解析無線射頻識別（ＲＦＩＤ）技術

一、概述

RFID是射頻識別技術的英文(Radio Frequency Identification)的縮寫，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(xiàn)無接觸信息傳遞并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(jīng)成為一個很熱門的話題。據(jù)業(yè)內人士預測，RFID技術市場將在未來五年內在新的產(chǎn)品與服務上帶來30至100億美金的商機，隨之而來的還有服務器、資料儲存系統(tǒng)、資料庫程序、商業(yè)管理軟件、顧問服務，以及其他電腦基礎建設的龐大需求。

或許這些預測過于樂觀，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(fā)RFID專用的軟件和硬件，這些公司包括英特爾、微軟、甲骨文、sap和sun。

二、射頻識別技術發(fā)展歷史

從信息傳遞的基本原理來說，射頻識別技術在低頻段基于變壓器耦合模型(初級與次級之間的能量傳遞及信號傳遞)，在高頻段基于雷達探測目標的空間耦合模型(雷達發(fā)射電磁波信號碰到目標后攜帶目標信息返回雷達接收機)。1948年哈里斯托克曼發(fā)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(fā)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，主要處于實驗室實驗研究。

1960-1970年：射頻識別技術的理論得到了發(fā)展，開始了一些應用嘗試。

1970-1980年：射頻識別技術與產(chǎn)品研發(fā)處于一個大發(fā)展時期，各種射頻識別技術測試得到加速。出現(xiàn)了一些最早的射頻識別應用。

1980-1990年：射頻識別技術及產(chǎn)品進入商業(yè)應用階段，各種規(guī)模應用開始出現(xiàn)。

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(chǎn)品得到廣泛采用，射頻識別產(chǎn)品逐漸成為人們生活中的一部分。

2000年后：標準化問題日趨為人們所重視，射頻識別產(chǎn)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(fā)展，電子標簽成本不斷降低，規(guī)模應用行業(yè)擴大。

至今，射頻識別技術的理論得到豐富和完善。單芯片電子標簽、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(chǎn)品正在成為現(xiàn)實并走向應用。

三、無線射頻識別技術

●RFID系統(tǒng)的組成及其工作原理

RFID系統(tǒng)因應用不同其組成會有所不同，但基本都由電子標簽（Tag）、閱讀器（Reader）和數(shù)據(jù)交換與管理系統(tǒng)（Processor）三大部分組成。電子標簽（或稱射頻卡、應答器等），由耦合元件及芯片組成，其中飽含帶加密邏輯、串行EEPROM（電可擦除及可編程式只讀存儲器）、微處理器CPU以及射頻收發(fā)及相關電路。

電子標簽具有智能讀寫和加密通信的功能，它是通過無線電波與讀寫設備進行數(shù)據(jù)交換，工作的能量是由閱讀器發(fā)出的射頻脈沖提供。閱讀器，有時也被稱為查詢器、讀寫器或讀出裝置，主要由無線收發(fā)模塊、天線、控制模塊及接口電路等組成。閱讀器可將主機的讀寫命令傳送到電子標簽，再把從主機發(fā)往電子標簽的數(shù)據(jù)加密，將電子標簽返回的數(shù)據(jù)解密后送到主機。數(shù)據(jù)交換與管理系統(tǒng)主要完成數(shù)據(jù)信息的存儲及管理、對卡進行讀寫控制等。

RFID系統(tǒng)的工作原理如下：閱讀器將要發(fā)送的信息，經(jīng)編碼后加載在某一頻率的載波信號上經(jīng)天線向外發(fā)送，進入閱讀器工作區(qū)域的電子標簽接收此脈沖信號，卡內芯片中的有關電路對此信號進行調制、解碼、解密，然后對命令請求、密碼、權限等進行判斷。若為讀命令，控制邏輯電路則從存儲器中讀取有關信息，經(jīng)加密、編碼、調制后通過卡內天線再發(fā)送給閱讀器，閱讀器對接收到的信號進行解調、解碼、解密后送至中央信息系統(tǒng)進行有關數(shù)據(jù)處理；若為修改信息的寫命令，有關控制邏輯引起的內部電荷泵提升工作電壓，提供擦寫EEPROM中的內容進行改寫，若經(jīng)判斷其對應的密碼和權限不符，則返回出錯信息。

在RFID系統(tǒng)中，閱讀器必須在可閱讀的距離范圍內產(chǎn)生一個合適的能量場以激勵電子標簽。在當前有關的射頻約束下，歐洲的大部分地區(qū)各向同性有效輻射功率限制在500mW，這樣的輻射功率在870MHz，可近似達到0.7米。美國、加拿大以及其他一些國家，無需授權的輻射約束各向同性輻射功率為4W，這樣的功率將達到2米的閱讀距離，在獲得授權的情況下，在美國發(fā)射30W的功率將使閱讀區(qū)增大到5.5米左右。

●RFID技術的分類

RFID技術的分類方式常見的有下面四種：

根據(jù)電子標簽工作頻率的不同通?？煞譃榈皖l（30kHz～300kHz）、中頻（3MHz～30MHz）和高頻系統(tǒng)（300MHz～3GHz）。RFID系統(tǒng)的常見工作頻率有低頻125kHz、134.2kHz，中頻13.56MHz，高頻860MHz～930MHz、2.45GHz、5.8GHz等。

