射频识别技术的应用与发展

1、射频识别技术的应用与发展xx西南大学电子信息工程学院，重庆摘要：无线射频识别技术(RFID)作为一种新兴的自动识别技术，近年来在国内外已经得到了迅速发展。本文简述了目前RFID技术的优势和发展状况，详细介绍了RFID系统的组成及其工作原理，RFID技术的发展历史及现状，目前的市场情况，相关的国家政策，最后讨论了RFID技术应用和发展趋势。关键词：RFID；射频识别技术；发展 The application of RFID technology and developmentYANG FanSchool of Electronic and Information Engineering, Sou

2、thwest University, Chong qing , PR ChinaAbstract:Radio frequency identification technology (RFID) as a new automatic identification technology, in recent years at home and abroad have got rapid development. This paper briefly describes the current advantages and development situation of RFID technol

3、ogy, RFID system was introduced in detail the composition and working principle of RFID technology in the development history and present situation, the current market situation, the relevant national policy, the RFID technology application and development trend are discussed.Keywords:RFID; Radio fr

4、equency identification technology; Development第1章 导论无线射频识别技术(RadioFrequencyIdentification，RFID)，或称射频识别技术，是从二十世纪90年代兴起的一项非接触式自动识别技术。它是利用射频方式进行非接触式双向通信，以达到自动识别目标对象并获取相关数据的目的，具有精度高、适应环境能力强、抗干扰强、操作快捷等许多优点1-3。目前常用的自动识别技术中，条码和磁卡的成本较低，但是都容易磨损，且数据量很小；接触式IC卡的价格稍高些，数据存储量较大，安全性好，但是也容易磨损，寿命短；而射频卡实现了免接触操作，应用便利，无

5、机械磨损，寿命长，无需可见光源，穿透性好，抗污染能力和耐久性强，而且，可以在恶劣环境下工作，对环境要求低，读取距离远，无需与目标接触就可以得到数据，支持写入数据，无需重新制作新的标签，可重复使用，并且使用了防冲撞技术，能够识别高速运动物体并可同时识别多个射频卡。这项技术在各领域的应用便不由得被众多学者关注，并也得出了很多优秀的理论。近年来，无线射频识别技术在国内外发展越发迅速，RFID产品种类也越来越多样化，像TI、Motrola、Philips、Microchip等世界著名厂家都生产RFID产品，并且各有特点，自成系列。RFID已被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域

6、，例如汽车或火车等的交通监控系统、高速公路自动收费系统、物品管理、流水线生产自动化、门禁系统、金融交易、仓储管理、畜牧管理、车辆防盗等。随着成本的下降和标准化的实施，RFID技术的全面推广和普遍应用将是不可逆转的趋势4。本文中，我们将着重讨论射频识别技术的应用及其在未来的发展前景，希望能为将来的走势提供一些理论基础。本文中参考的文献涉及到众多方面，射频识别技术的发展与应用（李进东，范琴秀，2006）5，射频技术发展现状与应用（王金川.覃真，韩煜，2007）6，无线射频识别技术及其应用和发展趋势（蒋皓石.张成，林嘉与2005）4，射频识别技术RFID发展的前景及应用分折(陈志雄,2004)7，射

7、频识别技术及其发展现状(沈宇超.沈树群，1999)8，RFID技术安全性研究（郎为民.雷承达.Zhang,Lei.张蕾，2006)9，以及网络上相关的报告，如：射频技术市场情况与发展，相关政策则考虑了：中国射频识别(RFID)技术政策白皮书。第2章 RFID系统的组成及原理RFID系统因应用不同其组成会有所不同，但基本都由电子标签(Tag)、阅读器(Reader)和数据交换与管理系统(Processor)三大部分组成。电子标签(或称射频卡、应答器等)，由耦合元件及芯片组成，其中包含带加密逻辑、串行EEPROM(电可擦除及可编程式只读存储器)、微处理器CPU以及射频收发及相关电路。电子标签具有智

8、能读写和加密通信的功能，它是通过无线电波与读写设备进行数据交换，工作的能量是由阅读器发出的射频脉冲提供。阅读器，有时也被称为查询器、读写器或读出装置，主要由无线收发模块、天线、控制模块及接口电路等组成。阅读器可将主机的读写命令传送到电子标签，再把从主机发往电子标签的数据加密，将电子标签返回的数据解密后送到主机。数据交换与管理系统主要完成数据信息的存储及管理、对卡进行读写控制等。电子标签具有各种各样的形状,但不是任意形状都能满足阅读距离及工作频率的要求,必需根据系统的工作原理,即磁场藕合(变压器原理)还是电磁场辆合(雷达原理),设计合适的天线外形及尺寸.电子标签通常由标签天线(或线圈)及标签芯片

9、组成。标签芯片即相当于一个具有无线收发功能再加存贮功能的单片系统(SoC)。从纯技术的角度来说,射频识别技术的核心在电子标签,阅读器是根据电子标签的设计而设计的。虽然,在射频识别系统中电子标签的价格远比阅读器低,但通常情况下,在应用中电子标签的数量是很大的,尤其是物流应用中,电子标签由可能是海量并且是一次性使用的,而阅读器的数量则相对要少得多。RFID系统的工作原理如下：阅读器将要发送的信号，经编码后加载在某一频率的载波信号上经天线向外发送，进入阅读器工作区域的电子标签接收此脉冲信号，卡内芯片中的有关电路对此信号进行调制、解码、解密，然后对命令请求、密码、权限等进行判断。若为读命令，控制逻辑电

