射频识别技术RFID.docx

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射频识别技术RFID

射频识别技术RFID

RFID读卡

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

中文名：

射频识别

外文名：

RadioFrequencyIDentification

常用频段：

低频、高频、超高频

常见应用：

门禁系统，食品安全溯源

技术介绍

RFID接口协议

应用技术标准

RFID标签的类别

技术发展

RFID实用方案

工作频率指南

展开

技术介绍

RFID接口协议

应用技术标准

RFID标签的类别

技术发展

RFID实用方案

工作频率指南

展开

技术介绍

RFID技术简介

RFID（RadioFrequencyIdentification）是一种无线射频识别技术，

  手持式rfid读写器

它是自动识别技术的一种。

从概念上来讲，RFID类似于条码扫描，对于条码技术而言，它是将已编码的条形码附着于目标物并使用专用的扫描读写器利用光信号将信息由条形磁传送到扫描读写器；而RFID则使用专用的RFID读写器与专门的可附着于目标物的RFID标签，利用频率信号将信息由RFID标签传送至RFID读写器。

[1]

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（或阅读器）和很多应答器（或标签）组成。

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电子电梯合格证的阅读器（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）、控制单元以与阅读器天线。

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，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。

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。

基本组成部分

应答器：

由天线，耦合元件与芯片组成，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（Reader）：

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。

RFID的特点

（一）射频技术的特点

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。

（二）射频技术在物流管理中的适用性　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。

为此，掌握存货的数量、形态和分布，提高存货的流动性就成为物流管理的核心内容。

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。

在运输过程中，阅读器将电子标签的信息通过卫星或电话线传输到运输部门的数据库，电子标签每通过一个检查站，数据库的数据就得到更新，当电子标签到达终点时，数据库关闭。

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。

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）与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卡片阅读器与电子标签之间的通讯与能量感应方式来看大致上可以分成：

感应耦合（InductiveCoupling）与后向散射耦合（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、处理与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。

产品分类

RFID技术中所衍生的产品大概有三大类：

无源RFID产品、有源RFID产品、半有源RFID产品。

无源RFID产品发展最早，也是发展最成熟，市场应用最广的产品。

比如，公交卡、食堂餐卡、银行卡、宾馆门禁卡、二代身份证等，这个在我们的日常生活中随处可见，属于近距离接触式识别类。

其产品的主要工作频率有低频125KHZ、高频13.56MHZ、超高频433MHZ，超高频915MHZ。

有源RFID产品，是最近几年慢慢发展起来的，其远距离自动识别的特性，决定了其巨大的应用空间和市场潜质。

在远距离自动识别领域，如智能监狱，智能医院，智能停车场，智能交通，智慧城市，智慧地球与物联网等领域有重大应用。

有源RFID在这个领域异军突起，属于远距离自动识别类。

产品主要工作频率有超高频915MHZ，微波2.45GHZ。

有源RFID产品和无源RFID产品，其不同的特性，决定了不同的应用领域和不同的应用模式，也有各自的优势所在。

但在本系统中，我们着重介绍介于有源RFID和无源RFID之间的半有源RFID产品，该产品集有源RFID和无源RFID的优势于一体，在门禁进出管理，人员精确定位，区域定位管理，周界管理，电子围栏与安防报警等领域有着很大的优势。

半有源RFID产品，结合有源RFID产品与无源RFID产品的优势，在低频125KHZ频率的触发下，让微波2.45G发挥优势。

半有源RFID技术，也可以叫做低频激活触发技术，利用低频近距离精确定位，微波远距离识别和上传数据，来解决单纯的有源RFID和无源RFID没有办法实现的功能。

简单的说，就是近距离激活定位，远距离识别与上传数据。

半有源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，识别工作无须人工干预，它既可支持只读工作模式也可支持读写工作模式，且无需接触或瞄准;可在各种恶劣环境下自由工作，短距离射频产品不怕油渍、灰尘污染等恶劣的环境，可以替代条码，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[2]。

