RFID標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)

1、成績(jī):2015-2016學(xué)年2學(xué)期“射頻識(shí)別（RFID）原理與應(yīng)用”報(bào)告報(bào)告題目：學(xué)生姓名：葉晶專(zhuān)業(yè)：物聯(lián)網(wǎng)班級(jí)：0851303學(xué)號(hào)：2013212498填表時(shí)間：2016年6月RFID標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)射頻識(shí)別技術(shù)（RadioFrequencyIdentification,縮寫(xiě)RFID）,射頻識(shí)別技術(shù)是20世紀(jì)90年代開(kāi)始興起的一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，射頻識(shí)別技術(shù)是一項(xiàng)利用射頻信號(hào)通過(guò)空間耦合（交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)）實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸信息傳遞并通過(guò)所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的的技術(shù)。從信息傳遞的基本原理來(lái)說(shuō)，射頻識(shí)別技術(shù)在低頻段基于變壓器耦合模型（初級(jí)與次級(jí)之間的能量傳遞及信號(hào)傳遞），在高頻段基于雷達(dá)探測(cè)目標(biāo)的空間耦合模型

2、（雷達(dá)發(fā)射電磁波信號(hào)碰到目標(biāo)后攜帶目標(biāo)信息返回雷達(dá)接收機(jī)）。從上世紀(jì)80年代開(kāi)始逐漸走向成熟的一項(xiàng)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。近年來(lái)由于集成電路的快速發(fā)展，RFID標(biāo)簽的價(jià)格持續(xù)減低，因而在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展十分迅速。為了更好地推動(dòng)這一新產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO、以美國(guó)為首的EPCglobal、日本UID等標(biāo)準(zhǔn)化組織紛紛制定RFID相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并在全球積極推廣這些標(biāo)準(zhǔn)。（1） ISO標(biāo)準(zhǔn)體系：RFID標(biāo)準(zhǔn)化工作最早可以追溯到20世紀(jì)90年代。1995年國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO/IEC聯(lián)合技術(shù)委員會(huì)JTCl設(shè)立了子委員會(huì)SC31（以下簡(jiǎn)稱(chēng)SC31,負(fù)責(zé)RFID標(biāo)準(zhǔn)化研究工作。SC31委員會(huì)由來(lái)自各個(gè)國(guó)家的代

3、表組成，如英國(guó)的BSIIST34委員、歐洲CENTC225成員。他們既是各大公司內(nèi)部咨詢(xún)者，也是不同公司利益的代表者。因此在ISO標(biāo)準(zhǔn)化制定過(guò)程中，有企業(yè)、區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)化組織和國(guó)家三個(gè)層次的利益代表者。RFID領(lǐng)域的ISO標(biāo)準(zhǔn)可以分為以下四大類(lèi)：1技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（如射頻識(shí)別技術(shù)、IC卡標(biāo)準(zhǔn)等）2數(shù)據(jù)內(nèi)容與編碼標(biāo)準(zhǔn)（如編碼格式、語(yǔ)法標(biāo)準(zhǔn)等）3性能與一致性標(biāo)準(zhǔn)（如測(cè)試規(guī)范等標(biāo)準(zhǔn)）4應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)（如船運(yùn)標(biāo)簽、產(chǎn)品包裝標(biāo)準(zhǔn)等）從ISO制訂的RFID標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容來(lái)說(shuō)，RFID應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)是在RFID編碼、空中接口協(xié)議、讀寫(xiě)器協(xié)議等基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)之上，針對(duì)不同使用對(duì)象，確定了使用條件、標(biāo)簽尺寸、標(biāo)簽粘貼位置、數(shù)據(jù)內(nèi)容格式、使用頻段等

