射频识别技术的原理和意义.docx
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射频识别技术的原理和意义
射频识别技术的原理和意义
课题名称RFID技术的原理和应用
姓名青伟
学号22
班级2012级5
专业通信工程（3G）
完成日期2016年5月15号
1、绪论
1．射频识别技术简介
二、射频识别系统
2.1RFID系统的构成
2.2RFID的技术特点
2.3RFID技术发展现状
2.4RFID标签的制作
3、RFID技术的应用
四、RFID技术应用的发展和市场应用趋势
4.1RFID系统标签的发展趋势
4.2RFID系统低频化逐步向高频化发展
4.3提高RFID系统的大数据处理能力
4.4RFID技术的市场应用趋势
五、对RFID技术的展望和总结
一、绪论
1．关于射频识别技术的简介
射频识别技术，英文全称是RadioFrequencyIdentification，简称是RFID技术，是自动识别技术的一种。
RFID技术是通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，自动对目标物体加以识别然后获取相关信息的一种无线通信技术。
从20世纪90年代开始，我国的RFID技术开始慢慢起步，它将射频识别技术、微电子及IC卡技术相互结合，利用无线射频的方式对记录媒体进行读写，从而达到识别目标然后完成数据交换。
RFID技术可以完成对运动中的物体的快速识别和多个物体识别，识别的距离从几十厘米到几十米；因为RFID技术独特的读写方式，可以输入数千字节的自定义信息到电子标签，间接管理产品上附带的电子标签所包含的信息。
RFID技术不需要接触，识别工作不需要人工的参与，因此保密程度非常高。
RFID电子标签和人们一般生活中的使用的卡（例如普通磁卡或IC卡）不同，很容易隐藏，不容易被损坏，因此使用寿命极长，可以适应各种复杂的环境并能很好的发挥作用。
正因为上述的诸多特点，RFID技术在世界范围内得到了广泛的应用。
主要是商品防伪领域、交通运输行业、工业、人脸及指纹识别、管理行业（如小区安全管理、后勤仓库管理、图书管理、医疗卫生管理等）、国防和军事等诸多方面。
它涉及到电子通信技术、材料科学、微波技术、计算机软件、印刷技术、芯片制造等许多领域，综合性强，可广泛应用，与我们的生活有千丝万缕的关系。
二、射频识别系统
2.1RFID系统的构成
射频识别系统一般都是由读写器、电子标签、天线和主机四部分组成。
（1）读写器:
读写器是一种读写设备，是连接电子标签与应用系统的桥梁，可发送和接收电子标签信息，并与主机相互间进行通信，执行主机发出的命令。
所有的射频识别系统的读写器都可以简化为两个基本功能模块:
控制单元和高频接口。
（2）电子标签:
电子标签是一种非接触式IC卡，由耦合元件和芯片组成，电子标签里面内置天线，用来和读写器上的射频天线进行通信。
RFID电子标签通常根据有无工作电源和工作频段来分。
根据电源可分为有源、无源和半有源三类，也称主动式、被动式和半主动式，不同类型的标签的工作原理不同，有源RFID标签是向读写器发送无线电波，读写器接收到信息的同时以无线电波的形式反馈回去，将新的信息写入电子标签，从而完成数据间的交换，工作频率很高，有源标签的识别距离是100m之内，使用寿命在2-4年，价格高；无源RFID标签是在内部内置微型天线，在读写器的工作区域内，收到读写器发出的电磁波，再利用磁电互感原理产生感应电流并发出电磁波信号，从而进行数据的交换，工作频率较低，无源标签的识别范围在3-5m之间，使用寿命比较长，价格也比有源标签低很多。
目前我们生活中常见的RFID标签基本都是无源的；半有源标签分为高频和低频两个工作频段。
（3）天线:
天线主要起在读写器和电子标签之间传递信号的作用，天线的尺寸和材料好坏直接影响到读写器的识别距离、识别速度以及识别准确度。
（4）主机:
主机是后台控制单元，用于发送用户指令、接收和处理电子标签数据等作用。
射频识别系统的工作流程并不复杂，流程如下:
主机通过与读写器的数据传输通道发送用户指令；读写器接收到用户发出的指令，对信号进行编码和调制后，通过发射天线（天线发送的区域有范围）发送出去，然后电子标签接收到读写器发出的射频信号，利用磁电互感原理产生感应电流获得能量，完成数据的储存、发送或其他操作；读写器通过天线接收到电子标签返回的数据，随后进行解码和调制，然后将处理后的数据发送给主机，主机收到读写器返回的数据，然后提醒工作人员进行相关的处理。
RFID系统根据工作频率的不同可以分为低频、高频、超高频及微波系统，不同频率的RFID系统的工作原理、特性、应用环境有所不同。
2.2RFID的技术特点
①数据的读写。
RFID标签通过阅读器，在一定的距离内通过电磁波的形式与RFID系统实现数据的交换。
读取速度非常快，而且可以同时读取多个标签，不需要人工的参与，有很强的穿透性，还可以将物流状态写入标签，供下一段物流进行数据处理，并且数据的重复读写使RFID标签能够重复使用，降低了成本。
②小型、多样化和多功能化。
RFID读取数据不受大小和形状的限制，不需要为了读取的精准而配合特定的器材、固定的尺寸及印刷的品质。
另外，RFID标签可以向小型化、多样化及智能化发展，满足不同产品的需求。
③适应多样的环境。
纸张、卡片等标签粘上了污垢，就会被遮盖一些信息，导致无法被识别，从而就会导致数据的丢失，但是RFID标签对水、油、有机溶剂（如酒精）及其他脏物有很好的耐受性，还有耐高温、防磁性、耐高压等特点。
即使在黑暗环境下或被污染的环境中，依然可以有很好的读取数据的能力。
④数据的记忆容量大。
随着社会的不断发展，未来人们生活中物品所需要携带的信息也会越来越大，这是传统标签没办法解决的，这种携带大量信息的任务，就必须交给RFID标签。
一个RFID标签储存量为12字节-4兆左右，并且随着芯片制作技术的提高，数据储存的能力还会提高。
⑤联网。
依靠强大的RFID系统的支持，以RFID技术为基础形成的物流网，可实现物资全程被监控、定位，在物流日益发达的今天，RFID技术在物流中发挥的作用是巨大的，尤其是对一些特殊物品（如易燃易爆的烟花爆竹，汽油等）的运输、重要设备的管理及交通管理领域等。
⑥防伪性能高。
RFID里面存储的大容量的信息，几乎不可能被复制，再加上RFID特殊的工作原理，所以防伪造程度较高。
比如银行卡采用磁条的信息读取技术，有的小偷会利用这个漏洞伪造一张银行卡，然后把获取的磁条的信息复制到这张卡上，然后去取款机取钱，磁条的读取技术容易泄露客户信息，所以将来银行应该会改用RFID的芯片卡。
随着个人信息的不断增多，国家也会注重对个人信息的保护。
通过以上几个特点，可以知道，RFID技术拥有非常突出的优点，它与其它识别技术相比有自己独特的优势。
2.3RFID技术发展现状
2.3.1国内发展的现状
上个世纪40年代初，RFID技术的理论得到了奠定，经过最初的实验研究后，开始已经有了一些应用与尝试，70年代后，RFID技术与产品进入大发展时期，有一些应用开始出现并被使用。
80年代后，商业应用的产品开始出现，各种形式层出不穷。
到现在，它已经渗透到我们生活的方方面面。
在我国，RFID技术发展很快，已经制定了一套行业标准，国家标准委早就成立了“RFID”标准工作小组，由科技、信息产业等十五个部委联合一些专业的研究院，起草、制定了关于这方面技术的国家标准，为RFID技术走向规范化、标准化和国际化打下基础。
在政府政策的大力推动和支持下，各种自动识别技术的发展及应用发展十分迅猛。
射频识别技术作为一种新兴的自动识别技术，将在我国很快的普及开来。
我国射频识别的市场是十分巨大的，2008年中国RFID相关产值达到80亿元左右。
目前，国内已经有许多公司开始引进国外的先进RFID技术，开发属于自己公司的射频识别系统，现在国内应用最好的RFID技术应该是高速公路收费系统。
