射频识别技术
非接触式自动识别技术
射频识别技术(英文名:Radio Frequency Identification,简称:RFID),又称无线射频识别,是自动识别技术的一种,是利用射频信号通过空间耦合(交变磁场电磁场)的方式进行非接触双向数据通信,对目标进行识别并获取相关数据的一种技术。射频识别技术具有精度高、适应环境能力强、抗干扰强、操作快捷等许多优点。它在完成识别工作时无须人工干预,可以同时读取多个被识别物体(标签)的信息,并能在严重污染的环境中工作。其原理为阅读器与标签之间进行非接触式的数据通信,达到识别目标的目的。主要应用于物流领域的货物追踪、信息自动采集、仓储应用、港口应用、邮政、快递等方面;医疗领域的医疗器械管理、病人身份识别、婴儿防盗等方面;身份识别领域的电子护照、身份证、学生证等各种电子证件等等。
射频识别技术最早在第二次世界大战期间用于敌对双方军用飞行目标的识别,兴起于20世纪90年代。20世纪40年代,通过对雷达的改进和应用推动了RFID技术的产生。50年代通过在实验室进行相关研究实现了对RFID技术的早期探索。目前射频识别技术已被广泛应用于生产生活的各个领域,在门禁管制、停车场管制、生产线自动化、物料管理、邮件跟踪、体育行业、畜牧业等方面发挥着重要的作用。
射频识别技术系统由电子标签(tag)、阅读器(reader)、天线(antenna)三大部分组成。其分类方式多样,通常根据采用的频率、读取标签数据的技术实现手段、以及标签内是否有电池为其供电进行划分。
发展进程
RFID技术起源
雷达的改进和应用催生了 RFID 技术,为 RFID发展奠定了理论基础。1945年,Leon Theremin 为俄罗斯政府发明了第一个基于RFID技术的间谍用装置。此后,Harry Stockman 于1948年发表的论文《用能量反射的方法进行通信》也为RFID发展奠定了理论基础,是RFID理论发展的重要里程碑。
早期探索
早期 RFID技术的探索阶段,主要处于实验室研究状态。在此期间,D.B.Harris在《使用可模式化的被动反应器的无线电波传送系统》中提出了信号模式化的理论和被动标签的概念。相关理论不断发展,并且将这一系统在实际中开始运用。期间出现了 RFID 技术的第一个商业应用系统一一商品电子监视器。贵重商品被贴上了“一位”码的电子标签,并在商店门口装置一个探测器。当顾客携带被盗的商品经过门口的探测器时,探测器会自动报警。
持续发展
20世纪下半叶,RFID 技术与产品研发处于一个大发展时期,各种 RFID 技术得到快速发展,出现了一些最早的 RFID 应用。1977 年,美国RCA运用 RFID技开发了“机动车电子牌照”。RFID 在动物追踪、车辆追踪、监狱犯管理、公路自动收费以及工厂自动化方面得到了广泛应用。RFID技术和相关产品被开发并且应用在市场中,在多种领域的有应用。在此期间,RFID 的应用包括汽车门遥控开关停车场管理、社区和校园大门控制系统等等。
逐渐成熟
20 世纪 80 年代末,随着 RFID 应用的扩大,为了保证不同 RFID 设备和系统的相互兼容,人们开始认识到建立一个统一的 RFID 技术标准的重要性。RFID 技术标准化问题日益得到重视,同时RFID产品得到普及。1991 年,美国俄克拉何马州出现了世界上第一个开放式公路自动收费系统。装有 RFID标签的汽车在经过收费站时,无需减速停车,按正常速度通过,固定在收费站的阅读机识别车辆后自动从账户上扣费。它消除了因为减速停车造成的交通堵,RFID公路自动收费系统在许多国家都得到了应用。1993年,射频识别产品在全世界的销量为990万套,1994 年为2030 万套,1997 增长到9810 万套,销售额为4.33 亿美元。RFID产品在1992-1999间在全额的增达25.3%。1996 年1 月,韩国在汉城的 600 辆公共汽车上安装 RFID 系统用于电子月票,还计划将这套系统推广到铁路和其他城市。欧共体宣布 1997 年开始生产的新车型必须具有基于 RFID技术的防盗系统。瑞士国家铁路局在瑞士的全部旅客列车上安装 RFID自动识别系统,调度员可以实时的掌握火车运行情况。
