射頻識別

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射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID)

　　RFID是射頻識別技術的英文(Radio Frequency Identification)的縮寫，又稱電子標簽,射頻識別技術是20世紀90年代開始興起的一種自動識別技術，射頻識別技術是一項利用射頻信號通過空間耦合(交變磁場或電磁場)實現無接觸信息傳遞並通過所傳遞的信息達到識別目的的技術。

　　無線射頻識別技術(RFID)已經成為一個很熱門的話題。據業內人士預測，RFID技術市場將在未來五年內在新的產品與服務上帶來30至100億美金的商機，隨之而來的還有伺服器、資料儲存系統、資料庫程式、商業管理軟體、顧問服務，以及其他電腦基礎建設的龐大需求。或許這些預測過於樂觀，但RFID將會成為未來的一個巨大市場是毫無疑問的。許多高科技公司正在加緊開發RFID專用的軟體和硬體，這些公司包括英特爾、微軟、甲骨文、SAP和SUN，而最近全球最大的零售商沃爾瑪的一項"要求其前100家供應商在2005年1月之前向其配送中心發送貨盤和包裝箱時使用 RFID技術，2006年1月前在單件商品中使用這項技術"的決議，把RFID再次推到了聚光燈下。因此可以說無線射頻識別技術(RFID)正在成為全球熱門新科技。

　　從信息傳遞的基本原理來說，射頻識別技術在低頻段基於變壓器耦合模型(初級與次級之間的能量傳遞及信號傳遞)，在高頻段基於雷達探測目標的空間耦合模型 (雷達發射電磁波信號碰到目標後攜帶目標信息返回雷達接收機)。1948年哈裡斯托克曼發表的"利用反射功率的通信"奠定了射頻識別技術的理論基礎。

　　射頻識別技術的發展可按十年期劃分如下：

• 1940-1950年：雷達的改進和應用催生了射頻識別技術，1948年奠定了射頻識別技術的理論基礎。
• 1950-1960年：早期射頻識別技術的探索階段，主要處於實驗室實驗研究。
• 1960-1970年：射頻識別技術的理論得到了發展，開始了一些應用嘗試。
• 1970-1980年：射頻識別技術與產品研發處於一個大發展時期，各種射頻識別技術測試得到加速。出現了一些最早的射頻識別應用。
• 1980-1990年：射頻識別技術及產品進入商業應用階段，各種規模應用開始出現。
• 1990-2000年：射頻識別技術標準化問題日趨得到重視，射頻識別產品得到廣泛採用，射頻識別產品逐漸成為人們生活中的一部分。
• 2000年後：標準化問題日趨為人們所重視，射頻識別產品種類更加豐富，有源電子標簽、無源電子標簽及半無源電子標簽均得到發展，電子標簽成本不斷降低，規模應用行業擴大。

　　至今，射頻識別技術的理論得到豐富和完善。單晶元電子標簽、多電子標簽識讀、無線可讀可寫、無源電子標簽的遠距離識別、適應高速移動物體的射頻識別技術與產品正在成為現實並走嚮應用。

　　（一）射頻技術的特點

　　射頻識別系統最重要的優點是非接觸識別，它能穿透雪、霧、冰、塗料、塵垢和條形碼無法使用的惡劣環境閱讀標簽，並且閱讀速度極快，大多數情況下不到100毫秒。有源式射頻識別系統的速寫能力也是重要的優點。可用於流程跟蹤和維修跟蹤等互動式業務。

　　目前，制約射頻識別系統發展的主要問題是不兼容的標準。射頻識別系統的主要廠商提供的都是專用系統，導致不同的應用和不同的行業採用不同廠商的頻率和協議標準，這種混亂和割據的狀況已經制約了整個射頻識別行業的增長。許多歐美組織正在著手解決這個問題，並已經取得了一些成績。標準化必將刺激射頻識別技術的大幅度發展和廣泛應用。

