RFID技术的研究与应用

产业观察甄DOI:10.3969/j.isn.1001-3824.2011.01.008RFID技术的研究与应用甄岩,李祥珍(国家电网信息通信有限公司,北京I00761)摘要:对RFID技术的结构、工作原理、特点以及分类进行了综述,回顾了RFID技术的发展及应用,提出了其亟待解决的问题。RFID技术的历史发展证明了RFID技术必将引领一场新的经济、产业和消费革命。关键词:RFD;RFD标签分类;发展及应用0引言3)读写器读取并识别电子标签中所保存的电子数据,分为手持式和固定式随着经济的高速发展和科技的进步,尤其是数字化、网络化进程的加快,一门集计算机技术、光学技术、网络技术、无线电技术、通信技术于一体的高计算机新数据采集技术——无线射频识别技术( radio fre-电波场uency identification,RFID)自20世纪80年代中期开始应用。沃尔玛、IBM、HP、微软、美国国防部、中读写器国国家标准委员会,均开展了基于RFID技术的研究。RFID系统逐渐应用于物流、航空、邮政、交通票务、金融、军事、医疗保险、跟踪、矿井、设备和资产管理等领域。图1RFD系统构成1.2RFID的工作原理1RFD技术概述RFID读写器向一定范围发射射频信号,当RFID1.1RFID的概念及结构标签进入读写器的射频场后标签天线就会获得感应RFID技术是20世纪90年代开始兴起并逐渐电流从而为RFD芯片提供能量,芯片就会通过内置走向成熟的一种自动识别技术,它利用射频信号通天线以射频信号的形式向读写器发送存储在芯片内过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息的信息读写器对接收的信号进行解调和解码然后传递并通过所传递的信息达到识别目的。通过RS232,RS422,RS485或无线方式送至计算机系RFID系统由电子标签、天线读写器3部分组统进行有关的数据处理其工作原理如图2所示。成,如图1所示。1)电子标签:由耦合元件和芯片组成,且每个电子标签具有全球唯一的ID,无法修改也无法仿无线电阅读器收发器造。电子标签保存有约定格式的电子数据,附着在物体上标识目标对象2)天线在电子标签和读写器间以射频信号的形式传递电子标签的数据信息。中国煤化工CNMHG收稿日期:2009-123032-DIGITAL COMMUNICATION/2011.1字通信1.3RFID技术的特点大多数校园卡和门禁系统采用的都是中高频RFIDRFID具有如下技术特点:系统。超高频与微波RFID标签的典型工作频率为1)耐环境性。防水,防磁,耐高温,不受环境影0~960MHz,2.45GHz与5.8GHz,主要用于远响,无机械磨损,寿命长,不需要以目视可见为前提,距离识别与快速移动物体的识别,如铁路运输识别可以在那些条码技术无法适应的恶劣环境下使用,如与管理,高速公路不停车电子收费系统等高粉尘污染、野外等。3)按标签工作模式分类。2)可反复使用。RFID标签上的数据可反复修可以分为主动式、被动式与半主动式等。主动改,既可以用来传递一些关键数据,也使得RFID标式依靠自身能量主动向读写器发送数据。被动式签能够在企业内部进行循环重复使用将一次性成要从读写器发射的电磁波中吸收能量然后才向读本转化为长期摊销的成本。写器发送数据。半主动式自身的能量只提供给自3)数据读写方便。RFD标签无需像条码标签己内部的电路使用,当它收到读写器发射的电磁波那样瞄准读取,只要被置于读取设备形成的电磁场后,才向读写器发送数据。内就可以准确读到,同时减少甚至排除因人工干预4)按标签封装的形状分类。数据采集而带来的效率降低和纠错的成本。RFID根据应用场合、成本与环境等因素的影响,每秒钟可进行上千次的读取能同时处理许多标RFD标签可以被制作成各种各样的形状如,可以签,高效且准确,从而能使企业大幅度提高管理的粘贴在标识物上的薄膜型自粘贴式标签,可以让用精细度,让整个作业过程实时透明,创造巨大的经户携带的信用卡式标签能够固定在车辆或集装箱济效益。上的柱型标签,可作为动物耳标的扣式标签,封装4)安全性。RFID芯片不易被伪造,在标签上在玻璃管中的植入式标签等。可以对数据采取分级保密措施。读写器无直接对2RFID技术的发展与应用最终用户开放的物理接口,能更好地保证系统的安全。21RFI技术的发展1.4RFID标签的分类2.1.1RFID技术的发展历程依据不同的标准,我们可以对RFID标签进行1)1940-1950年,雷达的改进和应用催生了射分类频识别技术,为射频识别技术奠定了理论基础。