标准化问题逐渐得到重视,RFID产品种类更加丰富,有源电子标签、无源电子标签及半无源电子标签得到发展,电子标签成本不断降低。
应用现状
2004年起,包括沃尔玛公司宝洁波音公司在内的商业巨头积极推动RFID 在制造、物流、零售、交通等行业的应用,全球范围内掀起了一场 RFID的推广热潮。
RFID的技术理论不断得到丰富和发展,人们研发单芯片电子标签、多电子标签识读、无线可读可写、适应高速移动物体的RFID技术不断发展,并广泛应用于日常生活中。
工作原理
基本原理
阅读器在区域内通过天线发射射频信号,形成电磁场,区域大小取决于发射功率、工作频率和天线尺寸。RFID标签处于该范围内,接收阅读器发射的信号,引起天线出现感应电流,从而使 RFID标签开始工作,借由其内部的发射天线向阅读器传输编码信息等。通过系统中的接收天线接收到 RFID标签所发射的载波信号,再经由调节器传输给阅读器,对信号进行解调和解码后,传送给主系统来完成有关处理操作。主系统根据逻辑运算判断该标签的合法性,针对不同的设定做出相应的处理和控制,发出指令信号控制执行机构动作。RFID标签所存储的电子信息代表了待识别物体的标识信息,相当于待识别物体的身份认证,从而射频识别系统实现了非接触物体的识别目的。
工作流程
阅读器通过发射天线发送一定频率的射频信号,当附着有射频标签的目标对象进入阅读器的电磁信号辐射区域时,会产生感应电流。
借助感应电流或自身电源提供的能量,射频标签将自身编码等信息通过内置天线发送出去。
阅读器天线接收来自射频标签的载波信号,经天线调节器传送到阅读器的控制单元,进行解调和解码后,送到应用系统进行相关处理。
应用系统根据逻辑运算判断该射频标签的合法性,并针对不同的应用做出相应的处理和控制,发出指令信号并执行相应的应用操作。
RFID系统
RFID系统的读写距离是评价其性能的重要参数。影响 RFID系统读写距离的因素包括天线工作频率阅读器的射频输出功率、阅读器的接收灵敏度、标签的功耗阅读器和标签的耦合度等。大多数系统的读取距离和写入距离是不同的,写入距离大约是读取距离的40%~80%。
根据应用功能不同,RFID 系统分成四种类型:EAS 系统、便携式数据采集系统、物流控制系统和定位系统等。
EAS系统
EAS(Electronic Article Surveillance)是一种设置在需要控制物品出入的门口的 RFID 系统。其典型应用场景有商店、图书馆、数据中心等。当未被授权的人从这些地方非法取走物品时,EAS 系统会发出警告。EAS技术的应用可以有效防止物品被盗,无论是大件的商品,还是小件的物品。应用 EAS 系统之后,物品不再锁在玻璃橱柜里,可以让顾客自由地观看、检查。典型的 EAS 系统一般由三部分组成:一是附着在商品上的电子标签;二是电子标签灭活装置,以便授权商品能正常出入;三是监视器,在出口形成一定区域的监视空间。
便携式数据采集系统
便携式数据采集系统是使用带有 RFID 识读器的手持式数据采集器。这种系统具有比较大的灵活性,适用于不易安装固定式 RFID 系统的应用环境。手持式阅读器(数据输入终端)可以在读取数据的同时,通过无线电数据传输方式(RFDC)实时向主计算机系统传输数据,也可以暂时将数据存储在阅读器中,再一批一批地向主计算机系统传输数据。
物流控制系统
在物流控制系统中,固定布置的 RFID 读写器分散布置在给定的区域,并且读写器直接与数据管理信息系统相连,而射频识别标签是移动的,一般安装在移动的物体、人上面。当物体、人流经过读写器时,读写器会自动扫描标签上的信息并把数据信息输入数据管理费用信息系统存储、分析、处理,达到控制物流的目的。
定位系统
定位系统用于自动化加工系统中的定位以及对车辆、轮船等进行定位支持。读写器放置在移动的车辆、轮船上或者自动化输送流水线中移动的物料、半成品、成品上,射频识别标签嵌入到操作环境的地表下面。射频识别标签上存储有位置识别信息,读写器一般通过无线或有线方式连接到主信息管理系统。