RFID接口协议

空中接口

空中接口通信协议规范读写器与电子标签之间信息交互，目的是为不同厂家生产设备之间的互联互通性。

ISO/IEC制定五种频段的空中接口协议，主要因为不同频段的RFID标签在识读速度、识读距离、适用环境等方面存在较大差异，单一频段的标准不能满足各种应用的需求。

这种思想充分体现标准统一的相对性，一个标准是对相当广泛的应用系统的共同需求，但不是所有应用系统的需求，一组标准可以满足更大范围的应用需求。

ISO/IEC18000-1信息技术－基于单品管理的射频识别－参考结构和标准化的参数定义。

它规范空中接口通信协议中共同遵守的读写器与标签的通信参数表、知识产权基本规则等内容。

这样每一个频段对应的标准不需要对相同内容进行重复规定。

ISO/IEC18000-2信息技术－基于单品管理的射频识别－适用于中频125～134KHz，规定在标签和读写器之间通信的物理接口，读写器应具有与TypeA（FDX）和TypeB（HDX）标签通信的能力；规定协议和指令再加上多标签通信的防碰撞方法。

ISO/IEC18000-3信息技术－基于单品管理的射频识别－适用于高频段13.56MHz，规定读写器与标签之间的物理接口、协议和命令再加上防碰撞方法。

关于防碰撞协议可以分为两种模式，而模式1又分为基本型与两种扩展型协议（无时隙无终止多应答器协议和时隙终止自适应轮询多应答器读取协议）。

模式2采用时频复用FTDMA协议，共有8个信道，适用于标签数量较多的情形。

ISO/IEC18000-4信息技术－基于单品管理的射频识别－适用于微波段2.45GHz，规定读写器与标签之间的物理接口、协议和命令再加上防碰撞方法。

该标准包括两种模式，模式1是无源标签工作方式是读写器先讲；模式2是有源标签，工作方式是标签先讲。

ISO/IEC18000-6信息技术－基于单品管理的射频识别－适用于超高频段860～960MHz，规定读写器与标签之间的物理接口、协议和命令再加上防碰撞方法。

它包含TypeA、TypeB和TypeC三种无源标签的接口协议，通信距离最远可以达到10m。

其中TypeC是由EPCglobal起草的，并于2006年7月获得批准，它在识别速度、读写速度、数据容量、防碰撞、信息安全、频段适应能力、抗干扰等方面有较大提高。

2006年递交V4.0草案，它针对带辅助电源和传感器电子标签的特点进行扩展，包括标签数据存储方式和交互命令。

带电池的主动式标签可以提供较大范围的读取能力和更强的通信可靠性，不过其尺寸较大，价格也更贵一些。

ISO/IEC18000-7适用于超高频段433.92MHz，属于有源电子标签。

规定读写器与标签之间的物理接口、协议和命令再加上防碰撞方法。

有源标签识读范围大，适用于大型固定资产的跟踪。

数据内容标准

数据内容标准主要规定数据在标签、读写器到主机（也即中间件或应用程序）各个环节的表示形式。

因为标签能力（存储能力、通信能力）的限制，在各个环节的数据表示形式必须充分考虑各自的特点，采取不同的表现形式。

另外主机对标签的访问可以独立于读写器和空中接口协议，也就是说读写器和空中接口协议对应用程序来说是透明的。

RFID数据协议的应用接口基于ASN.1，它提供一套独立于应用程序、操作系统和编程语言，也独立于标签读写器与标签驱动之间的命令结构。

ISO/IEC15961规定读写器与应用程序之间的接口[3]，侧重于应用命令与数据协议加工器交换数据的标准方式，这样应用程序可以完成对电子标签数据的读取、写入、修改、删除等操作功能。

该协议也定义错误响应消息。

ISO/IEC15962规定数据的编码、压缩、逻辑内存映射格式[3]，再加上如何将电子标签中的数据转化为应用程序有意义的方式。

该协议提供一套数据压缩的机制，能够充分利用电子标签中有限数据存储空间再加上空中通信能力。

ISO/IEC24753扩展ISO/IEC15962数据处理能力[3]，适用于具有辅助电源和传感器功能的电子标签。

增加传感器以后，电子标签中存储的数据量再加上对传感器的管理任务大大增加，ISO/IEC24753规定电池状态监视、传感器设置与复位、传感器处理等功能。

图1表明ISO/IEC24753与ISO/IEC15962一起，规范带辅助电源和传感器功能电子标签的数据处理与命令交互。

它们的作用使得ISO/IEC15961独立于电子标签和空中接口协议。

ISO/IEC15963规定电子标签唯一标识的编码标准[5]，该标准兼容ISO/IEC7816-6、ISO/TS14816、EAN.UCC标准编码体系、INCITS256再加上保留对未来扩展。

