RFID射頻識別技術(shù)概述

　　RFID是射頻識別技術(shù)的英文(Radio Frequency Identification)的縮寫。射頻識別技術(shù)是20世紀(jì)90年代開始興起的一種自動識別技術(shù)。該技術(shù)在世界范圍內(nèi)正被廣泛的應(yīng)用，而在我國起步較晚，與先進(jìn)國家相比存在很大的差距。2004年1月份，全球最大零售商沃爾瑪公司向供應(yīng)商發(fā)出最后通牒，要求從2005年1月1日開始，所有出口到美國的商品集裝箱托盤都必須使用電子標(biāo)簽，而我國現(xiàn)在這項技術(shù)還處在研發(fā)階段，研究和發(fā)展射頻識別技術(shù)及其應(yīng)用刻不容緩，任務(wù)緊迫。

　　我國射頻識別技術(shù)擁有廣闊的發(fā)展前景和巨大的市場潛力。相對與條碼技術(shù)而言，射頻識別技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的推廣將是我國自動識別行業(yè)的一場技術(shù)革命。

　　射頻識別技術(shù)簡介

　　 1、什么是射頻識別技術(shù)

　　射頻識別技術(shù)是一項利用射頻信號通過空間耦合(交變磁場或電磁場)實現(xiàn)無接觸資訊傳遞并通過所傳遞的資訊達(dá)到識別目的的技術(shù)。

　　射頻識別系統(tǒng)通常由電子標(biāo)簽(射頻標(biāo)簽)和閱讀器組成。電子標(biāo)簽記憶體有一定格式的電子數(shù)據(jù)，常以此作為待識別物品的標(biāo)識性資訊。應(yīng)用中將電子標(biāo)簽附著在待識別物品上，作為待識別物品的電子標(biāo)記。閱讀器與電子標(biāo)簽可按約定的通信協(xié)議互傳資訊，通常的情況是由閱讀器向電子標(biāo)簽發(fā)送命令，電子標(biāo)簽根據(jù)收到的閱讀器的命令，將記憶體的標(biāo)識性數(shù)據(jù)回傳給閱讀器。這種通信是在無接觸方式下，利用交變磁場或電磁場的空間耦合及射頻信號調(diào)制與解調(diào)技術(shù)實現(xiàn)的。

　　電子標(biāo)簽具有各種各樣的形狀，但不是任意形狀都能滿足閱讀距離及工作頻率的要求，必需根據(jù)系統(tǒng)的工作原理，即磁場耦合(變壓器原理)還是電磁場耦合(雷達(dá)原理)，設(shè)計合適的天線外形及尺寸。電子標(biāo)簽通常由標(biāo)簽天線(或線圈)及標(biāo)簽晶片組成。標(biāo)簽晶片即相當(dāng)于一個具有無線收發(fā)功能再加存貯功能的單片系統(tǒng)(SoC)。從純技術(shù)的角度來說，射頻識別技術(shù)的核心在電子標(biāo)簽，閱讀器是根據(jù)電子標(biāo)簽的設(shè)計而設(shè)計的。雖然，在射頻識別系統(tǒng)中電子標(biāo)簽的價格遠(yuǎn)比閱讀器低，但通常情況下，在應(yīng)用中電子標(biāo)簽的數(shù)量是很大的，尤其是物流應(yīng)用中，電子標(biāo)簽由可能是海量并且是一次性使用的，而閱讀器的數(shù)量則相對要少的多。

　　實際應(yīng)用中，電子標(biāo)簽除了具有數(shù)據(jù)存貯量、數(shù)據(jù)傳輸速率、工作頻率、多標(biāo)簽識讀特征等電學(xué)參數(shù)之外，還根據(jù)其內(nèi)部是否需要加裝電池及電池供電的作用而將電子標(biāo)簽分為無源標(biāo)簽(passive)、半無源標(biāo)簽(semi-passive)和有源標(biāo)簽(active)三種類型。無源標(biāo)簽沒有內(nèi)裝電池，在閱讀器的閱讀范圍之外時，標(biāo)簽處于無源狀態(tài)，在閱讀器的閱讀范圍之內(nèi)時標(biāo)簽從閱讀器發(fā)出的射頻能量中提取其工作所需的電能。半無源標(biāo)簽內(nèi)裝有電池，但電池僅對標(biāo)簽內(nèi)要求供電維持?jǐn)?shù)據(jù)的電路或標(biāo)簽晶片工作所需的電壓作輔助支援，標(biāo)簽電路本身耗電很少。標(biāo)簽未進(jìn)入工作狀態(tài)前，一直處于休眠狀態(tài)，相當(dāng)于無源標(biāo)簽。標(biāo)簽進(jìn)入閱讀器的閱讀范圍時，受到閱讀器發(fā)出的射頻能量的激勵，進(jìn)入工作狀態(tài)時，用于傳輸通信的射頻能量與無源標(biāo)簽一樣源自閱讀器。有源標(biāo)簽的工作電源完全由內(nèi)部電池供給，同時標(biāo)簽電池的能量供應(yīng)也部分地轉(zhuǎn)換為標(biāo)簽與閱讀器通信所需的射頻能量。

