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无线射频识别（RFID)技术的发展
作者：张连军，何春俐
来源：RFID世界网
日期：2011-09-07 09:37:42
摘要：无线射频识别技术逐渐地成为主要的自动识别技术。文中从基本原理、研究及应用等方面分别对其现状进行了综述，并对以后的发展方向进行了展望。
引言
无线射频识别技术(RFID，RadioFrequencyIdentification)是近年来业界关注的热点，它是20世纪90年代兴起的一种自动识别技术，是一项利用射频信号通过空间耦合（电磁场或交变磁场）实现无接触信息传递并且通过所传递的信息来达到识别目的的技术。主要优点：它是一种非接触式自动识别技术，通过射频信号能够自动识别目标对象来获取相关数据，识别工作不需人工干预，是条形码的无线版本。RFID技术具有防磁、防水、耐高温、存储数据容量更大、标签上数据可以加密、读取距离大、使用寿命长、存储信息更改自如等特点，它的应用将给零售业、物流产业等带来革命性变化。
1 RFID技术发展历史
就信息传递的基本原理来说，RFID技术在低频段是基于变压器耦合模型（初级与次级间的能量及信号传递）；在高频段是基于雷达探测目标上的空间耦合模型（雷达发射的电磁波信号碰到目标之后携带目标信息返回雷达接收机）。
RFID技术的发展经历了如下几个阶段：20世纪40年代时，雷达的改进及应用催生了RFID技术，1948年HarryStockman发表的“利用反射功率进行通信”奠定了RFID技术的理论基础；20世纪50年代，早期RFID技术的探索阶段，主要处于实验室的实验研究；20世纪60年代，RFID技术的理论得到了发展，开始一些应用尝试；20世纪70年代，RFID技术与产品研发得到了加速发展；20世纪80年代，RFID技术及产品已进入商业应用阶段；20世纪90年代，RFID技术标准化问题已逐渐得到重视，RFID产品得到了广泛采用；RFID世界网发布。2000年后，RFID产品种类更加丰富，有源电子标签和无源电子标签、半无源电子标签都得到了发展，成本降低，应用不断扩大。至今，RFID技术的理论得到了丰富和完善。
2 RFID基本原理
RFID系统由电子标签、读写器、数据传输及处理
系统组成。当附有RFID电子标签物体接近读写器时，读写器将受控发射微波查询信号，而电子标签收到读写器的查询信号后，会将此信号与标签中的数据信息合为一体反射回读写器，反射回的微波合成信号，已带有电子标签上的数据信息，读写器接收到标签反回的微波信号后，经读写器内部微处理器处理后可将标签内储存的信息读取出来。RFID系统能识别高速运动物体还可同时识别多个电子标签，操作上快捷方便。
3 RFID技术研究现状
目前RFID技术研究主要在工作频率选择、天线设计、安全与隐私、防冲突技术等方面。电子标签的工作频率是重要指标，它决定电子标签与读写器实现的难易程度及设备的成本。短距离HF(13.56MHz)频段RFID技术被飞利浦、美国德州仪器等跨国公司垄断，长距离HF频段RFID技术被国外极少数企业垄断，产品来源于德国Feig公司。UHF(915MHz)RFID系统最早由美国Amtech公司推出，技术比较成熟。微波(2.45GHz)频段主要开发商仍是Amtech公司。标签与读写器天线分别承担着接收和发射能量的作用，目前对RFID天线研究主要集中在天线结构及环境因素对天线的性能影响上。天线结构决定了极化方向、天线方向图、阻抗特性、驻波比、工作频段和天线增益等特性。
在RFID系统中，冲突可分为标签冲突和读写器冲突两类。标签冲突指多个标签同时响应读写器命令而发送信息，引起信号的冲突，使读写器无法识别标签。读写器冲突指多个读写器同时与一个标签进行通信，致使标签无法区分读写器信号，也包括相邻读写器同时使用相同的频率与阅读区域内的标签通信而导致的频率冲突。标签防冲突算法分为基于aloha机制的算法和基于树机制的算法[8]。
4 RFID技术标准化
RFID技术标准化是急需解决的问题。在国际上，RFID技术标准化发展渐呈三足鼎立形势：ISO/IEC18000、日本的UbiquitousID、美国的EPCGlobal。
这三个标准相互间并不兼容，主要差别在数据格式、防冲突协议和通讯方式等三个方面，在技术上差距不明显，因此不同标准的RFID标签与读写器很难互通。这三个标准都是按照RFID的工作频率分了几个频段，其中，处于860~960MHz之内的UHF频段产品因为工作距离远且最可能作为全球通用的频段而最受到重视，发展最快。我国政府于2004年初正式成立电子标签国家标准工作组，目前正制定中国自己的RFID标准。
