第一章-無線射頻識別技術

無線射頻識別技術——RadioFrequencyIdentification(RFID)目錄1RFID技術概述2RFID技術基礎3RFID中的天線技術4RFID的射頻前端5RFID電子標簽6RFID讀寫器7RFID中的標準體系8RFID系統(tǒng)安全9物聯(lián)網(wǎng)的典型架構—EPC系統(tǒng)10RFID的應用實例ZTE教學目標了解RFID技術的發(fā)展趨勢及主要應用方向理解RFID技術的定義及特征掌握RFID系統(tǒng)的組成及其特點掌握日常生活中RFID應用案例掌握RFID技術應用面臨的問題重點：

RFID技術的組成及其特點難點：

RFID技術應用面臨的問題第一章RFID技術概述1.認識RFID技術2.

RFID技術的特點3.

RFID系統(tǒng)的組成4.

RFID系統(tǒng)的特征5.

RFID技術現(xiàn)狀與面臨的問題ZTE1.1認識RFID※什么是RFIDRFID—是RadioFrequencyIdentification的縮寫，即無線射頻識別。

它常稱為感應式電子晶片或近接卡、感應卡、非接觸卡、電子條碼等，也稱電子標簽或應答器。RFID是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數(shù)據(jù)，可快速地進行物品追蹤和數(shù)據(jù)交換，且其識別工作無須人工干預，可工作于各項惡劣環(huán)境。ZTE※什么是RFID技術

第二代身份證第二代身份證非接觸式IC卡技術讀寫器，內置RFID芯片，接收（犯罪分子行蹤）圖1-1ZTE1.2

RFID技術的特點ZTE圖1-2最常用的幾種自動識別技術

RFID識別技術與其它自動識別技術ZTE1.3

RFID系統(tǒng)的組成RFID系統(tǒng)通常四部分組成：讀寫器（Reader)、電子標簽（Tag），RFID中間件和應用系統(tǒng)軟件構成，一般把中間件和應用系統(tǒng)軟件稱為應用系統(tǒng)，如圖1-2所示。讀寫器—通過通信技術和網(wǎng)絡系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫相連接；它不但可以閱讀射頻標簽，還可以擦寫數(shù)據(jù)。ZTE應用系統(tǒng)—數(shù)據(jù)信息的儲存與管理，即數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)電子標簽—應答器，數(shù)據(jù)載體圖1-3RFID系統(tǒng)組成ZTE圖1-4RFID系統(tǒng)結構§

1.3.1硬件組件1.讀寫器

讀寫器通常由射頻接口、邏輯控制單元和天線三部分組成，其內部結構如圖1-3所示。ZTE圖1-4RFID閱讀器在射頻接口中有兩個分隔開的信號通道，分別用于來往于電子標簽與讀寫器兩個方向的數(shù)據(jù)傳輸。傳送往電子標簽的數(shù)據(jù)通過發(fā)射器分支通道發(fā)射，而來自于電子標簽的數(shù)據(jù)則通過接收器分支通道接收。

天線是一種能將接收到的電磁波轉換為電流信號，或將電流信號轉換成電磁波發(fā)射出去的裝置。在RFID系統(tǒng)中，讀寫器必須通過天線發(fā)射能量，形成電磁場，通過電磁場對電子標簽進行識別，所以，讀寫器上的天線所形成的電磁場范圍就是讀寫器的可讀區(qū)域。ZTEZTE圖1-5RFID讀取器內部結構圖1-6RFID讀取器示意圖2.電子標簽電子標簽是射頻識別系統(tǒng)的數(shù)據(jù)載體，電子標簽由標簽天線和標簽專用芯片組成，每個標簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標識目標對象。ZTE圖1-7RFID標簽內部結構標簽的類型鈕扣型試管型鑰匙型卡片型表帶型鈕扣型智能型標簽電子卷標電子標簽（ElectronicTag）也稱為智能標簽（SmartLabel），是指由IC芯片和無線通信天線組成的超微型的小標簽，其內置的射頻天線用于和讀寫器進行通信。系統(tǒng)工作時，讀寫器發(fā)出查詢（能量）信號，標簽（無源）在收到查詢（能量）信號后將其一部分整流為直流電源供電子標簽內的電路工作；另一部分能量信號被電子標簽內保存的數(shù)據(jù)信息調制后反射回讀寫器。電子標簽是射頻識別系統(tǒng)真正的數(shù)據(jù)載體。ZTE§