注意与物品编码的区别，物品编码是对标签所贴附物品的编码，而该标准标识的是标签自身。

实时定位系统

实时定位系统可以改善供应链的透明性[8]，船队管理、物流和船队安全等。

RFID标签可以解决短距离尤其是室内物体的定位，可以弥补GPS等定位系统只能适用于室外大范围的不足。

GPS定位、手机定位再加上RFID短距离定位手段与无线通信手段一起可以实现物品位置的全程跟踪与监视。

正在制订的标准有：

ISO/IEC24730－1应用编程接口API，它规范RTLS服务功能再加上访问方法，目的是应用程序可以方便地访问RTLS系统，它独立于RTLS的低层空中接口协议。

ISO/IEC24730－2适用于2450MHz的RTLS空中接口协议。

它规范一个网络定位系统，该系统利用RTLS发射机发射无线电信标，接收机根据收到的几个信标信号解算位置。

发射机的许多参数可以远程实时配置。

ISO/IEC24730－3适用于433MH的RTLS空中接口协议。

内容与第2部分类似

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技术的广泛应用RFID数据信息的共享越来越重要。

应用技术标准

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与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。

应用技术标准是在通用技术标准基础上，根据各个行业自身的特点而制定，它针对行业应用领域所涉与的共同要求和属性。

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。

集装箱系列标准

ISOTC104技术委员会专门负责集装箱标准制定，是集装箱制造和操作的最高权威机构。

与RFID相关的标准，由第四子委员会（SC4）负责制定。

包括如下标准：

1）ISO6346集装箱—编码、ID和标识符号，1995制订

该标准提供集装箱标识系统。

集装箱标识系统用途很广泛，比如在文件、控制和通信（包括自动数据处理），象集装箱本身显示一样。

在集装箱标识中的强制标识再加上在自动设备标识AEI（AutomaticEquipmentIdentification）和电子数据交换EDI（ElectronicDataInterchange）应用的可选特征。

该标准规定集装箱尺寸、类型等数据的编码系统再加上相应标记方法，操作标记和集装箱标记的物理展示。

2）ISO10374集装箱自动识别标准，1991制订，1995年修订

该标准基于微波应答器的集装箱自动识别系统，是把集装箱当作一个固定资产来看。

应答器为有源设备，工作频率为850MHz～950Mhz与2.4GHz～2.5GHz。

只要应答器处于此场内就会被活化并采用变形的FSK副载波通过反向散射调制做出应答。

信号在两个副载波频率40kHz和20kHz之间被调制。

因为它在1991年制定，还没有用RFID这个词，实际上有源应答器就是今天的有源RFID电子标签。

此标准和ISO6346共同应用于集装箱的识别，ISO6346规定光学识别，ISO10374则用微波的方式来表征光学识别的信息。

3）ISO18185，集装箱电子关封标准草案（陆、海、空）

该标准是海关用于监控集装箱装卸状况[9]，包含7个部分，它们是：

空中接口通信协议、应用要求、环境特性、数据保护、传感器、信息交换的消息集、物理层特性要求。

以上两个标准涉与到的空中接口协议并没有引用ISO/IEC18000系列空中接口协议，主要原因它们的制定时间早于ISO/IEC18000系列空中接口协议。

物流供应链标准

为使RFID能在整个物流供应链领域发挥重要作用，ISOTC122包装技术委员会和ISOTC104货运集装箱技术委员会成立联合工作组JWG，负责制定物流供应链系列标准。