　　射頻識別系統(tǒng)的另一主要性能指標(biāo)是閱讀距離，也稱為作用距離，它表示在最遠(yuǎn)為多遠(yuǎn)的距離上，閱讀器能夠可靠地與電子標(biāo)簽交換資訊，即閱讀器能讀取標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)。實際系統(tǒng)這一指標(biāo)相差很大，取決于標(biāo)簽及閱讀器系統(tǒng)的設(shè)計、成本的要求、應(yīng)用的需求等，范圍從0～100m左右。典型的情況是，在低頻125kHz、13.56MHz頻點上一般均采用無源標(biāo)簽，作用距離在10～30cm左右，個別有到1.5m的系統(tǒng)。在高頻UHF頻段，無源標(biāo)簽的作用距離可達(dá)到3～10m。更高頻段的系統(tǒng)一般均采用有源標(biāo)簽。采用有源標(biāo)簽的系統(tǒng)有達(dá)到作用距離至100m左右的報道。

　　2、射頻識別技術(shù)發(fā)展歷史

　　從信息傳遞的基本原理來說，射頻識別技術(shù)在低頻段基于變壓器耦合模型(初級與次級之間的能量傳遞及信號傳遞)，在高頻段基于雷達(dá)探測目標(biāo)的空間耦合模型(雷達(dá)發(fā)射電磁波信號碰到目標(biāo)后攜帶目標(biāo)資訊返回雷達(dá)接收機)。1948年哈里．斯托克曼發(fā)表的“利用反射功率的通信”奠定了射頻識別射頻識別技術(shù)的理論基礎(chǔ)。

　　射頻識別技術(shù)的發(fā)展可按十年期劃分如下：

　　1940-1950年：雷達(dá)的改進(jìn)和應(yīng)用催生了射頻識別技術(shù)，1948年奠定了射頻識別技術(shù)的理論基礎(chǔ)。

　　1950-1960年：早期射頻識別技術(shù)的探索階段，主要處于實驗室實驗研究。

　　1960-1970年：射頻識別技術(shù)的理論得到了發(fā)展，開始了一些應(yīng)用嘗試。

　　1970-1980年：射頻識別技術(shù)與產(chǎn)品研發(fā)處于一個大發(fā)展時期，各種射頻識別技術(shù)測試得到加速。出現(xiàn)了一些最早的射頻識別應(yīng)用。

　　1980-1990年：射頻識別技術(shù)及產(chǎn)品進(jìn)入商業(yè)應(yīng)用階段，各種規(guī)模應(yīng)用開始出現(xiàn)。

　　1990-2000年：射頻識別技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化問題日趨得到重視，射頻識別產(chǎn)品得到廣泛采用，射頻識別產(chǎn)品逐漸成為人們生活中的一部分。

　　2000年后：標(biāo)準(zhǔn)化問題日趨為人們所重視，射頻識別產(chǎn)品種類更加豐富，有源電子標(biāo)簽、無源電子標(biāo)簽及半無源電子標(biāo)簽均得到發(fā)展，電子標(biāo)簽成本不斷降低，規(guī)模應(yīng)用行業(yè)擴(kuò)大。

　　至今，射頻識別技術(shù)的理論得到豐富和完善。單晶片電子標(biāo)簽、多電子標(biāo)簽識讀、無線可讀可寫、無源電子標(biāo)簽的遠(yuǎn)距離識別、適應(yīng)高速移動物體的射頻識別技術(shù)與產(chǎn)品正在成為現(xiàn)實并走向應(yīng)用。

