RFID射频识别的现状与未来.ppt

物联网基础之一,射频识别技术的现状与未来,RFID是什么？,RFID：RFID是Radio Frequency Identification 的缩写，即射频识别，俗称电子标签, 是利用无线射频信号实现非接触方式下的双向通信，完成对目标对象的自动识别和数据的读写操作。 区别于其他的短距离无线通信技术在于RFID的被动工作模式，即利用反射能量进行通信。,RFID是什么？,RFID技术具有无接触、精度高、抗干扰、速度快以及适应环境能力强等显著优点，可广泛应用于诸如物流管理、交通运输、医疗卫生、商品防伪、资产管理以及国防军事等领域，被公认为二十一世纪十大重要技术之一。,二十一世纪十大重要技术包括：iPhone，社交网站，网格计算，外包，RFID ，虚拟技术 ，博客 ，绿色技术 ，VOIP ，网络视频。,历史与发展,RFID在历史上的首次应用可以追溯到第二次世界大战期间 (上世纪40年代) 。 在第二次世界大战期间，英国为了识别返航的飞机，就在盟军的飞机上装备有高耗电量的主动式标签(Active Tag)，当控制塔上的探询器向返航的飞机发射一个询问信号后，飞机上的标签就会发出适当的响应，探询器根据接收到的回传信号来识别敌我。这是有记录的第一个RFID敌我识别系统IFF(Identify: Friend or Foe) ，也是第一个RFID的第一次实际应用。,1948年，Harry Stockman发表了题为“利用反射功率进行通信”一文， 奠定了RFID系统的理论基础。,历史与发展,利用三极管作为开关的已调反向散射电路,历史与发展,上世纪70年代末期，美国开始将RFID技术转向民用。 RFID技术最先在商业上的应用是在牲畜身上。到了80年代，美国与欧洲的几家公司开始着手生产RFID标签。 今天，RFID技术已经被广泛应用于各个领域，从门禁管制、牲畜管理，到物流管理，都可以见到RFID的踪迹。,历史与发展,RFID的组成,最简单的RFID系统：由标签（Tag）、阅读器（Reader）及天线（Antenna）组成，实际应用时需与计算机及应用系统（数据管理系统）相结合。,RFID的工作流程,阅读器通过天线发送一定频率的射频信号, 当标签进入发射天线工作区域时产生感应电流, 标签被“催醒”; 同时，标签获得能量将自身编码等信息通过内置发送天线发送出去;,无源标签获取能量的方法,RFID的工作流程,利用三极管作为开关的已调反向散射电路,RFID的工作流程,RFID的工作流程,阅读器天线接收到从标签发送来的信号, 经天线调节器传送到阅读器, 阅读器对接收的信号进行解调和解码然后送到后台主系统进行相关处理 。 后台软件系统根据逻辑运算判断该卡的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行相应的动作。,RFID的工作频率(1),电子物品监控,民用波段电台,GSM:900/1800/1900MHZ频段,802.11b,11g:2.4GHz,射频信号对物体的穿透能力,RFID的工作频率(2),各国超高频系统UHF的频率,各国超高频系统UHF的频率,在我国，851960MHz的频段都已经被现有的应用所占用，涉及的范围包括集群通信、GSM、CDMA等，这决定了我国很难像美国（第二区）那样开放出26M的频宽给RFID使用。920 925MHz的频段在我国属于立体声广播传输的频段，因此新的应用应该不对原有的应用造成太大影响。,我国UHF 频段的频率使用状况,标签与阅读器的耦合方式,电感耦合方式依据的是电磁感应定律，通过空间高频交变磁场实现耦合。一般适合于中、低频工作的近距离射频识别系统。典型的工作频率有:125KHz, 225KHz, 13.56MHz。识别作用距离小于lm，典型作用距离为10-20cm。例如第二代身份证就工作在此模式下。,电磁耦合方式利用所谓的雷达原理模型，发射出去的电磁波碰到目标电子标签后反射，同时携带回目标信息，依据的是电磁波的空间传播规律。一般适合于高频、微波工作的远距离系统。作用距离大于lm，典型的作用距离为3-l0m。典型的工作频率有:433MHz,915MHz, 2.45GHz, 5.8GHz。