FRID技术基础知识

一、RFID基础知识
RFID是无线射频识别技术的英文(Radio Frequency Identification)的缩写，无线射频识别技术是20世纪90年代开始兴起并逐渐走向成熟的一种自动识别技术，无线射频识别技术是一项利用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。

与目前广泛使用的自动识别技术例如摄像、条码、磁卡、IC卡等相比，无线射频识别技术具有很多突出的优点：第一，非接触操作，长距离识别（几厘米至几十米），因此完成识别工作时无须人工干预，应用便利；第二，无机械磨损，寿命长，并可工作于各种油渍、灰尘污染等恶劣的环境；第三，可识别高速运动物体并可同时识别多个电子标签；第四，读写器具有不直接对最终用户开放的物理接口，保证其自身的安全性；第五，数据安全方面除电子标签的密码保护外，数据部分可用一些算法实现安全管理；第六，读写器与标签之间存在相互认证的过程，实现安全通信和存储。

目前，RFID技术在工业自动化、物体跟踪、交通运输控制管理、防伪和军事用途方面已经有着广泛的应用。

RFID系统由三部分组成：
电子标签（Tag）：
由耦合元件及芯片组成，且每个电子标签具有全球唯一的识别号（ID），无法修改、无法仿造，这样提供了安全性。

电子标签附着在物体上标识目标对象。

电子标签中一般保存有约定格式的电子数据，在实际应用中，电子标签附着在待识别物体的表面。

天线（Antenna）
在标签和阅读器间传递射频信号，即标签的数据信息。

阅读器（Reader）
读取（或写入）电子标签信息的设备，可设计为手持式或固定式。

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。

通常阅读器与计算机相连，所读取的标签信息被传送到计算机上，进行下一步处理。

RFID特征
(一) 数据的读写（Read Write）机能：
只要通过RFID Reader即可不需接触，直接读取信息至数据库内，且可一次处理多个标签，并可以将物流处理的状态写入标签，供下一阶段物流处理用。

(二) 容易小型化和多样化的形状：
RFID在读取上并不受尺寸大小与形状之限制，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 电子标签更可往小型化与应用在不同产品。

因此，可以更加灵活地控制产品的生产，特别是在生产线上的应用。

(三) 耐环境性：
纸张一受到脏污就会看不到，但RFID对水、油和药品等物质却有强力的抗污性。

RFID在黑暗或脏污的环境之中，也可以读取数据。

(四) 可重复使用：
由于RFID为电子数据，可以反复被覆写，因此可以回收标签重复使用。

如被动式RFID，不需要电池就可以使用，没有维护保养的需要。

(五) 穿透性：
RFID若被纸张、木材和塑料等非金属或非透明的材质包覆的话，也可以进行穿透性通讯。

不过如果是铁质金属的话，就无法进行通讯。

(六) 数据的记忆容量大：
数据容量会随着记忆规格的发展而扩大，未来物品所需携带的资料量愈来愈大，对卷标所能扩充容量的需求也增加，对此RFID不会受到限制。

(七) 系统安全：
将产品数据从中央计算机中转存到工件上将为系统提供安全保障，大大地提高系统的安全性。

(八)数据安全：
通过校验或循环冗余校验的方法来保证射频标签中存储的数据的准确性。

RFID系统的工作原理
当装有电子标签的物体在距离0~10米范围内接近读写器时，读写器受控发出微波查询信号，安装在物体表面的电子标签收到读写器的查询信号后，将此信号与标签中的数据信息合成一体反射回电子标签读出装置。

反射回的微波合成信号，已携带有电子标签数据信息。

读写器接收到电子标签反射回的微波合成信号后，经读写器内部微处理器处理后即可将电子标签贮存的识别代码等信息分离读取出来。

二、RFID的硬件组成
最基本的RFID系统由三部分组成：
· 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；
· 阅读器(Reader)：读取(有时还可以写入)标签信息的设备，可设计为手持式或固定式； · 天线(Antenna)：在标签和读取器间传递射频信号。

