无线射频识别技术与应用研究综述

甘肃科技

GansuScienceandTechnology

Vol.24　No.9May.　2008

无线射频识别技术与应用研究综述

亢军贤1,2,尚永平2,李武社2

(1.兰州理工大学,甘肃兰州730050;68117,甘肃兰州730070)

摘　要:无线射频识别技术是一种非接触性的自动识别技术,已被广泛地应用于生产、管理、生活等各领域,并逐渐成为主要的自动识别技术。文章从基本原理、实现的关键技术及应用等方面分别对其研究现状进行了综述,并对今后的发展方向进行了展望。

关键词:无线射频识别;电子标签读写器;应用研究中图分类号:TP29

　　无线射频识别技术(RFID,RadioFrequencyI2

dentification)是一种非接触的自动识别技术,基本原理是通过读头和粘贴在物体上的标签之间的电磁耦合或电感耦合来进行数据通信,以达到对标签物品的自动识别。近几十年来,自动识别技术初步形成了一个包括条码技术、磁条磁卡技术、IC卡技术、光学字符识别技术、射频技术、声音识别及视觉识别等集计算机、光、磁、物理、机电、通信技术为一体的高新技术。而RFID技术的优点在于:第一,可以识别单个的具体的物体,而不像条形码只能识别一类物体;第二,采用无线电射频,可以透过外部材料读取数据,而无须靠激光来读取信息;第三,可以同时对多个物体进行识读;第四,信息的存储量很大。因而,该项技术得到了广泛的应用和迅速的发展。

处理这些数据从而进行识别和管理等。在主动射频系统中,标签中装有电池并可在有效范围内被识别。RFID系统可识别高速运动物体并可同时识别多个电子标签,操作快捷方便。2　RFID技术的起源与发展

RFID技术最早起源于雷达技术的发展及应用,

其历史可追溯到20世纪初期[1-3]。雷达发射无线电波并通过接收到的目标反射信号来测定和定位目标的位置及其速度,其物理机制是RFID技术的工作基础。1948年,HarryStockman发表了题为“利用反射功率进行通信”一文,奠定了RFID系统的理论基础。在过去的半个多世纪里,RFID技术的发展经历了以下几个阶段:20世纪40年代,雷达的改进和应用催生了RFID技术,1948年奠定了RFID技术的理论基础;50年代,处于实验室的研究和探索阶段;60年代,处于初步发展阶段,开始一些应用尝试;70年代末,美国将RFID技术转移到民间,处于一个大发展时期,出现了一些早期的RFID应用。80年代,美国与欧洲的几家公司开始着手生产RFID标签,RFID技术及产品进入商业应用阶段。90年代,RFID技术标准化问题日趋得到重视,RFID产品被广泛应用,逐渐成为人们生活中的一部

1　RFID基本原理

RFID系统由标签、读写器、数据传输和处理系

统组成。RFID标签被称为电子标签、电子条码等,它是内部带有天线的芯片,芯片中存储能够被识别目标的信息。RFID标签具有持久性,信息接收传播穿透性强,存储信息容量大、种类多等特点。RFID标签支持读写功能,目标物体的信息能随时被更新。RFID读写器分为手持和固定两种,由发送器、接收

器、控制模块和收发器组成。收发器与控制计算机或可编程逻辑控制器(PLC)连接从而实现沟通功能。读写器用天线接收和传输信息,通过接收标签发出的无线电波读取数据。最常见的是被动射频系统,当读写器遇见RFID标签时,发出电磁波,周围形成电磁场,标签从电磁场中获得能量激活标签中的微芯片电路,芯片转换电磁波,然后发送给读写器,读写器把它转换成相关数据,控制计算器就可以

分。到21世纪初期,有源电子标签、无源电子标签及半无源电子标签均得到发展。电子标签成本不断降低,应用规模和行业不断扩大。无源电子标签的远距离识别、适应高速移动物体的RFID正成为现实。

3　RFID技术研究现状

当前RFID技术研究主要集中在工作频率选

第9期　　　　　　　　　　　亢军贤等:无线射频识别技术与应用研究综述择、天线设计、防冲突技术和安全与隐私等方面[4]。电子标签的工作频率是一项重要的指标[5],它不仅决定着射频识别系统的工作原理(电感耦合还是电磁耦合)、识别距离,还决定着电子标签及读写器实现的难易程度和设备的成本。短距离的HF(13.56MHz)频段射频识别技术被飞利浦(Phillips)、美