4、方面特定應(yīng)用要求的具體規(guī)范，同時(shí)也包括數(shù)據(jù)的完整性、人工識(shí)別等其他一些要求。通用標(biāo)準(zhǔn)提供了一個(gè)基本框架，應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)它的補(bǔ)充和具體規(guī)定。這一標(biāo)準(zhǔn)制訂思想，既保證了RFID技術(shù)具有互通與互操作性，又兼顧了應(yīng)用領(lǐng)域的特點(diǎn)，能夠很好地滿(mǎn)足應(yīng)用領(lǐng)域的具體要求。（2） EPCGlobal標(biāo)準(zhǔn)體系：EPCGlobal是由美國(guó)統(tǒng)一代碼協(xié)會(huì)（UCC和國(guó)際物品編碼協(xié)會(huì)（EAN于2003年9月共同成立的非盈利性組織，其前身是1999年10月1日在美國(guó)麻省理工學(xué)院成立的非盈利性組織Auto-ID中心，以創(chuàng)建“物聯(lián)網(wǎng)”（InternetofThings）為自己的使命。與ISO通用性RFID標(biāo)準(zhǔn)相比，EPCglobal

5、標(biāo)準(zhǔn)體系是面向物流供應(yīng)鏈領(lǐng)域，可以看成是一個(gè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。EPCglobal的目標(biāo)是解決供應(yīng)鏈的透明性和追蹤性，透明性和追蹤性是指供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)中所有合作伙伴都能夠了解單件物品的相關(guān)信息，如位置、生產(chǎn)日期等信息。為此EPCglobal制定了EPC編碼標(biāo)準(zhǔn)，它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)所有物品提供單件惟一標(biāo)識(shí)；也制定了空中接口協(xié)議、讀寫(xiě)器協(xié)議。這些協(xié)議與ISO標(biāo)準(zhǔn)體系類(lèi)似。在空中接口協(xié)議方面，目前EPCglobal的策略盡量與ISO兼容，如C1Gen2UHFRFI麗準(zhǔn)遞交ISO將成為ISO180006C標(biāo)準(zhǔn)。但EPCglobal空中接口協(xié)議有它的局限范圍，僅僅關(guān)注UHF860-930MHz目前EPCglobalNet

6、work技術(shù)規(guī)范1.0版給出了所有的系統(tǒng)定義和功能要求。EPCGlobal已在加拿大、日本、中國(guó)等國(guó)建立了分支機(jī)構(gòu)，專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)EPCK段在這些國(guó)家的分配與管理、EPCf關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定、EPC相關(guān)技術(shù)在本土的宣傳普及以及推廣應(yīng)用等工作。EPCGlobal提出的“物聯(lián)網(wǎng)”體系架構(gòu)由EP璃碼、EPCfe簽及讀寫(xiě)器、EPCfr間件、ONSI艮務(wù)器和EPCIS服務(wù)器等部分構(gòu)成。EPCM賦予物品的唯一的電子編碼，其位長(zhǎng)通常為64位或96位，也可擴(kuò)展為256位。對(duì)不同的應(yīng)用，規(guī)定有不同的編碼格式，主要存放企業(yè)代碼、商品代碼和序列號(hào)等。最新的GEN2g準(zhǔn)的EP巡碼可兼容多種編碼。EPC中間件對(duì)t取到的EP璃碼

7、進(jìn)行過(guò)濾和容錯(cuò)等處理后，輸入到企業(yè)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)中。它通過(guò)定義與讀寫(xiě)器的通用接口(API)實(shí)現(xiàn)與不同制造商的讀寫(xiě)器的兼容。ONS服務(wù)器根據(jù)EPCS碼及用戶(hù)需求進(jìn)行解析，以確定與EP璃碼相關(guān)的信息存放在哪個(gè)EPCIS服務(wù)器上。EPCIS服務(wù)器存儲(chǔ)并提供與EPCffi關(guān)的各種信息。這些信息通常以PMU勺格式存儲(chǔ)，也可以存放于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中。物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)是EPCglobal所特有的，ISO僅僅考慮自動(dòng)身份識(shí)別與數(shù)據(jù)采集的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)采集以后如何處理、共享并沒(méi)有作規(guī)定。物聯(lián)網(wǎng)是未來(lái)的一個(gè)目標(biāo)，對(duì)當(dāng)前應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)來(lái)說(shuō)具有指導(dǎo)意義。（3） UbiquitousIDUbiquitousIDCenter是由日本政府