,标签与阅读器的耦合方式,RFID与其他系统的比较,各种卡片,条码卡,磁卡,接触式IC卡,RFID卡,RFID不仅仅是改进的条码 (1)非接触式，中远距离工作 (2)大批量、由读写器快速自动读取 (3)信息量大、可以细分单品 (4)芯片存储，可多次读取 (5)可以与其他各种传感器共同使用,RFID的技术特点,阅读器,阅读器,阅读器是RFID系统中最重要的基础设施 ：UHF频段的RFID阅读器可分为射频电路和基带电路两部分。 射频电路部分用于完成高频调制信号的调制解调、发射接收。 基带电路部分主要实现编解码、帧成形等功能，同时完成UHF RFID读写器与外部设备或者Host主机之间的通信接口的任务。,阅读器天线,电子标签是RFID主要核心部件，也称射频卡，用于存储物体的识别信息。内部包含一个电子芯片和一个微型天线。每个芯片都含有唯一的识别码，在实际的应用中，射频标签粘贴在待识别物体的表面。,电子标签,电子标签原理图,按供电方式分 :有源 (Active) 标签和无源 (Passive)标签 按工作频率分:低频(LF)标签、高频(HF)标签、超高频(UHF)标签和微波(MW)标签 按通信方式分:主动式标签(TTF)和被动式标签(RTF)。 按标签读写分:只读(R/O)标签、读写(R/W)标签和CPU标签。,RFID标签的分类,由于射频区域内所有标签的发射频率都一样，在阅读器的天线区域中有多个射频标签同时到达时，它们几乎同时响应阅读器的指令而发送信号。这样就会产生信道争用的问题，信号互相干扰，阅读器不能正确接收数据，也就不能正确识别标签，即发生了碰撞(Collusion)。因此就必须找到一种防碰撞(Anti-Collusion)技术，以解决在识别多个目标时标签的数据在传输过程中相互冲突而导致阅读器难以识别的问题。,防碰撞技术,无线电通信系统中多路存取方式，一般具有以下几种形式，空分多路法（SDMA）、频分多路法（FDMA）、时分多路法（TDMA）、码分多路法（CDMA）。,防碰撞技术,标准化是指对产品、过程或服务现实和潜在的问题做出规定，提供可共同遵守的工作语言，以利于技术合作和防止贸易壁垒。射频标准体系是将无线技术作为一个大系统，并形成一个完整的标准体系表。 如果标准采用过早，有可能会制约技术的发展进步；如果标准出台过晚，则可能会限制其应用范围。尤其是世界的一些知名公司分别推出各自的标准，而标准之间互不兼容，表现在频段和数据格式上的差异，这会为RFID的大范围使用带来了困难。,RFID技术的协议标准,RFID标准大致包含四类： 1.技术标准(如符号、射频识别技术、IC卡标准等)； 2.数据内容标准(如编码格式、语法标准等)； 3.一致性标准(如印刷质量、测试规范等标准)； 4.应用标准(如船运标签、产品包装标准等)。 其中编码标准和通信协议(通讯接口)是争夺得比较激烈的部分，它们也构成了RFID标准的核心。,RFID技术的协议标准,(1)EPC Global（欧美）：总部设在美国麻省理工学院的Auto-IDCenter，领导组织是美国的EPC（电子产品代码）环球协会，在全球拥有上百家成员。旗下有沃尔玛集团、英国Tesco等企业，同时有IBM、微软、飞利浦、德州仪器、Auto-ID Lab等公司提供技术支持。 (2)UID（Ubiquitious ID Center 日本）：由日系厂商组成;如NEC、日立、东芝等，但是少部分来自国外的著名厂商也有参与，如微软、三星、LG和SKT。,全球两大RFID标准阵营,由于两大阵营得到了不同的厂商支持，因而国际标准采纳何种标准，势必会影响各个厂商的市场份额，进而影响产业链各个环节的积极互动合作。在RFID的规模应用进程中，如何协调各大厂商利益，如何将分裂的各路诸侯纳入到统一的技术规范中，要比解决单纯的技术问题复杂得多。 比较而言，EPC Global由于综合了美国和欧洲厂商，在RFID技术标准制定中实力相对占上风。,全球两大RFID标准阵营,目前，国际化标准组织声势浩大地“进军”中国市场，在建立中国自主知识产权的RFID标准的大旗下，国家标准委、科技部、信息产业部等机构纷纷提出各自建立中国RFID标准体系的策略，并与国际标准组织进军中国的攻势交织在一起。 