射頻識別技術(shù)-物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用核心技術(shù)

射頻識別技術(shù)

1、射頻識別技術(shù)簡述
無線射頻識別即射頻識別技術(shù)（Radio Frequency Identification，RFID），是自動識別技術(shù)的一種，通過無線射頻方式進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信，利用無線射頻方式對記錄媒體（電子標(biāo)簽或射頻卡）進(jìn)行讀寫，從而達(dá)到識別目標(biāo)和數(shù)據(jù)交換的目的，其被認(rèn)為是21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ男畔⒓夹g(shù)之一。

無線射頻識別技術(shù)通過無線電波不接觸快速信息交換和存儲技術(shù)，通過無線通信結(jié)合數(shù)據(jù)訪問技術(shù)，然后連接數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，加以實(shí)現(xiàn)非接觸式的雙向通信，從而達(dá)到了識別的目的，用于數(shù)據(jù)交換，串聯(lián)起一個(gè)極其復(fù)雜的系統(tǒng)。在識別系統(tǒng)中，通過電磁波實(shí)現(xiàn)電子標(biāo)簽的讀寫與通信。根據(jù)通信距離，可分為近場和遠(yuǎn)場，為此讀/寫設(shè)備和電子標(biāo)簽之間的數(shù)據(jù)交換方式也對應(yīng)地被分為負(fù)載調(diào)制和反向散射調(diào)制。

2、射頻識別技術(shù)工作原理

RFID技術(shù)的基本工作原理并不復(fù)雜：標(biāo)簽進(jìn)入閱讀器后，接收閱讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息（Passive Tag，無源標(biāo)簽或被動標(biāo)簽），或者由標(biāo)簽主動發(fā)送某一頻率的信號（Active Tag，有源標(biāo)簽或主動標(biāo)簽），閱讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。

一套完整的RFID系統(tǒng)， 是由閱讀器與電子標(biāo)簽也就是所謂的應(yīng)答器及應(yīng)用軟件系統(tǒng)三個(gè)部分所組成，其工作原理是閱讀器（Reader）發(fā)射一特定頻率的無線電波能量，用以驅(qū)動電路將內(nèi)部的數(shù)據(jù)送出，此時(shí)Reader便依序接收解讀數(shù)據(jù)， 送給應(yīng)用程序做相應(yīng)的處理。

以RFID 卡片閱讀器及電子標(biāo)簽之間的通訊及能量感應(yīng)方式來看大致上可以分成：感應(yīng)耦合及后向散射耦合兩種。一般低頻的RFID大都采用第一種方式，而較高頻大多采用第二種方式。

閱讀器根據(jù)使用的結(jié)構(gòu)和技術(shù)不同可以是讀或讀/寫裝置，是RFID系統(tǒng)信息控制和處理中心。閱讀器通常由耦合模塊、收發(fā)模塊、控制模塊和接口單元組成。閱讀器和標(biāo)簽之間一般采用半雙工通信方式進(jìn)行信息交換，同時(shí)閱讀器通過耦合給無源標(biāo)簽提供能量和時(shí)序。在實(shí)際應(yīng)用中，可進(jìn)一步通過Ethernet或WLAN等實(shí)現(xiàn)對物體識別信息的采集、處理及遠(yuǎn)程傳送等管理功能。

3、射頻識別技術(shù)組成

完整的RFID系統(tǒng)由讀寫器(Reader)、電子標(biāo)簽(Tag)和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)三部分組成。

（1）關(guān)于閱讀器（識別采集端）

閱讀器是將標(biāo)簽中的信息讀出，或?qū)?biāo)簽所需要存儲的信息寫入標(biāo)簽的裝置。根據(jù)使用的結(jié)構(gòu)和技術(shù)不同，閱讀器可以是讀/寫裝置，是RFID系統(tǒng)信息控制和處理中心。在RFID系統(tǒng)工作時(shí)，由閱讀器在一個(gè)區(qū)域內(nèi)發(fā)送射頻能量形成電磁場，區(qū)域的大小取決于發(fā)射功率。在閱讀器覆蓋區(qū)域內(nèi)的標(biāo)簽被觸發(fā)，發(fā)送存儲在其中的數(shù)據(jù)，或根據(jù)閱讀器的指令修改存儲在其中的數(shù)據(jù)，并能通過接口與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。閱讀器的基本構(gòu)成通常包括：收發(fā)天線，頻率產(chǎn)生器，鎖相環(huán)，調(diào)制電路，微處理器，存儲器，解調(diào)電路和外設(shè)接口組成。