电子标签中一般保存有约定格式的电子数据，在实际应用中，电子标签附着在待识别物体的表面。

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，从而达到自动识别体的目的。

通常阅读器与电脑相连，所读取的标签信息被传送到电脑上进行下一步处理。

Transponder(应答机)/Tag(标签、卡)
对于被动型RFID系统而言，以往我们将非主动向读写装置传送RF信号的RFID单元称为Tag，而将主动的向读写器进行RF信号传送的RFID单元称为Transponder，现在业界已经不再严格区分这两类名称，而将Tag与Transponder相互通用。

为本介绍方便之用，我们将主动传输RF信号的RFID单元称为"主动式"Tag，而将仅进行RF信号反射或反向散射传输的RFID单元称为"被动式"Tag。

Tag载有可用于认证识别其所附着的目标物的相关信息数据。

Tag可以是只读的、读/写兼具的或写一个/读多个的形式；可以是"主动式"也可以是"被动式"的。

通常，"主动式"Tag 需要专用电池支持其传输器及接收器的工作,明天科技就是主动式，但RAM区不一定大。

为避免干扰，主动式的tag要求能接收与转发多个频点的信号，以避免邻道干扰，卡的组成复杂，而且功耗也大。

由此，"主动式"Tag一般比"被动式"Tag在形体上要大一些而且价格也更昂贵。

另外，"主动式"Tag的使用寿命都与其电池寿命直接相关。

"被动式"Tag根据其应用的不同，也可以分为"有电源"和"无电源"工作模式。

"被动式"Tag将从读写器或传输接收机(Transceiver)传来的RF信号反向因素并可通过调制解码将相关信息加入到其所反射的RF信号中。

对于"被动式"Tag而言，它无需电池来放大反向信号的载波能量，有的"被动式"Tag使用电池仅是用于支持Tag中存储器的工作或支持Tag中的对反射信号进行调制解码的元件的工作。

天 线
任一RFID系统至少应包含一根天线(不管是内置还是外置)以发射和接收RF信号。

有些RFID系统是由一根天线来同时完成发射和接收；而另一些RFID系统则是由一根天线来完成发射而另一根天线来承担接收，所采用天线的形式及数量应视具体应用而定。

RF Transceiver(收发器)
RF Transceiver是RF能量之源。

它产生RF信号及RF能量激活并支持(供能给)"被动式"RFID Tag的工作。

RF transceiver可以集成封装于在读写器内，也可以作为独立设备存在。

当作为独立设备时，一般被列为RF模块。

RF Transceiver的任务是对由天线发射和接收的电频进行控制及调制解码；对自"被动式"RFID Tag上反射或后向散射来的RF信号进行过滤及放大。

读 写 器
RFID读写器的任务是控制RF Transceiver发射RF信号：通过RF Transceiver接收来自Tag上的已编码RF信号，对Tag的认证识别信息进行解码；将认证识别信息连带Tag上其它相关信息传输到主机以供处理。

有些读写器还具备其它功能，如在ETC(电子收费)应用中，就包含采集车辆检测器、与驱动道闸、交通灯等其它设备的数字输入输出信息。

读写器中的硬件部份控制着读写器的工作。

用户可以通过相关控制主机或本地终端发布命令以改变或订制其工作模式适应具体应用的需求。

三、RFID的分类
无线电技术在自动识别领域应用中更具体的技术名称为射频识别，英文为 Radio Frequency Identification， 简称为RFID。

射频识别系统的组成一般至少包括两个部分： （1）电子标签，英文名称为Tag；（2）阅读器，英文名称为Reader。

电子标签中一般保存有约定格式的电子数据，在实际应用中，电子标签附着在待识别物体的表 面。

阅读器又称为读出装置，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。

进一步通过计算机及计算机网络实现对物体识别信息的采集、处理及远程传送等管理功能。

射频识别的分类射频识别技术依其采用的频率不同可分为低频系统和高频系统两大类；根据电子标签内是否装有电池为其供电，又可将其分为有源系统和无源系统两大类；从电子标签内保存的信息注入的方式可将其为分集成电路固化式、现场有线改写式和现场无线改写式三大类；根据读取电子标签数据的技术实现手段，可将其分为广播发射式、倍频式和反射调制式三大类。

