RFID（射频识别技术）

7RFID技术与其他自动识别技术区别
8RFID行业发展历程

RFID是什么

射频识别技术(Radio Frequency Identification，RFID)是一种无接触式的自动识别技术，它能够借助无线电波，在不需要人工干预的情况下将信息从一个载体传输到另外一个载体上，具有识别速度快、传输效率高的优点。根据通信距离，可以将其分为近场和远场，因此读写设备和电子标签之间的数据交换方式也对应地被分为负载调制和反向散射调制。RFID技术是一种简单的无线系统，由一个阅读器及多个应答器(或标签)组成，用来控制、检测和跟踪物体，可以同时识别多个标签和高速运动的物体，易于操作。

RFID系统基本组成

而RFID系统经过这么多时间的发展和完善，逐渐形成了一套稳定的结构，基本的RFID系统如图所示，按照工作原理主要包括阅读器、天线和电子标签。

(1)电子标签

电子标签是由微型天线、耦合元件以及内部芯片组合而成，在RFID系统中是作为信息载体的存在，每个标签都具有唯一的编码，以此作为识别的依据。此外，根据信号发送方式的不同，电子标签分为主动和被动两种形式：主动标签内部包含微型电池，能够在阅读器靠近时，主动发送电子编码信号；而被动标签通过线圈感应阅读器的射频信号，获得感应电流，从而被动向阅读器发送编码信号。

电子标签按供电方式可分为三类：无源电子标签(Passive Tag)，半无源电子标签(Semi-Passive Tag)及有源电子标签(Active Tag)。

①无源电子标签：里面没有供电装置，其电量来源是射频识别阅读模块发送过来的电磁波信号，通过电磁感应线圈获取电磁波信号产生的能量并经电路调制后对标签内部电路进行短暂供电，从而完成信息的交换。由于能量依靠外界供给，所以标签和阅读模块之间的距离一般比较近。无源电子标签的特点是使用时间长，体积可以做的小巧，成本相对有源及半无源标签较低，并能够适应恶劣的环境。工作的频率有：LF、HF、UHF、MW。主要应用有：公交卡、食堂饭卡，仓库中货品标签等。

②有源电子标签：内部置有供标签正常工作的电池，能够主动向射频识别阅读器发送信号。特点是传输距离远，但功耗与体积会比较大。工作的频率有：UHF、MW。主要应用有：人员定位、车辆管理、资产管理。

③半无源电子标签：半无源电子标签内置有电能刚好驱动芯片最小工作电路，是有源电子标签与无源电子标签相调和下的产物。在非工作状态时，半无源RFID产品保有最小供电电量，仅对其中的存储区域进行供电。处于一种休眠的状态。因为结合了低频激活器，所以会先利用低频信号去激活电路，再利用微波信号进行远距离识别和传输数据。而由于低频信号的特点是能够进行精确定位，因此半无源电子标签应用范围较广。

(2)阅读器

阅读器作为RFID的终端设备，主要功能就是和电子标签进行数据交互，起到信息控制和处理的作用，并且能够从电子标签里读取信息及写入更新过的信息到电子标签中。从形式上来说，阅读器分为手持式阅读器和固定式阅读器两种，手持式阅读器主要用于货物的更新和统计，固定式阅读器主要用于跟踪物资的移动。

阅读模块根据使用的技术需求和结构不同，分为阅读模块或读/写模块，阅读模块主要由存储器、微处理器、调制解调电路、锁相环、频率发生器及外设接口等组成。阅读模块与电子标签的通信，通常情况下使用的是半双工的传输模式。同时阅读模块会负责无源电子标签的能量来源和时钟信号。其中存储器是负责储存程序和用户的数据的；微处理器的作用是创造需要下发到电子标签的信号，同时将从标签处接收到的信号进行解译并将其传送给应用客户端；调制解调电路则是负责将标签信号进行加载发送或是将从标签处返回信号进行解调上传给微处理器；锁相环的作用是能够产生调制电路时的载波信号。频率发生器则负责产生系统工作时所需要的频率。外设接口主要是指与外部设备进行通信时的接口。

其功能主要有以下几点：(1)在对标签进行数据写入时，写入标签的编号，存入相关数据。(2)在对标签进行数据读取时，将其要读取的标签放入RFID射频信号识别范围内，对标签进行信息的获取，如在多标签或是多阅读器场景中则会具有相应的防碰撞机制。(3)将数据传送给计算机或是相关控制单元。