组成部分
RFID 系统在具体应用过程中,根据不同的应用目的和应用环境,系统的具体组成会有所不同。从宏观考虑,RFID系统由电子标签(Tag)、阅读器(Reader)和计算机网络系统三部分组成;从微观考虑RFID系统由电子标签、阅读器和天线组成。
阅读器
阅读器是将标签中的信息读出,或将标签所需要存储的信息写入标签的装置。根据使用的结构和技术不同,阅读器可以是读写装置,是RFID系统信息控制和处理中心。在RFID系统工作时,由阅读器在一个区域内发送射频能量形成电磁场,区域的大小取决于发射功率。在阅读器覆盖区域内的标签被触发,发送存储在其中的数据,或根据阅读器的指令修改存储在其中的数据,并能通过接口与计算机网络进行通信。
阅读器的基本构成通常包括:收发天线,频率产生器,锁相环,调制电路,微处理器,存储器,解调电路和外设接口组成。
标签
标签也称电子标签、应答器,由天线、耦合元件及芯片组成,每个标签具有唯一的电子编码,附着在物体上标识目标对象。应答器就是指能够传输信息、回复信息的电子模块。由于射频技术发展迅猛,应答器又被叫作智能标签或标签。
应答器可分为以集成电路芯片为基础的应答器和利用物理效应的应答器,而以集成电路为基础的应答器又可分为具有简单存储功能的应答器和带有微处理器的智能应答器利用物理效应的应答器包括1bit应答器和声表面波应答器。
具有存储功能的应答器主要包括天线、高频接口、存储器以及地址和安全逻辑单元四个功能块。具有微处理器的非接触智能卡包含自己的操作系统。操作系统的任务是对应答器进行数据存取的操作、对命令序列的控制、文件管理以及执行加密算法。
电子标签由收发天线、AC/DC电路、解调电路、逻辑控制电路、存储器和调制电路组成。
中间件
随着 RFID 系统的广泛应用,不同接口的 RFID 硬件设备越来越多。软件上,应用程序的规模越来越大,出现了适合不同行业的系统软件及用户数据库。如果每个技术细节的改变都要求衔接 RFID 系统各部分的接口改变,那么RFID 的发展将会受到严重制约,后期维护、管理的工作量也会大大增加。
RFID 中间件支持各种标准的协议和接口,可以将不同操作系统或不同应用系统的应用软件集成起来。当用户改变数据库或增加 RFID 数据时,只需改变中间件的部分设置就可以使整个 RFID 系统继续运行。
天线
天线在电子标签和读写器间传递射频信号。天线是一种以电磁波形式把无线电收发机的射频信号功率接收或辐射出去的装置,天线按其工作的频段可分为短波、超短波、微波等天线;按方向性可分为全向、定向等天线;按外形可分为线状、面状等天线。
电子标签与读写器之间通过耦合元件实现射频信号的空间耦合;在耦合通道内,根据时序关系,实现能量的传递和数据的交换。在射频识别系统的工作过程中,始终以能量为基础,通过一定的时序方式来实现数据的交换。因此,在 RFID 工作的空间通道中存在 3 种事件模型,即以能量提供为基础的事件模型、以时序方式实现数据交换的事件模型和以数据交换为目的的事件模型。
分类
射频识别技术较常见的分类方式包括根据电子标签的供电形式、工作频率以及读取标签数据的技术实现手段进行分类。
电子标签的供电形式
实际应用中,尽管电子标签的功耗非常低,也需要供电进行工作。射频识别技术依据其标签的供电方式可分为三类,即无源RFID,有源RFID,与半有源RFID。
无源RFID
内部不带电池,工作所需的电能主要由天线接收阅读器的射频信号的能量转换为直流电源提供。这种电子标签具有永久的使用期,但是由于转换所得的电能比较弱,导致信号的传输距离比有源标签短。无源标签适用于读写次数多、对信号传输距离要求不高的场合。无源标签发展最早,也是发展最成熟、市场应用最广的产品。其典型应用包括:公交卡、二代身份证、银行卡、食堂餐卡、宾馆门禁卡等,属于近距离接触式识别类。
有源RFID
