RFID标记技术设计与应用分析

中心议题：
    *  RFID标记的特点与类型
    *  三种不同的RFID技术
    *  RFID标记的属性
    *  RFID标记的使用状况和趋势

射频识别技术（Radio Frequency IdentificatiON，缩写RFID），射频识别技术是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术，射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。
　　
从信息传递的基本原理来说，射频识别技术在低频段基于变压器耦合模型（初级与次级之间的能量传递及信号传递），在高频段基于雷达探测目标的空间耦合模型（雷达发射电磁波信号碰到目标后携带目标信息返回雷达接收机）。1948年哈里斯托克曼发表的"利用反射功率的通信"奠定了射频识别技术的理论基础。
　　
RFID这一术语是在发明能够反射或重新发射射频信号的标记之后才出现的。在目前使用的RFID标记中，有些是装有微芯片的，有些则没有，并分为工作在300 Hz以下和工作在300 MHz以上（如微波标记等）的标记。
　　
RFID目前被广泛应用于配送管理。随着薄、小、低成本RFID的问世，将来RFID标记不仅会被嵌入几乎所有的物件中取代条形码，而且还会越来越多地集成于网络之中，用于各个领域，成为网络社会无所不在的一个基本工具。
　　
RFID标记的特点与类型
　　
目前定义RFID产品的工作频率有低频、高频和甚高频的频率范围内的符合不同标准的不同的产品，而且不同频段的RFID产品会有不同的特性。其中感应器有无源和有源两种方式，下面详细介绍无源的感应器在不同工作频率产品的特性以及主要的应用。它们还可粗分为有源标记和无源标记。前者包含电源，并发射无线电波；后者受外部无线电波激励时才发射无线电波。
　　
三种不同的RFID技术
　　
目前，主要有三种不同的RFID技术，分别为无源RFID、常规RFID和低成本RFID。它们有着某种程度的重叠，但各有千秋，适用于不同的应用。
　　
无源RFID早已存在。它们自身不含电源或处理器，只有进入RFID阅读器的电磁场范围内才被激活。最近无源RFID标记的成本已经降到可以随意贴用的程度。一个价值10美分的无源RFID标记使用电子产品码（EPC）可以存储对某一物体的完整描述。
　　
常规RFID标记几乎都含有一采用微芯片的晶体管电路。
　　
术语“低成本RFID”在几年前才被启用。低成本RFID标记一般是指在传输距离小于1米时成本低于1美元，距离大于1米时成本低于5美元的RFID。它们与常规标记相比存在某些明显不同之处。低成本RFID标记具有容忍方向错误和昏暗、寿命期成本较低、有阅读能力的优点，最重要的是它们一般很便宜，便宜得可以随意使用，而且非常薄，薄得可以放入纸张之中，故可以做成所有平板形式的标记，一般把它们称作智能标签，包括智能票？坏取Ｓ捎谡庑┨氐悖？统杀？FID标记将可以用于不同的新应用，会形成不同的供应商和最终用户群体。
　　
低成本RFID可以分成两类，一类是基于芯片的技术，另一类是无芯片的标记。无芯片的标记仍可被询问以及保存数据，但是它们一般比有芯片的标记更便宜，在电子性能方面更原始些。
　　
RFID标记的属性
　　
RFID技术的基本工作原理并不复杂：标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（Passive Tag，无源标签或被动标签），或者主动发送某一频率的信号（Active Tag，有源标签或主动标签）；解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。
　　
一套完整的RFID系统， 是由阅读器（Reader）与电子标签（TAG）也就是所谓的应答器（Transponder）及应用软件系统三个部份所组成， 其工作原理是Reader 发射一特定频率的无线电波能量给Transponder, 用以驱动 Transponder电路将内部的数据送出，此时 Reader 便依序接收解读数据， 送给应用程序做相应的处理。
　　
以RFID 卡片阅读器及电子标签之间的通讯及能量感应方式来看大致上可以分成， 感应偶合（Inductive Coupling） 及后向散射偶合（Backscatter Coupling）两种， 一般低频的RFID大都采用第一种式， 而较高频大多采用第二种方式。
　　