1)按标签供电方式分类。2)l951-1960年,早期RFID技术的探索阶段,可以分为无源RFID和有源RFID标签两类。主要是实验室实验研究无源RFID标签内不含电源,它的能量要从读写器3)1961-1970年,出现了一系列的RFID技术获取。其优点是体积小、重量轻成本低寿命长,论文及专利文献,并进行了一些应用尝试,如最早可根据应用环境制成多种形状,但由于无源RFID且最广泛应用于商业领域的电子商品监视(EAS)设没有内部电源,这就需要使用功率较大的RFD读备等。写器。有源RFID标签由内部电源供电,作用距离4)1971-1980年,RFD技术及产品研发处于远,但体积大、成本高,使用时间受到电池寿命的一个大发展时期。各种机构都开始致力于RFID技术的开发,出现了一系列的研究成果,如自动汽车2)按标签工作频率分类识别(AⅥ)的电子计费系统、动物跟踪等。可以分为低频、中高频、超高频与微波等。低5)1981-1990年,进入商业应用阶段,各种封频RFID标签工作在30~300kHz,典型工作频率为闭系统应用开始出现,是充分使用RFID技术的10125kHz与133kH,成本低保存数据量小,读写距年。尤其在1987年第1个实用RFID电子收费系离近,一般用于门禁、考勤、电子计费、电子钱包和统出现在了挪威。畜牧业与动物管理。中高频RFD标签工作频率在6)1991-2000年,RFID技术繁荣发展的103~30MHz,典型工作频率为13.56MHz,成本比较年,中国煤化工。1991年在俄克低,读写距离10m左右,存储数据量较大。第二代拉荷CNMHG放的公路不停车收身份证、北京公交“一卡通”广州公交“羊城通”及费系犹。200年肌后,K技术中的一个重大突产业观察副通破是微波肖特基( Schottky)二极管可以被集成在外,还向市场推销RFID中间件产品。CMOs集成电路上,使得微波RFID标签只含有一个2.2RFD技术的应用集成芯片成为可能经过60年的发展RFD技术在社会生活的各个7)2001年至今,RFD的理论得到不断丰富和方面得到了广泛的应用具体涉及领域如图3所示。完善。单芯片电子标签、多电子标签识读、无线可读可写、无源电子标签的远距离识别、适应高速移动物体的射频识别技术与产品正在成为现实并走食品来源向应用。、水果商业流通2.12RFID技术的发展现状商品制遗食品安全目前我国的射频识别技术以低频和高频应用为主,主要用于第2代身份证和智能交通卡等项目子护身份识别我国在超高频芯片的研发上比较薄弱,不过,政府HFD技术车事领非常重视超高频标准的制定和芯片的研发。中国安全保卫交通运输国家无线电管理局正式颁布实施无线电频率方面的规定,为RFID技术在中国的发展提供了法律保翻m需障。国内企业如上海华虹、上海复旦微电子、上海贝岭、北京华大、大唐微电子、深圳毅能达等部门主器病人身份识别要研究芯片设计与制造。中国电子科技集团第五十研究所等专业院所正在对不同频段的天线进行图3RFID的应用研究。上海华申智能、深圳远望谷等企业,已经开以电子标签为例,电子标签是时下最为先进的发出900MHz电子标签超高频的读写器。上海交通非接触感应技术,电子标签的防冲撞性、封装任意大学和AUTO-ID中国实验室正在与SAP合作进性、使用寿命长、可重复利用等特点,使电子标签库行电子标签中间件的开发。国内生产和研究RFD存管理技术成为库存管理设计的新宠。1998年,美品的主要厂商集中于北京、上海、广东三地。目国德州仪器(T1)和荷兰菲利浦公司( Philips)宜布开前RFD在中国大陆、香港、台湾的发展远远落后于发出了一种廉价的非接触感应芯片。2000年,国际美国及欧洲,国内企业的市场占有率尚不足20%,标准化组织已把这种非接触感应芯片写入了国际还有很大的提升空间。标准lSO15693。RFID技术在美国欧洲、日本、韩国这些比较发虽然现在的库存管理系统通常使用条码标签达的国家和地区已经被广泛应用于工业自动化、智或是人工库存管理单据书写等方式支持自有的库能交通、物流管理和零售业等领域。1996年1月,存管理,但是条码的易复制、不防污、不防潮等特韩国在汉城的600辆公共汽车上安装了用于电子月性,人工书写单据的烦琐性,容易造成人为损失等票的射频识别系统;德国汉莎航空公司则开始试用无法避免的后果,使得现在国内的库存管理供应链射频卡作为飞机票。2005年讯宝、AB易腾迈等10始终存在着缺陷。