RFID技术的应用Word格式.docx
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【KeyWords】RFlDinternationalimpacttradedisputes
目录
1前言4
1.1研究背景4
1.2研究意义5
1.2.1理论意义5
1.2.2现实意义5
2理论综述7
2.1RFID概念7
2.2RFID结构7
2.3RFID特点8
2.4RFID工作原理8
2.5RFID基本架构9
3案例分析11
4解决方案13
4.1芯片设计13
4.2天线设计13
4.3封装设计13
5总结16
5.1.RFID面临的问题16
5.2RFID前景16
1前言
1.1研究背景
现于今人类赖以生存与发展的必要条件是物质世界的三大支柱:
物质、能量、信息。
随着人类迈进以社会信息化、信息时代化为两大特征的经济时代和信息化世纪,信息更显得尤为重要,其已经成为社会发展和进步必不可少的开发资源。
可以说在信息化世纪,无论是国家还是个人,只要拥有足够的信息资源,就会在国家之间、个人之间的激烈竞争中占据主动。
在通信、互联网、射频识别等新技术的推动下,一种全新的网络架构一一“物联网”（InternetofThings）正逐渐被揭去神秘面纱呈现在人们面前,它是一张能够把世间存在的所有“物”联系到一起实现人与物的任何组合关系之间的联系与沟通的强大网络。
近年来,“物联网”成为热点词汇,被人们在各种场合拿来解读与讨论,政府与商人也都看到了物联网蕴藏着无限商机,都在大力研究与开发物联网。
作为信息产业第三次革命浪潮的物联网之所以这么热,一方面物联网的成功运用会给企业带来可观的经济利益,为企业的发展提供强大动力和空间;
另一方面在全球经济不景气的大环境下,急需一种新技术的出现帮助经济复苏。
随着物联网火热的传播速度以及越来越多的学者和国家对其的研究与应用,物联网很可能会在很短的时问内得到大规模的普及，国际电联称人类未来的世界是物联网世界,那时的人类将会享受到物联网带来的高效、便捷的全方位的服务。
物联网有着广泛的用途,可以说物联网无所不能、无处不在,遍及人们生活与发展的所有领域,例如交通、工业、农业、医药、物流、环境、家居、安全、消防等等众多领域。
目前,在物联网的研究开发上投入巨资的国家还不是很多,主要有美国、日本、韩国和欧盟等。
令人高兴的是,我国在大力推动工业化与信息化两化融合的基础上把物联网作为两化融合的突破口,工业和信息化部开始联合其他相关部门加大对物联网研究开发的投入,组织专家学者开展对物联网技术的研究,以便制定出新的政策措施来支持新一代信息技术和两化融合的发展。
我国现阶段铁路上主要运用的是车号自动识别系统（ATIS）,该系统是铁道部“九五”重点建设工程。
该系统实现了车次和车号的自动识别、货车的实时跟踪管理和动态管理、确保行车安全,实现故障年辆准确预报等功能。
在集装箱识别方面,-些货运站或港口安装使用的集装箱识别系统基本上实现了对集装箱的动识别以及对其进行实时定位、跟踪,随时掌握集装箱在运输途中的实时状态,以便做到出现意外情况能够立刻采取应急措施,避免造成不可挽回的损失;
而且能够避免在通关检测中出现漏读、错读现象,提高集装箱在通关过程的速度,全面提升集装箱运输在运输业的运输服务水平和声望。
随着信息化建设的深入,仅仅实现对机车、货车、集装箱的白动识别和实时跟踪是远远不够的,这就需要一个识别系统能够快速的自动识别每一个货物的信息并上传到上位机系统,实现对货物的实时定位、追踪、查询和管理。
本课题就是在借助干物联网的兴起,提出建立一个铁路物联网电子识别系统,实现对每一个具体货物的快速识别、实时追踪、定位等,完善铁路运输的电子识别系统,提高铁路运输的信息化水平。
1.2研究意义
1.2.1理论意义