8、的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省牽頭，主要由日本廠商組成，目前有日本電子廠商、信息企業(yè)和印刷公司等達(dá)300多家參與。該識(shí)別中心實(shí)際上就是日本有關(guān)電子標(biāo)簽的標(biāo)準(zhǔn)化組織。uIDCenter的泛在識(shí)別技術(shù)體系架構(gòu)由泛在識(shí)別碼(ucode)、信息系統(tǒng)服務(wù)器、泛在通信器和ucode解析服務(wù)器等四部分構(gòu)成。ucode是賦予現(xiàn)實(shí)世界中任何物理對(duì)象的唯一識(shí)別碼。它具備了128位的充裕容量，并可以用128位為單元進(jìn)一步擴(kuò)展至256、384或512位。ucode的最大優(yōu)勢(shì)是能包容現(xiàn)有編碼體系的元編碼設(shè)計(jì)，可以兼容多種編碼。ucode標(biāo)簽具有多種形式，包括條碼、射頻標(biāo)簽、智能卡、有源芯片等。泛在識(shí)別中心把標(biāo)簽進(jìn)行分類(lèi)，設(shè)立了9個(gè)級(jí)別的

9、不同認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。信息系統(tǒng)服務(wù)器存儲(chǔ)并提供與ucode相關(guān)的各種信息。ucode解析服務(wù)器確定與ucode相關(guān)的信息存放在哪個(gè)信息系統(tǒng)服務(wù)器上。ucode解析服務(wù)器的通信協(xié)議為ucodeR可口eTP,其中eTP是基于eTron(PKI)的密碼認(rèn)證通信協(xié)議。泛在通信器主要由IC標(biāo)簽、標(biāo)簽讀寫(xiě)器和無(wú)線廣域通信設(shè)備等部分構(gòu)成，用來(lái)把讀到的ucode送至ucode解析服務(wù)器，并從信息系統(tǒng)服務(wù)器獲得有關(guān)信息。泛在識(shí)別中心對(duì)網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用安全問(wèn)題非常重視，針對(duì)未來(lái)可能出現(xiàn)的安全問(wèn)題如截聽(tīng)和非法讀取等，節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息交換時(shí)需要相互認(rèn)證，而且通信內(nèi)容是加密的，避免非法閱讀。目前，ISO/IEC1800REPCgloba

10、l、日本UID三個(gè)空中接口協(xié)議正在完善中。這三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)相互之間并不兼容，主要差別在通訊方式、防沖突協(xié)議和數(shù)據(jù)格式這三個(gè)方面，在技術(shù)上差距其實(shí)并不大。RFID機(jī)器人定位研究RFID技術(shù)利用無(wú)線射頻信號(hào)在讀寫(xiě)器與標(biāo)簽之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，射頻信號(hào)具有一定的穿透性，解決了機(jī)器人定位于地圖創(chuàng)建過(guò)程中傳感器非視距的問(wèn)題。提出了一種新穎的利用周?chē)h(huán)境中少量的位置未知的標(biāo)簽來(lái)估算出計(jì)機(jī)器人位置的方法，并利用粒子濾波算法來(lái)增強(qiáng)算法的魯棒性。同時(shí)，還引入了RFID天線功率切管器來(lái)提高地圖創(chuàng)建的精確性，降低了機(jī)器人定位差。最后通過(guò)定量分析影響效果3個(gè)主要因子，證明了這種定位方法具有較高的定位精度。射頻識(shí)別技術(shù)是近年來(lái)興