A、收發(fā)天線：發(fā)送射頻信號給標(biāo)簽，并接收標(biāo)簽返回的響應(yīng)信號及標(biāo)簽信息。

B、頻率產(chǎn)生器：產(chǎn)生系統(tǒng)的工作頻率。

C、鎖相環(huán)：產(chǎn)生所需的載波信號。

D、調(diào)制電路：把發(fā)送至標(biāo)簽的信號加載到載波并由射頻電路送出。

E、微處理器：產(chǎn)生要發(fā)送往標(biāo)簽的信號，同時(shí)對標(biāo)簽返回的信號進(jìn)行譯碼，并把譯碼所得的數(shù)據(jù)回傳給應(yīng)用程序，若是加密的系統(tǒng)還需要進(jìn)行解密操作。

F、存儲器：存儲用戶程序和數(shù)據(jù)。

G、解調(diào)電路：解調(diào)標(biāo)簽返回的信號，并交給微處理器處理。

H、外設(shè)接口：與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信。

（2）關(guān)于電子標(biāo)簽（被識別信息端）

電子標(biāo)簽由收發(fā)天線、AC/DC電路、解調(diào)電路、邏輯控制電路、存儲器和調(diào)制電路組成。

A、收發(fā)天線：接收來自閱讀器的信號，并把所要求的數(shù)據(jù)送回給閱讀器。

B、AC/DC電路：利用閱讀器發(fā)射的電磁場能量，經(jīng)穩(wěn)壓電路輸出為其它電路提供穩(wěn)定的電源。

C、解調(diào)電路：從接收的信號中去除載波，解調(diào)出原信號。

D、邏輯控制電路：對來自閱讀器的信號進(jìn)行譯碼，并依閱讀器的要求回發(fā)信號。

E、存儲器：作為系統(tǒng)運(yùn)作及存放識別數(shù)據(jù)的位置。

F、調(diào)制電路：邏輯控制電路所送出的數(shù)據(jù)經(jīng)調(diào)制電路后加載到天線送給閱讀器。

4、射頻識別技術(shù)常見類型

射頻識別技術(shù)依據(jù)其標(biāo)簽的供電方式可分為三類，即無源RFID，有源RFID，與半有源RFID。

（1）、無源RFID

在三類RFID產(chǎn)品中，無源RFID出現(xiàn)時(shí)間最早，最成熟，其應(yīng)用也最為廣泛。在無源RFID中，電子標(biāo)簽通過接受射頻識別閱讀器傳輸來的微波信號，以及通過電磁感應(yīng)線圈獲取能量來對自身短暫供電，從而完成此次信息交換。因?yàn)槭∪チ斯╇娤到y(tǒng)，所以無源RFID產(chǎn)品的體積可以達(dá)到厘米量級甚至更小，而且自身結(jié)構(gòu)簡單，成本低，故障率低，使用壽命較長。但作為代價(jià)，無源RFID的有效識別距離通常較短，一般用于近距離的接觸式識別。無源RFID主要工作在較低頻段125KHz、13.56MKHz等，其典型應(yīng)用包括：公交卡、二代身份證、食堂餐卡等。

（2）、有源RFID

有源RFID興起的時(shí)間不長，但已在各個(gè)領(lǐng)域，尤其是在高速公路電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)中發(fā)揮著不可或缺的作用。有源RFID通過外接電源供電，主動向射頻識別閱讀器發(fā)送信號。其體積相對較大。但也因此擁有了較長的傳輸距離與較高的傳輸速度。一個(gè)典型的有源RFID標(biāo)簽?zāi)茉诎倜字馀c射頻識別閱讀器建立聯(lián)系，讀取率可達(dá)1,700read/sec。有源RFID主要工作在900MHz、2.45GHz、5.8GHz等較高頻段，且具有可以同時(shí)識別多個(gè)標(biāo)簽的功能。有源RFID的遠(yuǎn)距性、高效性，使得它在一些需要高性能、大范圍的射頻識別應(yīng)用場合里必不可少。

