 成 熟 Hutchinson 认 为,EPCglobal 未 来 的 一 项 主 要 任 务 就 是 制 定 包 含 用 户 数 据 的 更 高 级 别 的 RFID 标 签 工 业 标 准 因 此, 会 更 关 注 RFID 的 安 全 问 题, 也 包 括 减 少 每 年 全 球 在 供 应 链 方 面 1800 亿 ~ 3000 亿 美 元 的 损 失 这 一 数 据 是 美 国 零 售 业 领 导 协 会 (Retail Industry Leaders Association) 估 计 的 48

49 目 前, 从 功 能 方 面 来 看,RFID 标 签 分 为 四 种 : 只 读 标 签 可 重 写 标 签 带 微 处 理 器 标 签 和 配 有 传 感 器 的 标 签 只 读 型 标 签 的 结 构 功 能 最 简 单, 包 含 的 信 息 较 少 并 且 不 能 被 更 改 ; 可 重 写 型 标 签 集 成 了 容 量 为 几 十 字 节 到 几 万 字 节 的 闪 存, 标 签 内 的 信 息 能 被 更 改 或 重 写, 只 读 型 和 可 重 写 型 RFID 标 签 都 主 要 应 用 于 物 流 系 统 以 及 生 产 过 程 管 理 系 统 和 行 李 控 制 系 统 中 ; 带 微 处 理 器 标 签 依 靠 内 置 式 只 读 存 储 器 中 存 储 的 操 作 系 统 和 程 序 来 工 作, 出 于 安 全 的 需 要, 许 多 标 签 都 同 时 具 备 加 密 电 路, 现 在 这 类 标 签 主 要 应 用 于 非 接 触 型 IC 卡 上, 既 用 于 电 子 结 算 出 入 管 理, 也 可 用 做 会 员 卡 ; 有 些 RFID 标 签 集 成 了 传 感 器, 包 括 温 度 传 感 器 或 压 力 传 感 器 等, 目 前 这 类 标 签 主 要 用 于 动 物 个 体 识 别 和 轮 胎 管 理 方 面 Visa 国 际 存 储 控 制 副 总 裁 Ken Ayer 认 为, 银 行 业 和 电 子 支 付 卡 行 业 在 保 护 存 储 在 RFID 卡 上 的 个 人 识 别 信 息 方 面 更 有 实 践 经 验,Visa 和 电 子 支 付 卡 行 业 更 愿 意 选 择 EMV 卡 据 了 解,EMV 规 范 系 国 际 三 大 著 名 银 行 卡 组 织 (Visa MASTERCARD EUROPAY) 联 合 制 订 的 金 融 IC 卡 业 界 标 准, 在 金 融 IC 卡 领 域 具 有 最 高 权 威 性,EMV 规 范 的 实 施 对 于 成 员 国 银 行 改 善 在 国 际 化 过 程 中 的 卡 受 理 环 境 降 低 在 国 际 商 务 应 用 中 的 信 用 卡 风 险 等 方 面 起 着 举 足 轻 重 的 作 用 为 保 证 我 国 IC 卡 的 国 际 通 用 性 和 国 外 银 行 卡 在 我 国 的 通 用 性, 我 国 目 前 正 在 进 行 银 行 卡 EMV 标 准 的 迁 移, 并 着 手 修 订 与 之 相 对 应 的 国 内 金 融 IC 卡 的 PBOC 标 准 49