有源标签的电能由自身内部的电池提供。电量充足时,其信号的传输距离远,属于远距离自动识别类标签,主要用于有障碍物的应用中。但随着电量的消耗,其传输距离会越来越小,可能会影响系统的正常工作。有源RFID兴起的时间不长,但已在各个领域,尤其是在高速公路电子不停车收费系统中发挥着不可或缺的作用。在远距离自动识别领域,如智能监狱、智能医院、智能停车场、智能交通、智慧城市等领域有重大应用。
半有源RFID
半有源RFID又叫做低频激活触发技术,半有源RFID介于有源RFID和无源RFID之间,内部带电池,且电池只用于激活系统,当系统被激活后,半有源RFID在无源状态下工作,工作电能考外部提供。相比于无源RFID,半有源RFID反应速度更快、距离更远。其通常应用场景为:在一个高频信号所能所覆盖的大范围中,在不同位置安置多个低频阅读器用于激活半有源RFID产品,既完成了定位,又实现了信息的采集与传递。
电子标签的工作频率
根据电子标签的工作频率,可分为低频(30~300kHz)、高频(3~30MHz)超高频与微波频段(300MHz~3GHz)标签。
低频标签
成本低廉,电子标签外形多样,一般为无源标签。其特点是电子标签内保存的数据量较少,阅读距离较短,阅读天线方向性不强等。主要用于短距离的应用中,如多数的门禁控制、校园卡、煤气表、水表等。
低频标签的典型应用有动物识别、容器识别、工具识别、电子闭锁防盗(带有内置应答器的汽车钥匙)等。与低频标签相关的国际标准有 ISO 11784/11785(用于动物识别)、ISO 18000-2(125~135 kHz)。低频标签有多种外观形式,应用于动物识别的低频标签外观有项圈式、耳牌式、注射式、药丸式等。应用的典型动物有牛、信鸽等。
高频标签
识读速度较快,可以实现多标签同时识读,形式多样,价格合理,可以用于需传送大量数据的应用系统。一般也采用无源标签为主。但是高频RFID 产品由于其频率特性,识读距离较短,对可导媒介(如液体、高湿、碳介质等)穿透性不如低频产品,该系统主要用于电子车票、电子身份证、电子闭锁防盗(电子遥控门锁控制器)、小区物业管理、大厦门禁系统等
高频标签便于做成卡状,典型应用包括电子车票、电子身份证、电子闭锁防盗(电子遥控门锁控制器)等。相关的国际标准有 ISO 14443、ISO 15693、ISO 18000-3(13.56MHz)等。
超高频与微波标签
超高频与微波频段的电子标签,简称为微波电子标签。其典型工作频率为433.92MHz、862(902)~928 MHz、2.45 GHz、5.8GHz。成本较高,其特点是标签内保存的数据量较大,阅读距离较远(可达十几米),适应物体高速运动性能好。阅读天线及电子标签天线均有较强的方向性,但其天线波束方向较窄且价格较高,主要用于需要较长的读写距离和高读写速度的场合,如铁路车辆自动识别、集装箱识别、公路车辆识别与自动收费系统。但超高频电磁波对于可导媒介(如水等)完全不能穿透,对金属的绕射性也较差。
微波电子标签的典型应用包括移动车辆识别、电子身份证、仓储物流应用、电子闭锁防盗(电子遥控门锁控制器)等。相关的国际标准有 ISO 10374、ISO 18000-4(2.45GHz)、ISO 18000-5(5.8 GHz)、ISO 18000-6(860-930 MHz)、ISO 18000-7(433.92MHz)和 ANSI-NCITS 256-1999 等。
读取标签的技术实现手段
射频识别技术根据读取标签数据的技术实现手段,可将其分为广播发射式系统、倍频式系统和反射调制式系统三大类。
广播发射式系统
广播发射式系统,实现起来较为简单。标签采用有源方式工作,并实时将其存储的标识信息向外广播,阅读器相当于一个只收不发的接收机。这种系统的缺点是电子标签必须不停地向外发射信息,既费电,也会对环境造成电磁污染,同时系统不具备安全保密性。
倍频式系统
倍频式系统,实现起来有一定难度。一般情况下,阅读器发出射频查询信号,标签返回的信号载频为阅读器发出射频的倍频。这种工作模式对阅读器接收处理回波信号提供了便利,但是对无源系统来说,标签将接收的阅读器射频信号转换为倍频回波载频时其能量转换效率较低。但提高转换效率需要较高的微波技术以及更高的电子标签成本,同时这种系统工作须占用两个工作频点,一般较难获得无线电频率管理委员会的产品应用许可。