　　特別值得一提的是在1998年美國麻省理工學(xué)院的David Brock博士和Sanjay Sarma教授在喝咖啡聊天時，談及物品自動識別技術(shù)手段問題時產(chǎn)生的從系統(tǒng)的角度來解決物品自動識別問題的靈感，由此導(dǎo)致了供應(yīng)鏈中物品自動識別概念的一次革命，并最終在1999年10月1日正式創(chuàng)建Auto-ID Center非盈利性的開發(fā)組織。Auto-ID Center誕生后，迅速提出了產(chǎn)品電子代碼EPC(Electronic Product Code)的概念以及物聯(lián)網(wǎng)的概念與構(gòu)架，并積極推進(jìn)有關(guān)概念的基礎(chǔ)研究與實驗工作?？梢哉f，EPC與物聯(lián)網(wǎng)的概念將射頻識別技術(shù)的應(yīng)用推到了極致，對射頻識別技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用的推廣起到了極大的推動作用。

　　3、射頻識別技術(shù)的發(fā)展

　　射頻識別技術(shù)的發(fā)展，一方面受到應(yīng)用需求的驅(qū)動，另一方面射頻識別技術(shù)的成功應(yīng)用反過來又將極大地促進(jìn)應(yīng)用需求的擴(kuò)展。從技術(shù)角度說，射頻識別技術(shù)的發(fā)展體現(xiàn)在若干關(guān)鍵技術(shù)的突破。從應(yīng)用角度來說，射頻識別技術(shù)的發(fā)展目的在于不斷滿足日益增漲的應(yīng)用需求。

　　射頻識別技術(shù)的發(fā)展得益于多項技術(shù)的綜合發(fā)展。所涉及的關(guān)鍵技術(shù)大致包括：晶片技術(shù)、天線技術(shù)、無線收發(fā)技術(shù)、數(shù)據(jù)變換與編碼技術(shù)、電磁傳播特性。

　　隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，射頻識別產(chǎn)品的種類將越來越豐富，應(yīng)用也越來越廣泛。可以預(yù)計，在未來的幾年中，射頻識別技術(shù)將持續(xù)保持高速發(fā)展的勢頭。射頻識別技術(shù)的發(fā)展將會在電子標(biāo)簽(射頻標(biāo)簽)、閱讀器、系統(tǒng)種類等方面取得新進(jìn)展。

　　在電子標(biāo)簽方面，電子標(biāo)簽晶片所需的功耗更低，無源標(biāo)簽、半無源標(biāo)簽技術(shù)更趨成熟。其作用距離將更遠(yuǎn)，無線可讀寫性能也將更加完善，并且能夠適合高速移動物品識別，識別速度也將更加快，具有快速多標(biāo)簽讀寫功能。與此同時，在強場強下的自保護(hù)功能也會更加完善、智慧性更強，成本更低。在讀寫器方面，多功能讀寫器，包括與條碼識別集成、無線數(shù)據(jù)傳輸、脫機工作等功能將被更多的應(yīng)用。同時，多種數(shù)據(jù)介面包括RS232，RS422／485，USB，紅外，乙太網(wǎng)口也將得到應(yīng)用。而讀寫器將實現(xiàn)多制式多頻段相容，能夠相容讀寫多種標(biāo)簽類型和多個頻段標(biāo)簽。讀寫器會朝著小型化、攜帶型、嵌入式、模組化方向發(fā)展，成本將更加低廉，應(yīng)用范圍更加廣泛。在系統(tǒng)方面，低頻近距離系統(tǒng)將具有更高的智慧、安全特性；高頻遠(yuǎn)距離系統(tǒng)性能將更加完善，成本更低。而2.45GHz和5.8GHz系統(tǒng)將更加完善。同時，無晶片系統(tǒng)將逐漸得到應(yīng)用。

　　總而言之，射頻識別技術(shù)未來的發(fā)展中，在結(jié)合其他高新技術(shù)，比如GPS、生物識別等技術(shù)，由單一識別向多功能識別方向發(fā)展的同時，將結(jié)合現(xiàn)代通信及電腦技術(shù)，實現(xiàn)跨地區(qū)、跨行業(yè)應(yīng)用。

　　射頻識別技術(shù)應(yīng)用分析

　　1、應(yīng)用領(lǐng)域分析：

　　射頻識別技術(shù)以其獨特的優(yōu)勢，逐漸的被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、商業(yè)自動化和交通運輸控制管理等領(lǐng)域。隨著大型積體電路技術(shù)的進(jìn)步以及生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，射頻識別產(chǎn)品的成本將不斷的降低，其應(yīng)用將越來越廣泛。表一列舉了射頻識別技術(shù)幾個典型的應(yīng)用。

