学士学位论文rfid技术的现状与应用研究.docx

1、学士学位论文rfid技术的现状与应用研究 毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目RFID技术的现状与应用研究一、选题的背景和意义：随着时代的进步，人们认识到科技的力量 。无线传感器网络被认为是21世纪最有影响力的改变世界的10大技术之一。通过对传感器节点的不规则的大规模部署到目标区域，对目标区域进行监控，无线传感器网络将改变我们与客观世界的互动方式。它的定位，医疗卫生，环境监测等许多方面会给我带来极大的便利，它充满了巨大的潜力研究。但具体应用的无线传感器网络，不知道传感器的位置和数据的看法是没有实际意义。传感器节点必须确定他们的位置的详细描述的“特殊事件”在什么位置或区域，定位和跟踪实现目标

2、。于是定位感知领域又诞生了一门可以使时代的进步新技术射频识别技术，即RFID。射频识别技术是自动识别技术在20世纪90开始兴起，是一种无线射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。射频识别技术通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，具有体积小，容量大，寿命长，保密性好，抗恶劣环境，可识别高速运动的物体，可以重复使用等优点，支持快速读写，非可视识别，目标识别，定位及长期跟踪管理等，并可同时识别多个标签，操作方便快捷。且无线系统的RFID只有两个基本组成部分，该系统由一个询问器（或读）和大量的应答器（或标签）组成。物流和供应管理中的应用，制

3、造和装配，航空行李处理，邮件，快递包裹处理，文件跟踪，图书馆管理动物识别，运动的时间，访问控制，电子机票，道路自动收费。在国家安全，农业区的所有控制，城市管理，生物医学，环境监测，抢险救灾，反恐，危险区和许多其他领域的远程控制将具有重要的科学价值和实用价值，具有十分广阔的应用前景。二、课题研究的主要内容：RFID技术作为21世纪最具有潜力的技术，本文主要研究RFID技术的现状与应用。首先我们研究了背景和意义，再介绍RFID这项技术，RFID技术系统组成和工作原理，研究的创新点和和遇到的难点，接下来分析研究RFID的应用，RFID应用领域广泛，生活中随处可见RFID的应用产品，本文重点讲了RFI

4、D和无线传感器技术相结合的应用、RFID技术和NFC（近距离无线通信技术）相结合的应用， RFID和3G技术相结合的应用，图书馆RFID技术的应用，至此，充分显示了RFID技术应用的广泛性和功能的强大性。最后结合个人的观点与想法，对其应用前景展望及未来研究方向的探索。三、主要研究（设计）方法论述：文献调查法，查阅资料进行分析。概念分析法，对RFID概念分析。实证分析的方法，对现实生活中应用的分析。比较研究法，国内外对比，我国在此方向的不足和提出未来发展方向，分析面临的问题。四、设计（论文）进度安排：时间（迄止日期）工 作 内 容2014.9.72014.9.18对课题的基本研究，搜集大量信息，

5、为下面的工作做准备。2014.9.192014.9.28完成开题报告和任务书2014.9.292014.10.7熟练掌握所选课题的所有知识，并完成对论文框架的设计2014.10.82014.11.7完成对论文的编写，并提交各种相关材料2014.11.82014.11.14熟悉论文内容，准备毕业答辩2014.11.152014.11.16毕业答辩五、指导教师意见： 指导教师签名： 年 月 日六、系部意见： 系主任签名： 年 月 日目录摘要 1Abstract 2第一章 绪论 3第二章RFID技术介绍及现状 42.1 RFID的概念 42.2 RFID技术的工作原理 52.3 RFID技术的优点

6、62.4 RFID技术的现状 7第三章 RFID技术的应用 93.1 RFID技术与无线传感器技术结合 93.2 RFID技术和NFC技术结合 103.3 RFID技术与3G技术结合 103.4图书馆RFID技术的应用 11第四章 结束语 144.1总结 144.2展望 14参考文献 16答谢辞 17RFID技术的现状与应用研究摘要：随着全球经济和科技的发展，信息产业蓬勃发展，物联网产业在各地有越来越热的发展，各地的建设中或多或少的采用了物联网技术，智能化建筑、智能化医疗、智能化农业、智能化校园、智能化园区、智能化医疗等等这些新的概念不断地改变我们的生活，在使生活便利的同时，也将物联网的概念带