1.3.2軟件組件1.中間件中間件位于客戶機、服務器的操作系統(tǒng)之上，管理計算資源和網(wǎng)絡通信。RFID中間件扮演著電子標簽和應用程序之間的中介角色，從應用程序端使用中間件提供的一組通用的應用程序接口（API），即能連到RFID讀寫器，讀取電子標簽數(shù)據(jù)。這樣，即使存儲電子標簽信息的數(shù)據(jù)庫軟件或后端應用程序增加或改由其他軟件取代，或者RFID讀寫器種類增加等情況發(fā)生時，應用端不需修改也能處理，解決了多對多連接的維護復雜性問題。ZTERFID中間件主要包括以下4個功能：讀寫器協(xié)調控制數(shù)據(jù)過濾與處理數(shù)據(jù)路由與集成進程管理圖1-8中間件ZTEZTE

2.RFID應用系統(tǒng)軟件RFID應用系統(tǒng)軟件是針對不同行業(yè)的特定需求開發(fā)的應用軟件，可以有效地控制讀寫器對電子標簽信息進行讀寫，并且對收集到的目標信息進行集中的統(tǒng)計與處理。RFID應用系統(tǒng)軟件可以集成到現(xiàn)有的電子商務和電子政務平臺中，與ERP、CRM以及SCM等系統(tǒng)結合以提高各行業(yè)的生產效率。1.4

RFID系統(tǒng)特征§

1.4.1

RFlD系統(tǒng)的基本模型射頻標簽與讀寫器之間通過天線架起空間電磁破的傳輸通道。射頻標簽與讀寫器之間的電磁耦合包含兩種情況，即近距離的電感耦合與遠距離的電磁耦合。ZTE

電感耦合方式一般適合與中低頻工作的近距離射頻識別系統(tǒng)，典型的工作頻率有125kHz、225kHz和13.56MHz。識別作用距離小于1m,典型作用距離為10~20cm。例如地感檢測器，IC飯卡，IC公交卡等。

電磁反向散射耦合方式采用雷達原理模型，發(fā)射出去的電磁波碰到目標后發(fā)射，同時帶回目標信息，依據(jù)的是電磁波空間傳輸規(guī)律。電磁反向散射耦合方式一般適用于高頻、微波工作的遠距離射頻識別系統(tǒng)，典型的工作頻率有433MHz、915MHz、2.45GHz和5.8GHz。識別作用距離大于1m，典型作用距離為3~10m。例如ETC收費。ZTE圖1-9ETC收費電磁耦合與電感耦合的差別：電磁耦合方式中閱讀器將射頻能量以電磁波的形式發(fā)送出去；在電感耦合方式中，閱讀器將射頻能量束縛在閱讀器電感線圈的周圍，通過交變閉合的線圈磁場，溝通閱讀器線圈與射頻標簽線圈之間的射頻通道，沒有像空間輻射電磁能量。ZTE在射頻識別系統(tǒng)工作過程中，空間傳輸通道中發(fā)生的過程可歸結為三種事件模型：數(shù)據(jù)交換是目的，時序是數(shù)據(jù)交換的實現(xiàn)形式，能量是時序得以實現(xiàn)的基礎。射頻識別系統(tǒng)的模型如圖1-8所示。ZTE圖1-10射頻識別系統(tǒng)模型

1．能量

讀寫器向射頻標簽供給射頻能量。對于無源射頻標簽來說，其工作所需的能量即由該射頻能量中取得（一般由整流方法將射頻能量轉變?yōu)橹绷麟娫创嬖跇撕炛械碾娙萜骼铮?；對于（半）有源射頻標簽來說，該射頻能量能夠喚醒標簽轉入工作狀態(tài)。而有源射頻標簽一般不利用讀寫器發(fā)出的射頻能量，因而讀寫器能夠以較小的發(fā)射能量取得較遠的通信距離。移動通信中的基站與移動臺之間的通信方式可歸入該類模式。ZTE

2．時序對于雙向系統(tǒng)（讀寫器向射頻標簽發(fā)送命令與數(shù)據(jù)，射頻標簽向讀寫器返回所存儲的數(shù)據(jù)）來說，讀寫器一般處于主動狀態(tài)，即讀寫器發(fā)出詢問后，射頻標簽予以應答，稱這種方式為讀寫器先講方式。ZTE另一種情況是射頻標簽先講方式，即射頻標簽滿足工作條件之后，首先發(fā)送信息，讀寫器根據(jù)射頻標簽發(fā)送的信息，進行記錄或進一步發(fā)送詢問信息，與射頻標簽構成一個完整地對話，來達到讀寫器對射頻標簽進行識別的目的。在讀寫器識別范圍內存在多個標簽時，對于具有多標簽識別功能的射頻系統(tǒng)，一般情況下，讀寫器處于主動狀態(tài)，即采取讀寫器先講方式。ZTE實現(xiàn)多標簽的讀取，現(xiàn)實應用中也有采用標簽先講方式的應用。多標簽讀寫問題是射頻識別技術及應用中面臨的一個較為復雜的問題，目前已有多種方法可以有效地解決這種問題。ZTE