本文的研究有着以下主要理论意义:
①本文抓住物联网这一时代发展新趋势,并将其运用到铁路运输中去,对提高铁路运输的信息化水平具有重要理论意义;
②通过对物联网概念的研究综述,提出了一个比较通俗易懂的物联网概念,该概念能够被广大读者接受,有利于物联网的传播与发展;
③本文从理论上提出了构建基于RFID的铁路物联网电子识别系统,初步设计了系统模型并详细介绍了各组成部分,为以后实际构建该系统提供了理论依据;
④通过常见防碰撞兑法的对比研究,从理论上提出了改进的分组倾时隙ALOHA算法并利用图表分解法和趋势比较分析法验证了其优越性。
1.2.2现实意义
本文的研究存有着重要的现实意义,主要有以下几点:
①将物联网技术运用到铁路电子识别系统中去,不仅能够实现对铁路列车、机车、货车的实时定位、追踪、监管和分配,而且能够实现对货物进行实时定位、追踪、监管和查询。
铁路通过全国联网,能够在任何站点、任何时间实现对货物实时信息的查询,例如货物所处的地域、车站、车厢,货物是否被损坏或被偷窃,货物是否被准确无误的送达目的地并入库等等;
②能够实现准确而快速的货物分拣。
安装在货物分拣中心的物联网电子识别系统识别出货物信息后传送给自动分拣系统,该系统根据货物的目的地不同进行分拣,这样不仅能够提高工作效率、降低分拣成本,而且能够降低人工分拣误差,避免发错货物;
③铁路物联网电子识别系统能够开发成功并投入使用,能够带动相关产业的发展,
特别是电子标签产业的发展。
要实现对每一个货物的实时追踪,这就要求在每一个货物上必须安装标签,市场上现有电子标签的数量是远远满足不了这一要求的。
在供不应求的情况下,大量的电子标签制造企业会雨后春笋般的涌现出来;
④铁路物联网电子识别系统防碰撞算法的改进,能够使该系统在识别过程中减少电子标签发生碰撞,提高系统的识别效率,有利于该系统快速有效地识别货物、机车、列车等的信息,并能够及时、准确的把识别到的信息传送给计算机进行分析、处理形成可以用于查询、管理等的数据信息;
⑤在铁路运输中成功运用物联网技术,会激励其他行业加快对物联网技术的研究和应用,从而让陌生的“物联网”变得不再陌生,实现大众化。
2理论综述
2.1RFID概念
射频识别即RFID（RadioFrequencyIDentification）技术，又称电子标签、无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。
常用的有低频（125k~134.2K）、高频（13.56Mhz）、超高频，无源等技术。
RFID读写器也分移动式的和固定式的，目前RFID技术应用很广，如：
图书馆，门禁系统，食品安全溯源等编辑本段简介RFID是一种无线通信技术，可以通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触。
无线电的信号是通过调成无线电频率的电磁场，把数据从附着在物品上的标签上传送出去，以自动辨识与追踪该物品。
某些标签在识别时从识别器发出的电磁场中就可以得到能量，并不需要电池；
也有标签本身拥有电源，并可以主动发出无线电波（调成无线电频率的电磁场）。
标签包含了电子存储的信息，数米之内都可以识别。
与条形码不同的是，射频标签不需要处在识别器视线之内，也可以嵌入被追踪物体之内。
许多行业都运用了射频识别技术。
将标签附着在一辆正在生产中的汽车，厂方便可以追踪此车在生产线上的进度。
仓库可以追踪药品的所在。
射频标签也可以附于牲畜与宠物上，方便对牲畜与宠物的积极识别（积极识别意思是防止数只牲畜使用同一个身份）。
射频识别的身份识别卡可以使员工得以进入锁住的建筑部分，汽车上的射频应答器也可以用来征收收费路段与停车场的费用。
某些射频标签附在衣物、个人财物上，甚至于植入人体之内。