1. 低频系统一般指其工作频率小于30MHz， 典型的工作频率有：125KHz、225KHz、13.56M等，基于这些频点的射频识别系统一般都有相应的国际标准。

其基本特点是电子标签的成本较低、标签内保存的数据量较少、阅读距离较短（无源情况，典型阅读距离为10cm）、电子标签外形多样（卡状、环状、钮扣状、笔状）、阅读天线方向性不强等。

2. 高频系统一般指其工作频率大于400MHz，典型的工作频段有：915MHz、2450MHz、5800MHz等。

高频系统在这些频段上也有众多的国际标准予以支持。

高频系统的基本特点是电子标签及阅读器成本均较高、标签内保存的数据量较大、阅读距离较远（可达几米至十几米），适应物体高速运动性能好、外形一般为卡状、阅读天线及电子标签天线均有较强的方向性。

3. 有源电子标签内装有电池，一般具有较远的阅读距离，不足之处是电池的寿命有限（3～10年）；无源电子标签内无电池，它接收到阅读器（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。

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。

4. 集成固化式电子标签内的信息一般在集成电路生产时即将信息以ROM工艺模式注入， 其保存的信息是一成不变的；现场有线改写式电子标签一般将电子标签保存的信息写入其内部的E2存贮区中改写时需要专用的编程器或写入器，改写过程中必须为其供电；现场无线改写式电子标签一般适用于有源类电子标签，具有特定的改写指令，电子标签内保存的信息也位于其中的E2存贮区。

一般情况下改写电子标签数据所需时间远大于读取电子标签数据所需时间。

通常，改写所需时间为秒级，阅读时间为毫秒级。

5. 广播发射式射频识别系统实现起来最简单。

电子标签必须采用有源方式工作，并实时将其贮存的标识信息向外广播，阅读器相当于一个只收不发的接收机。

这种系统的缺点是电子标签因须不停地向外发射信息，既费电，又对环境造成电磁污染，而且系统不具备安全保密性。

倍频式射频识别系统实现起来有一定难度。

一般情况下，阅读器发出射频查询信号，电子标签返回的信号载频为阅读器发出射频的倍频。

这种工作模式对阅读器接收处理回波信号提供了便利，但是，对无源电子标签来说，电子标签将接收的阅读器射频能量转换为倍频回波载频时，其能量转换效率较低，提高转换效率需要较高的微波技巧，这就意味着更高的电子标签成本。

同时这种系统工作须占用两个工作频点，一般较难获得无线电频率管理委员会的产品应用许可。

反射调制式射频识别系统实现起来要解决同频收发问题。

系统工作时，阅读器发出微波查询（能量）信号，电子标签（无源）将部分接收到的微波查询能量信号整流为直流电供电子标签内的电路工作， 另一部分微波能量信号被电子标签内保存的数据信息调制（ASK）后反射回阅读器。

阅读器接收到反射回的幅度调制信号后，从中解出电子标签所保存的标识性数据信息。

系统工作过程中，阅读器发出微波信号与接收反射回的幅度调制信号是同时进行的。

反射回的信号强度较发射信号要弱得多，因此技术实现上的难点在于同频接收。

四、RFID工作原理
电子标签是射频识别(RFID)的通俗叫法,它由标签、解读器和数据传输和处理系统三部分组成。

标签也被称为电子标签或智能标签，它是内存带有天线的芯片，芯片中存储有能够识别目标的信息。

RFID标签具有持久性，信息接收传播穿透性强，存储信息容量大、种类多等特点。

有些RFID标签支持读写功能，目标物体的信息能随时被更新。

解读器分为手持和固定两种，由发送器，接收仪、控制模块和收发器组成。

收发器和控制计算机或可编程逻辑控制器(PLC)连接从而实现它的沟通功能。

解读器也有天线接收和传
输信息。

数据传输和处理系统：解读器通过接收标签发出的无线电波接收读取数据。

最常见的是被动射频系统，当解读器遇见RFID标签时，发出电磁波，周围形成电磁场，标签从电磁场中获得能量激活标签中的微芯片电路，芯片转换电磁波，然后发送给解读器，解读器把它转换成相关数据。

