RFID在物联网领域应用模式探讨

　　利用RFID的诸多不同特性，人们已经发展出一系列应用，在物流管理、电子支付、物品防伪、安全访问控制、智能交通、电子名片、传统媒体拓展、快速出入、动植物管理、室内导航等领域都得到了广泛应用。

　　总的来说，RFID技术的相关应用可以分为以下三种模式：标签识别;信息检索与集成;目标监测与追踪。

　　一.标签识别

　　由于RFID技术可以支持“非接触式自动快速识别”，这也是其最为关键的特性，因此，标签识别也就成了所有RFID技术相关应用的最为基本的功能，以此拓展出去，与各行业内相关技术结合，从而产生了很多新的应用产品，被广泛应用于物流管理、安全防伪、食品行业和交通运输等领域。

　　为实现标签识别功能，一个典型的RFID应用系统包括RFID标签、阅读器(含天线)和交互系统三个主要组成部分，如下图所示。

　　当物品进入阅读器天线辐射范围后，物品上的标签接收到阅读器发出的射频信号，无源的被动标签(PassiveTag)凭借感应电流所获得的能量发出存储在标签中的数据，有源的主动标签(Active Tag)则主动发送存储在标签芯片中的数据。阅读器读取数据、解码并直接进行简单的数据处理，发送至交互系统;交互系统根据逻辑运算判断标签的合法性，针对不同的设定进行相应的处理和控制，由此实现RFID系统的基本功能。

　　目前，在物流业和智能交通中，RFID的标签识别功能已得到广泛应用。

　　1.物流业

　　物联网，首先在物流业中崛起。为了克服传统物流的缺点，现在物流系统通过使用无线射频识别设备、传感器、GPS(全球定位系统)等装置与互联网相结合构成一个大型网络，用来实现智能的物流管理。

　　在智能物流中，物体标识符(身份)用来唯一标识一个物体的信息。在物联网中，任何一个对象都具有一个区别于其他对象的身份标识符。其中，电子产品码(ElectronicProduct Code，EPC)是当前物联网中具有代表性的标识码。如果物流系统中所有的物体或电子设备实现了互联，那么每个物体或设备均可看作是该网络中的一个节点，具有唯一的标识符。通过读取该标识，就能够获取这个物体包含的信息。通常情况下，RFID标签由于低成本、易读写、不易损坏等特点被选为物体标识信息的承载体，用来实现物体的识别。当所有的物流企业都加入这样的EPC网络，并且使用统一的格式交互信息，就能够实现全球化的智能物流管理。

　　因为电子标签具有读写与方向无关、不易损坏、远距离读取、多物品同时一起读取等特点，所以可以大大提高对出入库产品信息的记录采集速度和准确性;减少库存盘点时的人为失误，提高盘点的速度和准确性。所以RFID技术自普及以来，最初主要应用于物流业方面。

　　另外，在物流系统中，仓储也是一个比较重要的部分，但是由于生产制造能力的大幅度发展以及运输系统更为发达等原因，仓储作业已经相较于以前有了质与量的变化。现代的仓储不仅要实现对货品的存放功能，还要对货品的种类、数量、所有者以及存储位置有着明确的标记，而且有相应的数据支持以方便上下流衔接工作。

　　而RFID技术可以对货品的入库、出库、移动、盘点等操作实现全自动的控制和管理，可以对货品进行全程跟踪管理，可以有效地利用仓库的存储空间，提高仓库的存储能力，从而降低企业的库存成本，提升企业市场的竞争力。下图给出了RFID系统在物流行业中的应用，主要展示了出入库管理的示意图，以及在货架上的应用场景。

　　2. 智能交通系统

　　智能交通系统(Intelligent TransportationSystem，ITS)通过使用通信技术、传感技术有效地集成基础设施和交通工具中的信息，结合控制技术、计算机技术来提高交通运输系统的实时性、准确性和高效性，降低能源的消耗、减少环境的污染。

　　智能交通系统需要多领域技术协同构建，从基本的交通管理系统到交通监控系统、交通导航系统等，都需要通过整合来自多方面的实时数据和反馈信息来提供泛在的信息服务。

　　物联网技术的发展为智能交通带来了更大的发展空间，它能够有效获取来自基础设施和车辆中的传感信息为智能交通提供更透彻的感知信息;通过随时随地提供路况信息和周边环境信息为用户提供泛在的网络服务;通过交通管理和调度机制最大化交通网络流量并提高安全性，使得交通更加智能化。

　　通过对车辆的进出、经过时的识别实现管理系统对车辆的精细管理。为了体现RFID系统的优势，一般需要系统在车辆较高的速度下可以正确识别RFID标签，如不停车收费系统一般是要求60km/h速度下可以正确识别，像铁路车号识别系统的设计性能最高识别速度可以达到120km/h。RFID技术可以满足这些要求。

