遠距離射頻識別系統(tǒng)及其應(yīng)用前景

文章出處：http://xianjuhong.com 作者：張益強　鄭銘　張其善   人氣： 發(fā)表時間：2011年11月02日

　摘要 本文介紹了射頻識別技術(shù)的發(fā)展其簡要工作原理、發(fā)展狀況和主要應(yīng)用領(lǐng)域。

　　關(guān)鍵詞 射頻識別 射頻卡 電子標簽

1 引言

　　射頻識別技術(shù)（RFID，即Radio Frequency Identification）是從20世紀80年代走向成熟的一項自動識別技術(shù)。它利用射頻方式進行非接觸式雙向通信交換數(shù)據(jù)以達到識別目的。和傳統(tǒng)的磁卡、IC卡相比，射頻卡最大的優(yōu)點就在于非接觸，因此完成識別工作時無須人工干預(yù)，適合于實現(xiàn)系統(tǒng)的自動化且不易損壞，可識別高速運動物體并可同時識別多個射頻卡，操作快捷方便。射頻卡不怕油漬、灰塵污染等惡劣的環(huán)境，短距離的射頻卡可以在這樣的環(huán)境下替代條碼，用在工廠的流水線等場合跟蹤物體。長距離的產(chǎn)品多用于交通上，距離可達幾十米，可用在自動收費或識別車輛身份等場合。

2 射頻識別系統(tǒng)簡介

　　射頻識別系統(tǒng)至少應(yīng)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(yīng)答器等，本文統(tǒng)稱為電子標簽）。另外還應(yīng)包括天線，主機等。

　　（一）工作頻率

　　射頻識別系統(tǒng)的工作頻率主要有125kHz、13.56MHz、869MHz、902～928MHz、2.45GHz、5.8GHz等，允許的最大發(fā)射功率電平和頻率分配因國家和地區(qū)的不同而有所不同。其中125kHz系統(tǒng)主要應(yīng)用在動物識別和商品流通等領(lǐng)域。13.56MHz系統(tǒng)一般應(yīng)用在公共交通和門禁系統(tǒng)等領(lǐng)域，其識別距離較近，一般為幾厘米（ISO14443標準）到幾十厘米（ISO15693標準），采用特殊制作的天線最大識別距離為1.5米左右。在UHF頻段（869MHz和902～928MHz），系統(tǒng)的識別距離遠，可從幾米到幾十米。UHF頻段的自動識別系統(tǒng)主要應(yīng)用在高速公路收費、集裝箱識別和鐵路車輛的識別、跟蹤等業(yè)務(wù)中。2.45GHz系統(tǒng)被動式系統(tǒng)（無源標簽）一般可提供1米左右的識別距離，主動式系統(tǒng)（有源標簽）也可以達到十幾米的識別距離。5.8GHz系統(tǒng)主要應(yīng)用在交通領(lǐng)域，目前我國公路聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)暫行標準也把此頻段作為車輛識別的系統(tǒng)標準。

　　（二）TTF與RTF

　　RTF（Reader Talks First，讀寫器先發(fā)言）和TTF（Tag Talks First，標簽先發(fā)言）是兩種讀寫器抗沖突協(xié)議方式。

　　在一般狀態(tài)下，電子標簽處于‘等待’或稱為‘休眠’的工作狀態(tài)，當電子標簽進入讀寫器的作用范圍時，檢測到一定特征的射頻信號，便從‘休眠’狀態(tài)，轉(zhuǎn)到‘接收’狀態(tài)，接收讀寫器發(fā)出的命令后，進行相應(yīng)的處理，并將結(jié)果返回讀寫器。這類只有接收到讀寫器特殊命令才發(fā)送數(shù)據(jù)的電子標簽被稱為RTF（Reader Talk First，即讀寫器先發(fā)言）方式；與此相反，進入讀寫器的能量場即主動發(fā)送自身ID號的電子標簽被稱為TTF（Tag Talk First，即標簽先發(fā)言）方式。TTF和RTF協(xié)議相比，TTF方式的射頻卡具有識別速度快等特點，適用于需要高速應(yīng)用的場合；另外，它在噪聲環(huán)境中更穩(wěn)健，在處理標簽數(shù)量動態(tài)變化的場合也更為實用。因此，更適于工業(yè)環(huán)境的跟蹤和追蹤應(yīng)用。