7、入生活。随之而来的，是对基础的RFID产业的需求。RFID技术是物联网发展的基础，RFID产品大量应用在物联网之中，越演越烈的物联网及其推广，是建立在RFID技术的大量应用与RFID产业飞速发展的基础之上。而RFID技术成为21世纪最具潜力的十大技术之一，目前RFID产业呈爆炸式发展，广泛应用于各个领域，与我们的如此生活息息相关。本文先介绍了讲述了RFID技术的背景和意义。接着简要介绍RFID技术，这项技术的优点和目前RFID技术的现状，它很多优点但仍有很多问题要解决。然后讲RFID技术的应用，RFID应用领域广泛，涉及方方面面，和我们日常生活紧密联系，本文选取了和四个方面RFID的应用方向来

8、展开介绍，分析了这些在这些方面应用情况，探讨了这些应用的原理和成果。最后是对RFID未来的展望和研究方向的探索，RFID必将向标准化，更低成本，更低故障率，高安全性，低功耗继续发展。关键词： RFID，无线传感网，物联网，NFC。The application and research of RFID technologyAbstract：With the development of global economy and science and technology, information industry vigorous development, Internet of things

9、industry development more and more hot all over, around the construction of more or less using the Internet of things technology, intelligent building, intelligent medical, intelligent agriculture, intelligent campus, intelligent park, intelligent medical and so on these new the concept of constantl

10、y changing our lives, in making life convenient at the same time, also will be the concept of things to life. The attendant, is the foundation of the RFID industry needs. RFID technology is the basis for the development of the Internet of things, RFID products have been used in the Internet of thing

11、s, becomes more and more fierce and the popularization of Internet of things, is built on the basis of RFID technology a large number of applications and the rapid development of RFID industry.RFID technology has become one of the ten major technology in twenty-first Century the most potential, at p

12、resent the explosive development of RFID industry, widely used in various fields, and is closely related to our life.This paper first describes the background and significance of the RFID technology. Then introduces the RFID technology, the advantages of this technology and the present situation of

13、the current RFID technology, its many advantages but there are still many problems to solve. The application then speak of RFID technology, RFID application field is extensive, involving all aspects, and our daily life closely, this paper selects the application direction and the four aspects of RFI

14、D to start the introduction, the analysis of these in these applications, discusses the principle and the results of these applications. Finally, to explore the prospects and research directions of RFID in the future, RFID will certainly to standardization, lower cost, lower failure rate, high safet

15、y, low power continue to develop.Key words：RFID，WSN，IOT，NFC.第一章 绪论随着时代的进步，人们认识到科技的力量。在21世纪的今天，人们对科学永无止境的探索，到了一个前所未有的水平。无线传感器网络被认为是21世纪最有影响力的改变世界的10大技术之一。通过对传感器节点的不规则的大规模部署到目标区域，对目标区域进行监控，无线传感器网络将改变我们与客观世界的互动方式。它在定位，医疗卫生，环境监测等许多方面会给我带来极大的便利，它充满了巨大的潜力研究。但具体应用的无线传感器网络，不知道传感器的位置和数据的看法是没有实际意义。传感器节点必须确定他们

16、的位置的详细描述的“特殊事件”在什么位置或区域，定位和跟踪实现目标。于是，定位感知领域又诞生了一门可以使时代的进步新技术射频识别技术，即RFID。射频识别技术是自动识别技术在20世纪90开始兴起，是一种无线射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。是计算机技术，信息采集技术、无线数据传输技术、网络数据通信技术和机械电子自动控制技术等多学科综合应用为一体的自动化控制系统。利用双向通信的射频非接触式射频识别技术，实现自动识别目标对象，并获取相关数据，具有有体积小，容量大，寿命长，保密性好，抗恶劣环境，抗干扰能力强，精度高，运算速度快，可识别高速