50 在 EMV 卡 上, 遵 守 保 密 规 定 的 个 人 可 识 别 数 据 类 型 采 用 Triple-DES 加 密 措 施 最 新 的 非 接 触 EMV 卡 遵 守 ISO 标 准 卡 的 规 定, 它 可 以 在 10cm 的 范 围 内 被 各 种 设 备 读 取 他 们 可 以 依 照 被 每 一 个 遵 守 标 准 国 家 的 每 一 个 发 卡 银 行 认 可 的 保 密 和 安 全 的 标 准 进 行 配 置 Ayer 说, EMV 卡 支 持 对 称 的 和 不 对 称 的 密 钥 加 密 技 术 银 行 卡 上 实 际 加 密 的 部 分 是 一 个 卡 识 别 一 个 经 过 授 权 的 读 卡 器 的 部 分, 以 应 对 日 益 严 峻 的 挑 战 加 密 的 其 余 部 分 是 在 银 行 的 后 端 系 统 处 理 " 这 是 一 个 在 全 球 所 有 的 国 家 都 能 正 常 工 作 的 全 球 范 围 的 系 统 " 他 说," 它 使 用 一 种 所 有 银 行 都 采 用 的 加 密 技 术, 可 以 对 多 种 不 同 的 数 据 进 行 加 密 " RFID 天 线 知 识 什 么 是 RFID 天 线? RFID 天 线 在 标 签 和 读 取 器 间 传 递 射 频 信 号 在 RF 装 置 中, 工 作 频 率 增 加 到 微 波 区 域 的 时 候, 天 线 与 标 签 芯 片 之 间 的 匹 配 问 题 变 得 更 加 严 峻 天 线 的 目 标 是 传 输 最 大 的 能 量 进 出 标 签 芯 片 这 需 要 仔 细 的 设 计 天 线 和 自 由 空 间 以 及 其 相 连 的 标 签 芯 片 的 匹 配 本 文 考 虑 的 频 带 是 435MHz, 2.45 GHz 和 5.8 GHz, 在 零 售 商 品 50

51 中 使 用 天 线 必 须 : 足 够 的 小 以 至 于 能 够 贴 到 需 要 的 物 品 上 ; 有 全 向 或 半 球 覆 盖 的 方 向 性 ; 提 供 最 大 可 能 的 信 号 给 标 签 的 芯 片 ; 无 论 物 品 什 么 方 向, 天 线 的 极 化 都 能 与 读 卡 机 的 询 问 信 号 相 匹 配 ; 具 有 鲁 棒 性 ; 非 常 便 宜 在 选 择 天 线 的 时 候 的 主 要 考 虑 是 : 天 线 的 类 型 ; 天 线 的 阻 抗 : 在 应 用 到 物 品 上 的 RF 的 性 能 ; 在 有 其 他 的 物 品 围 绕 贴 标 签 物 品 时 的 RF 性 能 附 : 天 线 的 基 础 知 识 ( 一 ) 天 线 基 本 知 识 ( 二 ) 天 线 的 分 类 与 选 择 天 线 工 作 原 理 问 答 51

52 1. 可 选 的 天 线 在 435 MHz, 2.45 GHz 和 5.8 GHz 频 率 是 用 的 RFID 系 统 中, 可 选 的 天 线 有 几 种, 见 下 表, 它 们 重 点 考 虑 了 天 线 的 尺 寸 这 样 的 小 天 线 的 增 益 是 有 限 的, 增 益 的 大 小 取 决 于 辐 射 模 式 的 类 型, 全 向 的 天 线 具 有 峰 值 增 益 0 到 2dBi; 方 向 性 的 天 线 的 增 益 可 以 达 到 6dBi 增 益 大 小 影 响 天 线 的 作 用 距 离 下 表 中 的 前 三 个 种 类 的 天 线 是 线 极 化 的, 但 是 微 带 面 天 线 可 以 使 圆 极 化 的, 对 数 螺 旋 天 线 仅 仅 是 圆 极 化 的 由 于 RFID 标 签 的 方 向 性 是 不 可 控 的, 所 以 读 卡 机 必 须 是 圆 极 化 的 一 个 圆 极 化 的 标 签 天 线 可 以 产 生 3dB 以 强 的 信 号 2. 阻 抗 问 题 为 了 最 大 功 率 传 输, 天 线 后 的 芯 片 的 输 入 阻 抗 必 须 和 天 线 的 输 出 阻 抗 匹 配 几 十 年 来, 设 计 天 线 与 50 或 70 欧 姆 的 阻 抗 匹 配, 但 是 可 能 设 计 天 线 具 有 其 他 的 特 性 阻 抗 例 如, 一 个 缝 隙 天 线 可 以 设 计 具 有 几 百 欧 姆 的 阻 抗 一 个 折 叠 偶 极 子 的 阻 抗 可 以 是 一 做 个 标 准 半 波 偶 极 子 阻 抗 的 20 倍 印 刷 贴 片 天 线 的 引 出 点 能 够 提 供 一 个 很 宽 范 围 的 阻 抗 ( 通 常 是 40 到 100 欧 姆 ) 选 择 天 线 的 类 型, 以 至 于 它 的 阻 抗 能 够 和 标 签 52

