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NankaiUniversity1吴功宜吴英编著《物联网工程导论》NankaiUniversity第2章RFID与物联网应用2NankaiUniversity第2章知识点结构3自动识别技术的发展RFID基本概念RFID基本工作原理RFID标签结构与分类RFID应用系统组成与结构标签封装标签打印标签读写器中间件RFID标签标准*EPC编码体系UID编码体系ISO/IECRFID标准体系我国RFID标准体系研究与发展NankaiUniversity2.1自动识别技术的发展背景•数据采集与自动识别技术分类4数据采集方法数据手工采集数据自动采集条形码磁卡一维条形码二维条形码IC卡射频标签RFIDNankaiUniversity2.2条形码简介2.2.1.条形码的特点•条形码是将宽度不等的多个黑条（或黑块）和空白，按照一定的编码规则排列，用以表达一组信息的图形标识符•常见的一维条形码是由黑条（简称条）和白条（简称空）排成的平行线图案•条形码可以标出物品的生产国、制造厂家、商品名称、生产日期，以及图书分类号、邮件起止地点、类别、日期等信息•在商品流通、图书管理、邮政管理、银行系统等许多领域都得到了广泛的应用5NankaiUniversity2.2.2一维条形码的特点•一维条形码只是在一个方向（一般是水平方向）表达信息，而在垂直方向则不表达任何信息•优点是编码规则简单，条形码识读器造价较低•缺点是：数据容量较小，一般只能包含字母和数字；条形码尺寸相对较大，空间利用率较低，条形码一旦出现损坏将被拒读•多数一维条码所能表示的字符集不过是10个数字、26个英文字母及一些特殊字符，条码字符集最大所能表示的字符个数也不过是128个ASCII符6NankaiUniversity2.2.3二维条形码的特点•二维条形码是在水平和垂直方向的二维空间存储信息•优点：信息容量大、译码可靠性高、纠错能力强、制作成本低、保密与防伪性能好一维条形码与二维条形码火车票的比较7NankaiUniversity2.3磁卡与IC卡的应用2.3.1磁卡的应用磁卡与磁卡读写器结构8NankaiUniversity2.3.2IC卡的特点与应用•IC卡也叫做智能卡，它是通过在集成电路芯片中写有数据来进行识别的9NankaiUniversity2.4RFID基础知识2.4.1RFID标签的基本概念•RFID是利用无线射频信号空间耦合的方式，实现无接触的标签信息自动传输与识别的技术•RFID标签又称为“电子标签”或“射频标签”10NankaiUniversity2.4.2RFID基本工作原理1.RFID标签结构11NankaiUniversity2.理解RFID基本工作原理的电磁学基础•法拉第电磁感应定律实验12NankaiUniversity3.RFID标签工作原理13NankaiUniversity（1）被动式RFID标签工作原理•被动式RFID标签也叫做“无源RFID标签”•无源RFID标签接近读写器时，标签处于读写器天线辐射形成的近场范围内•RFID标签天线通过电磁感应产生感应电流，感应电流驱动RFID芯片电路•芯片电路通过RFID标签天线将存储在标签中的标识信息发送给读写器，读写器天线再将接收到的标识信息发送给主机•无源标签工作过程就是读写器向标签传递能量，标签向读写器发送标签信息的过程•读写器与标签之间能够双向通信的距离称为“可读范围”或“作用范围”14NankaiUniversity（2）主动式RFID标签工作原理•主动式RFID标签也叫做“有源RFID标签”•处于远场的有源RFID标签由内部配置的电池供电•从节约能源、延长标签工作寿命的角度，有源RFID标签可以不主动发送信息•当有源标签接收到读写器发送的读写指令时，标签才向读写器发送存储的标识信息•有源标签工作过程就是读写器向标签发送读写指令，标签向读写器发送标识信息的过程15NankaiUniversity（3）半主动RFID标签•半主动式RFID标签继承了无源标签体积小、重量轻、价格低、使用寿命长的优点，内置的电池在没有读写器访问的时候，只为芯片内很少的电路提供电源•只有在读写器访问时，内置电池向RFID芯片供电，以增加标签的读写距离较远，提高通信的可靠性•半主动式RFID标签一般用在可重复使用的集装箱和物品的跟踪上16NankaiUniversity2.4.3RFID标签的分类17RFID标签分类按供电方式分类有源RFID标签无源RFID标签按工作模式分类主动式RFID标签被动式RFID标签半主动式RFID标签按工作频率分类低频RFID标签中频RFID标签高频RFID标签微波RFID标签按封装形状分类薄膜粘贴RFID标签卡式RFID标签柱形RFID标签扣式RFID标签身份识别RFID标签植入式RFID标签按读写方式分类只读式RFID标签读写式RFID标签按封装材料分类纸质RFID标签塑料RFID标签玻璃RFID标签NankaiUniversity1.按标签供电方式进行分类•RFID标签可以分为：无源RFID标签和有源RFID标签18NankaiUniversity2.按标签工作模式进行分类•主动式RFID标签—依靠自身能量主动向RFID读写器发送数据•被动式RFID标签—从RFID读写器发送的电磁波中获取能量，激活后才能够向RFID读写器发送数据•半主动式RFID标签——自身的能量只提供给RFID标签中的电路使用，并不主动向RFID读写器发送数据；当它接收到RFID读写器发送的电磁波激活之后，才向RFID读写器发送数据19NankaiUniversity3.按标签读写方式进行分类•只读式RFID标签—只读标签—一次性编程只读标签—可重复编程只读标签•读写式RFID标签20NankaiUniversity4.按标签工作频率进行分类•低频RFID标签•中高频RFID标签•超高频与微波段RFID标签ETC应用场景21NankaiUniversity5.