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RFID basic knowlege

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RFID基础知识
时间：2006—08—01
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本文关键字：RFID
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什么是RFID
　　射频识别技术RFID（Radio Frequency Identification Technology)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并获取相关数据。
RFID历史演进
　　RFID在历史上的首次应用可以追溯到第二次世界大战期间 （约1940年代) ，其当时的功能是用于分辨出敌方飞机与我方飞机。我方的飞机上装载有高耗电量的主动式卷标(Active Tag)，当雷达发出询问的讯号，这些卷标就会发出适当的响应,藉以识别出自己是友军或是敌军。此系统称为IFF（Identify: Friend or Foe)。目前世界上的飞安管制系统仍是以此为概念。
　　到了1970年代末期，美国政府透过Los Alamos科学实验室将RFID技术转移到民间。RFID技术最先在商业上的应用是在牲畜身上。到了1980年代，美国与欧洲的几家公司开始着手生产RFID卷标.今日来讲，RFID技术已经被广泛应用于各个领域，从门禁管制、牲畜管理，到物流管理，皆可以见到其踪迹.
射频技术和条形码的区别
　　射频技术与条形码是两种不同的技术，有不同的适用范围，有时会有重叠。两者之间最大的区别是条形码是"可视技术"。射频标签只要在接受器的作用范围内就可以被读取。
　　从概念上来说，两者很相似，目的都是快速准确地确认追踪目标物体。主要的区别如下：有无写入信息或更新内存的能力。条形码的内存不能更改。射频标签不像条形码,它特有的辨识器不能被复制。标签的作用不仅仅局限于视野之内，因为信息是由无线电波传输,而条形码必须在视野之内。由于条形码成本较低,有完善的标准体系，已在全球散播，所以已经被普遍接受，在成本方面，条形码的成本就是条形码纸张和油墨成本，而有内存芯片的主动射频标签价格在2美元以上，被动射频标签的成本也在1美元以上。但是没有内置芯片的标签价格只有几美分，它可以用于对数据信息要求不那么高的情况，同时又具有条形码不具备的防伪功能。

信息载体
信息量
读/写性
读取方式
保密性
智能化
抗干扰能力
寿命
成本
条 码
纸、塑料薄膜、金属表面
小
只读
CCD或激光束扫描
差
无
差
较短
最低
RFID卡
EEPROM
大
读/写
无线通信
最好
有
很好
最长
较高
零售商为何如此推崇RFID?
　　据Sanford C. 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），而现在单是盗窃一项，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%。
最基本的RFID系统组成：
　　1 阅读器（Reader）：读取(或写入）标签信息的设备，可设计为手持式或固定式,如图表 1:

　　图表 1 RFID阅读器
　　2 天线（Antenna)：在标签和阅读器间传递射频信号。

　　图表 2 天线
　　3标签（Tag）：由耦合元件及芯片组成，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;每个标签都有一个全球唯一的ID号码—-UID，UID是在制作芯片时放在ROM中的，无法修改.用户数据区(DATA）是供用户存放数据的，可以进行读写、覆盖、增加的操作。阅读器对标签的操作有三类：
1. 识别(Identify）:读取UID；
2. 读取(Read)：读取用户数据；
3. 写入(Write）：写入用户数据
　　标签样式如下图所示：

　　图表 3 RFID电子标签
RFID系统的工作原理：
　　RFID系统在实际应用中，电子标签附着在待识别物体的表面，电子标签中保存有约定格式的电子数据。阅读器可无接触地读取并识别电子标签中所保存的电子数据，从而达到自动识别物体的目的.阅读器通过天线发送出一定频率的射频信号,当标签进入磁场时产生感应电流从而获得能量，发送出自身编码等信息，被读取器读取并解码后送至电脑主机进行相关处理。如下图所示：