5 RFID技术应用
RFID技术以独特优势，逐渐地被广泛用于工业自动化、交通运输控制管理、商业自动化等领域。RFID产品种类繁多包括出入门禁管理控制、航空包裹识别、铁路机车车辆识别与跟踪、ETC（电子收费）、移动商务、商业零售、产品防伪、票证管理、集装箱识别、物料管理、生产线自动化等等。
例如：2003年6月，在“零售业系统展览会”上，沃尔玛宣布采用RFID技术来取代目前的条形码，是第一个公布正式采用此技术时间表的企业；2004年，皇家飞利浦电子公司推出了业界第一个符合全球规则的RFID芯片，用于货盘和包装箱识别；2003年，仅中国发行的各种射频卡就有几千万张，包括门禁考勤卡、上海公交一卡通、小区一卡通等；我国铁路的车辆调度系统在采用RFID技术后，RFID世界网发布。每年的直接经济效益可达到3亿多元人名币。
6 RFID技术发展方向
根据国内外的研究发展现状，可以预测RFID技术会围绕以下几个方面进行重点研究。
1）RFID产业发展的共性技术与具有较大发展潜力前瞻性技术的研究，包括：超高频(UHF)读写器核心模块研发；基于不同应用对象的微波频段和超高频RFID标签天线的研究；RFID系统测试技术和开放式平台建设；RFID系统检测、认证技术研究；基于IPv6网络技术RFID信息服务体系的研究等。
2）RFID产业化的关键技术研究，包括天线设计与制造、芯片设计与制造、读写器设计与制造技术、RFID标签集成等。
3）RFID应用的关键技术研究，包括对RFID系统集成与中间件、RFID测试技术与规范、RFID应用体系架构等进行攻关和研究，形成RFID技术发展支撑的服务体系。
4）在我国，应该深入开展RFID标准的基础研究工作，制定出适应我国RFID应用的物品编码规则以及自主知识产权的空中接口标准与国家基础性标准、行业应用标准和产品标准。
7 结束语
总而言之，RFID是一项蓬勃发展的技术，有巨大的市场潜力。我们可以预见的是，RFID已逐渐深入到人们的日常生活之中，就象每一台计算机都有自己IP地址一样，未来在EPC（ElectronicProductCode）网络管理下，每一件商品都有自己唯一的“IP”地址，这样RFID“物联网”的构想成为现实的时候，世界上万事万物（包括人在内）无论何时、何地都能彼此相联、相互“交流”，整个世界的面貌会为之焕然一新。
无线射频识别技术(RFID，RadioFrequencyIdentification)是近年来业界关注的热点，它是20世纪90年代兴起的一种自动识别技术，是一项利用射频信号通过空间耦合（电磁场或交变磁场）实现无接触信息传递并且通过所传递的信息来达到识别目的的技术。主要优点：它是一种非接触式自动识别技术，通过射频信号能够自动识别目标对象来获取相关数据，识别工作不需人工干预，是条形码的无线版本。RFID技术具有防磁、防水、耐高温、存储数据容量更大、标签上数据可以加密、读取距离大、使用寿命长、存储信息更改自如等特点，它的应用将给零售业、物流产业等带来革命性变化。
1 RFID技术发展历史
就信息传递的基本原理来说，RFID技术在低频段是基于变压器耦合模型（初级与次级间的能量及信号传递）；在高频段是基于雷达探测目标上的空间耦合模型（雷达发射的电磁波信号碰到目标之后携带目标信息返回雷达接收机）。
RFID技术的发展经历了如下几个阶段：20世纪40年代时，雷达的改进及应用催生了RFID技术，1948年HarryStockman发表的“利用反射功率进行通信”奠定了RFID技术的理论基础；20世纪50年代，早期RFID技术的探索阶段，主要处于实验室的实验研究；20世纪60年代，RFID技术的理论得到了发展，开始一些应用尝试；20世纪70年代，RFID技术与产品研发得到了加速发展；20世纪80年代，RFID技术及产品已进入商业应用阶段；20世纪90年代，RFID技术标准化问题已逐渐得到重视，RFID产品得到了广泛采用；RFID世界网发布。2000年后，RFID产品种类更加丰富，有源电子标签和无源电子标签、半无源电子标签都得到了发展，成本降低，应用不断扩大。至今，RFID技术的理论得到了丰富和完善。
2 RFID基本原理
RFID系统由电子标签、读写器、数据传输及处理