　　（二）射頻技術在物流管理中的適用性

　　物流管理的本質是通過對物流全過程的管理，實現降低成本和提高服務水平兩個目的。如何以正確的成本和正確的條件，去保證正確的客戶在正確的時間和正確的地點，得到正確的產品，成為物流企業追求的最高目標。為此，掌握存貨的數量、形態和分佈，提高存貨的流動性就成為物流管理的核心內容。一般來說，企業存貨的價值要占企業資產總額的25%左右，占企業流動資產的50%以上。所以物流管理工作的核心就是對供應鏈中存貨的管理。

　　在運輸管理方面採用射頻識別技術，只需要在貨物的外包裝上的安裝電子標簽，在運輸檢查站或中轉設置閱讀器，就可以實現資產的可視化管理。在運輸過程中，閱讀器將電子標簽的信息通過衛星或電話線傳輸到運輸部門的資料庫，電子標簽每通過一個檢查站，資料庫的數據就得到更新，當電子標簽到達終點時，資料庫關閉。與此同時，貨主可以根據許可權，訪問在途可視化網頁，瞭解貨物的具體位置，這對提高物流企業的服務水平有著重要意義。

　　1、工作原理

　　RFID的工作原理是：標簽進入磁場後，如果接收到閱讀器發出的特殊射頻信號，就能憑藉感應電流所獲得的能量發送出存儲在晶元中的產品信息(即 Passive Tag，無源標簽或被動標簽)，或者主動發送某一頻率的信號(即Active Tag，有源標簽或主動標簽)，閱讀器讀取信息並解碼後，送至中央信息系統進行有關數據處理。

　　RFID技術由Auto-ID中心開發，其應用形式為標記(tag)、卡和標簽(label)設備。標記設備由RFID晶元和天線組成，標記類型分為三種：自動式，半被動式和被動式。現在市場上開發的基本上是被動式RFID標記，因為這類設備造價較低，且易於配置。被動標記設備運用無線電波進行操作和通信，信號必須在識別器允許的範圍內，通常是10英尺(約3米)。這類標記適合於短距離信息識別，如一次性剃鬚刀或可移動刀片包裝盒這類小商品。 RFID晶元可以是只讀的，也可是讀/寫方式，依據應用需求決定。被動式標記設備採用E2PROM(電擦寫可編程只讀存儲器)，便於運用特定電子處理設備往上面寫數據。一般標記設備在出廠時都設定為只讀方式。Auto-ID規範中還包含有死鎖命令，以在適當情形下阻止跟蹤進程。

　　Auto-ID中心開發的電子產品代碼(EPC)規範能識別目標，以及所有與目標相關的數據。EPC系統運用正確的資料庫鏈接到EPC碼，廠商和零售商能依據許可權進行查詢、管理和變更操作。一旦標記貼到產品或設備上，RFID識別器便能讀取存儲於標記中的數據。Auto-ID計劃將EPC系統發展成為全球標準，該標準主要包括：識別目標的特定代碼(EPC)；定義數據的所有者(EPC管理器)；定義代碼及標記的其餘信息；定義貨物參數，如庫存單元號；將EPC代碼轉換為Internet地址 (目標命名服務ONS)；對目標進行描述(物理置標語言PML)；聚集和處理RFID數據(專家軟體)；分配給每類目標的特定號碼(串列號)；用於互操作性的規範最小集(標記及識別規範)，採用RFID技術最大的好處是可以對企業的供應鏈進行透明管理，有效地降低成本。

　　2、RFID系統的組成

　　射頻識別系統至少應包括以下兩個部分，一是讀寫器，二是電子標簽(或稱射頻卡、應答器等，本文統稱為電子標簽)。另外還應包括天線，主機等。RFID系統在具體的應用過程中，根據不同的應用目的和應用環境，系統的組成會有所不同，但從RFID系統的工作原理來看，系統一般都由信號發射機、信號接收機、發射接收天線幾部分組成。下麵分別加以說明：

