物联网RFID标准

第十章物联网RFID标准Internet之所以能够在全球范围内实现软硬件以及信息资源共享，是因为实现了各种网络设备的软硬件及数据交换标准的统一。随着物联网的迅猛全球化和国际射频识别日趋激烈的竞争，物联网RFID标准体系已经成为各个企业和国家参与国际竞争的重要手段。10.1RFID标准概述标准化是指对产品、过程或者服务中现实和潜在的问题做出规定，提供可共同遵守的工作语言，以利于技术合作，同时防止贸易壁垒。通过制定、发布和实施RFID标准，可以解决编码通信、空中接口和数据共享等问题，以最大程度地促进RFID技术及相关系统的应用。RFID国际标准化机构1.ISO/IECRFID技术在国际标准化组织的分类中属于信息技术中的自动识别与数据采集领域（AIDC），由国际标准化组织ISO和国际电工委员会IEC负责制定。10.1RFID标准概述1.ISO/IECISO和IEC专门为AIDC技术成立了技术标准组（JTC-1），1996年又成立了SC31分委员会，负责自动识别和数据采集技术的标准化制定工作，ISO/IEC目前已下设6个工作组：WG1负责数据载体，WG2负责数据结构，WG4负责物品管理的RFID技术，WG5负责实时定位系统，WG6负责移动物品识别和管理，WG7负责物品管理的安全性。还有一些其他的ISO技术委员会也涉及到部分RFID的相关标准，如ISO/IECTC-104货运集装箱标准化技术委员会公布了一个RFID用于海运集装箱的标准，ISOTC-122包装标准化技术委员会和TC-104y的联合工作组也正在开发一系列RFID供应链管理的应用标准。和其他非强制的标准一样，ISO标准是否被采用也取决于市场的需求。10.1RFID标准概述2.EPCglobalEPCglobal是由美国统一代码协会（UCC）和国际物品编码协会（EAN）共同成立的非营利性组织，其主要职责是在全球范围内对各个行业建立和维护EPCglobal网络，保证物联网各环节信息的自动识别，并采用全球统一标准。EPCglobal制定了标准开发过程规范，规范了EPCglobal各部门的职责以及标准开发的业务流程，对递交的标准草案进行多方审核，确保制定的标准具有很强的竞争力。目前EPCglobal提供的服务主要有：1)分配、维护和注册EPC管理者代码；2)对用户提供EPC技术和EPC网络相关内容的教育和培训；3)参与EPC商业应用案例实施和EPCglobal网络标准的制定；4)参与EPCglobal网络、网络组成、研究开发和软件系统等的规范的制定和实施；10.1RFID标准概述3.其他组织其它RFID标准化组织还包括各种区域、国家、行业等标准组织。日本的泛在中心制定RFIDUID标准的思路类似EPCglobal，目标也是构建一个完整的标准体系，即从编码体系、空中接口协议到泛在网络体系结构，但在很多细节方面与EPC系统还是有差异。韩国利用国内移动通信的发展优势，把RFID和移动通信结合起来，并从2000年开始在系统架构、编码格式、空中接口、安全隐私等方面开展相关的标准化工作，以此为突破口，主导国际标准的制定。与RFID应用相关的国际标准化机构：国际电信联盟（ITU)、世界邮联（UPU）等；区域性标准化机构，如欧洲标准化委员会（CEN）等；国家标准化机构，如BSI（英国标准协会）等；行业组织，如ATA（世界海关组织暂准进口协议）等。10.1RFID标准概述RFID标准体系10.1RFID标准概述RFID标准的主要内容包括以下几个方面:1）技术标准主要包括接口和通信技术，如空中接口、防碰撞方法、中间件技术和传输协议等，例如：ISO18000:定义了询问者与标签之间在不同频率上的空中接口。PCGen2:定义了频率在860～960 MHz之间的空中接口标准。2）数据内容标准主要指数据结构、编码格式和数据安全等相关内容。ISO/IEC15961、15962与15963标准规定了信息交换过程中的数据协议，它们独立于ISO18000系列空中接口通信协议。