在最近的5-10年，随着物联网这个行业广泛的普及和应用，社会的发展和信息技术的完善，射频技术的发展潜力是非常巨大的。
可以说，如果任何一个和RFID技术相关的应用成为现实，都将会孕育一个庞大的消费市场，未来RFID技术应用将会成为经济发展的一个新的增长点。
我国的射频识别应用处于初级阶段，还需要解决一些已经发现的问题:
频率规划不统一、信息安全受到攻击、一些核心的硬件产品生产技术有待提高、成本较高等问题。
在高频和超高频芯片的天线设计和制造和印刷、RFID标签封装、读写器的关键芯片、测试技术与设备中间元件、重要系统运行软件的开发利用仍不能跟上国际先进技术水平。
我国在低频和高频领域RFID技术方面比较成熟，高频领域的RFID国产产品在精度、性能、稳定性上都领先于国际先进水平；超高频领域发展还很缓慢；微波领域，国内基本还处于研发阶段，可生产的产品还很少。
中国政府对于RFID技术的发展非常重视，国家出台了一系列的优惠政策和措施扶持RFID产业。
2004年1月，国家RFID技术标准委员会正式宣布成立“电子标签”国家标准工作组，负责起草我国有关“RFID电子标签”的多项国际标准。
2004年6月，国家科技部联合十五个部委共同编写的《中国射频识别（RFID）技术政策白皮书》正式发布，这是中国第一次针对单一技术发表的白皮书，而且也是第一次联合十五部委共同制定的一份白皮书。
2006年10月1日，科技部863计划先进制造技术领域办公室正式发布《国家高技术研究发展计划（863计划）先进制造技术领域“射频识别（RFID）技术与应用”重大项目2006年度课题申请指南》，该项指南包含了超高频RFID多标签防冲突和多读写器防冲突技术的研究，天线设计技术，以及超高频RFID读写器产品研发与产业化等20项课题。
目前，我国的RFID产业链基本已经建立起来，产业重心主要集中在上海、深圳、北京等经济发达的城市。
其中，上海以芯片设计为主，深圳则以封装和应用技术为主，北京则是关于系统集成方案等方面。
在实际的生活中，网上购票系统、电子门禁系统、校园一卡通系统、自动考勤系统、指纹识别系统、高速公路收费系统、安全系统（如汽车防盗）等利用低频或高频RFID技术的系统已经在非常多的城市普及，以RFID技术为核心的二代居民身份证已经开始应用。
在关于超高频RFID技术应用方面，深圳先施科技公司走在国内的前沿，公司率先推出众多的UHF频段RFID读写器产品，其主力产品---一体化读写器在国内停车场占有率第一。
虽然我国的RFID技术在这几年取得了长足的进步，但是，和国外的RFID技术相比，我国的RFID技术仍落后对方一大截。
2.3.2国内发展的现状
RFID技术在国外发展的非常迅猛，RFID产品的种类很多，在经济发达国家（如北美、欧洲等）应用更为广泛，主要应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等领域，例如:
汽车、火车、飞机等交通监控、停车场自动管理系统、物品仓储管理、产品流水线生产自动化、图书馆管理系统等等。
同时，有一些企业也在积极推广RFID技术，早期，如全球最大的零售业巨头-沃尔玛正在推行RFID技术在其旗下全球店铺的应用，这项技术的使用将大大降低企业企业的物流成本、管理成本等，提高公司整体的运行效率，节约资金。
RFID在新兴领域的应用层出不穷，如机场的行李自动管理，RFID机票门票等应用。
这些应用也会更加方便消费者的出行、消费、参与各类活动。
在国外,RFID技术在一些企业已经得到了很好的应用，例如基于RFID技术的E-passport（电子护照）应用于人的身份识别等，企业也从中获得了不菲的收益，最主要的是，这项技术的所衍生的应用正在向我们生活的方方面面渗透，大部分企业非常看好RFID技术，正在积极研究和推进RFID技术的使用，它有很大的发展空间。
2.3.3RFID技术存在的问题
首先是RFID的标准制定。
目前制定该技术标准的机构有:
国际标准化组织（ISO）、EPCGlobal、UID,他们各自推出自己的标准，3个标准在通讯方式、防冲突协议和数据格式方面相互之间不兼容，形成三足鼎立的局面。
使RFID技术在全球范围内广泛的应用，这是首要解决的问题，目前应对不兼容的方法是把识别系统做到可以识别某个级数以上的技术标准系统，这样虽然会加大投入成本，但是推动了全球RFID技术标准更快的统一。
其次是成本问题。
使RFID标签在全球广泛应用的最大问题，就是生产成本。
虽然RFID技术已经应用到多个行业，但是企业生产出来的产品主要还是以高成本的产品为主，以图书馆管理为例，生产一本书的RFID标签成本为4块，这对一本书来说，RFID的标签的价格甚至可能高于一本普通书籍的印刷装订价格。
再次是RFID技术的识别问题。
目前的识别成功率还不能达到100%，在数量庞大的应用中它还不能很好的满足市场需求，尤其是当某个物品内含有金属时，干扰会更加严重，识别效率会更低，同时，在多个阅读器同时识别，或同时读取多个射频卡时，相互间会产生干扰，有些信息会读取不到，形成读取“盲区”，有人就可以利用这个漏洞，盗取信息。
信息安全问题已成为制约RFID技术应用发展的一大因素。
最后是安全隐私问题。
虽然RFID标签具有很好的防伪性能，但RFID系统感应器中的唯一标示符容易被复制，它的基本验证机制也存在严重的安全缺陷，还没有可信任的安全机制，芯片在与读卡器交换信息的过程中容易被黑客利用，无法对数据进行很高程度的保密，以至于无论是个人信息还是企业的商业机密，都有可能被人窃取，这也是因为RFID芯片本身及其无需接触即可进行数据读写的特点造成，这个特点在某些行业（如物流）里是优点，在比较机密的行业又是个严重缺陷。
攻击者不用接近RFID芯片就可以将其数据读出，例如，如果拿着一台RFID阅读器，任何一个人在店外就可以知道商店里摆放的是那些商品，甚至是一个人在商店里买了哪些东西也会被了解，甚至把一个人的身份证放到RFID阅读器上，就可以了解到这个人的隐私信息，以上这些问题需要我们政府重视起来，通过建立一系列的法律对用户的隐私加以保护，大力宣传法律，让全民懂法，同时也要提高技术水平，通过提升防伪性能、识别距离的控制来应对这些问题。
2.4RFID标签的制作
RFID标签主要由面层、芯片层和底层三部分构成。
标签的印制也分为天线印制与表面印制两部分。
2.4.1天线印制
RFID标签天线制造常用的技术方法有:
绕线法、蚀刻法、电镀法和直接引导法四种，后三者属于制作RFID标签天线的比较常用的印制技术。
目前国内外主要是以蚀刻法和电镀法为主，直接引导法是最近正在兴起和研究的一种印刷技术。
绕线法直接以基材为载体，绕上铜线或铝线制作天线。
这种方法生产效率低，标签质量不高，基本已经放弃这个方法。
蚀刻法是在基材的金属表面上，通过印刷的方式，预先均匀涂布一定量抗蚀剂，以保护金属不被腐蚀，未覆盖的金属则会被腐蚀剂融化，露出的基材成为天线路线的间隔，最后用脱膜液洗去抗腐蚀剂，制成天线。
电镀法是指在基材上通过印刷涂覆一层特殊的油墨层，这种油墨中含有金属颗粒，因此在电镀过程中，起电导作用的金属被油墨吸附，附着在有油墨的位置，从而形成天线。
直接引导法是直接用导电油墨在绝缘底基上印制油墨，形成天线和电路。
在导电油墨的推动下，直接引导法具有批量生产、小型化、精度高成本低、无污染等特点，这是一种的新兴的正在被广泛研究和推广的方法。
目前较广泛的引导印刷方式为丝网印刷，根据当前研究得出的经验，网孔用六角形，有利于导电油墨的彻底转移；导电油墨选用溶剂型的油墨更佳；创造优良的油墨干燥条件，有利于印刷线圈图形轮廓的精确成形。
传统的蚀刻法和电镀法的缺点:
制作工艺复杂，成品制作时间长；要消耗大量的金属材料，制作成本较高；制作过程会产生大量含金属和化学物质的废液，假如企业不投入大量的环保资金，那么排放的废液会对环境造成大量的污染，会使人金属中毒等。
而直接引导法制作RFID标签不仅高效快速，而且成本低、污染低。