按封装材料进行分类•纸质封装RFID标签•塑料封装RFID标签•玻璃封装RFID标签22NankaiUniversity6.按标签封装的形状进行分类•粘贴在标识物上的薄膜型的自粘贴式标签•用户携带、类似于信用卡的卡式标签•封装成能够固定在车辆或集装箱上的柱型标签•封装在塑料扣中，用于动物耳标的扣式标签•封装成钥匙扣中，用于随身携带的身份标识标签•封装在玻璃管中，用于人或动物的植入式标签23NankaiUniversity2.5RFID应用系统结构与组成2.5.1RFID应用系统结构24NankaiUniversity2.5.2RFID标签封装与编码/打印设备1.RFID标签封装与编码/打印设备的基本功能25NankaiUniversity2.大型的仓库RFID标签编码/打印设备的应用手工粘贴RFID标签工作流程26NankaiUniversity•自动编码、打印、张贴RFID标签工作流程27NankaiUniversity2.5.3RFID标签读写器1.RFID标签读写器的基本功能•各种类型的RFID标签读写器28NankaiUniversity读写器的主要功能：•读写器与RFID标签之间的通信•读写器与计算机之间的通信•能够实现在有效读写区域内实现对多个RFID标签同时读写的能力•能够对固定或移动RFID标签进行识别与读写•能够校验读写过程中错误信息•能够识别有源RFID标签与电池相关的电量信息29NankaiUniversity2.读写器的分类（1）移动式读写器•移动式读写器适用于仓库盘点、现场货物清查、图书馆书架清点、动物识别、超市购货付款、医疗保健等应用场合•手持便携式读写器一般带有液晶显示屏，配置有键盘来进行操作和数据输入，可以通过各种有线或无线接口，与高层计算机实现通信•移动式读写器是一种嵌入式系统，它将天线与读写模块集成在一个手持设备中•移动式读写器一般使用在低频、中高频、超高频段•是否是只读式或读/写式，以及内存的大小需要根据应用的需求确定30NankaiUniversity（2）固定式读写器•固定式读写器一般采取将天线与读写器模块分开设计的方法•天线通过电缆与读写器模块连接。天线可以方便地安装在固定的闸门式门柱上、门禁的门框上、不停车收费通道的顶端、仓库进出口、生产线传送带旁•固定式读写器一般使用超高频与微波段，作用距离相对比较远31NankaiUniversity3.读写器设计中需要注意的几个问题•标签身份识别与标签数据传输解密/解密问题•标签数据传输错误问题•多标签读取过程中的“碰撞”问题•有源标签电源状态管理问题•标签与天线位置对读写效果的影响32NankaiUniversity•RFID应用系统结构33NankaiUniversity2.6RFID标签编码标准*2.6.1RFID编码标准研究的必要性•在RFID应用系统中，要使每一件物体的信息在生产加工、市场流通、客户购买与售后服务过程中，都能够被准确地记录下来，就必须形成全球统一的、标准的、唯一能够准确标识各国、各个企业生产的各个产品的电子编码标准•RFID技术广泛应用的基础是：RFID标签编码的标准化与RFID标签体系的建立•目前最有影响的标准主要有：—EPCGlobalRFID标准—UIDRFID标准—ISO/IECRFID标准34NankaiUniversity2.6.2EPCGlobalRFID标准美国MITAuto-ID实验室EPC研究的核心思想是：•为每一个产品分配一个唯一的电子标识符—EPC码•EPC码存储在RFID标签的芯片中•通过无线数据传输技术，RFID读写器可以通过非接触的方式自动采集到EPC码•连接在互联网中的服务器可以完成对EPC码所涵盖内容的解析35NankaiUniversity•EPC研究的内容与体系36EPC体系结构EPC编码体系EPC代码EPC射频识别系统EPC信息网络系统EPC标签标签读写器EPC中间件对象名称解析服务（ONS）EPC信息服务（EPCIS）NankaiUniversityEPC编码体系：•EPC编码体系研究的是产品电子代码的全球标准•2004年6月EPCglobal公布了第一个EPC标准•目前正在研究和推广第二代（GEN2）EPC标准EPC射频识别系统：•EPC射频识别系统研究包括EPC标签与EPC读写器EPC信息网络系统：•EPC信息网络系统是由互联网连接的多个支持EPC应用的网络系统与EPC基础设施组成•通过EPC中间件软件、对象名字服务（ONS）与EPC信息服务（EPCIS），实现全球的“物与物”互联•对象名字服务（ONS）也称作“对象名字解析服务”37NankaiUniversity2.6.3EPC编码体系EPC编码体系特点：兼容性/全面性/科学性EPC码由四个数字字段组成：•版本号：表示产品编码所采用的EPC版本•域名管理：标识生产厂商•对象分类：标识产品类型•序列号：标识每一件产品EPC编码长度分为三种：64位、96位与256位EPC-96I型编码标准字段结构与意义3801版本号（8位）0010A80域名管理（28位）0018F对象分类（24位）0010ADB08序列号（36位）EPC码EPC码结构NankaiUniversity2.6.4基于EPC的物联网结构1.基于EPC的物联网服务基本概念39NankaiUniversity2.对象名字服务ONS•物联网对象名字服务ONS工作原理40RFID标签EPC码RFID标签读写器本地服务器URIIP地址IP地址IP地址本地ONS解析程序本地ONS服务器高层ONS服务器DNS域名DNS域名EPCIS服务器IP地址物品信息EPC码NankaiUniversity3.EPC信息服务EPCIS•EPCIS结构41客户端模块SOAP服务器管理应用程序数据库PML文档HTML文档数据存储模块数据查询模块数据存储查询应答NankaiUniversity2.6.5UID编码体系•UID体系结构42NankaiUniversity2.6.6ISO/IECRFID标准体系•ISO/IEC