85

射频识别领域研究的热点与难点之一。标签防冲突

算法可以分为基于aloha机制的算法与基于树机制的算法。Aloha机制算法通过使标签在不同的时间响应读写器从而达到减少标签发生冲突的可能性。基于aloha机制的标签防冲突算法能够减少冲突,提高识别效率。但是必须指出,基于aloha机制的算法并不能很好地避免冲突,而且它们存在一个严重的问题即某个标签可能长时间无法得到识别,这种现象我们称为“标签饥饿”。而基于树机制的标签防冲突算法就不会“标签饥饿”现象。基于树机制的碰撞算法的基本思想是将处于冲突的标签分成两个子集直到读写器能够无冲突地识别出所有标签。RFID安全问题集中在对个人用户的隐私保护、对企

国德州仪器(TI)等公司垄断,包括标签芯片与读写器芯片等,其参考解决方案也被普遍公开化了。

长距离HF射频识别技术被国外极少数企业垄断。产品主要来自于德国Feig公司。由于技术不够成熟、导致成本高,产量小、性价比低。UHF(915MHz)射频识别系统最早由美国Amtech公司推出,其技术比较成熟。目前Atmel,Matrics等公司以及国内的几家公司也在积极投入对UHF射频识别技术的研究。微波(2.45GHz)频段的射频识别技术刚刚起步,其主要开发商仍是Amtech公司[6]。标签和读写器天线分别承担接收和发射能量的作用,当前对RFID天线的研究主要集中在天线结构和环境因素对天线性能的影响上。天线结构决定了天线方向图、极化方向、阻抗特性、驻波比、天线增益和工作频段等特性。方向性天线由于具有较少回波损耗,比较适合标签应用。由于RFID标签放置方向不可控,读写器天线必须采取圆极化方式(其天线增益较大)。天线增益和阻抗特性会对RFID系统的作用距离产生较大影响,天线的工作频率对天线尺寸以及辐射损耗有较大影响。天线特性受所标识物体的形状和物理特性影响,人们提出了多种解决方案,如采用曲折型天线解决尺寸,采用倒F型天线解决金属表面的发射问题等。天线特性还受周围物体和环境的影响,如何减少电磁屏蔽和电磁干扰,是RFID技术研究的一个重要方向[7]。在RFID系统中,冲突可以分为读写器冲突与标签冲突两类[8]。读写器冲突是指多个读写器同时与一个标签通信,致使标签无法区分读写器的信号,也包括相邻的读写器同时使用相同的频率与其阅读区域内的标签通信而引起的频率冲突。标签冲突是指多个标签同时响应读写器的命令而发送信息,引起信号冲突,使读写器无法识别标签。读写器冲突问题类似于移动蜂窝网络中的频率分配问题。由于读写器能检测冲突并且读写器间能相互通信,因此读写器冲突能很容易得到解决。对于标签冲突,由于目前射频标签存储能力与功能都有限,标签本身不能检测到冲突且标签与标签之间不能通信,因此标签防冲突算法对于射频识别系统识别能力至关重要,也是目前

业用户的商业秘密保护、防范对RFID系统的攻击以及利用RFID技术进行安全防范等多个方面。目前,在RFID系统安全中采用的主要技术对策有KillTag法、FaradayCage法、有源干扰法、智能标签法等。国际上已经提出三种智能标签法:散列函数锁存法、重加密法和二叉树法[9]。

4　RFID技术标准化

RFID标准化是RFID大范围应用推广中亟待

解决的问题。RFID技术领先的国家和地区为争夺技术标准主导权,都在积极制定自己的标准。在国际上,射频识别技术标准化发展渐呈三足鼎立之势:ISO/IEC18000、美国的EPCGlobal、日本的Ubiqui2tousID。这三个标准相互之间并不兼容,主要差别在通讯方式、防冲突协议和数据格式等三个方面,在技术上差距并不明显。这三个标准都按照RFID的工作频率分为几个频段,其中,处于860～960MHz内的UHF频段的产品因为工作距离远且最可能成为全球通用的频段而最受重视,发展最快。我国已经充分认识到RFID产业的重要性,在2004年初正式成立了电子标签国家标准工作组,目前,正在制定中国自己的RFID标准。

5　RFID技术应用

RFID技术已经被广泛应用于各个领域,典型应

用如:动物晶片、门禁控制、航空包裹识别、文档追踪管理、包裹追踪识别、畜牧业、后勤管理、移动商务、产品防伪、运动计时、票证管理、汽车晶片防盜器、停车场管制、生产线自动化、物料管理等等。根据RFID系统完成功能的不同,可以将其大致分为:电子物品监视系统,是一种安放在门口的用于控制物

86

　　　　　　　　　　　甘　肃　科　技　　　　　　　　　　　　　　　　第24卷

技术进行研究和攻关,形成RFID技术发展的支撑

服务体系。

(4)在我国,应深入开展RFID标准的基础研究,制定适应我国RFID应用的物品编码规则、自主知识产权的空中接口标准以及国家基础性标准、产品标准和行业应用标准。

参考文献:

[1]　H.Stochman.CommunicationbyMeansofReflected

Power.ProceedingsoftheIRE,1948,36(10):119621204.