3．數(shù)據(jù)傳輸射頻識別系統(tǒng)所完成的功能可歸結為數(shù)據(jù)獲取的一種實現(xiàn)手段，因而國外也有將其歸為自動數(shù)據(jù)獲取技術范疇。射頻識別系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交換包含兩個方面的含義：從讀寫器向射頻標簽方向的數(shù)據(jù)傳輸和從射頻標簽向讀寫器方向的數(shù)據(jù)傳輸。（1）讀寫器向射頻標簽方向的數(shù)據(jù)傳輸可以分為兩種情況：有線寫入方式和無線寫入方式。具體采用何種寫入方式需要結合應用系統(tǒng)的需求、代價、技術實現(xiàn)的難易程度等因素來決定。ZTE（2）從射頻標簽向讀寫器方向的數(shù)據(jù)傳輸：射頻標簽的工作使命是實現(xiàn)由標簽向讀寫器方向的數(shù)據(jù)傳輸。其工作方式包括：射頻標簽收到讀寫器發(fā)送的能量時，即被喚醒并向讀寫器反射標簽存儲的數(shù)據(jù)信息；射頻標簽收到讀寫器發(fā)送的射頻能量被激勵后，根據(jù)接收到的讀寫器的指令情況轉入發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)或睡眠狀態(tài)。從工作原理上說，第一種工作方式屬單向通信；第二種工作方式為半雙工雙向通信。ZTE§

1.4.2

RFlD系統(tǒng)的性能指標

可讀寫RFID系統(tǒng)的性能有以下幾個指標：

（1）射頻標簽存儲容量

（2）工作方式

（3）數(shù)據(jù)傳輸速度

（4）讀寫距離

（5）多個標簽識別能力

（6）射頻標簽與天線間的射頻載波頻率（7）RFID系統(tǒng)的連通性（8）數(shù)據(jù)載體（9）狀態(tài)模式（10）能量供應ZTE§

1.4.3

RFlD系統(tǒng)的分類依據(jù)電子標簽供電方式的不同，電子標簽可以分為有源電子標簽(Activetag)、無源電子標簽(Passivetag)和半無源電子標簽(Semi—passivetag)。有源電子標簽內裝有電池，無源射頻標簽沒有內裝電池，半無源電子標簽(Semi—passivetag)部分依靠電池工作。電子標簽依據(jù)頻率的不同可分為低頻電子標簽、高頻電子標簽、超高頻電子標簽和微波電子標簽。依據(jù)封裝形式的不同可分為信用卡標簽、線形標簽、紙狀標簽、玻璃管標簽、圓形標簽及特殊用途的異形標簽等。ZTE

※1.

RFID的類型(以電力來源分類)

※2.

RFID的類型(以頻率來源分類)

Ⅰ低頻LowFrequency(LF)：主要規(guī)格125KHz、135KHz。低頻的最大優(yōu)點在于其標簽靠近金屬或液體的物品能夠有效發(fā)射訊號，不像其他較高頻率標簽的訊號會被金屬或液體反射回來，但缺點是讀取距離短、無法同時進行多標簽讀取以、及資訊量較低，一般應用于門禁系統(tǒng)、動物晶片、汽車防盜器和玩具等。ZTEⅡ高頻HighFrequency(HF)：主要規(guī)格13.56MHz。常見的主要規(guī)格有13.56MHz；ISO-14443AMifare和ISO-15693；電子卷標都是被動式感應耦合，讀取距離約10-100公分；優(yōu)點在于傳輸速度較快且可進行多標簽辨識；缺點是于環(huán)境干擾較為敏感，在金屬或較潮濕的環(huán)境下，讀取率較低；應用于門禁系統(tǒng)、悠游卡、電子錢包、圖書管理、產品管理、文件管理、棧板追蹤、電子機票、行李卷標；技術最成熟且應用和市場也最廣泛且接受度高；故建議現(xiàn)階段應大力發(fā)展此領域技術和應用。ZTEⅢ超高頻UltraHighFrequency(UHF)：主要規(guī)格433MHz、860MHz～960MHz。雖然在金屬與液體的物品上應用較不理想，但由于讀取距離較遠、資訊傳輸速率較快，而且可以同時進行大量標簽的讀取與辨識，因此目前已成為市場主流，未來將廣泛應用于航空旅客與行李管理系統(tǒng)、貨架及棧板管理、出貨管理、物流管理…等。超高頻電子標簽ZTEZTEⅣ極高頻/微波SuperHighFrequency(SHF)/Microwave(uW)：主要規(guī)格2.4GHz、5.8GHz極高頻/微波標簽特性與應用和超高頻段相似，但是對于環(huán)境的敏感性較高，像是易被水氣吸收，實作較復雜，未完全標準化，普及率待觀察，一般應用于行李追蹤、物品管理、供應鏈管理…等。ZTE

※3.根據(jù)交互原理進行分類

（1）電感耦合

（2）電磁反向散射耦合（3）聲表面