系统组成。当附有RFID电子标签物体接近读写器时，读写器将受控发射微波查询信号，而电子标签收到读写器的查询信号后，会将此信号与标签中的数据信息合为一体反射回读写器，反射回的微波合成信号，已带有电子标签上的数据信息，读写器接收到标签反回的微波信号后，经读写器内部微处理器处理后可将标签内储存的信息读取出来。RFID系统能识别高速运动物体还可同时识别多个电子标签，操作上快捷方便。
3 RFID技术研究现状
目前RFID技术研究主要在工作频率选择、天线设计、安全与隐私、防冲突技术等方面。电子标签的工作频率是重要指标，它决定电子标签与读写器实现的难易程度及设备的成本。短距离HF(13.56MHz)频段RFID技术被飞利浦、美国德州仪器等跨国公司垄断，长距离HF频段RFID技术被国外极少数企业垄断，产品来源于德国Feig公司。UHF(915MHz)RFID系统最早由美国Amtech公司推出，技术比较成熟。微波(2.45GHz)频段主要开发商仍是Amtech公司。标签与读写器天线分别承担着接收和发射能量的作用，目前对RFID天线研究主要集中在天线结构及环境因素对天线的性能影响上。天线结构决定了极化方向、天线方向图、阻抗特性、驻波比、工作频段和天线增益等特性。
在RFID系统中，冲突可分为标签冲突和读写器冲突两类。标签冲突指多个标签同时响应读写器命令而发送信息，引起信号的冲突，使读写器无法识别标签。读写器冲突指多个读写器同时与一个标签进行通信，致使标签无法区分读写器信号，也包括相邻读写器同时使用相同的频率与阅读区域内的标签通信而导致的频率冲突。标签防冲突算法分为基于aloha机制的算法和基于树机制的算法[8]。
4 RFID技术标准化
RFID技术标准化是急需解决的问题。在国际上，RFID技术标准化发展渐呈三足鼎立形势：ISO/IEC18000、日本的UbiquitousID、美国的EPCGlobal。
这三个标准相互间并不兼容，主要差别在数据格式、防冲突协议和通讯方式等三个方面，在技术上差距不明显，因此不同标准的RFID标签与读写器很难互通。这三个标准都是按照RFID的工作频率分了几个频段，其中，处于860~960MHz之内的UHF频段产品因为工作距离远且最可能作为全球通用的频段而最受到重视，发展最快。我国政府于2004年初正式成立电子标签国家标准工作组，目前正制定中国自己的RFID标准。
5 RFID技术应用
RFID技术以独特优势，逐渐地被广泛用于工业自动化、交通运输控制管理、商业自动化等领域。RFID产品种类繁多包括出入门禁管理控制、航空包裹识别、铁路机车车辆识别与跟踪、ETC（电子收费）、移动商务、商业零售、产品防伪、票证管理、集装箱识别、物料管理、生产线自动化等等。
例如：2003年6月，在“零售业系统展览会”上，沃尔玛宣布采用RFID技术来取代目前的条形码，是第一个公布正式采用此技术时间表的企业；2004年，皇家飞利浦电子公司推出了业界第一个符合全球规则的RFID芯片，用于货盘和包装箱识别；2003年，仅中国发行的各种射频卡就有几千万张，包括门禁考勤卡、上海公交一卡通、小区一卡通等；我国铁路的车辆调度系统在采用RFID技术后，RFID世界网发布。每年的直接经济效益可达到3亿多元人名币。
6 RFID技术发展方向
根据国内外的研究发展现状，可以预测RFID技术会围绕以下几个方面进行重点研究。
1）RFID产业发展的共性技术与具有较大发展潜力前瞻性技术的研究，包括：超高频(UHF)读写器核心模块研发；基于不同应用对象的微波频段和超高频RFID标签天线的研究；RFID系统测试技术和开放式平台建设；RFID系统检测、认证技术研究；基于IPv6网络技术RFID信息服务体系的研究等。
2）RFID产业化的关键技术研究，包括天线设计与制造、芯片设计与制造、读写器设计与制造技术、RFID标签集成等。
3）RFID应用的关键技术研究，包括对RFID系统集成与中间件、RFID测试技术与规范、RFID应用体系架构等进行攻关和研究，形成RFID技术发展支撑的服务体系。
4）在我国，应该深入开展RFID标准的基础研究工作，制定出适应我国RFID应用的物品编码规则以及自主知识产权的空中接口标准与国家基础性标准、行业应用标准和产品标准。
7 结束语
总而言之，RFID是一项蓬勃发展的技术，有巨大的市场潜力。我们可以预见的是，RFID已逐渐深入到人们的日常生活之中，就象每一台计算机都有自己IP地址一样，未来在EPC（ElectronicProductCode）网络管理下，每一件商品都有自己唯一的“IP”地址，这样RFID“物联网”的构想成为现实的时候，世界上万事万物（包括人在内）无论何时、何地都能彼此相联、相互“交流”，整个世界的面貌会为之焕然一新。