[2]　O.Rittenback.CommunicationbyRadarBeams.USPa2

tent3460139,1969.

[3]　J.J.Bussgang,P.Nesbeda,H.Safran.AUnifiedAnalys2

isofRangePerformanceofCW,Pulse,andPulseDopplerRadar.ProceedingsoftheIRE,1959,47(10):175321762.[4]　吴永祥.射频识别(RFID)技术研究现状及发展展望.

品出入的RFID系统,主要应用在商店、图书馆等

地;便携式数据采集系统,该类系统使用手持式数据采集器,对标签进行数据采集,适用于不宜安装固定式RFID系统的应用环境;物流网络管理系统,读写器直接与数据管理系统相连,当带有电子标签的物体经过读写器时,它的信息会被自动输入到管理系统并进行存储、分析、处理,达到控制物流的目的;定位系统,用于自动化加工系统中的定位以及对车辆、轮船等进行的辅助运行定位等。

6　RFID技术发展方向

纵观国内外的研究现状,可以预测RFID技术将会围绕以下几个方面进行重点研究。

(1)RFID产业发展中的共性技术和具有较大发展潜力的前瞻性技术研究,包括超高频(UHF)读写器核心模块的研发;用于电子标签的芯片应用设计和超低功耗电路设计,基于不同应用对象的超高频和微波频段RFID标签天线研究;RFID系统测试技术及开放式平台建设;可用于标签芯片的安全算法及其实现技术研究;RFID与其它技术的集成与融合研究;RFID系统检测、认证相关技术研究;基于IPv6网络技术的RFID信息服务体系研究等。

(2)RFID产业化关键技术研究,包括芯片设计与制造、天线设计与制造、电子标签封装技术与装备、RFID标签集成、读写器设计与制造技术等。

(3)RFID应用关键技术研究,包括对RFID应用体系架构、RFID系统集成与中间件、RFID公共服务体系、RFID测试技术与规范等RFID应用关键(上接第103页)　只是发泄心中不满,业务主管也

微计算机信息,2006,22(11):2342236,230.

[5]　朱正.射频识别技术频率选择的一些考虑.中国电子商

情(RFID技术与应用),2006(2):522.

[6]　陈鹏.长距离HF射频识别关键技术研究与实现.华南

理工大学博士学位论文,2006.

[7]　龚成.RFID中电子标签天线设计.中国电子商情

(RFID技术与应用),2006(3):40243.

[8]　周永明.一种改进的查询树射频识别防冲突新算法.广

东轻工职业技术学院学报,2006,5(2):31233.

[9]　郭俐,王喜成.射频识别(RFID)系统安全对策技术研

究的概述.网络安全技术与应用,2005(9):23225.

要有当出气桶的心理准备,带人受过,但只要以真诚态度积极处理问题,绝大多数情况都能取得理想效果。

4)对于以上纠纷的解决,特别应加强业务主管解决纠纷的能力,除了对收费业务相当熟悉外,还要掌握物价、财务和各种医疗保险方面的知识,掌握沟通技巧及接待投诉的技巧,因人而异做好交流沟通,迅速化解纠纷。

收费窗口是医院面向社会的窗口,也是留住病人增加收入的最后窗口,只有医院重视窗口形象,相

关科室共同努力,从思想上真正认识到主动文明服务的重要性,树立正确的服务理念,减少工作差错,提高工作效率,改善服务环境,给患者提供更为优质的服务,窗口纠纷必然会减少,投诉也将明显下降。

参考文献:

[1]　王晶,郑晓霞.浅谈优质医疗服务[J].中华医院管理,

2006,22(7):480.

[2]　罗才贵,孟昭蓉.构建和谐医患关系减少医疗纠纷的思

考[J].中国医院管理,2006,26(9):58-60.

[3]　杨燕妮,王太兵.医院门诊收费处优质服务探讨[J].中

国医院管理,2006,26(12):47-48.