　　① 信號發射機

　　在RFID系統中，信號發射機為了不同的應用目的，會以不同的形式存在，典型的形式是標簽(TAG)。標簽相當於條碼技術中的條碼符號，用來存儲需要識別傳輸的信息，另外，與條碼不同的是，標簽必須能夠自動或在外力的作用下，把存儲的信息主動發射出去。

　　② 信號接收機

　　在RFID系統中，信號接收機一般叫做閱讀器。根據支持的標簽類型不同與完成的功能不同，閱讀器的複雜程度是顯著不同的。閱讀器基本的功能就是提供與標簽進行數據傳輸的途徑。另外，閱讀器還提供相當複雜的信號狀態控制、奇偶錯誤校驗與更正功能等。標簽中除了存儲需要傳輸的信息外，還必須含有一定的附加信息，如錯誤校驗信息等。識別數據信息和附加信息按照一定的結構編製在一起，並按照特定的順序向外發送。閱讀器通過接收到的附加信息來控制數據流的發送。一旦到達閱讀器的信息被正確的接收和譯解後，閱讀器通過特定的演算法決定是否需要發射機對發送的信號重發一次，或者知道發射器停止發信號，這就是"命令響應協議"。使用這種協議，即便在很短的時間、很小的空間閱讀多個標簽，也可以有效地防止"欺騙問題"的產生。

　　③ 編程器

　　只有可讀可寫標簽系統才需要編程器。編程器是向標簽寫入數據的裝置。編程器寫入數據一般來說是離線(OFF-LINE)完成的，也就是預先在標簽中寫入數據，等到開始應用時直接把標簽黏附在被標識項目上。也有一些RFID應用系統，寫數據是線上(ON-LINE)完成的，尤其是在生產環境中作為互動式便攜數據文件來處理時。

　　④ 天線

　　天線是標簽與閱讀器之間傳輸數據的發射、接收裝置。在實際應用中，除了系統功率，天線的形狀和相對位置也會影響數據的發射和接收，需要專業人員對系統的天線進行設計、安裝。

　　根據RFID系統完成的功能不同，可以粗略地把RFID系統分成四種類型：EAS系統、攜帶型數據採集系統、網路系統、定位系統。

　　1、EAS技術

　　ELECTRONIC ARTICLE SURVEILLANCE(EAS)是一種設置在需要控制物品出入的門口的RFID技術。這種技術的典型應用場合是商店、圖書館、數據中心等地方，當未被授權的人從這些地方非法取走物品時，EAS系統會發出警告。在應用EAS技術時，首先在物品上粘付EAS標簽，當物品被正常購買或者合法移出時，在結算處通過一定的裝置使EAS標簽失活，物品就可以取走。物品經過裝有EAS系統的門口時，EAS裝置能自動檢測標簽的活動性，發現活動性標簽EAS系統會發出警告。EAS技術的應用可以有效防止物品的被盜，不管是大件的商品，還是很小的物品。應用EAS技術，物品不用再鎖在玻璃櫥櫃里，可以讓顧客自由地觀看、檢查商品，這在自選日益流行的今天有著非常重要的現實意義。典型的EAS系統一般由三部分組成，1)附著在商品上的電子標簽，電子感測器；2)電子標簽滅活裝置，以便授權商品能正常出入；3)監視器，在出口造成一定區域的監視空間。

　　EAS系統的工作原理是：在監視區，發射器以一定的頻率向接收器發射信號。發射器與接受器一般安裝在零售店、圖書館的出入口，形成一定的監視空間。當具有特殊特征的標簽進入該區域時，會對發射器發出的信號產生干擾，這種干擾信號也會被接收器接收，再經過微處理器的分析判斷，就會控制警報器的鳴響。根據發射器所發出的信號不同以及標簽對信號干擾原理不同，EAS可以分成許多種類型。關於EAS技術最新的研究方向是標簽的製作，人們正在討論EAS標簽能不能象條碼一樣，在產品的製作或包裝過程中加進產品，成為產品的一部分。

