物聯(lián)網(wǎng)識別技術(shù)與應(yīng)用 課件 3.1 RFID射頻系統(tǒng)認知

物聯(lián)網(wǎng)識別技術(shù)

射頻識別RFID系統(tǒng)RFID系統(tǒng)架構(gòu)RFID工作流程讀寫器和電子標(biāo)簽RFID通訊原理項目實踐項目場景射頻識別技術(shù)（RadioFrequencyIdentifiCation，RFID）是一種利用射頻信號空間耦合（交變磁場或電磁場）實現(xiàn)非接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達到識別目的的技術(shù)。RFID技術(shù)在20世紀(jì)40年代產(chǎn)生，最初單純用于軍事領(lǐng)域中辨別敵我飛機身份，從20世紀(jì)90年代開始在企業(yè)內(nèi)部等閉環(huán)內(nèi)逐步推廣使用?，F(xiàn)在隨著物聯(lián)網(wǎng)概念的產(chǎn)生，RFID技術(shù)逐步運用到各行各業(yè)之中。任務(wù)目標(biāo)RFID射頻技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)感知層的一個重要組成部分。本任務(wù)的目標(biāo)為了解RFID技術(shù)的特點，了解RFID在物聯(lián)網(wǎng)體系中的應(yīng)用，RFID系統(tǒng)組件構(gòu)成，每個組件的基本結(jié)構(gòu)和通信原理。RFID的發(fā)展歷史1940-1950由于雷達技術(shù)的應(yīng)用和改進，產(chǎn)生了RFID技術(shù)，也奠定了RFID技術(shù)的基礎(chǔ)。在這個探索期，RFID技術(shù)主要是在實驗室進行研究，具有使用成本高、設(shè)備體積大等特點。1960-1980RFID技術(shù)成為了現(xiàn)實。無線理論以及其他電子技術(shù)(如集成電路和微處理器)的發(fā)展，為RFID技術(shù)的商業(yè)化奠定了基礎(chǔ)。在應(yīng)用方面，歐洲出現(xiàn)了商品電子監(jiān)視器，是RFTD技術(shù)第一次在商業(yè)系統(tǒng)應(yīng)用。此后，RFID技術(shù)逐步進入商業(yè)應(yīng)用階段，RFID技術(shù)成為了現(xiàn)實。1980-1990RFID技術(shù)的普及期。RFID產(chǎn)品種類更加豐富，標(biāo)準(zhǔn)化問題日趨為人們所重視，電子標(biāo)簽成本不斷降低，規(guī)模應(yīng)用行業(yè)不斷擴大。發(fā)達國家配置了大量的RFID電子收費系統(tǒng)，并將RFID用于安全和控制系統(tǒng)。1990至今2003年，世界最大的連鎖超市沃爾瑪公司要求供應(yīng)商為貨物配備電子標(biāo)簽為標(biāo)志，RFID進入全球化全面普及應(yīng)用階段商業(yè)巨頭對RFID技術(shù)的推動作用2003年，美國沃爾瑪公司要求100個主要供應(yīng)商在其貨箱和托盤上應(yīng)用RFID電子標(biāo)簽。沃爾瑪是世界最大的連鎖超市，沃爾瑪?shù)母呒壒?yīng)商每年要把80億一100億箱貨物運送到零售商店，一旦這些貨箱貼上電子標(biāo)簽，就需要安裝相關(guān)的RFID設(shè)施。因此，沃爾瑪?shù)倪@項決議使RFID技術(shù)在各行業(yè)的應(yīng)用迅速擴展。在全球范圍內(nèi)極大地推動了RFID技術(shù)的普及。RFID系統(tǒng)架構(gòu)典型的RFID系統(tǒng)主要由閱讀器、電子標(biāo)簽、RFID中間件和應(yīng)用系統(tǒng)軟件4部分構(gòu)成。RFID讀寫器和射頻標(biāo)簽讀寫器讀取或?qū)懭腚娮訕?biāo)簽信息的設(shè)備，具有讀取、顯示和數(shù)據(jù)處理等功能。射頻標(biāo)簽標(biāo)簽最主要的功能就是能夠存儲一定量的數(shù)據(jù)，并以非接觸的方式將存儲的數(shù)據(jù)發(fā)送給讀寫器。讀寫器遵守主從原則在RFID應(yīng)用系統(tǒng)中，要從一個電子標(biāo)簽中讀出數(shù)據(jù)或者向一個電子標(biāo)簽中寫入數(shù)據(jù)，需要非接觸式的讀寫器作為接口。讀寫器與電子標(biāo)簽的所有動作均由應(yīng)用軟件控制，對一個電子標(biāo)簽的讀寫操作是嚴格按照“主從”原則進行的。在這個“主從”原則中，應(yīng)用軟件是主動方,讀寫器是從動方，只對應(yīng)用軟件的讀寫指令做出反應(yīng)。