初識射頻識別技術RFID
頻識別技術RFID(Radio Frequency Identification Technology)是從二十世紀九十年代開始興起的一項自動識別技術。與其它自動識別系統一樣,它也是由信息載體、信息獲取裝置組成。它利用射頻方式進行非接觸雙向通信,以達到識別目的并交換數據。它和同期或早期的接觸式識別技術不同,RFID系統的射頻卡和讀寫器之間不用接觸就可完成識別,因此它的應用場合更廣泛。
射頻識別技術是一種非接觸式的自動識別技術,它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據,可工作于各種惡劣環境。短距離射頻產品不怕油漬、灰塵污染等惡劣的環境,可以替代條碼,例如用在工廠的流水線上跟蹤物體。超高頻段由于其識讀距離長和傳輸速度快,產品多用于交通上,識別距離可達幾十米,如自動收費或車輛管理等。
RFID系統組成
最基本的RFID系統基本上由三部分組成:電子標簽、閱讀器和天線(Antenna)。
電子標簽是射頻識別系統的核心,又稱為射頻標簽,其英文名為TAG,也有稱為LABEL的。電子標簽是射頻識別系統真正的數據載體。一般情況下,射頻標簽由耦合元件及芯片組成,每個標簽具有唯一的電子編碼,附著在物體上標識目標對象;當受無線電射頻信號照射時,能反射回攜帶有數字字母編碼信息的無線電射頻信號,供閱讀器處理識別。依據射頻標簽供電方式的不同,可以分為有源(Active Tag)和無源(Passive Tag),有源標簽內裝有電池,無源標簽內部沒有電池。
閱讀器是讀或讀/寫電子標簽的電子裝置,有時也被稱為讀寫器(Reading Device)、查詢器(Interrogator)、通訊器或稱為讀出裝置,用以產生發射無線電射頻信號并接收由電子標簽反射回的無線電射頻信號,經處理后獲取標簽數據信息,有時還可以寫入標簽信息的設備,可設計為手持式或固定式。在標簽和閱讀器間傳遞射頻信號,讀寫器的天線可以內置也可以外置。
RFID系統的工作原理
RFID系統在實際應用中,電子標簽附著在待識別物體的表面,電子標簽中保存有約定格式的電子數據。閱讀器可無接觸地讀取并識別電子標簽中所保存的電子數據,從而達到自動識別物體的目的,圖1所示便是RFID感應技術的基本原理圖。
對于無源標簽,閱讀器通過天線發送出一定頻率的射頻信號,當標簽進入磁場時產生感應電流從而獲得能量,發送出自身編碼等信息,被讀取器讀取并解碼后送至電腦主機進行有關處理。在電磁場系統中,閱讀器(Reader)發出一個電磁(EM)波,電磁波以一個球形波向前傳播。電子標簽位于電磁場中,淹沒在這樣傳播的電磁波中并從中收集一些能量。在任何一個點上,可用能量的大小與該點距發射機的距離有關。
在目前有關的射頻約束下,在大部分地區各向同性有效輻射功率限制在500mW,這樣的輻射功能在915MHz,可近似達到1米。
有源標簽由于內部裝有電池,可以主動地向讀寫器發送射頻信號,一般讀寫距離比較遠。無源標簽和有源標簽不同的特點使得它們可以用在不同需要的場合,表1是無源標簽和有源標簽之間的比較。
RFID發展現狀
目前RFID的研究主要圍繞RFID技術標準、RFID標簽成本、RFID技術和RFID應用系統等多個方面展開。
RFID技術標準
作為一種將深入影響每個人日常生活的技術,為了實現對世界范圍內的物品進行統一管理,同時也為了規范標簽及讀寫器的開發工作,解決RFID系統的互聯和兼容問題,必須對RFID技術進行規范。RFID的標準化是目前亟需解決的重要問題,各國及相關國際組織都在積極推進RFID技術標準的制定,但目前尚未形成完善的關于RFID的國際和國內標準。
RFID的標準化涉及標識編碼規范、操作協議及應用系統接口規范等多個部分。其中標識編碼規范包括標識長度、編碼方法等;操作協議包括空中接口、命令集合、操作流程等規范。目前主要的RFID相關規范有歐美的EPC規范、日本的UID(Ubiquitous ID)規范和ISO 18000系列標準,其中ISO標準主要定義標簽和閱讀器之間互操作的空中接口。
EPC規范由Auto-ID中心及后來成立的EPCglobal負責制定。Auto-ID中心于1999年由美國麻省理工大學(MIT)發起成立,其目標是創建全球“實物互聯”網(Internet Ofthings),該中心得到了美國政府和企業界的廣泛支持。2003年10月,成立了新的EPCglobal組織接替以前Auto-ID中心的工作,管理和發展EPC規范。關于標簽,EPC規范已經頒布第一代規范。規范把標簽細分為Class 0、Class 1、Class 2三種。其中Class 0和Class 1標簽都是一次寫入多次讀取標簽。Class 0標簽只能由廠商寫入信息,用戶無法修改,因而又稱為只讀標簽,主要用于供應鏈管理。Class 1則提供了更多的靈活性,信息可由用戶寫入一次。Class 0和Class 1標簽采用不同的空中接口標準進行通信,因此兩類標簽不能互操作。Class 2標簽具備多次寫入能力,并增加了部分存儲空間用于存儲用戶的附加數據。
Class 2標簽允許加入安全與訪問控制、感知網絡和Ad hoc網絡等功能支持。目前EPCglobal正在制定第二代標簽標準,即UHF Class 1 Generation 2(Gen2)。Gen2具有隨時更新標簽內容的能力,保證標簽始終保存最新信息。EPC規范1.0版本目前包括EPC Tag數據規范、Class 0(900MHz)標簽規范、Class 1(860MHz~930MHz)標簽射頻與邏輯通訊接口規范、物理標識語言(Physical Markup Language,PML)。
UID規范由日本泛在ID中心負責制定,該中心由T-Engine論壇發起成立,其目標是建立和推廣物品自動識別技術并最終構建一個無所不在的計算環境。該規范對頻段沒有強制要求,標簽和讀寫器都是多頻段設備,能同時支持13.56MHz或2.45GHz頻段。UID標簽泛指所有包含ucode碼的設備,如條碼、RFID標簽、智能卡和主動芯片等,并定義了9種不同類別的標簽。與RFID標簽相關的包括:Class 1只讀RFID標簽、Class 2可讀寫RFID標簽、Class 5帶電源RFID標簽。除了標簽,UID網絡還包含另兩個關鍵部分:一是讀取標簽的終端,稱為普適通信器(Ubiquitous Communicators,UCs),它除了能和標簽通信外,還提供3G、PHS、802.11等多種接入方式與廣域網上的信息服務器相連;另一個是ucode解析服務器,提供由ucode獲取信息服務器地址的功能。
EPC編碼目前有三個版本,其主要區別在于編碼長度不同,分別為64位、96位和256位。使用64位編碼的目的是為了減少Tag存儲量,從而降低Tag生產成本。96位編碼則為取得性能與成本之間的平衡。但為了滿足為世界上任意物體提供標識的目標,則必須采用至少256位編碼。三個版本的EPC編碼都由統一的四個域組成,依次為:版本號、管理域(對應生產廠家)、類別(商品種類)以及序列號(標識單件物品)。