阅读器根据使用的结构和技术不同可以是读或读/写装置，是RFID系统信息控制和处理中心。阅读器通常由耦合模块、收发模块、控制模块和接口单元组成。阅读器和应答器之间一般采用半双工通信方式进行信息交换，同时阅读器通过耦合给无源应答器提供能量和时序。 在实际应用中，可进一步通过Ethernet或WLAN等实现对物体识别信息的采集、处理及远程传送等管理功能。应答器是RFID系统的信息载体，目前应答器大多是由耦合原件（线圈、微带天线等）和微芯片组成无源单元。
　　
1.有无EAS功能
　　
不含信息的RF标记不属于RFID，因为它们只表示在与不在，只有1比特的信息。由于这些RF标记一般只用作商店和图书馆的防盗器件，通常被称作电子物品监视器（EAS）。一些新式的RFID也具备EAS功能，可以取代防盗标记。
　　
2.数据类型
　　
在RFID系统中，有两种不同的数据存储情况。在第一种情况中，标记能存储的数据很少，被询问的电子器件只是传感有关产品的一些独特情况。这种数据被称为唯一签名。使用这种数据的标记十分便宜，但用途却很有限。这种标记比较贵，但有用得多，它们不像唯一签名那样需要很强的中央处理能力，耗时也少。
　　
3.覆盖距离
　　
RFID标记的覆盖距离相差很大。对所有各种标记都一样，要求的距离越大，标记就越贵。其它应用，例如公路收费和物件实时位置（如车库中的车等），需要阅读高达几百米的距离。
　　
RFID标记的使用状况和趋势
　　
在RFID标记的实际使用方面，目前在制造、配送、服务等领域已经开始。由于无源RFID的成本已经降到可以随意贴的程度，一个价值10美分的无源RFID标记使用电子产品码（EPC）可以存储对某一物体的完整描述。在美国使用无源RFID最多的是Wal-Mart，它要求其供货商到2005年在所有进货上贴上RFID标记。有源RFID的销售量也会增长，但增长速度稍微慢些。不过，也有人认为，目前对无源RFID的用途和潜力存在估计过高的现象，在可预见的将来货架上的每件产品不会都使用RFID标记。
　　
RFID标记技术的开发与标准化工作也在发展之中。1999年10月成立的国际研究机构--Auto-ID中心（基地在美国）一直在推进RFID的研发工作。Auto-ID中心在日本、英国、澳大利亚、中国和瑞士的研究机构都建立了相应的研发中心。
　　
2003年11月RFID标准化工作从Auto-ID中心转移到全球电子产品码（EPC Global）组织。EPC Global是2003年5月由欧洲条形码管理机构--EAN国际协会和美国条形码管理机构--统一代码协会（UCC）成立的一个组织。与此同时，Auto-ID中心改名为Auto-ID实验室，成为EPC Global的一个研究分部。
　　
RFID通过网络的先进应用
　　
如前所述，RFID的意义远远超过取代条形码。如果把标记与网络链接起来，我们就可以把标记用作数据的输入端口，可以产生和利用诸如历史数据和实时数据等高级数据以及在各种机构和企业之间共享数据，为新的应用和服务创造机会。
　　
日本积极推动RFID标记的先进应用
　　
RFID标记技术在日本“e-Japan战略II”中被提到日程上。在日本，有100多个机构参与了Auto-ID中心的工作，包括公司（食品、消费品、零售和交通运输）、系统供应商和标准化组织。该中心设在T-Engine论坛之下，现有380多个外国与日本公司参与。2003年7月，日本总务省成立了一个名曰"RFID标记在无所不在网络时代中的先进应用"的研究组，对如何推进这一技术进行了综合研究，2004年3月完成最终研究报告。
　　
2003年9月，日本的无所不在网络论坛也成立了RFID标记先进应用研究组。研究组的主要任务包括：进行验证测试；开展研究开发和标准化工作；进行调查研究；负责信息收集、交流和提供；完成研究组管理委员会认为必要的其它工作。主要是促进用户参与型的验证测试，研究、提议和验证商业模式。在应用验证测试专门委员会下还设立了用户接受、技术最优化使用、法律体制和商业模式四个工作小组。
　　
“e-Japan战略II”提议在医疗和食品应用方面首先引入RFID标记，并提出了一项基于未来需求在800MHz~900MHz频段内研究新频谱分配的政策。日本内务通信部（MIC）（原总务省，2004年9月10日易名）对无线电波的使用采取了放松的策略。除此之外，950 MHz频段及其相邻频率也可在新的频谱分配中加以考虑。目前，MIC正在审查在950 MHz频段及其相邻频率上进行的验证测试和技术标准。
　　
RFID标记先进应用虽然在日本已经产生很大的社会经济影响，但仍有许多问题有待解决，如技术开发和标准化、应用环境的营造、国民与社会的认同等，任务依然十分繁重。RFID标记应用对社会经济的影响深度在很大程度上取决于这些问题的解决。基于这种情况，日本MIC拟围绕以下六点研究稳步推进RFID标记先进应用得以早日实现的措施。