53 芯 片 的 输 入 阻 抗 匹 配 是 十 分 关 键 的 另 一 个 问 题 是 其 他 的 与 天 线 接 近 的 物 体 可 以 降 低 天 线 的 返 回 损 耗 对 于 全 向 天 线, 例 如 双 偶 极 子 天 线, 这 个 影 响 是 显 著 的 改 变 双 偶 极 子 天 线 和 一 听 番 茄 酱 的 间 距 做 了 一 些 实 际 测 量, 显 示 了 一 些 变 化, 见 图 4 和 图 5 其 他 的 物 体 也 有 相 似 的 影 响 此 外 是 物 体 的 介 电 常 数, 而 不 是 金 属, 改 变 了 谐 振 频 率 一 塑 料 瓶 子 水 降 低 了 最 小 返 回 损 耗 频 率 16% 当 物 体 与 天 线 的 距 离 小 于 62.5mm 的 时 候, 返 回 损 耗 将 导 致 一 个 3.0 db 的 插 入 损 耗, 而 天 线 的 自 由 空 间 插 入 损 耗 才 0.2dB 可 以 设 计 天 线 使 它 与 接 近 物 体 的 情 况 相 匹 配, 但 是 天 线 的 行 为 对 于 不 同 的 物 体 和 不 同 的 物 体 距 离 而 不 同 对 于 全 向 天 线 是 不 可 行 的, 所 以 设 计 方 向 性 强 的 天 线, 它 们 不 受 这 个 问 题 的 影 响 3. 局 部 结 构 的 影 响 在 使 用 手 持 的 仪 器 的 时 候, 大 量 的 其 他 临 近 物 体 的 使 读 卡 机 天 线 和 标 签 天 线 的 辐 射 模 式 严 重 失 真 这 可 以 对 于 2.45GHz 的 工 作 频 率 计 算, 假 设 一 个 代 表 性 的 几 何 形 状, 和 自 由 空 间 相 比, 显 示 返 回 信 号 降 低 了 10dB, 在 双 天 线 同 时 使 用 的 时 候, 比 预 料 的 模 式 下 降 的 更 多 在 仓 库 的 使 用 环 境 下, 一 个 物 品 盒 子 具 有 一 个 标 签 会 有 问 题, 几 个 标 签 贴 在 一 个 盒 子 上 以 确 保 所 有 时 候 都 有 一 个 标 签 是 可 以 看 见 的 便 携 系 统 的 使 用 有 几 个 天 线 的 问 题 每 个 盒 子 两 个 天 线 足 够 适 合 门 禁 装 置 探 53

54 测, 这 样 局 部 结 构 的 影 响 变 得 不 再 重 要, 因 为 门 禁 装 置 的 读 卡 机 天 线 被 固 定 在 仓 库 的 出 入, 并 且 直 接 指 向 贴 标 签 的 物 体 4. 辐 射 模 式 在 一 个 无 反 射 的 环 境 中 测 试 了 天 线 的 模 式, 包 括 了 各 种 需 要 贴 标 签 的 物 体, 在 使 用 全 向 天 线 的 时 候 性 能 严 重 下 降 圆 柱 金 属 听 引 起 的 性 能 下 降 是 最 严 重 的, 在 它 与 天 线 距 离 50mm 的 时 候, 反 回 的 信 号 下 降 大 于 20dB ( 见 图 6) 天 线 与 物 体 的 中 心 距 离 分 开 到 mm 的 时 候, 反 回 信 号 下 降 约 10 到 12dB 在 与 天 线 距 离 100mm 的 时 候, 测 量 了 几 瓶 水 ( 塑 料 和 玻 璃 ), 见 图 7, 反 回 信 号 降 低 大 于 10dB 在 蜡 纸 盒 的 液 体, 甚 至 苹 果 上 做 试 验 得 到 了 类 似 的 结 果 5. 距 离 RFID 天 线 的 增 益 和 是 否 使 用 有 源 的 标 签 芯 片 将 影 响 系 统 的 使 用 距 离 乐 观 的 考 虑, 在 电 磁 场 的 辐 射 强 度 符 合 UK 的 相 关 标 准 时, 2.45GHz 的 无 源 情 况 下, 全 波 整 流, 驱 动 电 压 不 大 于 3 伏, 优 化 的 RFID 天 线 阻 抗 环 境 ( 阻 抗 200 或 300 欧 姆 ), 使 用 距 离 大 约 是 1 米 [3] 如 果 使 用 WHO 限 制 [4] 则 更 适 合 于 全 球 范 围 的 使 用, 但 是 作 用 距 离 下 降 了 一 半 这 些 限 制 了 读 卡 机 到 标 签 的 电 磁 场 功 率 作 用 距 离 随 着 频 率 升 高 而 下 降 如 果 使 用 有 源 芯 片 作 用 距 离 可 以 达 到 5 到 10 米 54

