射频识别技术的应用与发展

1射频识别技术的应用与发展xx西南大学电子信息工程学院，重庆400715摘要：无线射频识别技术(RFID)作为一种新兴的自动识别技术，近年来在国内外已经得到了迅速发展。本文简述了目前RFID技术的优势和发展状况，详细介绍了RFID系统的组成及其工作原理，RFID技术的发展历史及现状，目前的市场情况，相关的国家政策，最后讨论了RFID技术应用和发展趋势。关键词：RFID；射频识别技术；发展TheapplicationofRFIDtechnologyanddevelopmentYANGFanSchoolofElectronicandInformationEngineering,SouthwestUniversity,Chongqing400715,PRChinaAbstract:Radiofrequencyidentificationtechnology(RFID)asanewautomaticidentificationtechnology,inrecentyearsathomeandabroadhavegotrapiddevelopment.ThispaperbrieflydescribesthecurrentadvantagesanddevelopmentsituationofRFIDtechnology,RFIDsystemwasintroducedindetailthecompositionandworkingprincipleofRFIDtechnologyinthedevelopmenthistoryandpresentsituation,thecurrentmarketsituation,therelevantnationalpolicy,theRFIDtechnologyapplicationanddevelopmenttrendarediscussed.Keywords:RFID;Radiofrequencyidentificationtechnology;Development2第1章导论无线射频识别技术(RadioFrequencyIdentification，RFID)，或称射频识别技术，是从二十世纪90年代兴起的一项非接触式自动识别技术。它是利用射频方式进行非接触式双向通信，以达到自动识别目标对象并获取相关数据的目的，具有精度高、适应环境能力强、抗干扰强、操作快捷等许多优点[1-3]。目前常用的自动识别技术中，条码和磁卡的成本较低，但是都容易磨损，且数据量很小；接触式IC卡的价格稍高些，数据存储量较大，安全性好，但是也容易磨损，寿命短；而射频卡实现了免接触操作，应用便利，无机械磨损，寿命长，无需可见光源，穿透性好，抗污染能力和耐久性强，而且，可以在恶劣环境下工作，对环境要求低，读取距离远，无需与目标接触就可以得到数据，支持写入数据，无需重新制作新的标签，可重复使用，并且使用了防冲撞技术，能够识别高速运动物体并可同时识别多个射频卡。这项技术在各领域的应用便不由得被众多学者关注，并也得出了很多优秀的理论。近年来，无线射频识别技术在国内外发展越发迅速，RFID产品种类也越来越多样化，像TI、Motrola、Philips、Microchip等世界著名厂家都生产RFID产品，并且各有特点，自成系列。RFID已被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域，例如汽车或火车等的交通监控系统、高速公路自动收费系统、物品管理、流水线生产自动化、门禁系统、金融交易、仓储管理、畜牧管理、车辆防盗等。随着成本的下降和标准化的实施，RFID技术的全面推广和普遍应用将是不可逆转的趋势[4]。本文中，我们将着重讨论射频识别技术的应用及其在未来的发展前景，希望能为将来的走势提供一些理论基础。本文中参考的文献涉及到众多方面，射频识别技术的发展与应用（李进东，范琴秀，2006）[5]，射频技术发展现状与应用（王金川.