17、运动的物体，可以重复使用，支持快速读写，非可视识别，目标识别，定位及长期跟踪管理等诸多优点，操作方便快捷。且无线系统的RFID只有两个基本组成部分，该系统由一个询问器（或读）和大量的应答器（或标签）组成。物流和供应管理中的应用，制造和装配，航空行李处理，邮件，快递包裹处理，文件跟踪，图书馆管理动物识别，运动的时间，访问控制，电子机票，道路自动收费，满足各种要求。在国家安全，农业区的所有控制，城市管理，生物医学，环境监测，抢险救灾，反恐，危险区和许多其他领域的远程控制将具有重要的科学价值和实用价值，具有十分广阔的应用前景。第二章RFID技术介绍及现状2.1 RFID的概念什么是RFID？RFID

18、是Radio Frequency Identification 的缩写，即射频识别，也被称为电子标签，电子芯片的感应卡，非接触式智能卡，电子条码（如图2-1，2-2）。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，识别工作无须人工干预，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，操作方便快捷。RFID系统由电子标签，阅读器和天线主机组成。电子标签（Tag），非接触式IC卡，放在所需的对象标识，由耦合元件及芯片，标签有一个内置的天线，可以发送和接收信号；天线（天线）：完成发送和接收无线信号，读者（读者）发送和接收的命令，与主机进行通信，

19、主机命令的执行，主机发送和接收的数据显示用户命令。根据工作频率和工作方式的RFID系统具有不同的性能，应用于不同的场合。图2-1 RFID射频卡图2-2 常见的RFID电子标签（1）标签 根据标签是否有电源，分为主动和被动标签；根据标签读写，分为只读和读写标签；根据调制方式，分为主动，被动和半主动标签；根据标签和阅读器；发言顺序，分为RTF格式（Reader Talk First）和TTF（Tag Talk First）；根据频带，分为低频，高频，超高频和微波标签。（2）天线 是一种电磁波的装置的射频信号功率收发器接收或辐射的形式。根据天线的工作频带可分为短波，超短波和微波天线；根据方向可分为

20、全向和定向天线按形状可分为线性和平面天线。（3）读写器 是RFID系统的核心，它的基本功能是作为前向通道和核心数据通道交换连接后连接。读写设备和应用系统之间的通信：读写器将标签发送调制信号解调和解码后，通过USB端口，串口，网口等，最后将得到信息传给应用系统。该系统的应用可以给读写器发送相应的命令，控制读卡器完成任务。读写器有效频率范围可以激活多个电子标签标准，可同时识别多个标签，具有防碰撞功能。2.2 RFID技术的工作原理RFID系统的基本工作原理是：阅读器通过天线发送一定频率的调制信号；当电子标签到阅读器工作区域，该天线通过耦合产生感应电流，以提供电子标签相应的能量。在标签根据阅读器发来

21、的信息决定是否发送数据；当阅读器收到电子标签发来的信号，解调和解码后，将标签内部数据识别出来。（如图2-3所示）图2-3 RFID技术的工作原理射频标签的工作频率不仅决定着射频识别系统工作原理（电感耦合或电磁耦合）的识别距离，也决定了RFID标签和阅读器实现的难易程度和设备的成本。工作上的RFID标签在不同的频段或频点不同的特点。占据的RFID应用频率或频率点在国际分工中承认，坐落在ISM频段。典型工作频率：125KHz、133 KHz ，13.56MHz、27.12MHz、433MHz、902928 MHz，2.45GHz，5.8 GHz 等。（1）低频RFID标签的工作在30 300KHZ

