无线射频识别技术及其应用和发展趋势
摘要：无线射频识别，即RFID，属于一种创新性自动识别手段kaiyun官方网站登录入口，近些年国内外均实现了快速进步。本文概述了当前RFID技术的长处及其发展态势，具体阐述了RFID系统的构造与运行机制，RFID技术的不同类型，相关技术规范，并展示了四种代表性产品，最后探讨了RFID技术的实际应用前景与未来走向。
关键词：RFID 电子标签 阅读器 典型产品
无线射频识别技术，即射频识别技术，是二十世纪90年代开始发展起来的一种非接触式自动识别手段。该技术通过射频方式实现非接触的双向通信，用以自动识别目标并获取相关资料。它具备识别精准度高、环境适应性强、抗干扰性能好、操作方便快捷等多项长处。
当前通行的自动识别方案里，条形码和磁条造价不贵，不过它们都容易损坏，信息承载能力有限；感应式芯片费用稍高，记忆空间更宽敞，安全性能优越，却同样存在易损和耐用性不足的问题；无源感应标签则无需物理接触，使用起来非常方便，不会产生机械损耗，使用周期长，工作时不依赖光线，能穿透某些介质，抵抗污损和持久性强，还能在条件苛刻的环境中运行，对环境依赖性小，感应距离宽，无需触碰就能获取信息，支持信息录入，无需重新制作识别器，可以反复利用，并且配备抗干扰机制，可以识别高速移动的物体，并且能一次性辨识多个无源感应标签。
近些年，无线射频识别技术在国内外的进步十分显著，RFID产品类型相当丰富，诸如TI、Motorola、Philips、Microchip这些全球知名企业均制造RFID产品，而且各自具备独特之处，形成了独立的品牌体系。RFID技术已深入渗透到工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等多个行业，例如汽车或火车的交通监控环节、高速公路自动缴费系统、物品追踪管理、流水线生产自动化、出入控制系统、金融交易处理、仓储货物管理、畜牧养殖管理、车辆防盗系统等。随着成本逐渐降低和标准化逐步落实，RFID技术的全面普及和广泛使用将成为不可逆转的发展趋势。
1 无线射频识别技术
1.1 RFID系统的组成及其工作原理
RFID系统根据具体用途会有所区别，其构造并非完全一致，不过大体上都包含三个主要部分，分别是电子标签，阅读器，以及负责数据交换和管理的工作站。电子标签，又称射频卡或应答器，包含耦合元件和芯片，芯片内部集成加密逻辑、串行EEPROM、微处理器CPU以及射频收发电路。这种标签能够实现智能读写和加密通信，它依靠无线电波与读写设备交换数据，工作所需能量由阅读器发出的射频脉冲供给。阅读设备，偶尔称作检索装置、交互装置或信息读取设备，其构造包含无线收发单元、接收天线、处理单元以及连接电路等部分。该设备能够将中央系统的交互指令下达给智能标签，同时将来自中央系统的数据信息进行加密处理，并将智能标签反馈回来的信息进行解密，之后将解密后的数据传输给中央系统。数据交互与处理中心主要负责信息数据的保存维护以及管理，并对智能卡实施读写操作控制。
RFID系统运作方式如下：发送信息由阅读器处理，通过编码附加到特定频率的载波上，再利用天线对外广播，工作范围内的电子标签接收到该脉冲，芯片内部电路对信号实施调变、解码、破译，继而分析指令请求、密钥、许可等要素。当指令用于读取数据时，控制逻辑电路会从存储单元获取资料，接着执行加密处理，然后进行编码操作，再对信号进行调制，随后借助卡片内置的发射装置将信号传送给识别设备，识别设备会对接收到的信号实施解调操作，之后进行解码步骤，最后完成解密，将处理后的信息传输至核心信息系统以执行相关运算；当指令用于数据变更时，控制逻辑会促使内部电荷泵提升供电电压，以便对EEPROM中的记录进行修改，如果系统判定密码或访问权限不匹配，则会反馈错误提示。RFID基本原理框图如图1所示。
在射频识别系统中，接收设备需要在其感应距离之内形成一个适宜的电磁场来激活应答器，按照现行的射频规范，欧洲多数区域的无方向性辐射功率上限设定为500毫瓦，该功率值在870兆赫兹频率下，大致能够支持0.7米的感应距离。美国、加拿大及部分国家规定，未经许可的辐射限制为每平方米四瓦的各向同性辐射功率，此功率水平可覆盖两米的阅读范围，若获得许可，美国允许发射功率增至三十瓦，从而使有效阅读区域扩展至五点五米左右。
1．2 RFID技术的分类
RFID技术的分类方式常见的有下面四种：
电子标签的工作频率通常分为几个档次，比如低频的范围是三十千赫兹到三百千赫兹，中频的范围是三兆赫兹到三十兆赫兹，还有高频的范围是三百兆赫兹到三吉赫兹。在RFID系统中，比较常见的运行频率有低频的125千赫兹和134点2千赫兹，中频的十三点五六兆赫兹，以及高频的八百六十兆赫兹到九百三十兆赫兹，还有二点四五吉赫兹和五点八吉赫兹这些。低频系统的一个显著特征是电子标签中存储的信息量不大，其识别距离相对有限，电子标签的形态多种多样，而读取天线的指向性效果不明显。多用于近距离、费用较低的场景，比如常见的门禁系统、校园卡、燃气表、水表等；中频系统则适用于需要传输大量信息的应用环境；高频系统具有标签和读卡器价格都比较贵的特点，标签里存储的数据比较多，读卡距离可以远达十几米，能够适应物体快速移动，工作表现优异。这两种天线类型，即阅读天线和电子标签天线，都表现出明显的指向性特征，不过它们的宽波束覆盖范围相对有限，同时成本也更为昂贵，通常只在需要较大识别距离和高效数据传输的环境下发挥作用，常见于铁路监控网络、高等级公路缴费系统等领域。