11、起的一門(mén)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。與傳統(tǒng)的條形碼系統(tǒng)，接觸式卡等不同，射頻識(shí)別系統(tǒng)李勇無(wú)線射頻方式非接觸供電，并進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信，以達(dá)到識(shí)別并交換數(shù)據(jù)的目的；識(shí)別工作無(wú)須入工干預(yù)，可工作于各種惡略的環(huán)境?，F(xiàn)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用大量工程機(jī)器人，其中固定軌道機(jī)器人最為常見(jiàn)。頂軌跡機(jī)器人的一個(gè)基本要求就是能夠根據(jù)要求成自我定位，是機(jī)器人無(wú)論是在機(jī)構(gòu)化或非結(jié)構(gòu)化的環(huán)境里都能按照設(shè)定的路線和周?chē)h(huán)境的位置關(guān)系，根據(jù)任務(wù)作出正確的決定和路徑選擇。移動(dòng)機(jī)器人按照其運(yùn)動(dòng)軌跡的不同，可分為靜態(tài)路徑和動(dòng)態(tài)路徑兩種，也可以根據(jù)對(duì)環(huán)境信息掌握的程度不同將移動(dòng)技巧其人的路徑規(guī)劃分為全局路徑規(guī)劃和局部路徑規(guī)劃。由于RFID讀取器對(duì)標(biāo)

12、簽的距離不可知，導(dǎo)致RFID定位產(chǎn)生固有誤差。所以為了降低位置估計(jì)的誤差，很多學(xué)者進(jìn)彳f了研究。CHAE把主動(dòng)RFID標(biāo)簽作為人造環(huán)境特征進(jìn)行全局定位，并結(jié)合視覺(jué)傳感器進(jìn)行局部地圖匹配完成了移動(dòng)機(jī)器人的室內(nèi)定位。DEY-LE使用多接收天線的粒子濾波模型完成室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人的位置估。BYOUNG-SU磔合被動(dòng)RFID標(biāo)簽和里程計(jì)有效降低了RFID定位的固有誤差。SOONSHIN1用三角型地板標(biāo)簽排列模型代替?zhèn)鹘y(tǒng)的正方形模型把固有誤差降低18%MYUNGSI使用主動(dòng)RFID標(biāo)簽和超聲傳感器完成了目標(biāo)尋找和避障實(shí)驗(yàn)。TOSHI-HIRC®用多范圍感知RFID模型對(duì)機(jī)器人位姿進(jìn)行估計(jì)。可見(jiàn)許多

13、研究人員都是結(jié)合相對(duì)傳感器或絕對(duì)傳感器的應(yīng)用來(lái)消除RFID的估計(jì)誤差的，這是一個(gè)可行的思路。筆者研究室內(nèi)地板被動(dòng)RFID標(biāo)簽定位模型，YOSUKE出該模型的定位精度依賴(lài)室內(nèi)標(biāo)簽的埋放密度，不能消除RFID定位的固有誤差。為了解決這個(gè)問(wèn)題，提出融合RFID、超聲波、電子羅盤(pán)和里程計(jì)自定位的方法，在RFID定位的基礎(chǔ)上附加一種定位系統(tǒng)，以補(bǔ)償RFID定位的缺陷。擴(kuò)展卡爾曼濾波(EKF層一種用于機(jī)器人位姿跟蹤的常用定位方法，在正常情況下可以很好地跟蹤機(jī)器人位姿。當(dāng)移動(dòng)機(jī)器人沒(méi)有檢測(cè)到新的RFID標(biāo)簽時(shí)，單純的RFID定位系統(tǒng)的位姿無(wú)法更新，位姿估計(jì)的誤差可能被累積。而利用超聲波、電子羅盤(pán)和里程計(jì)組成