覃真，韩煜，2007）[6]，无线射频识别技术及其应用和发展趋势（蒋皓石.张成，林嘉与2005）[4]，射频识别技术RFID发展的前景及应用分折(陈志雄,2004)[7]，射频识别技术及其发展现状(沈宇超.沈树群，1999)[8]，RFID技术安全性研究（郎为民.雷承达.Zhang,Lei.张蕾，2006)[9]，以及网络上相关的报告，如：射频技术市场情况与发展，相关政策则考虑了：中国射频识别(RFID)技术政策白皮书。3第2章RFID系统的组成及原理RFID系统因应用不同其组成会有所不同，但基本都由电子标签(Tag)、阅读器(Reader)和数据交换与管理系统(Processor)三大部分组成。电子标签(或称射频卡、应答器等)，由耦合元件及芯片组成，其中包含带加密逻辑、串行EEPROM(电可擦除及可编程式只读存储器)、微处理器CPU以及射频收发及相关电路。电子标签具有智能读写和加密通信的功能，它是通过无线电波与读写设备进行数据交换，工作的能量是由阅读器发出的射频脉冲提供。阅读器，有时也被称为查询器、读写器或读出装置，主要由无线收发模块、天线、控制模块及接口电路等组成。阅读器可将主机的读写命令传送到电子标签，再把从主机发往电子标签的数据加密，将电子标签返回的数据解密后送到主机。数据交换与管理系统主要完成数据信息的存储及管理、对卡进行读写控制等。电子标签具有各种各样的形状,但不是任意形状都能满足阅读距离及工作频率的要求,必需根据系统的工作原理,即磁场藕合(变压器原理)还是电磁场辆合(雷达原理),设计合适的天线外形及尺寸.电子标签通常由标签天线(或线圈)及标签芯片组成。标签芯片即相当于一个具有无线收发功能再加存贮功能的单片系统(SoC)。从纯技术的角度来说,射频识别技术的核心在电子标签,阅读器是根据电子标签的设计而设计的。虽然,在射频识别系统中电子标签的价格远比阅读器低,但通常情况下,在应用中电子标签的数量是很大的,尤其是物流应用中,电子标签由可能是海量并且是一次性使用的,而阅读器的数量则相对要少得多。RFID系统的工作原理如下：阅读器将要发送的信号，经编码后加载在某一频率的载波信号上经天线向外发送，进入阅读器工作区域的电子标签接收此脉冲信号，卡内芯片中的有关电路对此信号进行调制、解码、解密，然后对命令请求、密码、权限等进行判断。若为读命令，控制逻辑电路则从存储器中读取有关信息，经加密、编码、调制后通过卡内天线再发送给阅读器，阅读器对接收到的信号进行解调、解码、解密后送至中央信息系统进行有关数据处理；若为修改信息的写命令，有关控制逻辑引起的内部电荷泵提升工作电压，提供擦写EEPROM中的内容进行改写，若经判断其对应擦写EEPROM中的内容进行改写，若经判断其对应的密码和权限不符，则返回出错信息。4RFID技术的分类方法[10]常见的有下面四种：根据电子标签工作频率的不同通常可分为低频(30kHz～300kHz)、中频(3MHz一30MHz)和高频系统(300MHz一3GHz)。RFID系统的常见的工作频率有低频125kHz、134．2kHz，中频135.6MHz，高频860MHz、930MHz、2.45GHz、5.8GHz等。射频识别系统的一个主要性能指标是阅读距离,也称为作用距离,它表示在最远为多远的距离上,阅读器能够可靠地与电子标签交换信息,即阅读器能读取标签中的数据。实际系统这一指标相差很大,取决于标签及阅读器系统的设计、成本的要求、应用的需求等,范围从0~10om左右。典型的情况是,在低频12k5H、13.56MH:频点上一般均采用无源标签,作用距离在10~30cm左右,个别有到1.5m的系统。在高频UHF频段,无源标签的作用距离可达到3~10m。更高频段的系统一般均采用有源标签.采用有源标签的系统有达到作用距离至100m左右的报道。在当前有关的射频约束下，欧洲的大部分地区各向同性有效辐射功率限制在500mW，这样的辐射功率在870MHz，可近似达到0.7米。