电子标签种类多样，有可读写卡、一次写入多次读出卡和只读卡这三种类型。可读写卡价格通常显著高于后两者，常见于电话卡、信用卡等场合；一次写入多次读出卡允许用户记录一次信息，内容一旦存入便无法修改，其成本低于可读写卡；只读卡内置特定号码，不允许更改，以此确保信息安全。
根据电子标签的有源和无源又可分为有源的和无源的。有源电子标签依靠卡片内部电流提供动力，探测范围较远，能够达到十几米的距离，不过它的使用期限较短（3到10年），而且成本相对昂贵；无源电子标签没有内置电源，它通过接收读取设备发出的微波信号来获得能量，通常可以实现无需维护、重量轻巧、体积极小、使用期限长久、费用较低开元棋官方正版下载，但是它的信号传输距离有限，大约只有几十厘米，并且对读取设备的发射能力要求较高。
依据电子标签调制方式的差异，能够分为主动式标签和被动式标签，前者为主动式，后者为被动式。主动式电子标签依靠自身射频能量主动向读取设备传输信息，通常用于存在遮挡的环境，传输距离可达到三十米；被动式电子标签则通过调制散射技术发出信息，需要借助读取设备的载波来调制自身信号，适合在门禁系统或交通管理场景中应用。
1．3 RFID技术标准
当前广泛应用的RFID国际规范包括，针对动物身份认证的ISO11784和ISO11785kaiyun.ccm，用于非接触式智能介质的ISO10536（紧耦合卡）、ISO 15693（邻近卡）、ISO14443（近场卡），以及应用于集装箱追踪的ISO 10374等规范。国际上制定RFID规范的权威机构主要有三家：ISO，以美国为主导的EPC global，以及日本的Ubiquitous ID Center，这三家机构在RFID技术实施方面都有各自的目标和未来规划，接下来将介绍几种常见的标准。
ISO 11784和ISO 11785技术标准：
ISO 11784和ISO 11785分别明确了动物识别的编码规则和技术规范，标准里没有涉及应答器的外形规格，所以能够根据不同动物的特性来设计各种形态，例如玻璃管形、卫星标签或项圈式等。编码系统由64位数字组成，其中第27位到第64位允许各个国家自主设定。技术规范界定了应答器的数据发送方式以及阅读器的操作标准。工作频率是134.2千赫兹，数据传输模式包含全双工和半双工，阅读器数据运用差分双相码体现，应答设备运用FSK调制和NRZ编码。因为应答器充电时间较长，并且工作频率受到约束，所以通信速度不高。
ISO 10536、ISO 15693以及ISO 14443这三大技术规范，各自具有不同的应用特点，在识别领域发挥着重要作用，它们共同构成了非接触式智能卡通信的基础框架，为不同场景下的数据交互提供了技术支持。
ISO 10536这项规范的形成时间是在1992年至1995年期间，因为该类卡片的造价昂贵，并且相较于接触式IC卡，其优势并不明显，所以它从未在商业领域进行过销售活动。ISO 14443和ISO 15693这两项标准则是在1995年正式投入使用，它们的完全确立则是在2000年以后，这两种标准都采用了13.56MHz的交变信号作为其主要的传输载体。ISO 15693的读取距离比较长，ISO 14443的读取距离则相对短一些，不过后者在使用上的覆盖面更广。现阶段我国第二代电子身份证所遵循的技术规范是ISO 14443 TYPE B这一协议。ISO 14443标准中包含了TYPE A和TYPE B两种不同的通信协议，其数据传输速率均为每秒106千比特，两者之间的主要差异体现在载波调制深度以及比特的编码技术上。TYPE A运用开关键控的曼彻斯特编码,TYPE B运用NRZ-L的BPSK编码。与TYPE A相比,TYPE B具备传输能量持续、速率更快、抗干扰性能突出的优势。防冲撞技术是RFID的关键,这也是它同接触式IC卡的主要不同之处。ISO 14443-3明确了A型和B型防冲突的运作方法。这两种防冲突的运作方式存在差异，A型依靠位冲突探测协议，B型则通过指令序列达成防冲突。ISO 15693则运用轮流寻找、分时段询问来处理防冲突。防冲撞系统让多个卡在同一读写区域时也能准确运行，这既简化了流程，也加快了进程。
ISO 18000技术标准：
ISO 18000属于一套规范体系，这套体系是现阶段最新的版本，主要因为其适用于商品流通环节，部分内容尚在制定过程中。ISO 18000-6主要是汇集了当前RFID设备制造商的技术参数，以及EAN-UCC提出的标签系统设计方案而形成的标准。ISO 18000仅界定了空中接口的规则，对于信息要素和信息组织方式没有任何约束，所以它能够适用于EPC。
2 RFID的典型产品介绍
