第3章RFID识别技术

第3章RFID识别技术张凯博士教授计算机科学技术系电话：[phone]邮件：[e-mail]第3章RFID识别技术3.1射频识别技术概述3.2射频识别技术的发展3.1射频识别技术概述3.1.1定义1.定义射频识别即RFID（RadioFrequencyIDentification）技术，又称电子标签、无线射频识别。它是一种通信技术，可通过无线电讯号来识别特定目标并读写相关数据，而无需在识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。RFID是一项易于操控，简单实用且特别适合用于自动化控制的灵活性应用技术。3.1射频识别技术概述3.1射频识别技术概述RFID的应用非常广泛，目前的典型应用有动物芯片、汽车芯片防盗器、门禁管制、停车场管制、生产线自动化、物料管理等。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来获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。该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。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、数据加密、存储容量大、信息更改自如等优点。3.1射频识别技术概述2.优点RFID技术所具备的独特优越性是其它识别技术无法比拟的。主要在以下几个方面：（1）读取方便快捷（2）识别速度快（3）数据容量大（4）使用寿命长，应用范围广（5）标签数据可动态更改（6）更好的安全性（7）动态实时通信3.1射频识别技术概述3.1.2射频识别技术1.技术简介无线射频识别技术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系统至少包括电子标签和阅读器两部分。2.基本构成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，识别工作无需人工干预。RFID可作用于各种恶劣环境，识别高速运动物体，同时识别多个标签，操作快捷方便。3.1射频识别技术概述一个典型的射频识别系统由RFID标签、阅读器以及计算机系统等部分组成。3.1射频识别技术概述3.1射频识别技术概述3.1.3工作原理1.基本原理RFID技术的基本工作原理并不复杂：标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，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（PassiveTag，无源标签或被动标签），或者主动发送某一频率的信号（ActiveTag，有源标签或主动标签）。解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，是由阅读器(Reader)与电子标签(TAG)也就是所谓的应答器(Transponder)及应用软件系统三个部份所组成。3.1射频识别技术概述2.技术特点（1）数据的读写机能（2）容易小型化和多样化形状（3）耐环境性（4）可重复使用（5）穿透性（6）数据的记忆容量大（7）系统安全（8）数据安全3.1射频识别技术概述3.1.4关键技术1.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。2)RFID的工作原理电子标签与阅读器之间通过耦合组件实现射频信号的空间耦合(无接触)，在耦合通道内，根据时序关系，实现能传递、数据交换。2.RFID工作频率的分类从应用概念来说，射频标签的工作频率也就是射频识别系统的工作频率，是其最重要的指数之一。3.1射频识别技术概述1）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。2）中高频段射频标签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。3）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。3.1射频识别技术概述1）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。2）中高频段射频标签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。3）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。3.1射频识别技术概述3.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4.电子标签耦合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。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：密耦合系统；遥耦合系统；远距离系统。（1）密耦合系统（2）遥耦合系统：（3）远距离系统3.1射频识别技术概述5.射频标签通信协议射频标签与读写器之间的数据交换构成一个无线数据通信系统。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。6.射频标签内存信息的写入方式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。3.1射频识别技术概述7.从传统条码到RFID为了提高计算机识别的效率，增强其灵活性和准确性，使人们摆脱繁杂的统计识别工作，传统条形码、二维条形码、无线射频识别技术先后问世。