10.1RFID标准概述3）性能标准狭义的RFID系统是指由承载了唯一编码的RFID标签通过天线与读写器实现通信，因此RFID标签、读写器和天线就构成了完成自动识别与数据采集的有机整体。要实现系统的目标功能，系统各部分之间必须满足一致性要求，从而实现不同厂家生产设备之间的互通性和互操作性。因此，SC31WG3制定了性能测试和一致性测试的方法及标准，并作为RFID测试工作的基础。ISO/IEC18046定义了RFID设备的性能检测方法，包括对标签参数、速度、标签阵列、方向、单标签检测及多标签检测等标签性能的检测方法，以及对读取距离、读取率、单标签和多标签读取等读写器性能的检测方法。IS0/IEC18047定义了RFID设备的一致性测试方法，也称空中接口通信协议测试方法。10.1RFID标准概述IS0/IEC18047分为以下几个部分:●ISO/IEC18047—2：125～134 kHz，对应ISO18000—2；●ISO/IEC18047—3：13.56 MHz，对应ISO18000—3；●ISO/IEC18047—4：2.45 GHz，对应ISO18000—4；●ISO/IEC18047—6：860～960 MHz，对应ISO18000-6；●ISO/IEC18047—7：433 MHz，对应ISO18000—7。10.1RFID标准概述4）应用标准RFID涉及了众多的具体应用，各种不同的应用涉及不同的行业，因此标准还需要涉及有关行业的规范，典型标准包括有：●ISO10374：货运集装箱标准（自动识别）。●ISO18185：货运集装箱的电子封条的射频通信协议。●ISO11784：动物的射频识别——编码结构。●ISO11785：动物的射频识别——技术准则。●ISO14223—1：动物的射频识别——高级标签的空中接口。●ANSIMH10.8.4：可回收容器的RFID标准。●AIAGB—11：轮胎电子标签标准（汽车工业性动组）。●ISO122/104JWG：RFID的供应链应用。10.1RFID标准概述RFID标准多元化的原因RFID的国际标准比较多，主要基于技术因素和利益因素两方面.1.技术因素1）RFID的工作频率和信息传输方式RFID的工作频率分布在低频至微波的各个频段中，技术差异很大。例如，125 kHz的电路、天线设计与2.45 GHz的电路、天线设计就有很大的不同。即使对于相同的频率，由于基带信号和调制方式的不同，也会形成不同的技术标准。例如，对于13.56 MHz的工作频率，ISO/IEC14443标准有TYPEA和TYPEB两种方式。10.1RFID标准概述2）作用距离作用距离的差异也是标准不同的主要原因。作用距离不同产生的差异主要表现在以下几个方面：应答器的工作方式分有源工作方式和无源工作方式两种；RFID系统的工作原理不同，近距离采用电感耦合方式，远距离采用基于微波的反射散射耦合方式；载波功率的差异。例如，同为13.56 MHz工作频率的ISO/IEC14443标准和ISO/IEC15693标准，由于后者作用距离较远，所以其阅读器输出的载波功率较大（但不能超出EMI有关标准的规定）。3）应用目标的不同RFID的应用很广泛，针对不同应用，其存储的数据代码、外形需求、频率选择、作用距离以及复杂度等都会有很大的差异。例如，动物识别和货物识别、高速公路的车辆识别计费和超市货物的识别计费等，它们之间都存在较大的不同。10.1RFID标准概述4）技术的发展随着信息技术的进步和制造业的进步，RFID标准需要不断融入这些新进展，以形成与时俱进的标准。2.利益因素尽管标准是开放的，但标准中的技术专利会给相应的国家、集团以及企业等带来巨大的市场效应和经济效益，因此标准的多元化之争也是这些利益之争的必然反映。10.2ISO/IEC的相关标准ISO/IEC的标准体系ISO/IEC已出台的RFID标准主要关注基本的模块构建、空中接口和涉及的数据结构以及它们的实施问题。