22、范围。典型的工作频率为125KHZ、133KHZ，低频标签一般被动式标签，通过电感耦合方式获得的辐射近场耦合线圈的工作能量的读者。低频标签与阅读器之间的数据传输，阅读器天线辐射低频标签应位于近场区。低频标签的阅读距离一般不超过1米。（2）在中高频RFID标签的RFID标签的高频段的工作频率一般是330兆赫。典型的工作频率为13.56MHZ。该频段的射频标签，从RFID应用的角度来看，由于其工作原理和低量相同，即采用电感耦合方式工作。此外，根据无线电频率大小，其工作频率为高频率，所以它也被称为高频标签。标签一般采用无源设计，与低频标签的能源工作，而且通过磁耦合电感耦合线圈从辐射近场的读写的方式。

23、标签的阅读距离一般小于1m，有电子门票的典型应用，电子身份证，电子闭锁防盗等。 （3）超高频与微波标签 超高频与微波频段的射频标签，简称为微波射频卷标。其典型工作频率为 433.92MHz，862（902）928 MHz，2.45GHz、5.8 GHz。微波和射频标签可分为有源和无源两类标签的标签。工作时，RFID阅读器天线辐射场的远区场，标签和阅读器之间的耦合是电磁耦合方法。无源RFID标签阅读器天线辐射场提供RF能量，有源标签唤醒。相应的射频识别系统阅读距离一般大于1米，典型情况为46 m，最大可达 10 m 以上。阅读器天线通常是定向天线，只有在阅读器天线定向波束内的RFID标签的范围内

24、可以读/写。2.3 RFID技术的优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。RFID产品的性能特点主要

25、有下面几点：(1)快速扫描。RFID辨识器可同时辨识读取数个RFID标签！(2)体积小型化、形状多样化。RFID在读取上并不受尺寸大小与形状限制，不需为了读取精确度而配合纸张的固定尺寸和印刷品质。此外，RFID标签更可往小型化与多样形态发展，以应用于不同产品。(3)抗污染能力和耐久性。传统条形码的载体是纸张，因此容易受到污染，但RFID对水、油和化学药品等物质具有很强抵抗性。此外，由于条形码是附于塑料袋或外包装纸箱上，所以特别容易受到折损；RFID卷标是将数据存在芯片中，因此可以免受污损。(4)可重复使用。现今的条形码印刷上去之后就无法更改，RFID标签则可以重复地新增、修改、删除RFID卷标

26、内储存的数据，方便信息的更新。(5)穿透性和无屏障阅读。在被覆盖的情况下，RFID能够穿透纸张、木材和塑料等非金属或非透明的材质，并能够进行穿透性通信。而条形码扫描机必须在近距离而且没有物体阻挡的情况下，才可以辨读条形码。(6)数据的记忆容量大。一维条形码的容量是50Bytes，二维条形码最大的容量可储存2至3000字符，RFID最大的容量则有数MegaBytes.随着记忆载体的发展，数据容量也有不断扩大的趋势。未来物品所需携带的资料量会越来越大，对卷标所能扩充容量的需求也相应增加。(7)安全性。由于RFID承载的是电子式信息，其数据内容可经由密码保护，使其内容不易被伪造及变造。RFID因其所

27、具备的远距离读取、高储存量等特性而备受瞩目。它不仅可以帮助一个企业大幅提高货物、信息管理的效率，还可以让销售企业和制造企业互联，从而更加准确地接收反馈信息，控制需求信息，优化整个供应链。2.4 RFID技术的现状目前行业标准以及相关产品标准还不统一，电子标签迄今为止全球也还没有正式形成一个统一的(包括各个频段)国际标准。当前美国一个电子标签最低的价格是20美分左右，这样的价格是无法应用于某些价值较低的单件商品，只有电子标签的单价下降到10美分以下，才可能大规模应用于整箱整包的商品。虽然在RFID电子标签的单项技术上已经趋于成熟，但总体上产品技术还不够成熟，还存在较高的差错率(RFID被误读的比