55 总 结 全 向 天 线 应 该 避 免 在 标 签 中 使 用, 然 而 是 可 以 使 用 方 向 性 天 线, 它 具 有 更 少 的 辐 射 模 式 和 返 回 损 耗 的 干 扰 天 线 类 型 的 选 择 必 须 使 它 的 阻 抗 与 自 由 空 间 和 ASIC 匹 配 在 一 个 仓 库 中 使 用 天 线 好 像 是 不 可 行 的, 除 非 使 用 有 源 标 签, 但 是 在 任 何 情 况 下, 仓 库 内 的 天 线 辐 射 模 式 将 严 重 失 真 一 个 门 禁 系 统 的 使 用 将 是 好 的 选 择, 可 以 使 用 短 作 用 距 离 的 无 源 标 签 当 然 门 禁 系 统 比 手 持 的 仪 器 昂 贵, 但 是 手 持 仪 器 工 作 人 员 需 要 使 用 它 到 仓 库 搜 寻 物 品, 人 员 费 用 同 样 昂 贵 在 门 禁 系 统 中, 每 一 个 物 品 盒 子, 仅 需 要 2 个 而 不 是 4 个 或 6 个 RFID 标 签 电 子 标 签 耦 合 电 子 标 签 耦 合 类 型 概 述 根 据 射 频 识 别 系 统 作 用 距 离 的 远 近 情 况, 射 频 标 签 天 线 与 读 写 器 天 线 之 间 的 耦 合 可 分 为 三 类 射 频 识 别 系 统 中 射 频 标 签 与 读 写 器 之 间 的 作 用 距 离 是 射 频 识 别 系 统 应 用 中 的 一 个 重 要 问 题, 通 常 情 况 下 这 种 作 用 距 离 定 义 为 射 频 标 签 与 读 写 器 之 间 能 够 可 靠 交 换 数 据 的 距 离 射 频 识 别 系 统 的 作 用 距 离 是 一 项 综 合 指 标, 与 射 频 标 签 及 读 写 器 的 配 合 情 况 密 切 相 关 55

56 根 据 射 频 识 别 系 统 作 用 距 离 的 远 近 情 况, 射 频 标 签 天 线 与 读 写 器 天 线 之 间 的 耦 合 可 分 为 以 下 三 类 : (1) 密 耦 合 系 统 ; (2) 遥 耦 合 系 统 ; (3) 远 距 离 系 统 1. 密 耦 合 系 统 密 耦 合 系 统 的 典 型 作 用 距 离 范 围 从 0~1cm 实 际 应 用 中, 通 常 需 要 将 射 频 标 签 插 入 阅 读 器 中 或 将 其 放 置 到 读 写 器 的 天 线 的 表 面 密 耦 合 系 统 利 用 的 是 射 频 标 签 与 读 写 器 天 线 无 功 近 场 区 之 间 的 电 感 耦 合 ( 闭 合 磁 路 ) 构 成 无 接 触 的 空 间 信 息 传 输 射 频 通 道 工 作 的 密 耦 合 系 统 的 工 作 频 率 一 般 局 限 在 30MHz 以 下 的 任 意 频 率 由 于 密 耦 合 方 式 的 电 磁 泄 露 很 小 耦 合 获 得 的 能 量 较 大, 因 而 可 适 合 要 求 安 全 性 较 高, 作 用 距 离 无 要 求 的 应 用 系 统, 如 电 子 门 锁 等 56