14、的擴(kuò)展卡爾曼定位系統(tǒng)，可以及時(shí)更新位姿，從而有效降低RFID技術(shù)上的缺陷，減小RFID定位誤差。RFID基本組成：RFID標(biāo)簽(Tag):由芯片與天線組成，每個(gè)標(biāo)簽具有唯一的電子編碼。標(biāo)簽附著在物體上以標(biāo)識(shí)目標(biāo)對(duì)象。RFID閱讀器(Reader):主要任務(wù)是控制射頻模塊向標(biāo)簽發(fā)射讀取信號(hào)，并接收標(biāo)簽的應(yīng)答，將對(duì)象標(biāo)識(shí)信息連帶標(biāo)簽上其它相關(guān)信息傳輸?shù)街鳈C(jī)以供處理。RFID數(shù)據(jù)處理單元：主要任務(wù)管理數(shù)據(jù)庫(kù)及防沖突等。典型RFID定位系統(tǒng)當(dāng)移動(dòng)機(jī)器人行走時(shí),所裝備的RFID讀取器的有效讀取覆蓋范圍如圖1所示，所有檢測(cè)到的RFID標(biāo)簽在以r為半徑的圓內(nèi)。定位開(kāi)始時(shí)，移動(dòng)機(jī)器人通過(guò)讀取器獲取在讀取范圍內(nèi)

15、的標(biāo)簽定位信息來(lái)估計(jì)自身位置，直到檢測(cè)到新的標(biāo)簽，再對(duì)位置估計(jì)進(jìn)行更新。RFID定位平面圖如圖2所示，從圖2可知，機(jī)器人的位置估計(jì)(xest,yest)可以通過(guò)讀取范圍內(nèi)標(biāo)簽存儲(chǔ)的定位信息來(lái)估計(jì)：、產(chǎn)等為標(biāo)簽內(nèi)存儲(chǔ)的定位信息.潼里靛胸圖-RF1D定位平面固=2式中，觀為該取范圉內(nèi)的標(biāo)答個(gè)數(shù):圖1RFID讀取器的在褸法理花困maji(j(1pTxN)+tnin(xLxN)ACS1=-RFID位置估算誤差:在這種位置估計(jì)的過(guò)程中，固有誤差始終存在。定位誤差與RFID標(biāo)簽的排列距離息息相關(guān)，RFID定位誤差示意圖如圖3所示。每個(gè)標(biāo)簽存儲(chǔ)的地理信息為al到an+1,并且標(biāo)簽的距離固定為dtag從圖4可

16、以得到位置估計(jì)x軸xest與機(jī)器人實(shí)際坐標(biāo)的xrel誤差二聯(lián)些攣?zhàn)啥穲DMRF1D定位設(shè)聾示意冏基于擴(kuò)展卡爾曼濾波的RFID定位算法移動(dòng)機(jī)器人融合RFID、超聲波、電子羅盤(pán)和里程計(jì)自定位，補(bǔ)償了RFID定位系統(tǒng)的固有誤差，算法流程如圖4所示。其思路分兩步：圖4算吐流粒圖擴(kuò)展卡爾曼定位擴(kuò)展卡爾曼算法假設(shè)系統(tǒng)狀態(tài)的概率分布是高斯分布，噪聲是相互獨(dú)立的。初始化移動(dòng)機(jī)器人狀態(tài)X0x0,y0,00,誤差協(xié)方差矩陣P0,機(jī)器人行駛時(shí)基于運(yùn)動(dòng)模型預(yù)測(cè)位置xA(k+1/k)=fx(k/k),協(xié)方差矩陣P(k+1/k尸F(xiàn)(k)P(k/k)F(k)T+Q(k),其中F(k)=f(k)為f(k)的雅可比矩陣傳感器的預(yù)