反射调制式系统
反射调制式系统,实现起来要解决同频收发问题。系统工作时,阅读器发出微波查询(能量)信号,标签(无源) 将部分接收到的微波查询能量信号整流为直流电供其内部的电路工作,另一部分微波能量信号被标签内保存的数据信息调制(ASK)后反射回阅读器。阅读器接收到反射回的幅度调制信号后,从中解析出标识性数据信息。系统工作过程中,阅读器发出微波信号与接收反射回的幅度调制信号是同时进行的。反射回的信号强度较发射信号要弱得多,因此技术实现上的难点在于同频接收。
特点
通常来说,射频识别技术具有适用性、高效性、独一性、简易性等特性。根据阅读器的发射频率,射频识别技术又被分为低频 (135 kHz 以下)、高频(13.56 MHz)、超高频(860~960 MHz)和微波(2.45 GHz 或5.8 GHz)四个频段。
非接触式:RFID 技术最大的优点在于非接触,它依靠电磁波,能够穿透尘、雾、塑料、纸张、木材及各种障碍物建立连接,读取距离从十厘米到几十米不等。
信息存储规范:在 RFID 标签中存储预先写入的规范信息,以便将其自动采集到应用系统中进行处理。
携带方便:RFID 磁条可以任意形式附带在包装中,读写器每隔 250s 便从射频标签中读出位置和物品的数据。
适用性:RFID不仅应用于物流跟踪、运载工具和货架识别等要求非接触式数据采集和交换的场合,对于需要频繁改变数据内容的场合也极为适用。但由于各厂商间不兼容的标准与相对较高的标签成本会制约射频识别系统的发展。
高效性:RFID读写速度非常快,高频 RFID 阅读器可同时识别、读取多个标签数据,也可识别高速移动的物体,适合在恶劣环境中工作且具备很强的保密性。
唯一性:每个RFID标签都是独一无二的,通过RFID标签与产品的对应关系,可以跟踪每一件产品的后续流通情况。
简易性:RFID标签结构简单,识别速率高、所需读取设备简单。尤其是随着NFC技术在智能手机上逐渐普及,每个用户的手机都将成为最简单的RFID阅读器。
优缺点
优势
RFID 是一项易于操控、简单实用,特别适合于自动化控制的灵活性应用技术,识别工作无须人工干预,既可支持只读工作模式,也可支持读写工作模式,且无须接触或瞄准,可自由工作在各种恶劣环境中。短距离射频产品不怕油渍、灰尘污染等恶劣的环境,可以替代条码,用在工厂的输送流水线上跟踪物体;长距射频产品多用于交通上,识别距离可达几十米,如自动收费或识别车辆身份等。
射频识别技术主要具有读取方便快捷、识别速度快、数据容量大、使用寿命长、应用范围广、标签数据可动态更改、更高安全性、动态实时通信等优势。
读取方便快捷:数据的读取无须光源,甚至可以透过外包装来进行。有效识别距离更大,采用自带电池的主动标签时,有效识别距离可达到 30 米以上。
识别速度快:标签一进入磁场,解读器就可以即时读取其中的信息,而且能够同时处理多个标签,实现批量识别。
数据容量大:数据容量最大的二维条形码(PDF417),最多只能存储2 725 个数字若包含字母,存储量则会更少。RFID 标签则可以根据用户的需要扩充到数十K。
使用寿命长,应用范围广:无线电通信方式使其可以应用于粉尘、油污等高污染环境和放射性环境,而且其封闭式包装使得该系统使用寿命大大超过印刷的条形码。
标签数据可动态更改:用户利用编程器可以向标签写入数据,从而赋予RFID 标签交互式便携数据文件功能,而且写人所用时间比打印条形码更短。
更高安全性:射飘识别系统不仅可以嵌入或附着在不同形状、类型的产品上,还可以为标签数据的读写设置密码保护,从而使其具备更高的安全性。
动态实时通信:标签以每秒 50~100 次的赖率与解读器进行通信,所以只要 RFID 标签所附着的物体出现在解读器的有效识别范围内,就可以对其位置进行动态的追踪和监控。
缺点