（3）、半有源RFID

無源RFID自身不供電，但有效識別距離太短。有源RFID識別距離足夠長，但需外接電源，體積較大。而半有源RFID就是為這一矛盾而妥協(xié)的產(chǎn)物。半有源RFID又叫做低頻激活觸發(fā)技術(shù)。在通常情況下，半有源RFID產(chǎn)品處于休眠狀態(tài)，僅對標(biāo)簽中保持?jǐn)?shù)據(jù)的部分進(jìn)行供電，因此耗電量較小，可維持較長時(shí)間。當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入射頻識別閱讀器識別范圍后，閱讀器先現(xiàn)以125KHz低頻信號在小范圍內(nèi)精確激活標(biāo)簽使之進(jìn)入工作狀態(tài)，再通過2.4GHz微波與其進(jìn)行信息傳遞。也即是說，先利用低頻信號精確定位，再利用高頻信號快速傳輸數(shù)據(jù)。其通常應(yīng)用場景為：在一個(gè)高頻信號所能所覆蓋的大范圍中，在不同位置安置多個(gè)低頻閱讀器用于激活半有源RFID產(chǎn)品。這樣既完成了定位，又實(shí)現(xiàn)了信息的采集與傳遞。

5、射頻識別技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域

（1）、智能物流應(yīng)用

物流倉儲是RFID最有潛力的應(yīng)用領(lǐng)域之一，UPS、DHL、Fedex等國際物流巨頭都在積極實(shí)驗(yàn)RFID技術(shù)，以期在將來大規(guī)模應(yīng)用于提升其物流能力。可應(yīng)用的過程包括：物流過程中的貨物追蹤、信息自動采集、倉儲管理應(yīng)用、港口應(yīng)用、郵政包裹、快遞等。

（2）、智能交通應(yīng)用

出租車管理、公交車樞紐管理、鐵路機(jī)車識別等，已有不少較為成功的案例。

（3）、身份識別應(yīng)用

RFID技術(shù)由于具有快速讀取與難偽造性，所以被廣泛應(yīng)用于個(gè)人的身份識別證件中。如開展的電子護(hù)照項(xiàng)目、我國的第二代身份證、學(xué)生證等其他各種電子證件。

（4）、防偽識別應(yīng)用

RFID具有很難偽造的特性，但是如何應(yīng)用于防偽還需要政府和企業(yè)的積極推廣?？梢詰?yīng)用的領(lǐng)域包括貴重物品（煙、酒、藥品）的防偽和票證的防偽等。

（5）、資產(chǎn)管理應(yīng)用

可應(yīng)用于各類資產(chǎn)的管理，包括貴重物品、數(shù)量大相似性高的物品或危險(xiǎn)品等。隨著標(biāo)簽價(jià)格的降低，RFID幾乎可以管理所有的物品。

（6）、食品管理應(yīng)用

可應(yīng)用于水果、蔬菜、生鮮、食品等管理。該領(lǐng)域的應(yīng)用需要在標(biāo)簽的設(shè)計(jì)及應(yīng)用模式上有所創(chuàng)新。

（7）、信息統(tǒng)計(jì)應(yīng)用

射頻識別技術(shù)的運(yùn)用，信息統(tǒng)計(jì)就變成了一件既簡單又快速的工作。由檔案信息化管理平臺的查詢軟件傳出統(tǒng)計(jì)清查信號，閱讀器迅速讀取館藏檔案的數(shù)據(jù)信息和相關(guān)儲位信息，并智能返回所獲取的信息和中心信息庫內(nèi)的信息進(jìn)行校對。如針對無法匹配的檔案，由管理者用閱讀器展開現(xiàn)場核實(shí)，調(diào)整系統(tǒng)信息和現(xiàn)場信息，進(jìn)而完成信息統(tǒng)計(jì)工作。

（8）、查閱管理應(yīng)用

在查詢檔案信息時(shí)，檔案管理者借助查詢管理平臺找出檔號，系統(tǒng)按照檔號在中心信息庫內(nèi)讀取數(shù)據(jù)資料，核實(shí)后，傳出檔案出庫信號，儲位管理平臺的檔案智能識別功能模塊會結(jié)合檔號對應(yīng)相關(guān)儲位編號，找出該檔案保存的具體部位。管理者傳出檔案出庫信號后，儲位點(diǎn)上的指示燈立即亮起。資料出庫時(shí)，射頻識別閱讀器將獲取的信息反饋至管理平臺，管理者再次核實(shí)，對出庫檔案和所查檔案核查相同后出庫。而且，系統(tǒng)將記錄信息出庫時(shí)間。若反饋檔案和查詢檔案不相符，安全管理平臺內(nèi)的警報(bào)模塊就會傳輸異常預(yù)警。