　　（三）有源和無源標簽

　　射頻識別系統(tǒng)按電子標簽的供電方式可分為有源標簽和無源標簽兩類。無源標簽所需工作能量需要從讀寫器發(fā)出的射頻波束中獲取能量，經(jīng)過整流、存儲后提供電子標簽所需的工作電壓。與有源標簽相比，具有成本低、不需要維護、使用壽命長等特點。缺點是讀寫器要發(fā)射更大的射頻功率，識別距離相對較近等。然而，目前的集成電路設(shè)計技術(shù)能使所需工作電壓進一步降低至1V甚至0.42V，這使得無源RFID系統(tǒng)可以達到20米以上的識別距離。這在不同的無線電規(guī)則限制情況下，可以滿足大部分實際應(yīng)用系統(tǒng)的需要。有源標簽本身帶有微型電池，由于不需要射頻供電，其識別距離更遠，讀寫器需要的功率較小。

3 射頻識別技術(shù)發(fā)展狀況

　　射頻識別技術(shù)在國外發(fā)展很快，RFID產(chǎn)品種類很多，像德州儀表、Motoro1a、Phllips等世界著名廠家都生產(chǎn)RFID產(chǎn)品，并且各有特點，自成系列。我國在這方面起步較晚，但經(jīng)過幾年的努力已經(jīng)開發(fā)出了自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品。

　　RFID技術(shù)在傳感器網(wǎng)絡(luò)方面的應(yīng)用被美《商業(yè)周刊》評為將掀起新產(chǎn)業(yè)浪潮的未來四大高技術(shù)之一。據(jù)有關(guān)權(quán)威資料統(tǒng)計，射頻識別產(chǎn)品在全世界的銷量、1993年為990萬套，1994年就猛增到2030萬套，1997年有關(guān)產(chǎn)品的銷量將為9810萬套。而在全世界范圍內(nèi)射頻產(chǎn)品的銷售額，1989年為0.81億美元，1992年為1.41億美元、1997年為4.33億美元，1999年則為6.85億美元，其中在1992-1999年間射頻識別產(chǎn)品在全世界銷售額的年平均增長率達25.3%。ABI估計，到2008年，RFID電子標簽、閱讀器和相關(guān)軟件與服務(wù)的銷售額可望增至30億美元。由此可見，射頻識別技術(shù)具有廣闊的市場前景。

　　一項由麻省理工學(xué)院（MIT）和IBM針對自動化識別系統(tǒng)（Auto-ID）與新型無線射頻識別技術(shù)目前企業(yè)使用現(xiàn)狀的調(diào)查報告顯示：“自動化識別系統(tǒng)”將成為供應(yīng)鏈管理的有力工具，有71%的企業(yè)將于2005年底前應(yīng)用自動化識別系統(tǒng)；而有75%的制造業(yè)則會在2006年底前應(yīng)用這種系統(tǒng)。美麻省理工學(xué)院（MIT）在芝加哥召開的EPC研討會上首次公開展示其研發(fā)了近5年的EPC網(wǎng)絡(luò)（Electronic Product Code，即電子產(chǎn)品編碼）。這種下一代條形碼系統(tǒng)可用一塊微芯片替換目前大多數(shù)商品上的黑色條形碼。目前這種電子標簽的價格約為50美分，隨著應(yīng)用市場的進一步擴大，價格將逐步降為25美分甚至5美分。

4 主要應(yīng)用領(lǐng)域

　　射頻識別技術(shù)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、商業(yè)自動化、交通運輸控制管理、防偽等眾多領(lǐng)域,甚至軍事用途，在伊拉克戰(zhàn)爭期間，美國軍方大量使用了該項技術(shù)，用裝入袖口中的RFID芯片跟蹤受傷的士兵。射頻識別技術(shù)主要應(yīng)用領(lǐng)域有如下一些方面：

　?。ㄒ唬┰谏虡I(yè)供應(yīng)鏈的應(yīng)用

　　全世界最大的零售商沃爾碼要求它前一百家大的供應(yīng)商必需在2005年前為RFID技術(shù)的應(yīng)用做好準備。專業(yè)人士預(yù)測，到2012年，RFID芯片的價格將降到比一粒米還便宜，還可以印在產(chǎn)品的包裝盒上，也能印在價格標簽上。依靠RFID系統(tǒng)跟蹤商店的庫存和收支情況，一清二楚。如果你是顧客，當你拿起商品要走出大門的時候，設(shè)在入口處的RFID發(fā)射接收器就能立即計算出你的購買總額，并從你錢包中的RFID信用卡上減去相應(yīng)的金額，毋須勞你自己動手。