28、率有时高达20)，在集成应用中也还需要攻克大量的技术难题。当前广泛使用的无源RFID系统还没有非常可靠的安全机制，无法对数据进行很好的保密，RFID数据还容易受到攻击，主要是因为RFID芯片本身，以及芯片在读或者写数据的过程中都很容易被黑客所利用。接下来我们来重点探讨下安全性问题。RFID识别比传统的识别系统具有更好的安全保密性，但数据非常容易受到攻击，主要是一个芯片和芯片过程和写数据容易被阅读的攻击。因此，存储在RFID芯片保护数据安全的一个关键问题。新标准的超高频RFID空中接口协议的设计，该协议用于管理从标签到阅读器的移动数据，提供存储芯片中的数据保护措施。“安全链接”新标准，无源标签的

29、大部分攻击保护。当数据写入标签，数据是变相通过空中接口。没有可靠的安全机制，没有很好的安全性在数据信息的只读标签，标签的可读和可写的，也有电子标签信息安全隐患的恶意的变化。如果被盗或恶意更改电子标签的信息，在未来可能带来不可估量的损失。为了解决这些问题的人们对RFID安全做起了文章。加密技术可以用来防止XX的窥探者获得或篡改的电子标签信息，但现在只有少数的RFID芯片可以处理压力为加密密钥和复杂的工作。此外，可以处理RFID标签的工作，都可以在市场上贵重的产品。因此，目前的RFID技术在还存在着障碍，从国家安全的高度，应积极发展自己的RFID加密技术。新的EPCgolbal超频第二代协议标准增

30、强了无源标签的安全性能。据EPCglobal产品管理总监Sue Hutchinson介绍新标准不仅提供了密码保护，而且能对数据从标签传输到读取器的过程进行加密，而不是对标签上的数据进行加密。隐私安全问题主要体现在RFID标签上。借鉴其他网络技术。在零售商店，或是在货物从一个地方到另一个运输过程中发生的，有很多机会可以覆盖甚至修改的RFID标签数据。这种漏洞同时也存在对集装箱，托盘或其他货物的网络上同样存在。这些网络分布在配送中心，该公司的仓库或商店的背景。一个没有安全处理无线网络带来的机遇，截获数据。在RFID阅读器的后端是非常标准化的互联网基础设施，因此，安全问题和机遇的RFID后台网络和互

31、联网是一样的。在读取器后端的网络中，可以利用现有互联网络的各种安全技术。解决的办法是确保网络，所有读者的信息传递到中间件（中间件再把信息传送给企业系统）必须经过验证，并与读者之间以确保数据流加密的后端系统。部署的RFID阅读器应该采取切实可行的措施，确保验证连接到企业网络，而不是因为传输和其它人窃取重要信息，包括内置的数据验证的方法来防止XX的访问。为了防止被窃听，阅读器发出的高功率射频识别信号，称为“无声爬树”。伯特卡里斯基说，在极限的RFID射频接口的范围，这种方法可以确读写器不重复发送标签上的信息。RFID标签上的数字不是由阅读器发送，而是被间接引用，接收端中间端知道如何解释这些数字，而

32、窃听者不知道。第三章 RFID技术的应用RFID技术应用的方式正趋多样化。现在的RFID阅读器也变得更小，更轻便，阅读率较高；RFID标签不仅可以应用于液态金属，等环境，甚至可以集成温度传感器。这些技术的进步，也表明，RFID技术的应用水平都会超出人们的想象，总是会不断发展和变化的。RFID已逐渐应用于智能交通、产品防伪、身份识别等领域，并逐渐走进了我们的日常生活，如在北京2008年奥运会的门票管理以及上海等城市的交通一卡通系统等。（如图3-1 ）图3-1 RFID技术的应用领域3.1 RFID技术与无线传感器技术结合RFID与无线传感器网络（Wireless Sensor Network WSN）1的结合，是RFID科技发展的一大步，电子标签结合无线传感器网络，无线传感器网络的发送传输，电子标签不只是无线传感器的网络节点，因为在电子标签和无线传感器之间没有一个自组织网络进行数据传递；然而，传感器网络能够及时地传递电子标签的详细信息，传感器网络的发展