技术成熟度不够:RFID技术出现时间较短,在技术上还不是非常成熟。由于超高频RFID电子标签具有反向反射性特点,使得其在金属、液体等商品中应用比较困难。
成本高:RFID电子标签相对于普通条码标签价格较高,为普通条码标签的几十倍,如果使用量大的话,就会造成成本太高,在很大程度上降低了市场使用RFID技术的积极性。
安全性不够强:RFID技术面临的安全性问题主要表现为RFID电子标签信息被非法读取和恶意篡改。
技术标准不统一:RFID技术因地区或研发群体的不同而有所差异。各个标准体系不但编码体系不尽相同其使用的频率也不同,即使在同一频段,其在空中接口、实现方法上也有差异,加上各国无线电管理的差异,预留的 RFID 使用频段很难达到一致。
相关法规和标准
个人信息保护法规
针对射频识别技术,欧盟数据保护监督局号召“射频识别技术的运用必须要贯彻‘隐私设计’的要求”。2016 年 4 月,欧盟正式通过《一般数据保护法》,第 25条明确规定隐私设计原则,实现了隐私设计理论的法律化。
美国国土安全部隐私局于 2007 年也发布了报告《隐私科技执行指南》,倡导科技的管理者和开发者应当将隐私保护的需求嵌入到信息通讯技术最初的开发阶段中。2012 年,联邦贸易委员会(FTC)发布了报告《快速变革时代的消费者隐私保护》,明确将隐私设计作为保护消费者的三大建议之一,鼓励企业将隐私保护的需求融入到日常商业实践中。2015年 2 月,美国政府发布的《消费者隐私权利法案(草案)》也是明确引入隐私设计原则。2017 年 4月,加州参议院提出法案,要求所有物联网设备制造商都必须强制执行隐私设计的要求,以确保用户个人信息安全。
在国际层面,隐私设计理论也备受关注与重视。2009 年,在马德里召开的第 31 届数据保护和隐私委员会国际会议上,大会专门成立了一个有关隐私设计理论的工作小组。2010 年 10 月,第 32 届数据保护和隐私委员会国际会议在耶路撒冷召开,大会一致通过《隐私设计方案》(Resolutionon Privacy by Design),也被称为《耶路撒冷宣言》(Jerusalem Declaration),明确将隐私设计理论作为未来个人信息保护至关重要的部分,鼓励各国数据保护机构和隐私委员会践行该理论。此外,苹果公司谷歌惠普脸书腾讯等互联网巨头都在积极践行隐私设计理论。
RFID标准
RFID 的应用涉及行业众多,其相关的标准也比较复杂。从类别看,RFID 标准可以分为以下4类:技术标准(如 REID 技术、IC 卡标准等);数据内容与编码标准(如编码格式、语法标准等);性能与一致性标准 (如测试规范等);应用标准(如船运标签、产品包装标准等)。具体来讲,RFID 相关的标准涉及电气特性、通信频率、数据格式和元数据、通信协议、安全、测试与应用等方面。
与RFID技术和应用相关的国际标准化机构主要有国际标准化组织(ISO)、国际电工委员会(IEC)、国际电信联盟(ITU)和世界邮联(UPU)。此外其他的区域性标准化机构(如 EPC GIobal、UID Center、CEN)、国家标准化机构(如 BSI、ANSI、DIN) 和产业联盟(如 ATA、AIAG、EIA)等也制定了与 RFID相关的区域、国家、产业联盟标准,并通过不同的渠道提升为国际标准。
总的来说, RFID 存在3 个主要的技术标准体系:总部设在麻省理工学院(MIT)的自动识别中心 (Auto-ID Center)、日本的泛在 ID 中心(Ubiquitous ID Center,UID)和 ISO 标准体系。
应用领域
由于应用频段的灵活性和不同应用环境下的适应能力,RFID 技术可以应用于各行各业。目前,RFID 技术已经广泛地应用在交通运输、医疗服务、零售业物流配送、工农业产品追溯管理、车辆管理服务、电子口岸及检验检疫管理、大型活动、军事、应急物资和图书档案管理等领域,并已逐步形成规模化应用。