RFID工作流程應(yīng)用軟件向讀寫器發(fā)出讀取某一電子標(biāo)簽信息的命令讀寫器進行搜索，查看電子標(biāo)簽是否在讀寫器的作用范圍內(nèi)該電子標(biāo)簽向讀寫器回答出某個序列號讀寫器對該電子標(biāo)簽的身份進行驗證讀寫器通過對該電子標(biāo)簽的身份驗證后，讀取該電子標(biāo)簽的信息讀寫器將該電子標(biāo)簽的信息送往應(yīng)用軟件讀寫器基本任務(wù)啟動電子標(biāo)簽與電子標(biāo)簽建立通信沖突避免和身份驗證重要功能發(fā)射電磁波為無源電子標(biāo)簽提供能量來源工作方式電感耦合，原理類似變壓器電磁反向散射耦合，原理類似雷達讀寫器的分類按工作頻率分類：低頻讀寫器、中高頻讀寫器、超高頻讀寫器和微波讀寫器等。低頻讀寫器30KHz-300KHz常用頻率125KHz中高頻讀寫器0.3MHz-30MHz常用頻率13.56MHz超高頻讀寫器860-930MHz常用頻率915MHz微波讀寫器30GHz以下常用頻率2.4GHz射頻標(biāo)簽在RFID系統(tǒng)中，射頻標(biāo)簽的復(fù)雜程度雖然遠不如讀寫器，但是應(yīng)用中標(biāo)簽被廣泛部署，數(shù)量龐大。標(biāo)簽功能如下：存儲數(shù)據(jù)標(biāo)簽內(nèi)存儲和物品相關(guān)的信息：標(biāo)識符、生產(chǎn)日期、生產(chǎn)廠家等非接觸式讀寫標(biāo)簽可在距離讀寫器一定距離的范圍內(nèi)被識別能量獲取標(biāo)簽可從讀寫器發(fā)射的電磁場中吸收能量，為標(biāo)簽自身工作供電安全加密標(biāo)簽和讀寫器之間的通信遵循一定的安全協(xié)議碰撞退讓即多標(biāo)簽與多讀寫器場景下的響應(yīng)機制等射頻標(biāo)簽分類按能量來源分類有源標(biāo)簽又稱為主動標(biāo)簽有源標(biāo)簽工作的能量依靠自身攜帶的電池。無源標(biāo)簽自身沒有能源依靠反射讀寫器發(fā)射的載波信號獲得電能半無源標(biāo)簽有源標(biāo)簽和無源標(biāo)簽的結(jié)合集成電路板上也有電池作為輔助性的能量來源射頻標(biāo)簽分類按工作頻率分類低頻標(biāo)簽工作頻率范圍為30kHz-300kHz。一般為無源標(biāo)簽，閱讀距離一般情況下小于1米。中高頻標(biāo)簽工作頻率一般為3MHz~30MHz。一般也采用無源方式。超高頻與微波標(biāo)簽閱讀距離大。其典型工作頻率為：862(902)~928MHz，2.45GHz，5.8GHz。射頻標(biāo)簽分類按照讀寫能力分類只讀標(biāo)簽只能夠被讀取，不能夠被寫入數(shù)據(jù)。標(biāo)簽內(nèi)含有唯一標(biāo)識這個標(biāo)簽的序列號。讀寫標(biāo)簽除了提供被讀寫器讀取數(shù)據(jù)的能力外，還允許讀寫器向標(biāo)簽中寫入數(shù)據(jù)。按外觀結(jié)構(gòu)分類固定式讀寫器手持式讀寫器工業(yè)用讀寫器讀寫器的形式射頻標(biāo)簽形式按封裝形式分類卡形標(biāo)簽標(biāo)簽型標(biāo)簽植入型標(biāo)簽配件型標(biāo)簽RFID通信原理RFID技術(shù)是指利用無線電波來識別RFID標(biāo)簽的一種方式。了解相關(guān)頻譜分配情況以及不同頻率的信號特性，在無線通信學(xué)習(xí)中十分重要。RFID通信原理典型的RFID工作頻率包括低頻的125kHz~134kHz、高頻對應(yīng)的13.56MHZ、超高頻的915MHZ以及微波段的2.4GHZ和5.8GHZ。RFID選取諸多工作頻率段主要是因為不同的頻率，信號傳輸?shù)奶匦杂幸欢ú顒e:總體而言，低頻信號由于波長較長，擁有較好的衍射能力，通常可以繞過大多數(shù)的障礙物傳輸，不影響傳輸距離，但是，低頻信號的穿透力卻較弱。相反，超高頻的信號可以穿透木板，硬紙板等物質(zhì)，而1m左右的波長導(dǎo)致其衍射能力有限。RFID標(biāo)準(zhǔn)體系目前國際上有多種RFID標(biāo)準(zhǔn)體系，其中ISO/IEC、EPCglobal和UID是3種最主要的RFID標(biāo)準(zhǔn)體系。ISO/IEC數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)空中接口標(biāo)準(zhǔn)近耦合電路卡標(biāo)準(zhǔn)…EPCglobal面向物流供應(yīng)鏈領(lǐng)域解決供應(yīng)鏈的透明性和追蹤性UID日本的電子標(biāo)簽標(biāo)準(zhǔn)編碼方面制定了Ucode編碼體系項目實踐RFID射頻技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)感知層的技術(shù)，本實踐是熟悉認知RFID技術(shù)相關(guān)綜合實驗平臺。物聯(lián)網(wǎng)RFID套件，可支撐相關(guān)教學(xué)內(nèi)容。該物聯(lián)網(wǎng)RFID套件涵蓋了RFID射頻四種頻段的硬件：125K低頻、13.