有的主张采用参照或引用某种国际标准并作相应的本地化修改的方式来制定中国的国家标准，有的主张自主开发中国的RFID标准，还有的主张收购或兼并拥有RFID专利的公司，从而变国际标准为中国标准。,RFID标准在中国的运行情况,国内在RFID研究方面才刚刚起步，要制定完全自主知识产权的RFID标准体系可能需要几年甚至十几年才能完成。据了解国外已经申请了6000多项与RFID相关的专利，而国内与RFID相关的专利还寥寥无几； 市场能否允许中国再花几年甚至十几年时间研究RFID相关技术？,RFID标准在中国的运行情况,标准是技术的核心制高点，可我们却不得不面对诸多残酷的现实，从VCD、DVD到EVD，再从数字电视到3G。 尽管EPC global China反复强调要建立符合中国自己的标准，却无法忽视专利壁垒。“目前围绕着EPC标准国际上已经有6000多项专利，尽管标准不收费，但是这6000多项专利是要收钱的，要想完全规避这些专利而在此标准下形成我国自有的专利还是不太现实。”,RFID标准在中国的运行情况,2004年10月，国家科技部陆续启动了第一批863计划课题研究； 2005年10月，信息产业部批准成立了电子标签标准工作组； 2006年6月9日，中国射频识别（RFID）技术政策白皮书正式发布；目前正在起草蓝皮书， 2006年10月25号，国家射频识别产业化（上海）基地正式成立；,中国RFID大事记,2007年4月20日，信息产业部公布了中国的UHF频段。 2010年7月，中国的RFID标准工作又取得了一个重大突破：一项新的集装箱标准ISO/PAS 18186：集装箱RFID货运标签系统正式成为国际标准化组织（ISO）认可的国际公共规范。 这个规范是在物流和物联网领域第一项由我国提出并积极推动制定，由ISO正式发布的可公开提供的规范。它的基础来源于上海港的科技创新成果。,中国RFID大事记,目前，我国承担45个ISO/IEC技术机构秘书处工作，担任24个ISO/IEC技术机构主席和副主席职务。由我国提出或推动制定的国际标准草案210项，其中已被批准为国际标准的达96项。,中国RFID大事记,RFID的行业应用,应用和案例研究 供应链,下一代供应链技术,入口,主要优势,区域配送中心,零售商店,具有 RFID 功能的坚固耐用的移动数据终端,制造厂,避免手动库存管理 准确管理库存 提高存货可视性和可跟踪性,减少库存量 减少仓储要求 提高生产率,减少库存损耗 提高对产品召回的响应 自动更新供应系统 更好的失窃检测,零售店内可视性,应用与案例研究 制造业和工业,工业仓库库存跟踪,问题,劳动/时间密集型库存流程 代价高昂的误分拣和装运错误和过期产品损失的错误,货站入口、传送带和叉车处的 RFID 借助地面上的 RFID 标签实现位置可视性,解决方案,装运、收货和检验处理时间缩短了 2 倍至 60 倍 配送中心可节省 20% 的运营成本,结果,读取货架标签以验证正确的货盘放置位置,地面上的标签可用于跟踪叉车位置,应用与案例研究 旅行与交通 航空,下一代的机场技术,McCarran 国际机场,问题,航空标签,McCarran 是第一家对所有行李、所有航空公司做出承诺的机场,需要尽快提高保障乘客安全的能力,解决方案,提高客户服务水平和安全性 端到端的行李可视性。,优势,拉斯维加斯的McCarran国际机场是美国最繁忙的七大机场之一,建立了基于RFID的高效率、低成本而且准确无误的行李跟踪系统，该系统使 McCarran 机场对行李跟踪的准确率几乎达到了 100%，而且可以自始至终地掌握行李的情况。,应用和案例研究 制药业,药品跟踪,要求跟踪处方药 更好的供应链可视性,问题,RFID 物品级标签 跟踪产品包装 装运的读取器,解决方案,实现处方药的跟踪 防止失窃和假冒 提高对到期药品和存货量的控制,结果,Wal-Mart 要求二类麻醉药品供应商 对每瓶药均使用 RFID 标签,问题,符合性,“药品掠夺现象日益猖獗OxyContin 成为掠夺的目标”,创建电子谱系 存储了有关产品在整个供应链中的每次变化的数据的安全的文件。 