由于这项技术可能会在未经本人许可的情况下读取个人信息，这项技术也会有侵犯个人隐私忧患。
2.2RFID结构
从结构上讲RFID是一种简单的无线系统，只有两个基本器件，该系统用于控制、检测和跟踪物体。
系统由一个询问器和很多应答器组成。
近况最初在技术领域，应答器是指能够传输信息回复信息的电子模块，近些年，由于射频技术发展迅猛，应答器有了新的说法和含义，又被叫做智能标签或标签。
RFID电子标签的阅读器通过天线与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。
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。
在未来，中国物联网校企联盟认为，RFID技术的飞速发展对于物联网领域的进步具有重要的意义。
组成部分为,应答器：
由天线，耦合元件及芯片组成，一般来说都是用标签作为应答器，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：
由天线，耦合元件，芯片组成，读取（有时还可以写入）标签信息的设备，可设计为手持式rfid读写器（如：
C5000W）或固定式读写器。
应用软件系统：
是应用层软件，主要是把收集的数据进一步处理，并为人们所使用。
2.3RFID特点
射频识别系统最重要的优点是非接触识别，它能穿透雪、雾、冰、涂料、尘垢和条形码无法使用的恶劣环境阅读标签，并且阅读速度极快，大多数情况下不到100毫秒。
有源式射频识别系统的速写能力也是重要的优点。
可用于流程跟踪和维修跟踪等交互式业务。
制约射频识别系统发展的主要问题是不兼容的标准。
射频识别系统的主要厂商提供的都是专用系统，导致不同的应用和不同的行业采用不同厂商的频率和协议标准，这种混乱和割据的状况已经制约了整个射频识别行业的增长。
许多欧美组织正在着手解决这个问题，并已经取得了一些成绩。
标准化必将刺激射频识别技术的大幅度发展和广泛应用。
物流管理的本质是通过对物流全过程的管理，实现降低成本和提高服务水平两个目的。
如何以正确的成本和正确的条件，去保证正确的客户在正确的时间和正确的地点，得到正确的产品，成为物流企业追求的最高目标。
一般来说，企业存货的价值要占企业资产总额的25%左右，占企业流动资产的50%以上。
所以物流管理工作的核心就是对供应链中存货的管理。
在运输管理方面采用射频识别技术，只需要在货物的外包装上的安装电子标签，在运输检查站或中转站设置阅读器，就可以实现资产的可视化管理。
与此同时，货主可以根据权限，访问在途可视化网页，了解货物的具体位置，这对提高物流企业的服务水平有着重要意义。
2.4RFID工作原理
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），或者由标签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，其工作原理是Reader发射一特定频率的无线电波能量给Transponder，用以驱动Transponder电路将内部的数据送出，此时Reader便依序接收解读数据，送给应用程序做相应的处理。
以RFID卡片阅读器及电子标签之间的通讯及能量感应方式来看大致上可以分成：
感应耦合（InductiveCoupling）及后向散射耦合（BackscatterCoupling）两种。
一般低频的RFID大都采用第一种式，而较高频大多采用第二种方式。
阅读器根据使用的结构和技术不同可以是读或读/写装置，是RFID系统信息控制和处理中心。
阅读器通常由耦合模块、收发模块、控制模块和接口单元组成。
阅读器和应答器之间一般采用半双工通信方式进行信息交换，同时阅读器通过耦合给无源应答器提供能量和时序。