　　2、攜帶型數據採集系統

　　攜帶型數據採集系統是使用帶有RFID閱讀器的手持式數據採集器採集RFID標簽上的數據。這種系統具有比較大的靈活性，適用於不宜安裝固定式RFID 系統的應用環境。手持式閱讀器(數據輸入終端)可以在讀取數據的同時，通過無線電波數據傳輸方式(RFDC)實時地向主電腦系統傳輸數據，也可以暫時將數據存儲在閱讀器中，在一批一批地向主電腦系統傳輸數據。

　　3、物流控制系統

　　在物流控制系統中，固定佈置的RFID閱讀器分散佈置在給定的區域，並且閱讀器直接與數據管理信息系統相連，信號發射機是移動的，一般安裝在移動的物體、人上面。當物體、人流經閱讀器時，閱讀器會自動掃描標簽上的信息並把數據信息輸入數據管理信息系統存儲、分析、處理，達到控制物流的目的。

　　4、定位系統

　　定位系統用於自動化加工系統中的定位以及對車輛、輪船等進行運行定位支持。閱讀器放置在移動的車輛、輪船上或者自動化流水線中移動的物料、半成品、成品上，信號發射機嵌入到操作環境的地表下麵。信號發射機上存儲有位置識別信息，閱讀器一般通過無線的方式或者有線的方式連接到主信息管理系統。

　　射頻識別技術可應用的領域十分廣泛，主要決定因素是該項技術在相應領域中的經濟效益。經常提到的具體應用包括：

• 鈔票及產品防偽技術
• 身份證、通行證(包括門票)
• 電子收費系統，如香港的八達通與臺灣的悠游卡、臺灣通
• 家畜或野生動物識別
• 病人識別及電子病歷
• 物流管理, RFID 技術可以實現從商品設計、原材料採購、半成品與製成品之生產、運輸、倉儲、配送、銷售，甚至退貨處理與售後服務等所有供應鏈環節之即時監控，準確掌握產品相關資訊，諸如各類、生產商、生產時間、地點、顏色、尺寸、數量、到達地、接收者等
• 行李分揀

　　在整個電子商務領域，許多人把射頻識別技術看作為繼互聯網和移動通信兩大技術大潮後的又一次大潮。但是目前RFID在中國大陸、香港、臺灣的發展遠遠落後於美國及歐洲，需要非常的努力方能趕上這次“新的浪潮”。

　　射頻識別晶元植入人體

　　美國食物及藥物管理局允許 VeriChip 公司把 RFID 晶元直接移植到人體內，讓使用者沒需攜帶卡片也可被識別^[1]。此外，也有個人Geek將RFID植入體內，控制自己的電子設備^[2]。

　　金屬及液體環境對RFID的影響

　　RFID超高頻（UHF）標簽因電磁反向散射（Backscatter）特點，對金屬（Metal）和液體（Liquid）等環境比較敏感，可導致這種工作頻率的被動標簽（Passive tag）難以在具有金屬錶面的物體或液體環境下進行工作，但此類問題隨著技術的發展已得到完全解決，例如，韓碩（SONTEC）標簽公司即研發出能夠在金屬或液體環境下進行完好讀取應用的被動標簽產品，以方便在上述環境或應用情形下部署RFID。

　　總之，一套完整的RFID系統解決方案包括標簽設計及製作工藝、天線設計、系統中間件研發、系統可靠性研究、讀卡器設計和示範應用演示六部分。可以廣泛應用於工業自動化、商業自動化、交通運輸控制管理和身份認證等多個領域，而在倉儲物流管理、生產過程製造管理、智能交通、網路家電控制等方面更是引起了眾多廠商的關註。