(3)天线

天线的主要是用于接收和传递阅读器与电子标签之间的射频信号，是阅读器和标签之间进行数据传输的发射、接收装置。就宏观而言，应用主机系统也是整个RFID系统很重要的一环，其包括中间件系统、数据库系统等，主要负责对阅读器传来的数据进行存储和处理，同时可以控制阅读器对标签进行的读取和写入操作，并在此基础上提供一些数据计算服务。

RFID技术工作原理

RFID系统的基本工作原理：RFID阅读器通过发射天线持续发送特定的射频信号，对于被动标签来说，当其进入该射频范围时将产生感应电流，被动标签利用该能量将自身编码等信息发回给阅读器；对于主动标签来说，只要进入阅读器的射频范围，接收到特定的射频信号，就会主动的将本地存储的数据信息发送给阅读器。阅读器的天线接收到电子标签的载波信号后，经过天线调制器传输给阅读器，阅读器再进行解调和解码生成有效信息，并可以传给后台系统的逻辑控制单元进行相应的数据处理。主系统接收到有效信息后，对该电子标签进行逻辑运算验证其身份合法性，并做出不同的处理控制指令信号，以完成阅读器的读写操作。整个工作流程依靠阅读器和电子标签之间射频信号的空间耦合作用以实现数据和能量的交互式通信，主要包括电感耦合和电磁反向散射耦合^[1]。

RFID技术的优势

在RFID技术框架中，基于和条形码类似的形式，在RFID标签中记录保存现实世界物体的相关数据。RFID技术原理简单、硬件部署成本较低，可靠性也比较高。RFID的技术优势总结如下：

(1)和传统的条形码相比，RFID标签的规格要求不严格，且读取精度更高，在具体应用中可按实际情况对RFID标签进行灵活设置和部署

(2)在识别精度方面，RFID可基于射频信号发射和接收机制以非常高的经度读取标签数据，对于标签污染的兼容性优势突出，例如各类污渍通常不会影响RFID标签的读取

(3)RFID标签可多次重复使用，基于数据擦除、写入的方式，按实际要求对RFID标签进行重置，经济性优势较为明显

(4)RFID基于射频信号进行数据读写，射频信号除了容易受到磁性金属的影响之外，对于遮蔽、覆盖等的抗干扰性较强。

(5)在安全性方面，RFID的标签数据基于冗余循环校验机制进行安全管理，和条形码等技术相比，安全性更高。

RFID技术标准体系

目前关于制定RFID技术标准的组织全球主要有五家，它们各自代表着不同团体、不同国家的权益，分别是EPC Global、UID、ISO/IEC、AIM Global 和IP-X。其中实力较强的两家组织是美国主导的EPC Global 和日本主导的UID

(1)EPC Global体系的框架标准包括：900MHz级、13.56MHz级、869～930MHz级、超高频RFID一致性要求规范、EPC Global体系框架、EPC标签数据标准、超高频空中接口协议标准。

EPC global标准的特点是：在空中接口方面，EPC标准制订的策略是尽量与ISO兼容，EPC标准体系是面向物流供应链领域的，可以视为RFID技术的一项应用标准，其注意力主要在860～930MHz频段，主要强调的是供应链领域的数据信息共享，并为此而建立了一系列物联网标准，包括了EPC中间件规范、对象名解析服务ONS(Object Naming Service)、物理标记语言PML(Physical Markup Language)等。

(2)日本的射频识别标准化组织是由日系厂家组成的泛在识别中心UID。T-Engine论坛主导着日本的射频识别标准和应用，该论坛成员数量庞大，大多数是日本厂家，如日立、夏普、NEC、富士通、索尼、三菱和东芝等。UID专门负责研究射频识别相关技术，并进行这项技术使用的推广。

(3)国际标准化组织ISO和国际电工委员会IEC都是非政府形式的全球标准化组织，它们一起从整体上担负着编订国际各项标准的任务。射频识别标准ISO/IEC的特点是涉及全频率段的数据标准、空中接口标准、性能测试标准和应用标准，致力于实现RFID技术的互联互通和互相可操作性，其标准制定的思想就是考虑所有应用领域的共性问题。

(4)国际自动识别和移动技术行业协会AIM Global致力于射频识别标准化的组织，它是世界性机构，在可移动环境中的自动识别、数据搜索及网络建设方面比较专业，主要目标是促进自动识别和移动技术在国际范围内的应用。AIMGlobal是条形码、射频识别码和磁条码认证的专业机构，其成员主要是一些射频识别技术、系统和服务的供应单位。