低頻系統(tǒng)特點是電子標簽內保存的數(shù)據(jù)量較少，閱讀距離較短，電子標簽外形多樣，閱讀天線方向性不強等。主要用于短距離、低成本的應用中，如多數(shù)的門禁控制、校園卡、煤氣表、水表等；中頻系統(tǒng)則用于需傳送大量數(shù)據(jù)的應用系統(tǒng)；高頻系統(tǒng)的特點是電子標簽及閱讀器成本均較高，標簽內保存的數(shù)據(jù)量較大，閱讀距離較遠（可達十幾米），適應物體高速運動，性能好。閱讀天線及電子標簽天線均有較強的方向性，但其天線寬波束方向較窄且價格較高，主要用于需要較長的讀寫距離和高讀寫速度的場合，多在火車監(jiān)控、高速公路收費等系統(tǒng)中應用。

根據(jù)電子標簽的不同可分為可讀寫卡（RW）、一次寫入多次讀出卡（WORM）和只讀卡（RO）。RW卡一般比WORM卡和RO卡貴得多，如電話卡、信用卡等；WORM卡是用戶可以一次性寫入的卡，寫入后數(shù)據(jù)不能改變，比RW卡要便宜；RO卡存有一個唯一的號碼，不能逐改，保證了安全性。

根據(jù)電子標簽的有源和無源又可分為有源的和無源的。有源電子標簽使用卡內電流的能量、識別距離較長，可達十幾米，但是它的壽命有限（3～10年），且價格較高；無源電子標簽不含電池，它接收到閱讀器（讀出裝置）發(fā)出的微波信號后，利用閱讀器發(fā)射的電磁波提供能量，一般可做到免維護、重量輕、體積小、壽命長、較便宜，但它的發(fā)射距離受限制，一般是幾十厘米，且需要閱讀器的發(fā)射功率大。

根據(jù)電子標簽調制方式的不同還可分為主動式（Active tag）和被動式（Passive tag）。主動式的電子標簽用自身的射頻能量主動地發(fā)送數(shù)據(jù)給讀寫器，主要用于有障礙物的應用中，距離較遠（可達30米）；被動式的電子標簽，使用調制散射方式發(fā)射數(shù)據(jù)，它必須利用閱讀器讀寫器的載波調制自己的信號，適宜在門禁或交通的應用中使用。

四、無線射頻識別技術改變生活

RFID是通過無線電波掃描基于芯片的電子標簽，以實現(xiàn)對物體的識別。這是一項應用前景非常廣泛的網(wǎng)絡技術，它實現(xiàn)了網(wǎng)絡與物理世界的聯(lián)絡。RFID芯片只有螞蟻頭大小，很容易嵌入任何商品標簽。德國的世界杯門票就是未來票務革新的一個開端。未來的足球賽、大型演唱會、大型國際會議，甚至緊缺的機票、火車票都可以通過RFID實現(xiàn)有效管理，杜絕倒票和其他不安全因素。

在安保領域，RFID技術應用也開始普及，德國法蘭克福機場與日本東京機場聯(lián)合應用該技術，提高行李安檢效率。法蘭克福機場電子掃描儀檢測的數(shù)據(jù)，東京也很快能看到。在美國有近100萬個家庭寵物攜帶有這種芯片，一旦寵物走失，主人能很快地找回。2004年9月，日本的一家私立小學在學生書包上也安裝了RFID芯片，家長能隨時知道孩子的去處。 2004年底的印度洋大海嘯后，死難者遺體的鑒定成了一大難事，而今后游客只要注射了RFID芯片，在任何地方遇到事故或被劫持，就能很快被發(fā)現(xiàn)。

五、無線射頻識別技術發(fā)展存在的問題

RFID技術發(fā)展的前景是難以估量的，從廚房到展覽館，從超市到迪斯科舞廳，可以說沒有哪個經(jīng)濟領域的分支可以不應用RFID的。然而，這一技術的應用可能也會產(chǎn)生某些負面影響。例如：RFID芯片的普遍應用將大大減少零售業(yè)的人力需求，這將可能導致員工的失業(yè)，并引起員工對新技術的抵觸情緒。

由于RFID技術的來臨太快，許多技術細節(jié)問題也還沒有得到解決。到目前為止，RFID技術還沒有最終的標準和統(tǒng)一的頻率。歐洲RFID系統(tǒng)發(fā)射的是一種頻率，美國發(fā)射的是另一種頻率。另外，無線電波的發(fā)射受到液體和金屬的影響，因此，對飲料和罐頭這樣的商品應用RFID還比較困難。重要的一點是還不清楚，誰來承擔新技術的開發(fā)成本，商業(yè)零售商和技術供應商之間為此還存在爭論。

RFID的廣泛應用還引起數(shù)據(jù)和消費者保護爭論。目前，全球都在關注美國關于解決消費者針對超市強行進入私人生活的話題。德國比勒費爾德民權聯(lián)合會也發(fā)起了捍衛(wèi)個人數(shù)據(jù)隱私的倡議，反對所謂的間諜芯片。該機構認為，隨著RFID芯片越來越容易地被隱藏在鞋子或衣服里，完全有理由相信，未來這種芯片的掃描儀或識別器也會被安裝在墻上、門檻里、加油站柱子上或樓梯上，企業(yè)可以用來隨時隨地監(jiān)控員工或消費者的行為。

批評者是否夸大了RFID的負面影響還有待質疑，事實上目前RFID芯片的無線電波發(fā)射范圍還很有限。

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