　　值得關(guān)注的是，微軟公司決定加入發(fā)展射頻識別技術(shù)的陣營，為催生這種貨物流向追蹤技術(shù)助一臂之力。IBM幫助麥德龍集團未來商店建立零售業(yè)科技新標準。

　?。ǘ┌踩⒎纻畏矫娴膽?yīng)用

　　偽造問題在世界各地都是令人頭疼的問題，現(xiàn)在應(yīng)用的防偽技術(shù)如全息防偽等技術(shù)同樣也被不法分子偽造。將射頻識別技術(shù)應(yīng)用在防偽的領(lǐng)域有它自身的技術(shù)優(yōu)勢，它具有成本低但卻很難偽造的優(yōu)點。利用這種技術(shù)不用改變現(xiàn)行的數(shù)據(jù)管理體制，唯一的產(chǎn)品標識號完全可以做到與已用數(shù)據(jù)庫體系兼容。

　　 歐洲中央銀行準備在歐元中嵌入極小的射頻識別電子標簽。其主要目的是識別鈔票真?zhèn)?，防止偽造鈔票。同時，射頻識別標簽還能夠記錄鈔票交割的細節(jié)，可以跟蹤非法交易，防止洗錢行為。使用射頻識別芯片還能夠簡化、加快記帳等銀行的日常處理工作。使用這種標簽，一疊鈔票能夠從一個閱讀器通過就能夠統(tǒng)計出總數(shù)來，就像使用射頻識別標簽的系統(tǒng)跟蹤存貨一樣。

　　 （三）、車輛管理系統(tǒng)

　　1、高速公路自動收費及交通管理

　　高速公路自動收費系統(tǒng)是RFID技術(shù)最成功的應(yīng)用之一。目前中國的高速公路發(fā)展非常快，地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的先決條件就是有便利的交通條件，而高速公路收費卻存在一些問題，一是交通堵塞，在收費站口，許多車輛要停車排隊交費，成為交通瓶頸問題；二是少數(shù)不法的收費員貪污路費、使國家損失了財政收入。RFID技術(shù)應(yīng)用在高速公路自動收費上能夠充分體現(xiàn)它非接觸識別的優(yōu)勢。讓車輛高速通過收費站的同時自動完成收費。同時可以解決收費員貪污路費及交通擁堵的問題。

　　1996年、佛山市政府安裝了RFID系統(tǒng)用于自動收取路橋費，明顯地提高車輛通過率，緩解公路瓶頸。車輛可以在250公里的時速下用少于0.5毫秒的時間被識別，并且正確率達99.95%。上海也安裝了基于RFID技術(shù)的自動收繳養(yǎng)路費系統(tǒng)。廣州也嘗試在開放的高速公路上用RFID系統(tǒng)對高速行駛的車輛進行自動收費。

　　2、停車場智能化管理系統(tǒng)

　　無需停車，系統(tǒng)自動識別車輛的合法性，完成放行（禁止）、紀錄等管理功能。節(jié)約進出場的時間、提高工作效率，杜絕管理費的流失。

　　3、營區(qū)、重要部門車輛管理

　　政府機關(guān)、公安、軍事部門、機關(guān)大院等重要部門的車輛出入，根據(jù)保密級別可設(shè)置不同權(quán)限，允許進入不同區(qū)域。對于安裝假牌、假證的車輛，無法混入，有效的保障了重要部門的安全。

　　4、城市車輛動態(tài)管理　　對道路交通流量實時監(jiān)控、統(tǒng)計、調(diào)度；車輛闖紅燈記錄報警；被盜（可疑）車輛報警、跟蹤；特殊車輛跟蹤；肇事逃逸車輛排查等等。有趣的是，英國計劃在汽車上裝此類芯片，超速將被自動“舉報”。

　　5、公共交通電子車票

　　射頻識別系統(tǒng)，特別是非接觸IC卡應(yīng)用潛力最大的領(lǐng)域之一就是公共交通領(lǐng)域。使用非接觸式IC卡作為電子車票，具有使用方便、可以縮短交易時間，降低運營成本等優(yōu)勢。韓國漢城在1996年就采用了這一系統(tǒng)。目前，北京的公交車如719、749路等公交車也都加裝了電子車票收費系統(tǒng)，將很快投入運營。