　　

促进有关RFID标记先进应用的研究开发工作；
　　
通过用户参与型的验证测试形成社会共识；
　　
对950 MHz频段及其相邻频率的新频谱分配的可行性进行验证；
　　
促进RFID标记应用的措施；
　　
建立安全使用RFID标记的规则；
　　
促进战略性的标准化活动。
　　
目前，RFID标记作为条形码的取代物，主要用于物流管理和房间出入管理方面。但是在将来，它们将通过强化组网功能和先进应用，升级为满足无所不在网络时代的需求。研究工作包括：开发能使RFID属性信息在不同平台之间按环境的动态变化进行交换的技术，能把RFID标记集成在网络之中的技术，能控制对RFID标记信息接入权的技术。MIC将同其它政府部门和相关机构一起来解决各种政策问题，如RFID广泛使用之后带来的行政管理问题以及跟新频谱分配有关的系统问题。
　　
成本与经济效益
　　
成本是RFID最关键的问题。当某一应用一年要使用数十亿个标记时，只有占据系统成本大部分的智能标签非常便宜，我们才用得起。例如，可以高速阅读、容忍方向错误、假读或读不出的情况很少。贴在纸板箱和集装箱等上面的标记现在正以10美分到1美元的价格在迅速发展，使系统成本不断下降。对于这种应用，最大订单的标记价格已经下降到5美分，估计到2007年，一年的标记销售量约100亿个。
　　
标记价格在使用量很大时（特别是在每阅读器有很多标记时）更是关键。最极端的情况是The Internet of Things之梦。The Internet of Things是由EPC Global推出的概念，有时称作产品互联网或T2T（Thing to Thing）。其所设想的情景是数万亿件东西互相通信，没有人的干预。对每件东西要跟踪其一辈子，通过跟踪可以用电子手段告诉冷藏工人需重新存货，可以知道微波炉能正确烹调，再生设备可以把各种材料自动分开，各种方式的防盗、防伪和产品转移过程都将自动发生，所有一切都不需人工干预。
　　
根据日本初步测算，如果标准化、安全性和私密性问题尚未得到解决，广泛使用仍有障碍的话，日本使用RFID标记带来的经济倍增效应在2010年将达到9万亿日元。如果问题仍然存在，但广泛使用的环境已形成的话，经济倍增效应可达17万亿日元。如果低成本技术问题得到解决，大大促进广泛使用的话，经济倍增效应最高可达31万亿日元。RFID标记带给日本的经济倍增效应预计在2007年左右达到起飞点，2010年后将继续增长。整个增长过程可分为初级、迅速增长和广泛增长三个阶段。
　　
结语
　　
目前，无源RFID标记和传感器在某些行业中已经产生很大影响，能使供应链更加流畅、资产管理更加精细。自身带有存储器和处理能力的有源RFID可做的事情就更多。应该说，与潜在的好处及节省的成本相比，RFID的风险是很小的。但是，它们的市场前景现在还不很明朗，市场究竟是走向无源RFID、有源网状网，还是两者兼有之。迄今还有许多无线标准在制定之中，应用环境的营造、国民与社会的认同等问题还有待解决。对于这些，我们必须要有充分的认识。
　　
随着射频识别技术的异军突起，射频标签（RFID）也已经进入了纸制品加工行业。设备供应商们纷纷想要成为行业内提供频射标签解决方案的第一霸主，这样一来，也就带动了这项技术在整个行业内的迅速推广。射频标签的应用范围是无限的。虽然它能给人们带来无数的机会，但随着使用人数的增加，它也会给人们带来一定程度的挑战。
　　
大多数的标签和商标加工者都在问："到底什么是射频标签？"无线射频技术是一种能够对数据进行远程存储和检索的方法，它的使用载体为射频标签。这种标签含有天线，能够接受和反射来自射频收发器的无线电波。根据射频标签供电方式的不同，可以分为两种，一种是有源射频标签，一种是无源射频标签。有源射频标签内含有内置电池，而后者不含有内置电池。内置电池能够向较远的地方发射清晰的信号，但有远射频标签的体积也相对较大，价格也比无源射频标签贵一些。
　　
这也正是"地震"发生的地方。射频标签是电子设备，人们在设计它时，没有考虑到纸制品加工业的恶劣环境。我不能确定纸制品加工厂对电子元件有多么熟悉，但我可以向你保证，在纸制品加工厂里，没有一块适合存放无保护芯片的地方。的确，正如上面所说的那样，芯片的种类是五花八门的，其中有一些抵抗静电干扰的能力比较强，尽管如此，还是有许多文件记录下了静电释放对射频芯片造成损坏的案例。这种损坏通常会导致产品质量在短时间内的下降，更严重的还有可能造成射频芯片的失效。