57 2. 遥 耦 合 系 统 遥 耦 合 系 统 的 典 型 作 用 距 离 可 以 达 到 1m 遥 耦 合 系 统 又 可 细 分 为 近 耦 合 系 统 ( 典 型 作 用 距 离 为 15cm) 与 疏 耦 合 系 统 ( 典 型 作 用 距 离 为 1m) 两 类 遥 耦 合 系 统 利 用 的 是 射 频 标 签 与 读 写 器 天 线 无 功 近 场 区 之 间 的 电 感 耦 合 ( 闭 合 磁 路 ) 构 成 无 接 触 的 空 间 信 息 传 输 射 频 通 道 工 作 的 遥 耦 合 系 统 的 典 型 工 作 频 率 为 13.56MHz, 也 有 一 些 其 他 频 率, 如 6.75MHz MHz 等 遥 耦 合 系 统 目 前 仍 然 是 低 成 本 射 频 识 别 系 统 的 主 流 3. 远 距 离 系 统 远 距 离 系 统 的 典 型 作 用 距 离 从 1m 到 10m, 个 别 的 系 统 具 有 更 远 的 作 用 距 离 所 有 的 远 距 离 系 统 均 是 利 用 射 频 标 签 与 读 写 器 天 线 辐 射 远 场 区 之 间 的 电 磁 耦 合 ( 电 磁 波 发 射 与 反 射 ) 构 成 无 接 触 的 空 间 信 息 传 输 射 频 通 道 工 作 的 远 距 离 系 统 的 典 型 工 作 频 率 为 :915MHz 2.45GHz 5.8GHz, 此 外, 还 有 一 些 其 他 频 率, 如 433MHz 等 远 距 离 系 统 的 射 频 标 签 根 据 其 中 是 否 包 含 电 池 分 为 有 无 源 射 频 标 签 ( 不 含 电 池 ) 和 半 无 源 射 频 标 签 ( 内 含 电 池 ) 一 般 情 况 下, 包 含 有 电 池 的 射 频 标 签 的 作 用 距 离 较 无 电 池 的 射 频 标 签 的 作 用 距 离 要 远 一 些 半 无 源 射 频 标 签 中 的 电 池 并 不 是 为 射 频 标 签 和 读 写 器 之 间 的 数 据 传 输 提 供 能 量, 而 是 只 给 射 频 标 签 芯 片 提 供 能 量, 为 读 写 存 贮 数 据 服 务 57

58 远 距 离 系 统 一 般 情 况 下 均 采 用 反 射 调 制 工 作 方 式 实 现 射 频 标 签 到 读 写 器 方 向 的 数 据 传 输 远 距 离 系 统 一 般 具 有 典 型 的 方 向 性, 射 频 标 签 与 读 写 器 成 本 目 前 还 处 于 较 高 的 水 平 从 技 术 角 度 来 说, 满 足 以 下 特 点 的 远 距 离 系 统 是 理 想 的 射 频 识 别 系 统 : (1) 射 频 标 签 无 源 ; (2) 射 频 标 签 可 无 线 读 写 ; (3) 射 频 标 签 与 读 写 器 支 持 多 标 签 读 写 ; (4) 适 合 应 用 于 高 速 移 动 物 体 的 识 别 ( 物 体 移 动 速 度 大 于 80km/h); (5) 远 距 离 ( 读 写 距 离 大 于 5m~10m); (6) 低 成 本 ( 可 满 足 一 次 性 使 用 要 求 ); 现 实 的 远 距 离 系 统 一 般 均 只 能 满 足 其 中 的 几 款 要 求 电 子 标 签 的 制 作 及 封 装 电 子 标 签 的 制 作 及 封 装 概 述 作 为 终 极 产 品, 智 能 标 签 不 受 " 卡 " 的 限 制, 形 态 材 质 也 有 多 姿 多 彩 的 发 展 空 间 它 的 产 品 分 三 大 类 : 58

59 1 标 签 类 2 注 塑 类 3 卡 片 类 1. 标 签 类 带 自 粘 功 能 的 标 签, 可 以 在 生 产 线 上 由 贴 标 机 揭 贴 在 箱 瓶 等 物 品 上, 或 手 工 粘 在 车 窗 ( 如 出 租 车 ) 上 证 件 ( 如 大 学 学 生 证 ) 上, 也 可 以 制 成 吊 牌 挂 系 在 物 品 上, 用 标 签 复 合 设 备 完 成 加 工 过 程 产 品 结 构 由 面 层 芯 片 线 路 (INLAY) 层 胶 层 底 层 组 成 面 层 可 以 用 纸 PP PET 作 覆 盖 材 料 ( 印 刷 或 不 印 刷 ) 等 多 种 材 质 作 为 产 品 的 表 面 ; 芯 片 线 路 (INLAY) 有 多 种 尺 寸 多 种 芯 片 多 种 EEPROM 容 量, 可 按 用 户 需 求 配 置 后 定 位 在 带 胶 面 ; 胶 层 由 双 面 胶 式 或 涂 胶 式 完 成 ; 底 层 有 两 种 情 况 : 一 为 离 型 纸 ( 硅 油 纸 ), 二 为 覆 合 层 ( 按 用 户 要 求 ) 成 品 形 态 可 以 为 卷 料 或 单 张 2. 注 塑 类 59