　　(四) 、人員的管理

　　1、實現(xiàn)公安、交警機動巡邏人員的動態(tài)管理，加強對巡邏交警（巡警）的監(jiān)督和調(diào)度，提高公安警力對突發(fā)事件的機動反應(yīng)能力。

　　2、人員身份自動識別、門禁管理系統(tǒng)

　　 將來的門禁保安系統(tǒng)均可應(yīng)用射頻卡，一卡可以多用，比如作工作證、出入證、停車卡、飯店住宿卡甚至旅游護照等等，人員出入時自動識別身份，非法闖人會有報警。安全級別要求高的地方、還可以結(jié)合其它的識別方式，將指紋、掌紋或顏面特征存入射頻卡。

　?。ㄎ澹?、物流管理

　　1、鐵路貨運編組調(diào)度系統(tǒng)

　　火車按既定路線運行，讀寫器安在鐵路沿線，就可得到火車的實時信息及車廂內(nèi)裝的物品信息。通過讀到的數(shù)據(jù)，能夠得到火車的身份、監(jiān)控火車的完整性，以防止遺漏在鐵軌上的車廂發(fā)生撞車事故，同時在車站能將車廂重新編組。

　　2、集裝箱識別系統(tǒng)

　　將記錄有集裝箱位置、物品類別、數(shù)量等數(shù)據(jù)的標簽安裝在集裝箱上，借助射頻識別技術(shù)，就可以確定集裝箱在貨場內(nèi)的確切位置，在移動時可以將更新的數(shù)據(jù)寫入射頻卡（電子標簽）。系統(tǒng)還可以識別未被允許的集裝箱移動，有利于管理和安全。

　　3、郵件、郵包的自動分揀系統(tǒng)

　　射頻識別技術(shù)已經(jīng)被成功應(yīng)用到郵政領(lǐng)域的郵包的自動分揀系統(tǒng)中，它具有非接觸、非視線數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c，所以包裹傳送中可以不考慮包裹的方向性問題。另外，當多個目標同時進入識別區(qū)域時，可以同時識別，大大提高貨物分揀能力和處理速度。另外，由于電子標簽可以記錄包裹的所有特征數(shù)據(jù)，更有利于提高郵包分揀的準確性。

　　4、還可用于重要物資的防盜與管理；軍事物資運輸?shù)娜瘫O(jiān)控等。

5 結(jié)論

　　射頻識別技術(shù)在中國起步較晚，但是它的發(fā)展?jié)摿κ蔷薮蟮?，前景非常誘人。射頻識別也可用于更為廣泛的領(lǐng)域，如美國準備把這項技術(shù)用于反恐，在現(xiàn)代軍事領(lǐng)域也有其獨特的應(yīng)用。在信息社會，對于各種信息的獲取及處理要求快速、準確。在不久的將來RFID技術(shù)就將同其它識別技術(shù)一樣深入我們的生活、改善我們的生活。

參 考 文 獻

　　[1] C.; Declercq, M.; Joehl, N.; Curty, J.-P. Dehollain, "A global survey on short range low power wireless data transmission architec- tures for ISM applications." Semiconductor Conference, 2001. CAS 2001 Proceedings. International , Volume: 1 , 2001 Page(s): 117 -126 vol.1

　　[2] Rao, K.V.S., "An overview of backscattered radio frequency identification system (RFID) ", Microwave Conference, 1999 Asia Pa- cific , Volume: 3 , 1999 ，Page(s): 746 -749 vol.3.

　　[3] Passive RFID Basics. Pete Sorrells ,Microchip Technology Inc.

　　[4] 沈宇超，沈樹群，“射頻識別技術(shù)及其發(fā)展現(xiàn)狀” , 《電子技術(shù)應(yīng)用》, 1999年 第1期。

　　[5] 國際標準組織發(fā)布協(xié)議草案ISO/IEC 18000系列，編號ISO/IEC JTC 1/SC 31/WG 4 N652R.2003.2

　　張益強，男，1974年4月出生，河北定州人，北京航空航天大學(xué)信息與通信專業(yè)博士研究生，主要研究方向，射頻識別。


----《中國數(shù)據(jù)通信》