(5)IP-X的规模相对前几个组织而言较小，目前澳大利亚、南非、瑞士等一些国家采用的是IP-X标准，中国也在青岛地区对IP-X技术进行了初步试点^[2]。

RFID技术特点

(1)外观多样、体积小巧。标签内置天线，可集成为微电子器件，不受形状和尺寸限制，更加方便满足多形状和小型化发展的需求，以便应用到更多的领域中。

(2)可反复使用。标签中电子数据允许反复写入和擦除，所以可以循环使用，有效利用资源，更加节约环保。

(3)抗干扰，适应环境能力强。条形码、二维码等纸质码易受到污染影响识别，RFID技术抗污性能更好，在恶劣条件下不妨碍正常工作。

(4)存储容量大。标签的内存容量比其他识别码大，对目标数据可以更加完整的标识。如96位的电子标签可以满足识别物体的数量多达十亿。

(5)数据读写方便。可以同时识别多个RFID标签，不用接触便可实现信息的读取。

(6)穿透性能好。在系统应用过程中，标签通常被固定到待识别物体表面上，如果被物体覆盖或者阻挡，标签的通讯也不会受到影响^[3]。

RFID技术与其他自动识别技术区别

(1)条码技术

条码技术于20世纪20年代诞生在Westinghouse的实验室，在70年代得到相应应用，并于80年代左右得到普及，目前条码技术主要分为一维条码和二维条码。条码是由一组条、空以及相应的字符规则排列组成的标记，不同宽度的条和空表达一定的数据项。其工作原理是：扫描器光源发出相应光线照射到条码上，由于黑色线条与白色空格对激光的反射强度不同致使接收器接收不同强度的反射光信号，经过光电转换器反射光信号被转化成电信号，再经过放大整形电路将模拟电信号转化成数字电信号，最后再传输至计算机系统。随着数据量的增多，一维条码容量便不足以存储，无法满足实际需求，于是在一维条码的基础上提出了二维条码。二维条码可以在横、纵两个方位上同时表达信息，所以能够将大量信息存储到较小的面积内。

但是随着数据采集环境的苛刻以及对数据质量的要求逐步提升，条码自身的缺点使其使用范围逐步受到限制，例如：①条码无法识别移动的物体，只能识别静止的物体，并且受距离限制。②条码容易受到环境的影响，对光线具有一定的要求，无法在黑暗的环境下进行识别。③条码遇水及油污易受损，致使扫描设备无法识别目标对象。④条码存储数据信息不能擦除重复写入，无法重复利用且缺乏安全保护机制。⑤无法批量读取识别，每次只能读取单一条码。

(2)磁卡识别技术

常见的磁卡是通过磁条上的磁性材料在不同磁场中所表现的不同特征来记录数据信息的，磁卡识别器通过改变或分辨磁条内部磁性材料磁的极性变化来达到信息记录与读取的。磁卡识别一般用于银行卡、公交卡、火车票、飞机票、商铺购物卡或会员卡等。磁卡识别往往也是近距离识别，其数据信息容量较小，并且依赖于外界数据库，数据安全性也相对较低。此外它极易受到外界磁场环境的影响，如钱包皮夹中的磁扣、手机扬声器、电脑电视等具有较强磁场效应的家电、多张磁卡近距离放在一起等，均能使磁卡消磁，最终使此卡数据丢失或混乱；高温、磕碰、弯折、挤压等因素也使磁卡无法正常使用。

(3)IC卡识别

IC卡(Integrated Circuit Card，集成电路卡)指的是在卡片中嵌入一个符合ISO7816标准的微电子芯片的一种信息载体，具有数据写入和存储的能力。它是由Roland Mereno(法)于20世纪70年代提出，并由法国的布尔(Bull)公司于1976年首次创造出来。IC卡相对于磁卡具有信息容量大、安全性高、耐环境性强的优良特性，但其成本价格较高，因此使用场合较为局限。

(4)图像识别技术

图像识别是指利用计算机对图像进行处理、分析和理解，以识别各种不同模式的目标和对象的技术。传统图像识别了流程分为以下4个步骤：图像采集-图像预处理-特征提取-图像识别。该识别方法较前面集中识别方法具有速度快、信息量大、功能多的特点^[4]。

RFID行业发展历程

RFID技术最早的应用可追溯到第二次世界大战中飞机的敌我目标识别，1949年形成射频识别RFID的理论基础，2世纪6年代RFID技术理论得到发展并开始尝试应用，90年代RFIlD发展迎来了最重要的十年，技术进入商业化应用阶段，1994年RFID技术进入中国，金卡工程的实施极大地推动了国内物联网RFID的应用。进入2001年，RFID发展整体加速，应用领域也更加广泛，目前行业已经进入成熟期。