虽然印制天线对温度、湿度、灰尘等印刷作业环境的要求较高，企业初期设备投资较大，但随着管理水平和行业技术的发展，毫无疑问，这种印刷方法将替代蚀刻法和电镀法成为新的制作天线的方法。
2.4.2表面印制
RFID标签表面的制作，通常面层和底层需要印有视觉标识的文字或图像，如我们的二代居民身份证、校园一卡通、市政交通卡等，上面有我们个人的一些基础信息，而底层材料通常为聚氯乙烯（PVC）或聚对苯二甲酸类塑料（PET），印刷方式主要有成卡前UV胶印或成卡后印刷两种。
成卡前UV胶印指在完成表面UV胶印后在进行芯片的封装。
这种印刷方式通常为整版印刷，印刷完毕后在层压、冲切成卡。
成卡前的表面UV胶印工艺中，根据普通胶印的工艺要求注意水墨的平衡调节，对色序的安排要综合考虑胶印工艺和不同颜色的UV固化性能，同时也要考虑UV型油墨的工艺要求，调整好UV灯的功率的固化时间等参数。
RFID标签的芯片成本较高，如果整版的印刷层中有1-2张废品，制成卡后芯片的损失是巨大的，损失一个芯片比整版的印刷层报废还要大，所以成卡前的UV整版印刷对印刷质量的要求很高，印刷层的废品率比须控制在3%以下。
这对于普通UV胶印来说，工艺水平很难达到。
另一种印刷方式是成卡后印刷，也称单卡印刷，即指在芯片封装后的单张卡片上完成印刷工序，这是RFID标签表面印刷最常用的印刷方式之一。
因为这种印刷方式采用特殊的树脂版，在印刷过程中不需要使用润版液，不存在水墨平衡问题，废品率可控制在3%以下，这对生产商来说大大减少了芯片的损失，降低了生产成本。
我国现在使用的单卡印刷设备是德国和日本生产的无水单卡胶印机。
但是，无水单卡胶印机的一次性投资大，其功能仅限于印刷某种类型的单张卡片，无法印刷其他类型的卡片，设备利用率较低。
同时，这种印刷方式对环境、卡片质量的要求很高。
总体来说，单卡印刷和成卡前印刷相比，成本较高，但它能降低因冲切位置而造成的偏差，大大降低了废品率，制造一张卡的成本会大幅下降。
随着印刷行业的不断整合，企业管理水平的不断提高，成卡印刷的方式将逐渐走向主流。
三、RFID技术的应用
RFID主要应用在以下几个主流领域:
1.零售行业。
对商品的一系列的数据实时监控、质量追踪、产品质量监督、生产自动化。
2.服务行业。
餐厅和厨房的管理、产品渠道的管理、产品品牌的管理。
3.防伪标识和身份的识别。
每个大品牌的防伪标识、贵重物品的防伪标识及每个人的身份证、护照、公交卡、一卡通等各种证件。
4.物流和运输行业。
在产品物流的过程中对产品进行定位、信息的采集，海港港口的管理，邮政和快递的管理；在高速公路的收费口实行不停车即可收取过路费、城市的出租车的位置管理、交通线路运输拥挤程度的管理。
5.食品行业。
对蔬菜、水果、肉类等产品日期和保鲜程度等安全方面的管理。
下面我们举二个例子来表明RFID的应用对于我们生活的改变。
第一个例子
在2003年以前，国际零售业巨头沃尔玛就开始把RFID技术应用在自家的每以后一个超市，没有谁会想到这个技术带给人们的改变是如此巨大，它对生产、生活方式的改变是如此的广泛。
沃尔玛第一个选择强行推广RFID标签的使用，没过多久，另外两家国际零售行业巨头家乐福和麦德龙也开始使用RFID标签。
接下来，我们来看看RFID技术是怎样改变传统的零售行业方式:
首先，我们先从产品配送也就是物流这个过程来说。
每一个沃尔玛的产品供货商按照沃尔玛提供的物品信息来把所有商品收集集中，交给运输部门进行运输；在物品到达沃尔玛超市的货物总部中心时，贴了标签的商品在通过超市门口的那个检查时会被设置在门口的阅读器所识别，产品将会自动审查,并将产品的名字、产品的数量、产品的时间等信息报送到数据库里面，没有贴标签的将不会被识别、记录；沃尔玛的货物配送机构将会按照每一个沃尔玛超市提供的所需要的产品来进行货物的配送，只需要把产品送到那个轮滑带上，并且不需要仔细的摆放物品，产品会自动的发往每一个沃尔玛超市，在产品运往门店过程中，我们可以通过RFID技术对产品进行24小时监测，实时了解货物的情况，通过对GPS和RFID技术进行一系列的比较，我们得出RFID技术更加节约成本，产品在到达每一个超市后，将会和总部货物中心一样，在通过门口的检查时，产品的一系列的信息将会被记录到数据库，并且系统的数据库将会自动的进行更新，不需要人工的去进行处理数据。