60 可 按 应 用 不 同 采 用 各 种 塑 料 加 工 工 艺, 制 成 内 含 Transponder 的 筹 码 钥 匙 牌 手 表 等 异 形 产 品 3. 卡 片 类 3.1.PVC 卡 片 相 似 于 传 统 的 制 卡 工 艺 即 印 刷 配 Transponder(INLAY) 层 压 冲 切 可 以 符 合 ISO-7810 卡 片 标 准 尺 寸, 也 可 按 需 加 工 成 异 形 3.2. 纸 PP 卡 由 专 用 设 备 完 成, 它 在 尺 寸 外 形 厚 度 上 并 不 作 限 制 结 构 为 面 层 ( 卡 纸 类 ) Transponder(INLAY) 层 底 层 ( 卡 纸 等 ) 粘 合 而 成 总 结 通 过 上 述 形 态 介 绍, 可 以 初 步 了 解 到 智 能 标 签 的 封 装 加 工 完 全 跨 越 了 传 统 " 卡 " 的 概 念, 更 表 达 了 智 能 标 签 在 应 用 领 域 上 的 前 景 是 广 阔 的 随 着 智 能 标 签 产 业 链 的 逐 渐 形 成 和 完 善, 制 造 业 的 信 息 化 水 平 将 会 因 为 有 了 形 态 各 异 的 智 能 标 签 而 迅 速 提 升 一 个 新 台 阶 60

61 射 频 标 签 通 信 协 议 简 介 概 述 射 频 标 签 与 读 写 器 之 间 的 数 据 交 换 构 成 的 是 一 个 无 线 数 据 通 信 系 统 1. 射 频 标 签 通 信 协 议 简 介 射 频 标 签 与 读 写 器 之 间 交 换 的 是 数 据, 由 于 采 用 无 接 触 方 式 通 信, 还 存 在 一 个 空 间 无 线 信 道 因 而, 射 频 标 签 与 读 写 器 之 间 的 数 据 交 换 构 成 的 是 一 个 无 线 数 据 通 信 系 统 在 这 样 的 数 据 通 信 系 统 模 型 下, 射 频 标 签 是 数 据 通 信 的 一 方, 读 写 器 是 通 信 的 另 一 方 要 实 现 安 全 可 靠 有 效 的 数 据 通 信 目 的, 数 据 通 信 的 双 方 必 须 遵 守 相 互 约 定 的 通 信 协 议 没 有 这 样 一 个 通 信 双 方 公 认 的 基 础, 数 据 通 信 的 双 方 将 互 相 听 不 懂 对 方 在 说 什 么, 步 调 也 无 从 协 调 一 致, 从 而 造 成 数 据 通 信 无 法 进 行 所 涉 及 到 的 问 题 包 括 : 时 序 系 统 问 题 ; 通 信 握 手 问 题 ; 数 据 帧 问 题 ; 数 据 编 码 问 题 ; 数 据 的 完 整 性 问 题 ; 多 标 签 读 写 防 冲 突 问 题 ; 干 扰 与 抗 干 扰 问 题 ; 识 读 率 与 误 码 率 问 题 ; 数 据 的 加 密 与 安 全 性 问 题 ; 读 写 器 与 应 用 系 统 之 间 的 接 口 问 题 射 频 标 签 内 存 信 息 的 写 入 方 式 射 频 标 签 内 存 信 息 的 写 入 方 式 概 述 本 文 对 射 频 标 签 信 息 的 写 入 方 式 作 了 简 单 介 绍 射 频 标 签 读 写 装 置 的 基 本 功 能 是 无 接 触 读 取 射 频 标 签 中 的 数 据 信 息 从 功 能 角 度 来 说, 单 纯 实 现 无 接 触 读 取 射 频 标 签 信 息 的 设 备 称 为 阅 读 器 读 出 装 置 扫 描 器 等 单 纯 实 现 向 射 频 标 签 内 存 中 写 入 信 息 的 设 备 称 为 编 程 器 写 入 器 等 综 合 具 有 无 接 触 读 取 与 写 入 射 频 标 签 内 存 信 息 的 设 备 称 为 读 写 器 通 信 器 等 射 频 标 签 信 息 的 写 入 方 式 大 致 可 以 分 为 以 下 三 种 类 型 (1) 射 频 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, 射 频 标 签 一 般 具 有 只 读 功 能 只 读 标 签 信 息 的 写 入, 在 更 多 的 情 况 下 是 在 射 频 标 签 芯 片 的 生 产 过 程 中 即 标 签 信 息 写 入 芯 片, 使 得 每 一 个 射 频 标 签 拥 有 一 个 唯 一 的 标 识 UID( 如 64Bits) 应 用 中, 需 再 建 立 标 签 唯 一 UID 与 待 识 别 物 品 的 标 识 信 息 之 间 的 对 应 关 系 ( 如 车 牌 号 ) 只 读 标 签 信 息 的 写 入 也 有 在 应 用 之 前, 由 专 用 的 初 始 化 设 备 将 完 整 的 标 签 信 息 写 入 61