控制计算器就可以处理这些数据从而进行管理控制。

在主动射频系统中，标签中装有电池在有效范围内活动。

五、RFID技术初探
最近，英国的一家连锁商业集团开始尝试在它的各个连锁商店里使用一种叫做RFID （Radio Frequency Identification，射频识别）的新技术，这种技术主要用来提升商品统计的准确性，使用它，商店就可以得到目前库存商品详细的数量，从而可以减少大量的人工统计工作。

究竟什么是RFID？它又有可能给我们的生活带来什么好处呢？在下文中，我们会做一个详细的介绍。

一个标准的RFID系统包含三部分内容：天线、带有解带有解码器的信号收发装置（RFID扫描仪）、可编程的电子载体（RFID标签）。

天线可以释放无线电信号激发RFID标签，并且对它进行读写操作。

它同时作为RFID扫描仪和RFID标签的“中间人”，控制数据的获取和通讯。

天线可以被做成各种形状和尺寸，这样就可以用于不同的场地和空间。

一般而言，天线都会与RFID扫描仪整合在一起，被称为阅读器，做成手持设备和大型固定设备。

阅读器的收发距离可长可短，根据它本身的输出功率和使用频率的不同，从几厘米到几十米不等。

RFID标签可以被制成各种各样的尺寸：用于跟踪野生动物的跟踪器，粗细和铅笔芯差不多，长度只有1.5厘米；还可以将标签制成螺丝钉的形状，便于植入树木或者木制物品；也可以将标签制成信用卡的形状，用于访问敏感应用程序。

RFID标签可以被分为主动式和被动式两种。

主动式RFID标签需要内置电源的支持，具有可读写的特性（标签数据可以被修改或者重写）。

它的优点是发射半径较大；缺点是与被动式RFID标签相比体积较大，价格也要贵一些，而且寿命只有10年左右。

被动式RFID无需内置电源的支持，通过阅读器获得工作需要的能量。

它的优点是体积较小，价格相对便宜一些，而且寿命理论上说是无限的；缺点是发射半径较小，需要阅读器具有更强的发射功率。

一般而言，只读式RFID标签通常都是被动式的，使用特殊的数据集（32位至128位）对其进行编程，无法被修改。

RFID系统也可以按照频率分类：低频率系统（30KHz至500KHz），发射半径较小，成本较低，它们通常被用于安全访问、物品跟踪、动物身份识别；高频率系统（850MHz至950MHz，2.4GHz 至2.5GHz，后者与IEEE802.11b频率冲突），发射半径较大，具有更高的读取速度，可以用于火车车厢跟踪、自动投票统计系统，不过它的成本较高。