在实际应用中，可进一步通过Ethernet或WLAN等实现对物体识别信息的采集、处理及远程传送等管理功能。
应答器是RFID系统的信息载体，应答器大多是由耦合原件（线圈、微带天线等）和微芯片组成无源单元。
2.5RFID基本架构
2006年ISO/IEC开始重视RFID应用系统的标准化工作，将ISO/IEC24752调整为6个部分并重新命名为ISO/IEC24791。
制定该标准的目的是对RFID应用系统提供一种框架，并规范数据安全和多种接口，便于RFID系统之间的信息共享；
使得应用程序不再关心多种设备和不同类型设备之间的差异，便于应用程序的设计和开发；
能够支持设备的分布式协调控制和集中管理等功能，优化密集读写器组网的性能。
该标准主要目的是解决读写器之间再加上应用程序之间共享数据信息，随着RFID技术的广泛应RFID数据信息的共享越来越重要。
早在二十世纪九十年代，ISO/IEC已经开始制定集装箱标准ISO10374标准，后来又制定集装箱电子关封标准ISO18185，动物管理标准ISO11784/5、ISO14223等。
随着RFID技术的应用越来越广泛，ISO/IEC认识到需要针对不同应用领域中所涉及的共同要求和属性制定通用技术标准，而不是每一个应用技术标准完全独立制定，这就是上一节的通用技术标准。
在制定物流与供应链ISO17363～17367系列标准时，直接引用ISO/IEC18000系列标准。
通用技术标准提供的是一个基本框架，而应用标准是对它的补充和具体规定，这样既保证不同应用领域RFID技术具有互联互通与互操作性，又兼顾应用领域的特点，能够很好地满足应用领域的具体要求。
应用技术标准与用户应用系统的区别，应用技术标准针对一大类应用系统的共同属性，而用户应用系统针对具体的一个应用。
如果用面向对象分析思想来比喻的话，把通用技术标准看成是一个基础类，则应用技术标准就是一个派生类。
3案例分析
“二十几年前，我刚到铁路部门工作时，就在售票窗口卖票，那时的火车票是硬纸板做的，乘客的始发站、终点站都需要由售票员写在票面上，不同的票价需要根据里程数计算，卖出一张票的时间是现在的几十倍。
”刚从铁路系统退休的张女士回忆道。
她深刻记得当年人工售票的场景：
所有的纸板车票都按照不同的车站放在一个分成若干小格子的架子里，如果旅客要买北京到西宁的车票，售票员就要从架子上找到西宁的客票，打上钢印和日期。
如果旅客购买的车票站点超出事先准备的到达站，就要由售票员手工操作，根据到站的里程、票价、时刻、停靠站、成人票、小孩票及残疾人票等不同信息，计算车票的有效期和价格。
如果没有经过专业的培训，根本无法完成这么复杂的计算。
“当时，售票员卖一张票，快的要两三分钟，慢的要10分钟左右才能完成，一天下来根本卖不了多少张票。
”张女士说。
由于当时全国售票系统之间缺乏沟通，为了保证车票不会重复出售，各地的车票数量有限，经常有远途的乘客带着干粮和铺盖在售票处排队。
由于早期的手工售票方式对人工的依赖性很强，而人工操作又极为浪费时间，导致售票速度、结算速度缓慢，旅客购买时间长、手续极为繁锁。
直到电子客票出现并取代陈旧的纸板车票，火车票信息的全国联网大大简化了火车票的购买环节。
通过现在的火车票全国联网系统，在任何一个售票窗口或订票点选择需要的客票，只要3秒钟就能打印出一张，相对于手工售票时代的速度，快了何止10倍。
“原来我们卖一张票的时间，现在能卖出几十张票。
不过现在乘火车出行的旅客数量也比20年前多得多，要想从根本上解决买票难的问题，还得从提升铁路运力方面着手。
”张女士深有感触地说。
曾经，旅客数量的不断增加和铁路运力的严重不足使火车票的购买显得空前紧张，为了缓解购票窗口的压力，当时的火车票只在固定时间段内销售。
为了能够买到火车票，大量旅客要在放票之前早早地聚集在售票窗口等候。