62 (2) 射 频 标 签 信 息 的 写 入 采 用 有 线 接 触 方 式 实 现, 一 般 称 这 种 标 签 信 息 写 入 装 置 为 编 程 器 这 种 接 触 式 的 射 频 标 签 信 息 写 入 方 式 通 常 具 有 多 次 改 写 的 能 力 例 如, 目 前 在 用 的 铁 路 货 车 电 子 标 签 信 息 的 写 入 即 为 这 种 方 式 标 签 在 完 成 信 息 注 入 后, 通 常 需 将 写 入 口 密 闭 起 来, 以 满 足 应 用 中 对 其 防 潮 防 水 防 污 等 要 求 (3) 射 频 标 签 在 出 厂 后, 允 许 用 户 通 过 专 用 设 备 以 无 接 触 的 方 式 向 射 频 标 签 中 写 入 数 据 信 息 这 种 专 用 写 入 功 能 通 常 与 射 频 标 签 读 取 功 能 结 合 在 一 起 形 成 射 频 标 签 读 写 器 具 有 无 线 写 入 功 能 的 射 频 标 签 通 常 也 具 有 其 唯 一 的 不 可 改 写 的 UID 这 种 功 能 的 射 频 标 签 趋 向 于 一 种 通 用 射 频 标 签, 应 用 中, 可 根 据 实 际 需 要 仅 对 其 UID 进 行 识 读 或 仅 对 指 定 的 射 频 标 签 内 存 单 元 ( 一 次 读 写 的 最 小 单 位 ) 进 行 读 写 应 用 中, 还 广 泛 存 在 着 一 次 写 入 多 次 读 出 WORM(Write Once Read Many) 的 射 频 标 签 这 种 WORM 概 念 即 有 接 触 式 改 写 的 射 频 标 签 存 在, 也 有 无 接 触 式 改 写 的 射 频 标 签 存 在 这 类 WORM 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 无 论 是 怎 样 的 情 况, 对 射 频 标 签 的 写 操 作 均 应 在 一 定 的 授 权 控 制 之 下 进 行 否 则, 将 失 去 射 频 标 签 标 识 物 品 的 意 义 RFID 工 作 频 率 指 南 和 典 型 应 用 概 述 不 同 频 段 的 RFID 产 品 会 有 不 同 的 特 性, 本 文 详 细 介 绍 了 无 源 的 感 应 器 在 不 同 工 作 频 率 产 品 的 特 性 以 及 主 要 的 应 用 目 前 定 义 RFID 产 品 的 工 作 频 率 有 低 频 高 频 和 甚 高 频 的 频 率 范 围 内 的 符 合 不 同 标 准 的 不 同 的 产 品, 而 且 不 同 频 段 的 RFID 产 品 会 有 不 同 的 特 性 其 中 感 应 器 有 无 源 和 有 源 两 种 方 式, 下 面 详 细 介 绍 无 源 的 感 应 器 在 不 同 工 作 频 率 产 品 的 特 性 以 及 主 要 的 应 用 1. 低 频 ( 从 125KHz 到 134KHz) 其 实 RFID 技 术 首 先 在 低 频 得 到 广 泛 的 应 用 和 推 广 该 频 率 主 要 是 通 过 电 感 耦 合 的 方 式 进 行 工 作, 也 就 是 在 读 写 器 线 圈 和 感 应 器 线 圈 间 存 在 着 变 压 器 耦 合 作 用. 通 过 读 写 器 交 变 场 的 作 用 在 感 应 器 天 线 中 感 应 的 电 压 被 整 流, 可 作 供 电 电 压 使 用. 磁 场 区 域 能 够 很 好 的 被 定 义, 但 是 场 强 下 降 的 太 快 特 性 : 1. 工 作 在 低 频 的 感 应 器 的 一 般 工 作 频 率 从 120KHz 到 134KHz, TI 的 工 作 频 率 为 134.2KHz 该 频 段 的 波 长 大 约 为 2500m. 62