射频门禁系统可采用射频卡,并且一卡可以多用,比如作工作证、出入证、停车卡、旅馆住宿卡甚至旅游护照等,目的是帮助识别人员身份、安全管理、收费等,可以简化出入手续、提高工作效率。只要人员佩戴了封装成ID卡大小的射频卡、进出入口有一台读写器,人员出入时自动识别身份,非法闯入会有报警。安全级别要求高的地方,会结合其他识别方式,如将指纹、掌纹或面部特征存入射频卡。
物流
物流仓储是RFID最有潜力的应用领域之一,ups快递DHL联邦快递等国际物流巨头都在积极实验RFID技术,以期在将来大规模应用于提升其物流能力。可应用的过程包括:物流过程中的货物追踪、信息自动采集、仓储管理应用、港口应用、邮政包裹、快递等。
交通
出租车管理、公交车枢纽管理、铁路机车识别等,已有不少较为成功的案例。可以应用于汽车的自动化、个性化生产,汽车的防盗,汽车的定位,可以作为安全性极高的汽车钥匙。
高速公路自动收费系统是 RFID 技术最成功的应用之一,RFID 技术应用在高速公路自动收费上能够充分体现它非接触识别的优势。目前中国的高速公路发展非常快,地区经济发展的先决条件就是有便利的交通条件,RFID 技术的应用解决了高速公路收费可能存在的问题:一是交通堵塞,收费站口,许多车辆要停车排队,成为交通瓶颈问题,二是少数不法的收费员贪污路费、使国家损失了相当的财政收入。
医疗
射频识别技术应用于医疗行业,可以对药品、病人,以及废弃的医疗垃圾进行跟踪和检测。美国的医疗产业中,RFID 已经得到了广泛的关注和应用。在医院中,RFID 可以用于患者的登记、标识和监护,医疗器械的管理,医护人员管理,接触式追踪管理,药房管理,医疗垃圾的处理等。在医药供应链上,RFID 可以用于药品生产和流通、药品防伪等方面。在特殊医疗产品(如血液制品)的管理中RFID也大有用武之地。
航空军事
RFID可以应用于飞机的制造、飞机零部件的保养、旅客的机票、快速登机旅客的包裹追踪。弹药、枪支物资、人员、卡车等识别与追踪,美国伊拉克战争中已有大规模使用。
身份识别
RFID技术具有快速读取与难伪造性,被广泛应用于个人的身份识别证件中。如电子护照、第二代身份证、学生证等其他各种电子证件。
防伪
RFID具有很难伪造的特性,但是如何应用于防伪还需要政府和企业的积极推广。可以应用的领域包括贵重物品(烟、酒、药品)的防伪和票证的防伪等。由沃尔玛公司麦德龙超市等大超市一手推动的 RFID 应用,可以为零售业降低劳动力成本,提高商品的可视度,降低因商品断货造成的损失,减少商品被盗现象等。可应用的过程包括:商品的销售数据实时统计、补货、防盗等。
资产管理
RFID可应用于各类资产的管理,包括贵重物品、数量大相似性高的物品或危险品等。随着标签价格的降低,RFID几乎可以管理所有的物品。
信息统计
射频识别技术的运用,信息统计就变成了一件既简单又快速的工作。由档案信息化管理平台的查询软件传出统计清查信号,阅读器迅速读取馆藏档案的数据信息和相关储位信息,并智能返回所获取的信息和中心信息库内的信息进行校对。如针对无法匹配的档案,由管理者用阅读器展开现场核实,调整系统信息和现场信息,进而完成信息统计工作。
查阅应用
在查询档案信息时,档案管理者借助查询管理平台找出档号,系统按照档号在中心信息库内读取数据资料,核实后,传出档案出库信号,储位管理平台的档案智能识别功能模块会结合档号对应相关储位编号,找出该档案保存的具体部位。管理者传出档案出库信号后,储位点上的指示灯立即亮起。资料出库时,射频识别阅读器将获取的信息反馈至管理平台,管理者再次核实,对出库档案和所查档案核查相同后出库。而且,系统将记录信息出库时间。若反馈档案和查询档案不相符,安全管理平台内的警报模块就会传输异常预警。
安全控制
安全控制系统能实现对档案馆的及时监控和异常报警等功能,以避免档案被毁、失窃等。档案在被借阅归还时,特别是实物档案,常常用作展览、评价检查等,管理者对归还的档案仔细检查,并和档案借出以前的信息核实,能及时发现档案是否受损、缺失等。
发展趋势
射频识别标签趋势