与条形码非常类似，RFID也是一种可以用于为物品分类的技术，只不过它更具“主动性”。

RFID技术可以将微芯片嵌入到产品当中，微芯片会向扫描器主动或者被动地发出产品的相关信息，而这个过程不需要像条形码技术那样进行人工扫描。

相比之下，RFID可以降低生产成本、提高零售效率，正被越来越多的人认为是条形码技术的取代者。

不仅如此，当遇到
雪、雾、冰、各种污迹等等各种恶劣的工作环境下，其他的光学识别技术将会失效，而RFID 依然可以正常地工作。

在远距离数据自动收集和识别程序方面，RFID都具有更大的优势。

对于我们普通人而言，也会比较容易理解为什么RFID更具有发展前途：条形码必须放置在一个可以被条形码识别器“看见”的位置才可以被“认”出来。

而可以不断地主动或者被动地发射无线电波的RFID标签，只要处于RFID阅读器的收听范围之内，就可以被“感应”并且正确地识别出来。

尽管RFID具有如此广泛的优势，安全性也可以得到一定的保证。

但是人们也会担心个人隐私被泄漏：如果有人利用RFID跟踪你，他甚至可以清楚地了解你一天的行踪纪录。

不过令人欣慰的是，最近一些研究人员已经找到了解决办法：通过一个可以不断地发送“伪造”的标签序列号的RFID阻滞器（RFID Blocker），别人就无法从众多的虚假RFID标签中找到你的RFID了
术语 微 波 ： 波长为0.1—100厘米或频率在1—100GHZ的电磁波。

· 射 频 ： 一般指微波。

· 电子标签 ： 以电子数据形式存储标识物体代码的标签，也叫射频卡。

· 被动式电子标签： 内部无电源、靠接收微波能量工作的电子标签。

· 主动式电子标签： 靠内部电池供电工作的电子标签。

· 微波天线 ： 用于发射和接受微波信号。

· 读出装置 ： 用于读取电子标签内电子数据。

· 阅 读 器 ： 用于读取电子标签内电子数据。

· 编 程 器 ： 用于将电子数据写入电子标签或查阅电子标签内存储数据。

· 波束范围 ： 指天线发射微波的照射功率范围。

· 标签容量 ： 电子标签编程时所能写入的字节数或逻辑位数。

a-Biz—自动识别技术的应用案例框架
a-Biz 是一项自动识别工程，它的终极目标是将自动识别技术与现实世界中的应用案例结合，以此实现"商业自动化"，或者说是a-Biz。

ASN—高级货运通知
也可称之为DA，此电子文档先于货物被发送出去，以通知对方货物在运送途中。

BIS—商业信息系统
商业信息系统，即BIS，是用来处理商业交易信息的系统。

DA—发货通知
此电子文档先于货物被发送出去，以通知对方货物在运送途中。

EAN—欧洲物品编码组
该组织创建于1974年，是由欧洲12个国家的生产商和分销商建立了一个ad-hoc委员会。

它的任务是调查在欧洲制订统一的标准化的编码体系的可能性，类似于美国使用的UPC 体系。

最终创立了与UPC兼容的"欧洲物品编码"。

EPCTM—产品电子码
产品电子码，即EPC,是自动识别体系中用来唯一标识对象的编码。

它的目的类似于
GTIN 及UPC 等。

ONS—对象名解析服务
对象名称解析服务，即ONS，是自动识别系统的一个组件。

类似于Internet 中的域名解析服务DNS，跟DNS 类似，ONS 也执行名称解析功能。

PML—实体标记语言
自动识别设备使用实体标记语言传递实体信息。

SavantTM
SavantTM 是自动识别技术框架的一部分。

它是一个在全球范围内分布的服务器，提供数据路由服务，实现数据捕获、数据监视及数据传送功能。

UCC—统一编码委员会
统一编码委员会的任务是在全球范围内，其目标是建立与推动物品识别及相关电子通讯技术的多元化工业标准。

提高供应链内的管理水平，为使用者带来附加价值。

UML—统一建模语言
统一建模语言，即UML，是一种使用案例和活动图等工具，为商业需求和商业流程建模的描述性语言。

RFID发展的因素
当产业经济逐渐形成规模的时候，标准已不仅仅只是一个涉及经济层面的问题了
“置在我们身上的，已经有了两张大网—互联网和GPS，如果再有一张物联网罩在我们头上，信息真的要失控了。

”国内一位标准方面的资深专家，面对国外RFID标准在国内的大势推广，无比担忧。

国内的公众开始广泛关注RFID，主要源于四件事：麦德龙的“未来商店”、NPC（全国产品与服务统一代码）的“意外休克”、第二代居民身份证换发和《中国射频识别（RFID）技术政策白皮书》的发布。