63 2. 除 了 金 属 材 料 影 响 外, 一 般 低 频 能 够 穿 过 任 意 材 料 的 物 品 而 不 降 低 它 的 读 取 距 离 3. 工 作 在 低 频 的 读 写 器 在 全 球 没 有 任 何 特 殊 的 许 可 限 制 4. 低 频 产 品 有 不 同 的 封 装 形 式 好 的 封 装 形 式 就 是 价 格 太 贵, 但 是 有 10 年 以 上 的 使 用 寿 命 5. 虽 然 该 频 率 的 磁 场 区 域 下 降 很 快, 但 是 能 够 产 生 相 对 均 匀 的 读 写 区 域 6. 相 对 于 其 他 频 段 的 RFID 产 品, 该 频 段 数 据 传 输 速 率 比 较 慢 7. 感 应 器 的 价 格 相 对 与 其 他 频 段 来 说 要 贵 主 要 应 用 : 1. 畜 牧 业 的 管 理 系 统 2. 汽 车 防 盗 和 无 钥 匙 开 门 系 统 的 应 用 3. 马 拉 松 赛 跑 系 统 的 应 用 4. 自 动 停 车 场 收 费 和 车 辆 管 理 系 统 5. 自 动 加 油 系 统 的 应 用 6. 酒 店 门 锁 系 统 的 应 用 7. 门 禁 和 安 全 管 理 系 统 符 合 的 国 际 标 准 : a) ISO RFID 畜 牧 业 的 应 用 - 编 码 结 构 b) ISO RFID 畜 牧 业 的 应 用 - 技 术 理 论 c) ISO RFID 畜 牧 业 的 应 用 - 空 气 接 口 d) ISO RFID 畜 牧 业 的 应 用 - 协 议 定 义 e) ISO 定 义 低 频 的 物 理 层 防 冲 撞 和 通 讯 协 议 f) DIN 主 要 是 欧 洲 对 垃 圾 管 理 应 用 定 义 的 标 准 2. 高 频 ( 工 作 频 率 为 13.56MHz) 在 该 频 率 的 感 应 器 不 再 需 要 线 圈 进 行 绕 制, 可 以 通 过 腐 蚀 活 着 印 刷 的 方 式 制 作 天 线 感 应 器 一 般 通 过 负 载 调 制 的 方 式 的 方 式 进 行 工 作 也 就 是 通 过 感 应 器 上 的 负 载 电 阻 的 接 通 和 断 开 促 使 读 写 器 天 线 上 的 电 压 发 生 变 化, 实 现 用 远 距 离 感 应 器 对 天 线 电 压 进 行 振 幅 调 制 如 果 人 们 通 过 数 据 控 制 负 载 电 压 的 接 通 和 断 开, 那 么 这 些 数 据 就 能 够 从 感 应 器 传 输 到 读 写 器 特 性 : 1. 工 作 频 率 为 13.56MHz, 该 频 率 的 波 长 大 概 为 22m 2. 除 了 金 属 材 料 外, 该 频 率 的 波 长 可 以 穿 过 大 多 数 的 材 料, 但 是 往 往 会 降 低 读 取 距 离 感 应 器 需 要 离 开 金 属 一 段 距 离 3. 该 频 段 在 全 球 都 得 到 认 可 并 没 有 特 殊 的 限 制 4. 感 应 器 一 般 以 电 子 标 签 的 形 式 5. 虽 然 该 频 率 的 磁 场 区 域 下 降 很 快, 但 是 能 够 产 生 相 对 均 匀 的 读 写 区 域 63