具体可以分为技术标准、数据结构标准、性能标准及应用标准四个方面。数据标准（如编码标准ISO/IEC15691、数据协议ISO/IEC15692、ISO/IEC15693，解决了应用程序、标签和空中接口的多样性要求，提供一套通用的通信机制）空中接口标准（ISO/IEC18000系列）测试标准（性能测试ISO/IEC18047和一致性测试标准ISO/IEC18046）实时定位（RTLS)（ISO/IEC24730系列应用接口与空中接口通信标准）方面的标准。10.2ISO/IEC的相关标准10.2ISO/IEC的相关标准非接触式IC卡国际标准（ISO/IEC14443）目前RFID非接触式智能卡常用的三个ISO标准：ISO/IEC14443、ISO/IEC15693和ISO/IEC10536。目前ISO14443以13.56 MHz交变信号为载波频率，应用较为广泛。ISO/IEC14443是近耦合非接触式IC卡的国际标准，可用于身份证和各种智能卡、存储卡等。ISO/IEC14443标准由四部分组成，即ISO/IEC14443—1/2/3/4。标准卡的类型阅读器作用距离ISO/IEC10536密耦合（CICC）CCD紧靠ISO/IEC14443近耦合（PICC）PCD10cmISO/IEC15693疏耦合（VICC）VCD约50cm10.2ISO/IEC的相关标准1.ISO/IEC14443—1物理特性第一部分物理特性规定了非接触式IC卡的机械性能，其尺寸应满足ISO7810中的规范，即85.72 mm×54.03 mm×0.76 mm±容差。除此以外，还应满足紫外线、X射线、交流电场、交流磁场、静电、静磁场、工作温度和动态弯曲等方面提出的要求，其测试方法在ISO/IEC10373标准中有相关描述。2.ISO/IEC14443—2射频能量和信号接口阅读器（PCD）产生耦合到应答器（PICC）的射频磁场。PICC通过耦合的方式获得能量，并转换成芯片工作的直流电压。PCD和PICC间通过信号调制与解调实现通信。射频频率13.56MHz±7kHz，阅读器产生的磁场强度在1.5 A/m到7.5 A/m（有效值）之间，若PICC的动作场强为1.5 A/m，PICC在距离PCD为10 cm时应能正常不间断地工作。在PICC可能处于的任何位置，PCD产生的电磁场都不能超过ISO/IEC14443—1中规定的数值。10.2ISO/IEC的相关标准信号接口也称空中接口。本协议规定了两种信号接口：TYPEA（A类）和TYPEB（B类），因而PICC仅需采用两者之一的方式，而PCD最好对两者都能支持并可任意选择其中之一来适配PICC。1）TYPEA型（1）PCD向PICC通信。载波频率为13.56MHz，在初始化和防冲突期间，数据传输率=13.56MHz/128=106kbit/s，一位数据所占的时间周期为9.4μs。采用修正密勒码的100%ASK调制。在RF场中创造一个“间隙（Pause）”来传送二进制数据，为保证对PICC的不间断的能量供给，载波间隙时间为2～3μs，其实际波形如下图所示.10.2ISO/IEC的相关标准Pause波形10.2ISO/IEC的相关标准（2）PICC向PCD通信。PICC向PCD通信以负载调制方式实现。PICC通过电感耦合方式与PCD进行通信。用曼彻斯特码副载波调（ASK）信号进行负载调制。副载波的频率fs = fc/16，约为847 kHz，在初始化和防冲突期间，一位数据的时间等于8个副载波时间。TYPEA接口信号的波形如图所示。10.2ISO/IEC的相关标准2）TYPEB型（1）PCD向PICC通信。在初始化和防冲突期间，数据传输速率为fc/128，约为106 kHz，用数据的NRZ码对载波进行ASK10%调制，调制指数=(a−b)/(a+b)=8%～14%，其调制波形如图所示。逻辑1时载波高幅度（无调制）；逻辑0时载波低幅度。TYPEB调制波形1