美国、加拿大以及其他一些国家，无需授权的辐射约束为各向同性辐射功率为4W，这样的功率将达到2米的阅读距离，在获得授权的情况下，在美国发射30W的功率将使阅读区增大到5.5米左右。5第3章技术发展及现状射频识别技术的发展大致可按十年期划分如下：1940一1950年：雷达的改进和应用催生了射频识别技术，1948年奠定了射频识别技术的理论基础；1950一1960年：早期射频识别技术的探索阶段，主要处于实验室实验研究；1960一1970年：射频识别技术的理论得到了发展，开始了一些应用尝试；1970一1980年：射频识别技术与产品研发处于一个大发展时期，各种射频识别技术测试得到加速，出现了一些最早的射频识别应用；1980一1990年：射频识别技术及产品进入商业应用阶段，各种规模应用开始出现；1990一200年：射频识别技术标准化间题日趋得到重视，射频识别产品得到广泛采用，射频识别产品逐渐成为人们生活中的一部分；2000年后：标准化问题日趋为人们所重视，射频识别产品种类更加丰富。射频识别技术的发展一方面受到应用需求的驱动，另一方面射频识别技术的成功应用反过来又将极大地促进应用需求的扩展。从技术角度说，射频识别技术的发展体现在若干关键技术的突破。从应用角度来说，射频识别技术的发展目的在于不断满足日益增涨的应用需求。随着技术的不断进步，射频识别产品的种类将越来越丰富，应用也越来越广泛。可以预计，在未来的几年中，射频识别技术将持续保持高速发展的势头。射频识别技术的发展将会在电子标签(射频标签)、阅读器、系统种类等方面取得新进展。射频识别技术未来的发展中，在结合其它高新技术，比如GPS、生物识别等技术，由单一识别向多功能识别方向发展的同时，将结合现代通信及计算机技术，实现跨地区、跨行业应用。射频识别技术标准现状：RFID技术发展的很快，但目前，射频识别技术还未形成统一的全球化标准，市场为多种标准并存的局面，但随着全球物流行业RIFD大规模应用的开始，RFID标准的统一已经得到业界的广泛认同。应用于RFID的核心技术主要包括：无源识别卡的波束供电技术、无源反射调制技术、多目标识别中抗冲突机制技术、抗邻道干扰技术、无源RFID卡的集成技术、双卡识别技术、双向识别技术等。而技术标准争夺的核心主要在RFID标签的数据内容编码标准这一领域。目前形成了五大标准组织，分别代表了国际上不同团体或者国家的利益。EPCGobal是由北美UCC产品统一编码组织和欧洲EAN产品标准组织联合成立，在全球拥有上百家成员，得到了零售6巨头沃尔玛，制造业巨头强生、宝洁等跨国公司的支持。而AIM、ISO、UID则代表了欧美国家和日本，IP一X的成员则以非洲、大洋洲、亚洲等国家为主。比较而言，EPCGobal由于综合了美国和欧洲厂商，实力相对占上风。1.EPCGlobalEPCGlobal是由UCC和EAN联合发起的非盈利性机构，全球最大的零售商沃尔玛连锁集团、英国Tesco等100多家美国和欧洲的流通企业都是EPC的成员，同时由美国IBM公司、微软、Auto一IDLab等进行技术研究支持。2.日本UID主导日本RFID标准研究与应用的组织是T一引擎论坛〔T一EngineForum)，该论坛已经拥有成员475家成员。值得注意的是成员绝大多数都是日本的厂商，如NEC、日立、东芝等，但是少部分来自国外的著名厂商也有参与，如微软、三星、LG和SKT。各国都在积极制定自己的RFID标准，而各个公司则依据自身的判断，选择购买各自的射频识别设备，或自主开发各自的射频识别设备。这造成各公司间的射频识别设备千差万别，使得公司与公司间不能实现信息共享和传递，阻碍物流信息化发展。这也是RFID技术发展的一大阻力。我国电子标签RFID技术的生产和应用领域仅有一些行业标准，各厂家自主开发的射频标签产品在容量、信息格式等方面不一致、不兼容。国家标准委已经正式成立“电子标签”国家标准工作组，联合科技部、信息产业部以及上海标准化研究院等14个部委研究、起草、制定具有我国自主知识产权的“电子标签”国家标准，同时和目前国