　　RFID技术对促进现代交通运输业发展，推进交通运输信息化有着重要意义。其实现了交通领域的管理智能化、物流可视化、信息透明化的理念和发展趋势，因此，目前越来越多的交通运输行业开始引入基于RFID的智能管理系统，以提升其工作效能及准确性。如下图所示，展示了电子不停车收费系统的构架图，其主要由阅读器、天线、车道机及汽车前挡风玻璃上的RFID标签构成。

　　此外，RFID标签的识别功能还广泛应用于产品监控领域、医疗卫生领域、重工业装备制造领域。

　　二.信息检索与集成

　　标签识别为RFID应用提供了最为关键的信息提取的功能，然而即使RFID的可存储的信息容量已经相较于其他识别技术有了很大改进，但其存储信息相较于整个互联网来看，还是极为有限。因此，基于标签有限的关键字信息，通过在互联网端进行信息抽取，使RFID标签成为接入广阔数字媒体世界的窗口，通过这种信息检索与集成的方式，提供更多维度的感知体验，实现快速高效的信息管理。

　　信息采集的过程采用RFID技术实现，RFID系统的整个工作过程如下图所示，RFID阅读器以广播方式连续向周围发送携带能量的基准信号，感应到能量的RFID标签通过调制电路信号，以反射的方式立即向RFID阅读器返回自身携带的数据，RFID阅读器对接收到的数据进行解码，并传给主机进行处理。

　　1.智能海报

　　在很多闹市口都会贴有大量色彩鲜艳、吸引人眼球的商家活动海报，但是海报的信息总是有限的。以电影海报为例，传统的电影海报上只能提供简单的电影简介以及一些发行商的信息，但互联网上关于一部电影，有着大量的影评以及电影相关的影视片段等，在海报上贴一个包含电影基本信息的RFID标签，用户使用移动终端扫描该标签，即可激活相关应用，首先展现标签内的相关信息，如用户感兴趣还可以通过电影的标识号，从互联网上获取电影简介、演员表、影评等更丰富、更具体的信息。智能海报的工作流程如下图所示。

　　2. 电子名片

　　名片是商务交流中不可或缺的元素，在一些大型展会上，常常会需要印刷大量的名片、宣传册及宣传单等材料，给与会者造成了一定的烦恼，但是通过电子名片就可以很好地解决这个问题。在电子名片内已预先载入使用者的商业信息、联络资料及社交网络详情，与会者只需用手机或其他移动终端设备，便可轻易获得感应器内存储的数码文件及多媒体档案，无需拿取任何小册子亦可得到参展商的资料。并通过特定的处理程序可以从互联网上获取更多的相关资料，如图片、视频等多媒体信息。

　　三.目标定位与追踪

　　基于RFID技术的目标定位与追踪具有广泛的应用领域，在许多应用场景下都有着巨大的应用需求。该技术可用于对物体的定位，如仓储货品定位、医院医疗设备管理等，还可以用于人员的定位，如对煤矿井下人员定位、博物馆游客导览、监狱犯人监管等重要领域。

　　在基于RFID技术的目标定位与追踪方法中，最为基础的即为基于标签读取的方法，在物流运输物品的过程中，在各个关键节点都会对所有物品进行分发扫描，在此过程中即获知运输环节中某物品在什么位置，这些信息可以使得物流过程有可追踪性，当出现物品丢失情况，在查询及问责时有更多的参考信息。这种目标定位与追踪的方式较为基础，仅仅使用标签读取即可实现。但有些需求中，需要对室内环境中的目标进行实时定位，如医院对婴儿、病患者进行信息化管理时，需要对其进行实时定位，以方便医院管理。在这种情况下，最为重要的就是要保证对目标定位的精确性及实时性。在传统定位方法中，GPS定位、基站定位等技术已经得到广泛应用，但是这些技术在室外空旷环境中有较好表现，而对于室内环境，却无法满足需求。而RFID定位技术以低成本、非接触性通讯等特点，有望成为室内定位技术的首选。

　　目前已提出有多种不同的RFID定位方法，这些方法把室内定位原理与RFID技术自身的特性相结合。RFID定位方法按系统构成可分为：基于标签定位、基于阅读器定位、无收发器和混合方法。其中基于标签定位需要定位对象携带一个标签，比如主动标签，用于周期性地发出一些信号信息;基于阅读器定位需要定位对象携带一个阅读器，用于收集附近的标签信息;无收发器模型可以在定位对象不携带任何设备的情况下得到定位对象的位置信息;混合方法是将RFID技术与其他技术相结合，如惯性导航系统、无线传感器网络系统等。

　　其中，母婴RFID识别管理及婴儿防盗管理系统就是一种比较典型的目标定位与追踪系统。此外，还包括监狱RFID人员实时定位系统以及医疗应用控制传染病人活动范围等应用。

   （本文摘编自谢磊、陆桑璐编著《射频识别技术——原理、协议及系统设计（第2 版）》（北京：科学出版社，2016.6， 物联网工程专业系列教材）一书。）