　　图表 4 RFID系统工作原理
　　注：通过使用防冲撞技术，RFID系统可以同时处理多个标签，例如TI的13.56MHz系统每秒钟能处理大约50张标签.
RFID系统的工作频率
　　对一个RFID系统来说，它的频段概念是指读写器通过天线发送、接收并识读的标签信号频率范围。从应用概念来说，射频标签的工作频率也就是射频识别系统的工作频率,直接决定系统应用的各方面特性。在RFID系统中，系统工作就像我们平时收听调频广播一样，射频标签和读写器也要调制到相同的频率才能工作。
　　通常阅读器发送时所使用的频率被称为RFID系统的工作频率。基本上划分为:低频（LF，30 .。300KHz）、高频（HF,3..30MHZ） 、超高频(UHF，300..968MHZ)和微波（UWF，2。45。.5。8GHZ）。
　　低频系统一般指其工作频率在100..500kHz，典型的工作频率有：125KHz、134。2KHz；高频系统一般指其工作频率在10..15MHZ,典型的工作频率13.56MHZ，超高频工作频率在860。.960MHZ，常见的工作频率有869。5MHZ、915.3MHZ。其他一些微波射频识别系统工作在2。45GHZ的微波段。
　　低频RFID技术一直用于近距离的门禁管理。由于其信噪比较低，其识读距离受到很大限制，低频系统防冲撞性能差,多标签同时读慢，性能也容易受其他电磁环境影响.13。56MHZ高频RFID产品可以部分地解决这些问题，13。56MHZ高频RFID速度快、可以实现多标签同时识读，形式多样，价格合理。但是13。56MHZ高频RFID产品对可导媒介（如液体、高湿和碳介质等）穿透性很差,由于其频率特性，识读距离短.860.。960MHZ的RFID产品常常被推荐应用在供应链管理上，超高频产品识读距离长，能够实现高速识读和多标签同时识读。但超高频对于如金属等可导媒介完全不能穿透。为了解决RFID系统工作频率所造成的对特定物品（高湿)识别效果的局限性，可以将低频和高频两个频率集成到一枚芯片上.

RFID标签类型
　　RFID标签分为被动标签（Passive tags）和主动标签(Active tags）两种。主动标签自身带有电池供电,读/写距离较远，体积较大,与被动标签相比成本更高，也称为有源标签, 一般具有较远的阅读距离,不足之处是电池不能长久使用,能量耗尽后需更换电池。
　　无源电子标签在接收到阅读器（读出装置)发出的微波信号后，将部分微波能量转化为直流电供自己工作，一般可做到免维护，成本很低并具有很长的使用寿命，比主动标签更小也更轻，读写距离则较近，也称为无源标签。相比有源系统,无源系统在阅读距离及适应物体运动速度方面略有限制.
　　按照存储的信息是否被改写，标签也被分为只读式标签（read only）和可读写标签（read and write) 只读式标签内的信息在集成电路生产时即将信息写入，以后不能修改,只能被专门设备读取;可读写标签将保存的信息写入其内部的存贮区，需要改写时也可以采用专门的编程或写入设备擦写。一般将信息写入电子标签所花费的时间远大于读取电子标签信息所花费的时间，写入所花费的时间为秒级，阅读花费的时间为毫秒级.
RFID技术特点及优势
　　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的应用技术，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;可自由工作在各种恶劣环境下：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。其所具备的独特优越性是其它识别技术无法比拟的。主要有以下几个方面：
1. 读取方便快捷:数据的读取无需光源,甚至可以透过外包装来进行.有效识别距离更长，采用自带电池的主动标签时，有效识别距离可达到30米以上；
2. 识别速度快:标签一进入磁场，阅读器就可以即时读取其中的信息，而且能够同时处理多个标签,实现批量识别；
3. 数据容量大：数据容量最大的二维条形码(PDF417),最多也只能存储2725个数字；若包含字母，存储量则会更少;RFID标签则可以根据用户的需要扩充到数十K;
4. 使用寿命长，应用范围广:其无线电通信方式，使其可以应用于粉尘、油污等高污染环境和放射性环境，而且其封闭式包装使得其寿命大大超过印刷的条形码；
5. 标签数据可动态更改：利用编程器可以向电子标签里写入数据，从而赋予RFID标签交互式便携数据文件的功能，而且写入时间比打印条形码更短；
6. 更好的安全性：RFID电子标签不仅可以嵌入或附着在不同形状、类型的产品上，而且可以为标签数据的读写设置密码保护，从而具有更高的安全性；
7. 动态实时通信:标签以每秒50～100次的频率与阅读器进行通信，所以只要RFID标签所附着的物体出现在解读器的有效识别范围内，就可以对其位置进行动态的追踪和监控。
RFID技术标准现状
　　目前,RFID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RFID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。RFID系统主要由数据采集和后台数据库网络应用系统两大部分组成.目前已经发布或者是正在制定中的标准主要是与数据采集相关的，其中包括电子标签与读写器之间的空气接口、读写器与计算机之间的数据交换协议、RFID标签与读写器的性能和一致性测试规范、以及RFID标签的数据内容编码标准等。后台数据库网络应用系统目前并没有形成正式的国际标准,只有少数产业联盟制定了一些规范，现阶段还在不断演变中。
　　RFID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。EPC Global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-X的成员则以非洲、大洋洲、亚洲等国家为主。比较而言，EPC Global由于综合了美国和欧洲厂商，实力相对占上风。
EPC Global
　　EPC Global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BEA公司、IBM公司、微软、Auto—ID Lab等进行技术研究支持。此组织除发布工业标准外，还负责EPCgobal号码注册管理。EPC Global系统是一种基于EAN·UCC编码的系统。作为产品与服务流通过程信息的代码化表示，EAN·UCC编码具有一整套涵盖了贸易流通过程各种有形或无形的产品所需的全球唯一的标识代码，包括贸易项目、物流单元、位置、资产、服务关系等标识代码.EAN·UCC标识代码随着产品或服务的产生在流通源头建立，并伴随着该产品或服务的流动贯穿全过程。EAN·UCC标识代码是固定结构、无含义、全球唯一的全数字型代码.在EPC标签信息规范1。1中采用64—96位的电子产品编码；在EPC标签2。0规范中采用96—256位的电子产品编码。
RFID的编码-EPC码
　　EPC（Electronic Product Code）产品电子代码，是国际编码组织推出的新一代产品编码体系，原来的产品条码仅是对产品分类的编码,EPC码则是所有单品都赋予一个全球唯一编码，EPC编码96位(二进制）方式的编码体系，如下图：