（9）、安全控制應(yīng)用

安全控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對檔案館的及時(shí)監(jiān)控和異常報(bào)警等功能，以避免檔案被毀、失竊等。檔案在被借閱歸還時(shí)，特別是實(shí)物檔案，常常用作展覽、評價(jià)檢查等，管理者對歸還的檔案仔細(xì)檢查，并和檔案借出以前的信息核實(shí)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)檔案是否受損、缺失等。

6、射頻識別技術(shù)發(fā)展趨勢

隨著標(biāo)準(zhǔn)的制定、應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛、應(yīng)用數(shù)量的增加、工藝的不斷提高、技術(shù)的飛速進(jìn)步（如在圖書方面，在封面或版權(quán)頁上用導(dǎo)電油墨直接在印制射頻識別天線），其成本會更低；其次識別距離更遠(yuǎn)，即使是無源射頻識別標(biāo)簽也能達(dá)到幾十米；體積也將更小。

（1）、高頻化

超高頻射頻識別系統(tǒng)與低頻系統(tǒng)相比，具有識別距離遠(yuǎn)、數(shù)據(jù)交換速度更快、偽造難度更高、對外界的抗干擾能力更強(qiáng)、體積小巧,且隨著制造成本的降低和高頻技術(shù)的進(jìn)一步完善，超高頻系統(tǒng)的應(yīng)用將會更加廣泛。

（2）、網(wǎng)絡(luò)化

部分應(yīng)用場合需要將不同系統(tǒng)（或多個(gè)閱讀器）所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理，然后提供給用戶使用，如我們使用二代身份證在自動取票機(jī)取火車票，這就需要將射頻識別系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化管理，來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制與管理。

（3）、多能化

隨著移動計(jì)算技術(shù)的不斷提高和普及，射頻識別閱讀器設(shè)計(jì)與制造的發(fā)展趨勢是將向多功能、多接口、多制式，并向模塊化、小型化、便攜式、嵌入式方向發(fā)展；同時(shí)，多閱讀器協(xié)調(diào)與組網(wǎng)技術(shù)將成為未來發(fā)展方向之一。

7、NFC近距離通信技術(shù)

NFC的中文全稱為近場通信技術(shù)。NFC是在非接觸式射頻識別(RFID)技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合無線互連技術(shù)研發(fā)而成，它為我們?nèi)粘Ｉ钪性絹碓狡占暗母鞣N電子產(chǎn)品提供了一種十分安全快捷的通信方式。NFC中文名稱中的“近場”是指臨近電磁場的無線電波。 因?yàn)?span style="word-wrap:normal;word-break:normal;line-height:18px;padding:0px;margin:0px;font-family:Arial, Helvetica, sans-serif;">無線電波實(shí)際上就是電磁波，所以它遵循麥克斯韋方程，電場和磁場在從發(fā)射天線傳播到接收天線的過程會一直交替進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，并在進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)相互增強(qiáng)，例如我們的手機(jī)所使用的無線電信號就是利用這種原理進(jìn)行傳播的，這種方法稱作遠(yuǎn)場通信。而在電磁波10個(gè)波長以內(nèi)，電場和磁場是相互獨(dú)立的，這時(shí)的電場沒有多大意義，但磁場卻可以用于短距離通訊，我們稱之為近場通信。

近場通信業(yè)務(wù)結(jié)合了近場通信技術(shù)和移動通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了電子支付、身份認(rèn)證、票務(wù)、數(shù)據(jù)交換、防偽、廣告等多種功能，是移動通信領(lǐng)域的一種新型業(yè)務(wù)。近場通信業(yè)務(wù)增強(qiáng)了移動電話的功能，使用戶的消費(fèi)行為逐步走向電子化，建立了一種新型的用戶消費(fèi)和業(yè)務(wù)模式。

NFC技術(shù)的應(yīng)用在世界范圍內(nèi)受到了廣泛關(guān)注，國內(nèi)外的電信運(yùn)營商、手機(jī)廠商等不同角色紛紛開展應(yīng)用試點(diǎn)，一些國際性協(xié)會組織也積極進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化制定工作。據(jù)業(yè)內(nèi)相關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測，基于近場通信技術(shù)的手機(jī)應(yīng)用將會成為移動增值業(yè)務(wù)的下一個(gè)殺手級應(yīng)用。