工作组按照应用要求、货运集装箱、装载单元、运输单元、产品包装、单品五级物流单元，制定六个应用标准。

1）ISO17358应用要求

这是供应链RFID的应用要求标准，由TC122技术委员会主持，正在制订过程中。

该标准定义供应链物流单元各个层次的参数，定义环境标识和数据流程。

2）ISO17363～17367系列标准

供应链RFID物流单元系列标准分别对货运集装箱、可回收运输单元、运输单元、产品包装、产品标签的RFID应用进行规范。

该系列标准内容基本类同，如空中接口协议采用ISO/IEC18000系列标准。

在具体规定上存在差异，分别针对不同的使用对象做补充规定，如使用环境条件、标签的尺寸、标签张贴的位置等特性，根据对象的差异要求采用电子标签的载波频率也不同。

货运集装箱、可回收运输单元和运输单元使用的电子标签一定是重复使用的，产品包装则要根据实际情况而定，而产品标签来说通常是一次性的。

另外还要考虑数据的完整性、可视识读标识等。

可回收单元在数据容量、安全性、通信距离要求较高。

这个系列标准正在制订过程中。

这里需要注意的是ISO10374、ISO18185和ISO17363三个标准之间的关系，它们都针对集装箱，但是ISO10374是针对集装箱本身的管理，ISO18185是海关为监视集装箱，而ISO17363是针对供应链管理目的而在货运集装箱上使用可读写的RFID标识标签和货运标签。

动物管理标准

ISOTC23/SC19负责制订动物管理RFID方面标准，包括ISO11784/11785和ISO14223三个标准。

1）ISO11784编码结构

它规定动物射频识别码的64位编码结构，动物射频识别码要求读写器与电子标签之间能够互相识别。

通常由包含数据的比特流再加上为保证数据正确所需要的编码数据。

代码结构为64位，其中的27至64位可由各个国家自行定义。

标准的具体内容

ISO/IEC24791-1体系架构：

给出软件体系的总体框架和各部分标准的基本定位。

它将体系架构分成三大类：

数据平面、控制平面和管理平面。

数据平面侧重于数据的传输与处理，控制平面侧重于运行过程中对读写器中空中接口协议参数的配置，管理平面侧重于运行状态的监视、和设备管理。

三个平面的划分可以使得软件架构体系的描述得以简化，每一个平面包含的功能将减少，在复杂协议的描述中经常采用这种方法。

每个平面包含数据管理、设备管理、应用接口、设备接口和数据安全五个方面的部分内容。

已经给出标准草案。

ISO/IEC24791-2数据管理：

主要功能包括读、写、采集、过滤、分组、事件通告、事件订阅等功能。

另外支持ISO/IEC15962提供的接口，也支持其它标准的标签数据格式。

该标准位于数据平面，已经给出标准草案。

ISO/IEC24791-3设备管理：

类似于EPCglobal读写器管理协议，能够支持设备的运行参数设置、读写器运行性能监视和故障诊断。

设置包括初始化运行参数、动态改变的运行参数再加上软件升级等。

性能监视包括历史运行数据收集和统计等功能。

故障诊断包括故障的检测和诊断等功能。

该标准位于管理平面，正在制定过程中，还没有公布草案。

ISO/IEC24791-4应用接口：

位于最高层，提供读、写功能的调用格式和交互流程。

据估计类似于ISO/IEC15961应用接口，但是肯定还需要扩展和调整。

该标准位于数据平面，正在制定中，还没有看到草案。

ISO/IEC24791-5设备接口：

类似于EPCglobalLLRP低层读写器协议，它为客户控制和协调读写器的空中接口协议参数提供通用接口规范，它与空中接口协议相关。

该标准位于控制平面，正在制定中，还没有看到草案。

ISO/IEC24791-6数据安全：

正在制定中，没有见到草案。

6、实施指南

ISO/IEC24729－实施指南[7]，它是正在制定过程中标准，包含以下三个部分：

ISO/IEC24729－1RFID使能标签标识与包装；

ISO/IEC24729－2RFID可回收标签；

ISO/IEC24729－3RFID读写器/天线安装。

应该注意的是以上RFID系列标准中包含大量专利，如ISO/IEC18000系列中列出部分专利，其实还有很多专利并没有在标准中列出来。

零售商推崇

据SanfordC. 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%。

典型应用

物流和供应管理、生产制造和装配、航空行李处理、邮件/快运包裹处理、文档追踪/图书馆管理、动物身份标识、运动计时、门禁控制/电子门票、道路自动收费、一卡通、仓储中塑料托盘、周转筐中等

RFID读写设备

只有当有读写设备时，RFID才能发挥其作用。

RFID读写设备有RFID读卡器，RFID读写模块等。

这些设备可以将RFID的数据读取或写入，读卡器连接的识别系统有密钥芯片，能做到很好