17、測(cè)值為z(k+1)=hx(k+1/k)用來(lái)對(duì)觀測(cè)的環(huán)境特征產(chǎn)生預(yù)測(cè)觀測(cè)值，并產(chǎn)生新息為(k+1)=z(k+1)-z(k+1)。測(cè)量預(yù)測(cè)與觀測(cè)間的新息的協(xié)方差矩陣為S(k+1)=H(k)P(k+1/k)H(k)T+R(k),H為測(cè)量方程中h的雅可比矩陣。計(jì)算卡爾曼增益矩陣：K(k)=P(k+1/k)H(k)TS(k+1)-1,并利用增益矩陣更新機(jī)器人的位置預(yù)估:x(k+1/k+1)=x(k+1/k)+K(k)(k+1),協(xié)方差矩陣更新為：P(k+1/k+1)=I-K(k)H(k)P(k+1/k)。(2)檢測(cè)到新的RFID標(biāo)簽時(shí),對(duì)位姿進(jìn)行更新。當(dāng)移動(dòng)機(jī)器人持續(xù)行駛時(shí),一旦檢測(cè)到新的標(biāo)簽,RFID

18、定位就更新位置估計(jì)。這樣填補(bǔ)了RFID定位位置更新之間的空白，消除了RFID定位位置更新之間的誤差累積，并且超聲傳感器對(duì)環(huán)境特征的匹配也會(huì)減少定位的誤差。基于RFID射頻技術(shù)簽到器設(shè)計(jì)當(dāng)下，很多公司在上班登記的時(shí)候，仍采用傳統(tǒng)的手工簽到方式通過(guò)人事部門(mén)工作人員核對(duì)參會(huì)人員身份，一旦公司的規(guī)模達(dá)到一定程度，便會(huì)出現(xiàn)工作效率低，不便于自動(dòng)化統(tǒng)計(jì)等情況。因此，如何對(duì)參會(huì)人員進(jìn)行身份識(shí)別和統(tǒng)計(jì)，成為了會(huì)議組織管理工作中的的一個(gè)核心問(wèn)題。此次設(shè)計(jì)的RFID簽到系統(tǒng)由RFID讀寫(xiě)器、服務(wù)器、PC機(jī)或移動(dòng)終端等部分構(gòu)成，RFID讀寫(xiě)器在完成發(fā)卡環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上，將采集到的員工信息通過(guò)上傳到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，用戶(hù)通過(guò)W

19、eb或移動(dòng)終端就可以獲取參會(huì)情況的相關(guān)信息。RFID卡技術(shù)基于RFID技術(shù)的智能開(kāi)放式的考勤系統(tǒng)可以讓每人佩帶一張工作牌（內(nèi)含RFID電子標(biāo)簽卡），無(wú)論何時(shí)進(jìn)入公司入口，無(wú)需主動(dòng)刷卡即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)簽到，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)員工的自動(dòng)簽到、人員信息自動(dòng)顯示、簽到信息統(tǒng)計(jì)等功能，為公司省去了大量的人力、物力、財(cái)力，也為公司人員省去了大量時(shí)間?？记谙到y(tǒng)中，員工需要刷卡考勤，考勤卡是基于RFID技術(shù)的射頻卡。RFID（射頻識(shí)別）技術(shù)是一種無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)，俗稱(chēng)電子標(biāo)簽。RFID系統(tǒng)主要由三部分組成，分別是接收讀取器（Reader）、天線（Antenna）以及電子標(biāo)簽（Tag）。電子標(biāo)簽主要由芯片和耦合元件組成，數(shù)據(jù)信息存在芯片內(nèi)部。接收讀取器是讀取電子標(biāo)簽信息的設(shè)備。天線主要用于與信息讀取設(shè)備間通信，它可以在接收讀取器和電子標(biāo)簽之間傳遞射頻信號(hào)。其工作原理是當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入接收讀取器的有效區(qū)域后，會(huì)感應(yīng)到接收讀取器發(fā)出的射頻信號(hào)，電子標(biāo)簽通過(guò)電磁感應(yīng)獲取能量并工作，同時(shí)，通