商品被摆上货架后，我们可以通过建立一个覆盖整个超市的阅读器来准确的记录货物的具体位置、数量、产品种类，及时的掌握每一个产品的销售情况，方便超市自己快速掌握第一手数据，有利于超市进行一系列的促销活动，并且可以及时的向总部报送所需要的货物的信息，有利于及时补给。
每一个来超市购物的顾客，在购物完成后，只需要推着购物车走过超市出口的那个检查口，在那里的超市服务员将会从购物车里一件一件拿出所购买的产品，放在那个扫描器上进行扫描，扫描完成会，将会计算出顾客所购买的产品的总价，方便顾客付账，这时候，我们付账就可以有多种办法，你可以直接付现金，也可以刷信用卡，还可以使用每一个超市自己的卡，只要顾客确定付款的价格没有问题，我们便可以通过上述方式直接付款进行扣费，并且，超市会给你票据，方便出现问题可以去找超市。
零售行业使用RFID技术所产生的效益可以通过几方面来进行剖析，从一开始使用RFID技术，我们节约了许多的人工成本。
在产品的物流运输的费用中，人工费是占据最多的，占据总运输费用的70%-75%，所以我们想要降低运输成本，只有从人工费用这里想办法，在物流运输的过程中，有接近50%的人在做产品的收发工作，使用RFID技术来替代大部分的人工收发工作，就可以很大程度的减少物流运输的费用，并且节约了很多的时间，有利于处理运输过程产生的诸多问题。
其次，我们为了提高工作的准确，保证每一个产品的质量，提高产品的收发速度。
RFID技术可以使用电子标签，快速获取产品的信息，不需要一个个的来检查产品的数量和摆放位置，提高了物流管理的准确，也保证了物流运输的时间。
比如RFID技术可以确保货物的准确性，因为我们在接收货物的时候所保存的信息可以和总部发送的时候发送的信息可以进行对比。
在物流发送和接收的时候通过电子标签获取关于生产日期、产品保质期、产品的生产地等信息。
例如通过分析货物的生产日期和产品保质期，我们可以调整产品上架和下架的时间，避免出现过期食品。
其次，我们可以实时了解物流的运输状况。
由于物流运输引起的库存成本、搬运成本、运输成本，是每一个企业都没法避免的，这笔损失往往非常巨大。
而RFID技术可与很好的了解整个物流的运输情况，有利于做出一系列的改变，减少因为物流运输引起的库存成本、搬运成本、运输成本造成的损失。
并且，通过物流总部中心设置的阅读器，能够有效的降低货物被盗取和缺货的损失。
通过国外的一项研究数据表明，国际销售巨头沃尔玛每年因为偷窃损失的就有20-30万美元。
最后，对我们每一个消费者来说，去商城购物会变得更加的方便和快捷。
例如，在没有使用RFID技术以前，我们进入一个摆满了各种商品的商城时，会非常盲目，特别希望能快速的找到自己所需要的物品，特别是当一个人，在逛了许久的超市也没有没到自己所需要的商品，便会十分失望和焦躁。
然而对于现在的装有RFID设备的商城，我们可以根据手上的设备，去获取超市的商品的信息，快速的了解到每一种商品的位置信息，在购物完成后，也可以实现付款秒结。
当一个商城的服务水平得到了提高，那么，在商城购物的顾客也会更加满意商城的人性化设施，商城的人流量也会得到巨大提高。
第二个例子
从最近这些年开始，我国图书馆也在逐步推进RFID技术的应用。
到2009年底，我国已经有近40家图书馆在使用RFID技术，以RFID技术为核心的图书馆在国内的发展在逐步上升。
上海最先建立了上海自己的RFID图书馆的标准，这个标志着我国图书馆对于RFID技术应用已经进入了快速发展的阶段。
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