与条形码识别系统相比，无线射频识别技术具有很多优势：通过射频信号自动识别目标对象，无需可见光源；具有穿透性，可以透过外部材料直接读取数据，保护外部包装，节省开箱时间;射频产品可以在恶劣环境下工作，对环境要求低；读取距离远，无需与目标接触就可以得到数据；支持写入数据，无需重新制作新的标签；使用防冲突技术，能够同时处理多个射频标签，适用于批量识别场合；可以对RFID标签所附着的物体进行追踪定位，提供位置信息。3.2射频识别技术的发展3.2.1发展历史20世纪40年代晚期，一位名叫哈里•斯托克曼（HarryStockman）的科学家发表了一篇关于无线射频识别的科学论文（指1948年美国科学家哈里•斯托克曼在ProceedingsoftheIRE上发表的“利用反射功率的通讯”（CommunicationbyMeansofReflectedPower）一文，译者注）。据称，这篇论文是和二次世界大战中英国皇家空军用来进行敌友飞机识别的“敌友飞机无线电识别系统（IFF）”相关的。20世纪60年代晚期，RFID在世界上首次被投入商业应用。3.2射频识别技术的发展在20世纪80到90年代，RFID也开始了在其他领域的商业应用20世纪末期，在美国和其他国家，RFID进入了数百万人的生活。应该说，RFID并不是一种魅力四射、性感非凡、令人心潮澎湃的技术。人类很快就进入了21世纪。RFID越来越多地进入了我们的生活，虽然这种联系或者进入并不总是以令人愉快的方式进行的。消费者的一种担心就是随着RFID应用的越来越普及，他们会丧失隐私权。3.2射频识别技术的发展3.2.2国外发展现在及趋势1.国外发展现状从全球的范围来看，美国已经在RFID标准的建立、相关软硬件技术的开发、应用等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，但主要来自本国厂商的支持，如要成为国际标准还有很长的路要走。RFID在韩国的重要性得到了加强，政府给予了高度重视，但至今韩国在RFID标准上仍模糊不清。3.2射频识别技术的发展(1)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。(2)欧洲。产业方面，欧洲的Philips、STMicroelectronics在积极开发廉价的RFID芯片；Checkpoint开发支持多系统的RFID识别系统；诺基亚开发能够基于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。(3)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。3.2射频识别技术的发展(4)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。特别值得注意的是在2004年3月韩国提出IT839计划以来，RFID的重要性得到了进一步的加强。2.国外发展趋势1）市场趋势近年来，RFID技术已经在物流、零售、制造业、服装业、医疗、身份识别、防伪、资产管理、食品、动物识别、图书馆、汽车、航空、军事等众多领域开始应用，对改善人们的生活质量、提高企业经济效益、加强公共安全以及提高社会信息化水平产生了重要的影响。我国已经将RFID技术应用于铁路车号识别、身份证和票证管理、动物标识、特种设备与危险品管理、公共交通以及生产过程管理等多个领域。3.2射频识别技术的发展2）技术趋势在未来的几年中，RFID技术将继续保持高速发展的势头。电子标签、读写器、系统集成软件、公共服务体系、标准化等方面都将取得新的进展。随着关键技术的不断进步，RFID产品的种类将越来越丰富，应用和衍生的增值服务也将越来越广泛。3.2.3中国的发展现在及趋势1.中国的发展现状中国政府已将RFID技术应用到很多领域。国家金卡工程应用试点项目涉及电子票证与身份鉴别、动物追踪、食品药品安全监管、工业生产管理/煤矿安全管理、电子通关与路桥收费、智能交通与车辆管理、供应链管理与现代物流、危险品与军用物资管理、贵重物品防伪、票务及城市重大活动管理、图书及重要文档管理、数字化景区与旅游等，推动了RFID在各个领域的应用。3.2射频识别技术的发展2）市场现状RFID技术的应用领域非常广泛，从物流管理到资产跟踪、防伪识别、公共安全管理、车辆管理到人员管理等。目前RFID技术在国内交通管理、物流、食品安全、重要资产的跟踪、防伪等领域也开始投入应用。3）技术现状相较于欧美等发达国家或地区，我国在RFID产业上的发展还较为落后。目前，我国RFID企业总数虽然超过100家，但是缺乏关键核心技术，特别是在超高频RFID方面。3.2射频识别技术的发展（1）芯片设计。RFID芯片在RFID的产品链中占据着举足轻重的位置，其成本占到整个标签的三分之一左右。对于广泛用于各种智能卡的低频和高频频段的芯片而言，以复旦微电子、上海华虹、大唐微电子、清华同方等为代表的中国集成电路厂商已经攻克了相关技术，打破了国外厂商的统治地位。（2）标签封装。目前国内企业已经熟练掌握了低频标签的封装技术，高频标签的封装技术也在不断地完善。（3）读写设备的设计和制造。国内低频读写器生产加工技术非常完善，生产经营的企业很多且实力相当。3.2射频识别技术的发展（4）系统集成。目前，RFID市场还是处于前期宣传预热阶段，项目机会在逐步增加，但是大部分还是处于前期的洽谈阶段，真正实施的项目并不多，还未出现真正的大规模有影响力的应用项目。（5）RFID中间件。RFID中间件又称RFID管理软件，它屏蔽了RFID设备的多样性和复杂性，能够为后台业务系统提供强大的支撑，从而驱动更广泛、更丰富的RFID应用。（6）标准发展。中国在RFID技术与应用的标准化研究工作上已有一定基础，目前已从多个方面开展了相关标准的研究制定工作。3.2射频识别技术的发展（5）RFID中间