随着标准的制定、应用领域的广泛、应用数量的增加、工艺的不断提高、技术的飞速进步(如在图书方面,在封面或版权页上用导电油墨直接在印制射频识别天线),其成本会更低;其次识别距离更远,即使是无源射频识别标签也能达到几十米;体积也将更小。同时也会朝着高频化、网络化、多能化的方向持续发展。
高频化
超高频射频识别系统与低频系统相比,具有别距离远、数据交换速度更快、伪造难度更高、对外界的抗干扰能力更强、体积小巧,且随着制造成本的降低和高频技术的进一步完善,超高频系统的应用将会更加广泛。
网络化
部分应用场合需要将不同系统(或多个阅读器)所采集的数据进行统一处理,然后提供给用户使用,如使用二代身份证在自动取票机取火车票,需要将射频识别系统网络化管理,来实现系统的远程控制与管理。
多能化
随着移动计算技术的不断提高和普及,射频识别阅读器设计与制造的发展趋势是将向多功能、多接口、多制式,并向模块化、小型化、便携式、嵌入式方向发展;同时,多阅读器协调与组网技术将成为未来发展方向之一。
应用前景
物联网的兴起
物联网架构可分为3 层,即感知层、网络层和应用层。物联网感知层由各种传感器构成,包括温湿度传感器、二维码标签、射频识别标签和读写器、摄像头、红外线、GPS 等感知终端。感知层是物联网识别物体、采集信息的来源。网络层由各种网络,如互联网广电网、网络管理系统和云计算平台等组成,是整个物联网的中枢负责传递和处理感知层获取的信息。应用层是物联网和用户的接口它与行业需求结合,实现物联网的智能应用。
在物联网中,射频识别技术是实现物联网的关键技术。射频识别标签中存储着规范且其有互用性的信息,通过无线数据通信网络自动把它们采集到中央信息系统,实现物品(商品)的识别,进而通过开放的计算机网络实现信息交换和共享,实现对物品的“透明”管理。
越来越多的物联网设备可供消费者使用,包括联网的车辆、家庭自动化设备、可穿戴设备,联网的远程监控健康状况的设备。物联网设备是范围更大的家庭自动化概念的一部分,其中包括照明、供暖、空调、媒体和安全系统。
与其他技术的结合
结合其他高新技术,由单一识别向多功能方向发展。随着应用需求的变化,射频识别技术将与其他高新技术结合,如与GPS 相结合,可用于全球范围的物品识别及跟踪定位;与生物识别技术相结合,形成可的门禁保安系统;将掌纹存入 RFID 标签,当携带此 RFID 标签的人进入安全区时,必须将手掌放在扫描器上,只有该人手纹信息同安全检索出的三维图像一样,并且同本人所携带的 RFID 中的信息一致时,才可进入该区域。
结合现代通信及计算机技术,实现地区、行业应用随着计算机网络技术和现代通信技术的发展,为射频识别技术能在全球范围内高速准确的数据传输提供了条件 。射频识别技术与计算机及通信技术结合,可形成跨地区的行业性信息管理网络,范围从一个小区域扩展到全国甚至全界,满足跨国运行的物品的识别跟踪需要,实现国际大流通。
结合计算机及通信技术,射频识别能进入跨行业、跨部门的综合性网络系统。例如在日本的高级物流系统中,利用建立在运输线商户的 RFID系统及计算机网络,构成同时实现高速公路不停车收费、运输车辆的调配、物品流通及运输过程的跟踪等多项功能系统网络。在城市交通管理中,可用射频识别技术实时跟踪车辆,通过交通控制中心的网络实施疏导交通,利用电子地图实施显示交通状况,查处违章和被盗车辆。
参考资料
目录
概述
发展进程
RFID技术起源
早期探索
持续发展
逐渐成熟
应用现状
工作原理
基本原理
工作流程
RFID系统
EAS系统
便携式数据采集系统
物流控制系统
定位系统
组成部分
阅读器
标签
中间件
天线
分类
电子标签的供电形式
无源RFID
有源RFID
半有源RFID
电子标签的工作频率
低频标签
高频标签
超高频与微波标签
读取标签的技术实现手段
广播发射式系统
倍频式系统
反射调制式系统
特点
优缺点
优势
缺点
相关法规和标准
个人信息保护法规
RFID标准
应用领域
物流
交通
医疗
航空军事
身份识别
防伪
资产管理
信息统计
查阅应用
安全控制
发展趋势
射频识别标签趋势
高频化
网络化
多能化
应用前景
物联网的兴起
与其他技术的结合
参考资料