每个药瓶能够在整个供应链中被反向跟踪 对药盒附上标签将使 Purdue 能够更加准确地查找某瓶药,优势,Purdue,世界上首个使用对 EPC 标签对大量独特物品制签的系统,HD Smith,问题,产品供应链的安全性和完整性较差,低效的产品处理和物流管理,HD Smith 目前使用 读取器扫描 Purdue 的贴有标签的产品，并使用标签对未采用 RFID 标签的产品进行标记 然后，HD Smith 将产品运往四个附属药店，从而，创建首个基于 RFID 的药品供应链,解决方案,借助药瓶序列号级的电子谱系提高产品的完整性,优势,HD Smith 是美国第七大药品批发商, 首家采用 RFID 的药品批发商。,应用与案例研究 资产管理/人员管理,贵重的物品与设备的防盗、安全管理是一直备受关注。 重要系统信息的保障也非常重要，如有丢失会造成巨大损失。,谁来管理 我们啊？,贵重物品,重要信息,资产管理的必要性,资产管理的系统架构,阅读器,阅读器,出口1,出口n,天线,服务器,标签打印机,+,安全区域,标签,生成标签,报警装置,资产管理功能,资产管理系统,用户管理： 设置三种用户：超级管理员、部门管理员及普通用户，具有不同的权限。,资产管理： 包括资产的录入、修改、标签打印等。,日志管理： 记录用户操作、资产出入信息和警报信息。,报警管理： 非法标签出入，系统自动报警。,系统管理： 设置系统相应的参数。,安全管理： 设置资产的安全等级，对不同等级的资产采用不同的管理方式。,人员管理,每人携带一个RFID标签在车间内、出入口等位置安装RFID读写设备。 人员通过时，记录通过的时间等信息。标签与人员的信息绑定（如：姓名、年龄、工种、班次等） RFID系统采集信息联入数据库，实时掌握人员信息,数据库,应用与案例研究 交通管理,现状： 套牌：交通违章，侵害合法车主权益； 车辆盗抢：每年近10万辆汽车被盗； 交通的通行限行管理； 高速公路的收费； 公交优先； 车辆通行信息的精准记录。,交通管理,车辆挡风玻璃上安装车载通行支付RFID电子标签。 电子标签与收费站ETC车道上的微波天线之间的通过微波短程通信。 利用计算机联网与银行系统进行后台结算处理,高速公路ETC 系统,ETC不停车收费系统,高速公路全国联网电子不停车收费 高速公路路径识别 随着高速公路路网建设的逐步完成，主要出现下面两个问题急需解决： 路径识别及通行费精确拆分问题 通行效率问题,未来重点解决的问题,路径识别及通行费拆分问题,路径识别及通行费拆分问题,路径识别应用框架,应用与案例研究 RFID与移动信息化的结合,RFID应用的发展方向,物品与物品之间的“物联网”,信息、数据流转的“移动信息网”,商业、资金流转的商业网络,+,+,RFID,移动通信,商业金融,初级阶段,发展阶段,成熟阶段,供应链管理,库存管理,药品跟踪,假药防伪,移动支付,RF-SIM,RFID手机,电子关锁,与移动信息化有机结合，实现物流、信息流、资金流的“三流合一”， 应用范围更广阔，由生产流通领域拓展至商贸、服务及消费领域,移动信息化：“移动互联网”可以充分发挥移动信息化的优势，同时提升信息化的效果； 移动信息化与RFID结合：“3A”“4W”,3A,Anytime,Anyone,Anywhere,RFID应用的发展方向,无线数据传输,RFID手持终端,将资金流、信息流和物流结合在一起，实现随时随地的移动支付及客户服务,全程监控,RFID+GPS+GPRS+GIS+GSM，实现物流的全程监控，有效的物流的实时情况,移动支付,基于无线传输（GPRS/WIMAX/WLAN）的阅读器，降低数据传输成本,将RF模块嵌入到手机智能卡（SIM）中，从而使SIM卡同时具有射频识别卡的功能,RFID与移动信息化的结合,Felica,采用内置RFID芯片，将手机变成了移动钱包 除支付功能外，商家还能通过使用可读取存储卡和手机 芯片上的信息，向用户提供电子货币和积分点服务,RFID手机,在手机中嵌入了RFID芯片，可以实现“供应链、客户服务、销售计划及商标管理”的远程操作 如在超级市场选购了一件商品，商品上的RFID标签就会自我识别，让客户的手机下载商品的相关信息,RFID与移动信息化的结合,利用电子关锁和GPS定位监控系统技术,货物在起运地海关预报关后，同