随着电子标签这一最新科技产多家技术企业组建了RFD专利联盟。2007年2品的投入应用,可以从根本上解决上述的问题。将月,日立公司推出了规格仅有0.005cmx0.005cm电子标签封成卡状贴在每个货物的包装上或托盘的RFID标签。日本丰田、美国福特、日本三菱汽车上,在标签中写入货物的具体资料、存放位置等信和韩国现代汽车的欧洲车型已将RFID技术用于汽息,同时在货物进出仓库时可写人送达方的详细资车防盜系统。20070年丹麦 RFID SEC公司开发了无料,在仓库和各经销管道设置固定式或手提式卡片源RFID隐私增强技术用于跟踪。三星电子成功研阅读机,以辨识、侦测货物流通。这种电子标签,目制了手机RFID芯片。法国航空公司、DHL和新加前在国内还应用到人员身份识别、校园一卡通、出坡航空公司等多家大型运输企业开始试行RFD技租车防术。IBM目前已经在日本、美国和法国建立了三大泛地应RFD研发中心,除了做相关RFID的基础研发工作别系统YHE中国煤化工国外更是被广CNMHG书管理人员识、切理、医疗系统看护管DIGITAL COMMUNICATON20111到通信产业观察理、物流系统电子票证等各行各业。用于一些本身价值较高的产品。因此,降低成本是零售商对RFID技术也倍加推崇。据 Sanford推广RFID技术的一个非常重要的环节。Bemstein公司的零售业分析师估计,通过采用3.3技术问题RFID,沃尔玛每年可以节省83.5亿美元,其中大部RFID在技术上尚未完全成熟,如当遇到液体或分是因为不需要人工查看进货的条码而节省的劳金属遮挡物时大量的RFD标签无法正常工作;目动力成本。尽管另外一些分析师认为80亿美元这前使用的频率限制了读写器和RFD标签间的传输个数字过于乐观但毫无疑问,RFD有助于解决零距离使若干标签不能有效地被读取标签失效率售业2个最大的难题:商品断货和损耗(因盗窃和较高;无源RFD标签一旦接近射频扫描器就会无供应链被搅乱而损失的产品),而现在单是盗窃条件地自动发出信号,无法辨别其扫描器是否合项沃尔玛一年的损失就差不多有20亿美元如果法,不利于个人隐私保护等。正因为RFD存在着一家合法企业的营业额能达到这个数字就可以在各种各样的问题,所以这项技术还有待进一步提高美国10家最大企业的排行榜中名列第694位。和完善。研究机构估计,这种RFID技术能够把失窃和存货水平降低25%。4结束语3亟待解决的问题根据英国剑桥 IDTechEx有限公司发布的“20200RFID预测”:到2010年,全球RFID市场的产值3.1标准问题将从2006年的271亿美元增加到123.5亿美元标准化是推动产品广泛获得市场接受的必要2007年美国易腾迈公司的中国信息产业部曾做出措施,但目前RFID技术标准仍未统一。在行业标预测:未来5~10年,全球RFD市场的规模将达到准方面,全球有三大RFID标准阵营:欧美的EPC3000亿美元。RFID技术虽然仍存在着一些技术和Global、日本的UID和国际标准化组织的ISO应用上的问题,但是在强大的市场导向下RFID技IEC8000。它们各自推出了自己的系列标准,这3术必定会越来越完善,从而在世界范围内掀起改革个标准互不兼容,给RFID的大范围应用带来了困的浪潮,引领一场新的经济、产业和消费革命。难。我国目前也正在加紧RFD标准的测试和制定,但由于EPC、UD和So的RD频率与中国的作者简介:甄岩(1982-),男,博士,辽宁葫芦岛人,工程师,主GSM网络有冲突,因此,我国RFID的工作频率长期要研究方向为物联网在智能电网输变电环节及资产管理中没有确定下来,这对RFD产品的互通和发展造成的应用;李祥珍(1964-),男,博士,江苏连云港人,国网信了极大的阻碍。息通信有限公司副总工程师,主要从事电力线数据通信、图3.2成本问题像压缩及传输、宽带无线通信、物联网在智能电网中的应用RFID的电子标签、读写器和天线的制造成本都方面的研究工作。偏高。目前一个RFID标签的价格约合人民币2元基金项目:国家科技重大专项一面向智能电网的安全监控、左右,与激光条形码的低成本(纸张和油墨成本,约輸电效率、计量及用户交互的传感器网络研发与应用验证(2010ZX030064005)。两分钱)相比,两者相差几乎一百倍。在新的制造工艺没有普及推广之前,高成本的RFID标签只能《数字通信》有自己的QQ群啦为了更好地加强和读者作者的联系,我们编辑部特中请者、作者加入我们的QQ群。中国煤化工8080,欢迎各位读CNMHG