　　表：射頻識別技術(shù)典型應(yīng)用對比
　

　　2、國際國內(nèi)射頻識別技術(shù)應(yīng)用狀況對比

　　射頻識別技術(shù)在國外發(fā)展非常迅速，射頻識別產(chǎn)品種類繁多。在北美、歐洲、大洋洲、亞太地區(qū)及非洲南部，射頻識別技術(shù)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、商業(yè)自動化、交通運輸控制管理等眾多領(lǐng)域：汽車、火車等交通監(jiān)控；高速公路自動收費系統(tǒng)；停車場管理系統(tǒng)；物品管理；流水線生產(chǎn)自動化；安全出入檢查；倉儲管理；動物管理；車輛防盜等。而在我國，由于射頻識別技術(shù)起步較晚，應(yīng)用的領(lǐng)域不是很廣，除了在中國鐵路應(yīng)用的車號自動識別系統(tǒng)外，主要應(yīng)用僅限于射頻卡。

　　車輛自動識別方面，早在1995年北美鐵路系統(tǒng)就采用了射頻識別技術(shù)的車號自動識別標(biāo)準(zhǔn)，在北美150萬輛貨車、1400個地點安裝了射頻識別裝置。近年來，澳大利亞開發(fā)了用于礦山車輛的識別和管理的射頻識別系統(tǒng)。

　　在高速公路收費及智慧交通方面，香港“駕易通”采用的就是射頻識別技術(shù)。裝有射頻標(biāo)簽的汽車能被自動識別，無須停車?yán)U費，大大提高了行車速度和效率。雖然我國很多地區(qū)高速公路都采用了射頻卡，但是大部分還是應(yīng)用人工停車收費的方式。最近，錦山的一條高速公路上應(yīng)用了射頻卡自動收費，但是與香港“駕易通”相比，差距顯而易見。利用射頻識別技術(shù)的不停車高速公路自動收費系統(tǒng)是將來的發(fā)展方向，人工收費包括IC卡的停車收費方式也終將被淘汰。

　　在貨物的跟蹤、管理及監(jiān)控方面，澳大利亞和英國的西思羅機場將射頻識別技術(shù)應(yīng)用于旅客行李管理中，大大提高了分揀效率，降低了出錯率。在幾年前，歐共體就要求從1997年開始生產(chǎn)的新車型必須具有基于射頻識別技術(shù)的防盜系統(tǒng)。而我國鐵路行包自動追蹤管理系統(tǒng)還只是在計劃推廣之中，真正應(yīng)用還要假以時日。

　　在射頻卡應(yīng)用方面，1996年1月南韓就在漢城的600輛公共汽車上安裝射頻識別系統(tǒng)用于電子月票，實現(xiàn)了非現(xiàn)金結(jié)算，方便了市民出行。而德國漢莎航空公司則開始試用射頻卡作為飛機票，改變了傳統(tǒng)的機票購銷方式，簡化了機場人關(guān)的手續(xù)。在我國，射頻卡主要應(yīng)用于公共交通、地鐵、校園、社會保障等方面。上海、深圳、北京等地陸續(xù)采用了射頻公交卡。在未來的一、兩年，我國射頻卡應(yīng)用最大的項目將是第二代公民身份證。

　　在生產(chǎn)線的自動化及過程式控制制方面，德國BMW公司為保證汽車在流水線各位置準(zhǔn)確的完成裝配任務(wù)，將射頻識別系統(tǒng)應(yīng)用在汽車裝配線上。而Motoro1a公司則采用了射頻識別技術(shù)的自動識別工序控制系統(tǒng)，滿足了半導(dǎo)體生產(chǎn)對于環(huán)境的特殊要求，同時提高了生產(chǎn)效率。在動物的跟蹤及管理方面，許多發(fā)達(dá)國家采用射頻識別技術(shù)，通過對牲畜個別識別，保證牲畜大規(guī)模疾病爆發(fā)期間對感染者的有效跟蹤及對未感染者進(jìn)行隔離控制。而在生產(chǎn)線的自動化及過程式控制制以及動物的跟蹤及管理方面，我們離國際水準(zhǔn)的差距就更大，甚至在有些方面根本就沒有應(yīng)用。

　　不久的將來，我國射頻識別技術(shù)應(yīng)用將在生產(chǎn)線自動化、倉儲管理、電子物品監(jiān)視系統(tǒng)、貨運集裝箱的識別以及畜牧管理等方面有所突破。