四件事，一件比一件来得突然。

仿佛一夜之间，老百姓猛然发现这个名字颇为生硬的RFID技术正一步步走进生活。

与一维条码和二维条码相比，RFID具有明显的优势。

然而，由于这项并不成熟的技术背后蕴藏的巨大产业利益，世界各国对此都小心翼翼：一方面，加紧制定和完善本国的标准；另一方面，使用各种手段试图把本国标准推广到其它国家，成为国际标准。

然而，由于现存相关标准之间缺乏达成一致的基础，尽管世界五大标准组织都投入了大量精力，RFID在世界范围内仍然看不到明显的规模应用迹象。

在我国，情况则更显复杂。

标准危机
到过德国杜伊斯堡市的麦德龙“未来商店”的人，都会被现代化的技术手段带来的便捷所征服。

“该项目像一个服务于零售业的技术和流程相关的开发和创新的平台。

”有分析师
如此评价。

不过，这只是一个商店模型，一旦要在全行业或者全世界推广，它们遇到的首要阻力就是标准不统一。

就连“未来商店”的一位副总经理自己都承认，如果要形成大规模应用，至少需要5年到10年时间。

而在我国，关于RFID的标准问题更为复杂。

制定和运行RFID标准方面国内存在两个派别。

一方是国标委直属单位中国标准化研究院旗下的中国物品编码中心。

早在2004年1月，中国物品编码中心成为EPC Global授权的、国内惟一代理机构，负责EPC的注册、管理和业务推广。

另一方是后来被叫停的NPC及其拥护者。

关于EPC和NPC之间的纷争以及目前的现状，在接受本刊记者采访时，各方当事人都三缄其口。

然而，见证此次“事故”的业内人士大都持有相同的观点，那就是各方利益的冲突直接导致了NPC标准的“意外死亡”。

当然，在国标委宣布重新修订NPC和叫停电子标签国家标准工作组之后，关于两个标准之间的纷争并未停止。

一方面，中国物品编码中心继续履行作为“EPC Global授权的、国内惟一代理机构”的职责；另一方面，在2005年12月，信息产业部牵头发起的电子标签标准工作组宣布成立。

而与此同时，民意的力量也开始显现。

在今年3月召开的两会上，59位政协委员联名提交了一份提案——《关于国家强制性标准全国产品与服务统一代码（NPC）的推广应用工作必须立即恢复的提议案》，其中写道：国家信息安全高于一切，国家利益高于一切。

作为国标委2004年9月宣布解散的电子标签国家标准工作组的组长，信息产业部电子工业标准化研究所副总工程师王立建对信产部的做法给予了充分肯定。

王立建认为，在我国处理3G 的问题上，信息产业部已经作了一次很好的示范：在国际上已有两个3G标准的基础上，一定要有自己国家的标准；在自己国家的技术和标准成熟前，牢牢控制3G牌照的发放。

然而，所有的国家标准要由国标委制定和发布。

如果信产部牵头制定的电子标签标准通不过国标委的审核，前景一样堪忧。

不仅EPC Global，包括ISO在内的世界五大标准组织都在出面制定自己的RFID相关标准。

并都试图把自己的标准变为国际标准，在全世界范围内推广开来。

毋容置疑，谁率先制定出完善的标准体系，谁的渗透力强，谁就能在未来的产业链条中占据制高点。

而在今年6月9日，科学技术部等十五部委联合发布的《中国射频识别（RFID）技术政策白皮书》，让坚持制定自己的RFID标准的人眼前一亮。

“如果我们自己不放弃自己的标准，没有人能打败我们。

”一位不愿透露姓名的标准化方面的专家这样对记者说。

当然，在世界各国已经纷纷制定出自己的标准并大力对外推广时，我们刚刚明白要制定什么样的标准。

按照《白皮书》的规划：2006年至2008年为培育期，2008年至2012年为成长期。

如果在这个期间内，国外RFID标准成功渗透进来，更重要的是，一旦国内大部分企业开始习惯使用，后果将不堪设想。

“一旦迈出这一步，想回头已不大可能。

”王立建说。

成本与安全的不确定性。