“以前，单位有一个部门专门负责为出差的同事购买火车票，我们经常分成好几组，轮班排在几个售票窗口，以保证能够及时抢到需要的客票。
假如中途需要转车，到了中转站还得立刻到售票点继续排队买下一程的票。
”某单位负责日常订票工作的刘先生介绍说，这一现象一直持续到上世纪末才逐渐得到改善。
“现在，只要提前几天给订票点打个电话，就可以在预定的时间拿到火车票，再也不用不分昼夜地在售票窗口排队了。
”铁路售票系统的不断升级使得售票方式不仅仅局限于在售票站点购买的单一方式，现在人们普遍采用电话购票与网上订票，乘客可以通过拨打铁道部的订票热线电话或登录票务网提交订票需求，省去了亲自去售票点的时间。
如果提前预订并且票额允许，还可以买到返程票，甚至是省外线路的异地车票。
“异地联网售票”是指在本省境内的大站可以买到全国任意线路上的车票，旅客一般要提前10天左右预订。
目前不少网站都加入了火车票代售服务，实现了火车票在线购票服务，用户只需要登录网站选择线路，即可直接在线订购从本地出发的单程和往返火车票，并且可以通过在线支付或“货到付款”等方式灵活付费。
旅客不再必须去车票代售点排队，打开电脑就可以买到车票。
为了方便旅客购票，有些火车站点还设置了火车票自动售票机，只要选定抵达城市就可以顺利买到需要的火车票。
这种车票与目前的地铁磁卡车票类似，乘客可以自助购票，自行刷卡进站，缩短了在排队购票和检票等环节上的时间。
4解决方案
单程票为一次性使用，用后不回收，对成本敏感。
为降低单体成本，单程票设计的3个主要环节是芯片设计、天线设计和封装设计。
4.1芯片设计
适用于铁路单程票使用的RFID技术主要有HF标签和UHF标签。
HF高频电子标签是工作在13．56MHz的标签统称，适用的标准有IS014443一typeA，IS014443一typeB，IS015693等。
UHF超高频电子标签是工作在860～960MHz的标签统称，适用的标准有IS018000—6B，IS018000—6C等。
从芯片设计角度看，UHF芯片面积和所需电容都较小；
从需要的天线结构形式看，HF需要多圈双层绕线跨桥结构，成本很高，而UHF仅需单层天线，结构简单，成本低；
从读写距离看，HF标签的数据传输采用了负载调制的原理，工作于天线近场区，一般读写距离0～100mm，而UHF标签的数据传输采用的是反向散射调制，工作于天线远场，读写距离可由读写器天线和芯片天线调节；
UHF标签的读写速度比HF标签快得多。
UHF标签无论是从技术特性上还是价格上都比HF标签有更大的优势。
4.2天线设计
天线制造方法主要有蚀刻式、印刷式和绕线式。
其中使用最多的是绕线式天线，其使用的材料是铜；
利用蚀刻的方法制作天线，其材料一般为铝或铜；
而印刷天线的材料采用的是导电银浆。
铜质铝质天线的缺点是成本太高和腐蚀溶液的污染问题，而银浆印刷天线的导电效果出色，成本低廉且无污染，因此选用银浆印刷天线。
4.3封装设计
封装基材采用纸介质基材。
纸介质基材具有价格低廉、耐高温等优点。
另外，标签可采用不干胶形式的封装，可以直接粘贴，与证件结合的更紧密，使用更加简便。
纸介质基材使用环保材料制成，更方便后期回收处理。
另外，为了在车票表面打印可读的客票信息，还需要在封装好的纸质上面粘合热敏纸，并在车票的上下两面加保护层以增加车票的强度。
长期票和储值卡可以多次重复使用，对成本不像单程票那样敏感，因此选用技术成熟的CPU智能芯片，以达到高安全性和高可靠性的目的；
封装形式建议采用PVC卡式，工艺流程主要包括印刷、配芯片电路、层压、冲切，并采用IS07810卡片尺寸标准.RFID技术具有条形码和磁技术所不具备的防水、防磁、耐高温、读取距离远、标签上数据可以加密
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