　　图表 5 RFID EPC编码
　　96位的EPC码，可以为2。68亿公司赋码，每个公司可以有1600万种产品分类,每类产品有680亿的独立产品编码，形象的说可以为地球上的每一粒大米赋一个唯一的编码，因此,能够做到对全世界的每件商品唯一识别。
关于UHF Gen 2
　　这一新标准是由加入EPCglobal组织的全球60多家主要公司于2004年12月16日合作开发完成的。该标准对于RFID的应用的意义在于它为供应链应用中的UHF RFID提供了全球统一的标准.因为RFID和供应链并不仅仅是指标签和阅读器等硬件部件，它还包括信息系统中的所有部件，正是这些部件使信息系统可以使用来自阅读器的信息,同时将这些信息与其它信息系统资源相结合，从而企业之间可以共享货物在供应链中传输的相关信息。
　　Gen 2协议与第一代EPCglobal UHF 协议比较，有多方面的功能增强。例如标签的信息储存量增大、准确性提高、符合全球许多条例的要求。当前许多新的供应商都决定支持EPC Gen 2,这样制造商就可以在统一标准的基础上充分发挥各种标签、芯片、打印机或者编码器通用性的优点,在价格竞争上占据优势。
RFID应用归类
1.仓储库存、资产管理领域
　　因为电子标签具有读写与方向无关、不易损坏、远距离读取、多物品同时一起读取等特点所以可以大大提高对出入库产品信息的记录采集速度和准确性；减少库存盘点时的人为失误库,提高存盘点的速度和准确性.
2.产品跟踪领域
　　因为电子标签能够无接触的快速识别,在网络的支持下,可以实现对附有RFID 标签物品的跟踪，并可清楚了解到物品的移动位置，如已经成功应用的symbol公司为香港国际机场和美国McCarran 国际机场的行李跟踪系统和中国铁路列车监控系统。
3。供应链自动管理领域
　　可以设想，如果商场的货架部署的电子标签读写器，当货物减少时，系统会将缺货信息自动传递给仓库管理系统，并且系统会将缺货信息自动汇总并传递给生产厂家。电子标签自动读写和在网络中信息的方便传递功能将大大提高供应链的管理水平，通过这个过程降低库存，提高生产的有效性和效率，从而大大提供企业的核心竞争力。
　　电子标签在零售商店中的应用包括从电子标签货架、出入库管理、自动结算等各个方面。
　　沃尔玛公司是全球 RFID电子标签最大的倡导者，现在 WAL—MART 的两个大的供货商 HP 和 P&G 已经在他们的产品大包装上开始使用电子标签。（中国的海尔的电器出口沃尔玛的产品也贴有电子标签）。
4.防伪领域
　　RFID 电子标签的应用并不是为防伪单独设计的，但是电子标签中的唯一编码、电子标签仿造的难度以及电子标签的自动探测的特点，都使电子标签具备了产品防伪和防盗的作用，在产品上使用电子标签，还可以起到品牌保护的功能，防止生产和流通中盗窃的功能.可广泛应用于药品、品牌商品防伪、门禁、门票等身份识别领域。
5。医疗卫生领域
　　RFID技术在医疗卫生领域的应用包括对药品监控预防，对患者的持续护理、不间断监测、医疗记录的安全共享、医学设备的追踪、进行正确有效的医学配药、以及不断的改善数据显示和通信，还包括对患者的识别与定位功能，用来防止医生做手术选错了病人和防止护士抱错了出生的婴儿的事情发生。
RFID技术的典型应用是有:
1. 物流和供应管理
2. 生产制造和装配
3. 航空行李处理
4. 邮件/快运包裹处理
5. 文档追踪/图书馆管理
6. 动物身份标识
7. 运动计时
8. 门禁控制/电子门票
9. 道路自动收费