10、路则从存储器中读取有关信息，经加密、编码、调制后通过卡内天线再发送给阅读器，阅读器对接收到的信号进行解调、解码、解密后送至中央信息系统进行有关数据处理；若为修改信息的写命令，有关控制逻辑引起的内部电荷泵提升工作电压，提供擦写EEPROM中的内容进行改写，若经判断其对应擦写EEPROM中的内容进行改写，若经判断其对应的密码和权限不符，则返回出错信息。RFID技术的分类方法10常见的有下面四种：根据电子标签工作频率的不同通常可分为低频(30kHz300kHz)、中频(3MHz一30MHz)和高频系统(300MHz一3GHz)。RFID系统的常见的工作频率有低频125kHz、1342kHz，中频13

11、5.6MHz，高频860MHz、930MHz、2.45GHz、5.8GHz等。射频识别系统的一个主要性能指标是阅读距离,也称为作用距离,它表示在最远为多远的距离上,阅读器能够可靠地与电子标签交换信息,即阅读器能读取标签中的数据。实际系统这一指标相差很大,取决于标签及阅读器系统的设计、成本的要求、应用的需求等,范围从010om左右。典型的情况是,在低频12k5H、13.56MH:频点上一般均采用无源标签,作用距离在1030cm左右,个别有到1.5m的系统。在高频UHF频段,无源标签的作用距离可达到310m。更高频段的系统一般均采用有源标签.采用有源标签的系统有达到作用距离至100m左右的报道。在

12、当前有关的射频约束下，欧洲的大部分地区各向同性有效辐射功率限制在500mW，这样的辐射功率在870MHz，可近似达到0.7米。美国、加拿大以及其他一些国家，无需授权的辐射约束为各向同性辐射功率为4W，这样的功率将达到2米的阅读距离，在获得授权的情况下，在美国发射30W的功率将使阅读区增大到5.5米左右。第3章 技术发展及现状射频识别技术的发展大致可按十年期划分如下：1940一1950年：雷达的改进和应用催生了射频识别技术，1948年奠定了射频识别技术的理论基础；1950一1960年：早期射频识别技术的探索阶段，主要处于实验室实验研究；1960一1970年：射频识别技术的理论得到了发展，开始了一

13、些应用尝试；1970一1980年：射频识别技术与产品研发处于一个大发展时期，各种射频识别技术测试得到加速，出现了一些最早的射频识别应用；1980一1990年：射频识别技术及产品进入商业应用阶段，各种规模应用开始出现；1990一200年：射频识别技术标准化间题日趋得到重视，射频识别产品得到广泛采用，射频识别产品逐渐成为人们生活中的一部分；2000年后：标准化问题日趋为人们所重视，射频识别产品种类更加丰富。射频识别技术的发展一方面受到应用需求的驱动，另一方面射频识别技术的成功应用反过来又将极大地促进应用需求的扩展。从技术角度说，射频识别技术的发展体现在若干关键技术的突破。从应用角度来说，射频识别技

14、术的发展目的在于不断满足日益增涨的应用需求。随着技术的不断进步，射频识别产品的种类将越来越丰富，应用也越来越广泛。可以预计，在未来的几年中，射频识别技术将持续保持高速发展的势头。射频识别技术的发展将会在电子标签(射频标签)、阅读器、系统种类等方面取得新进展。射频识别技术未来的发展中，在结合其它高新技术，比如GPS、生物识别等技术，由单一识别向多功能识别方向发展的同时，将结合现代通信及计算机技术，实现跨地区、跨行业应用。射频识别技术标准现状：RFID技术发展的很快，但目前，射频识别技术还未形成统一的全球化标准，市场为多种标准并存的局面，但随着全球物流行业RIFD大规模应用的开始，RFID标准的统

15、一已经得到业界的广泛认同。应用于RFID的核心技术主要包括：无源识别卡的波束供电技术、无源反射调制技术、多目标识别中抗冲突机制技术、抗邻道干扰技术、无源RFID卡的集成技术、双卡识别技术、双向识别技术等。而技术标准争夺的核心主要在RFID标签的数据内容编码标准这一领域。目前形成了五大标准组织，分别代表了国际上不同团体或者国家的利益。EPC Gobal是由北美UCC产品统一编码组织和欧洲EAN产品标准组织联合成立，在全球拥有上百家成员，得到了零售巨头沃尔玛，制造业巨头强生、宝洁等跨国公司的支持。而AIM、ISO、UID则代表了欧美国家和日本，IP一X的成员则以非洲、大洋洲、亚洲等国家为主。比较而

16、言，EPC Gobal由于综合了美国和欧洲厂商，实力相对占上风。1. EPC Global EPC Global是由UCC和EAN联合发起的非盈利性机构，全球最大的零售商沃尔玛连锁集团、英国Tesco等100多家美国和欧洲的流通企业都是EPC的成员，同时由美国IBM公司、微软、Auto一ID Lab等进行技术研究支持。2. 日本UID主导日本RFID标准研究与应用的组织是T一引擎论坛T一Engine Forum)，该论坛已经拥有成员475家成员。值得注意的是成员绝大多数都是日本的厂商，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。各国都在积极制定自己

17、的RFID标准，而各个公司则依据自身的判断，选择购买各自的射频识别设备，或自主开发各自的射频识别设备。这造成各公司间的射频识别设备千差万别，使得公司与公司间不能实现信息共享和传递，阻碍物流信息化发展。这也是RFID技术发展的一大阻力。我国电子标签RFID技术的生产和应用领域仅有一些行业标准，各厂家自主开发的射频标签产品在容量、信息格式等方面不一致、不兼容。国家标准委已经正式成立“电子标签”国家标准工作组，联合科技部、信息产业部以及上海标准化研究院等14个部委研究、起草、制定具有我国自主知识产权的“电子标签”国家标准，同时和目前国际的相关标准互通兼容，以此促进中国“电子标签”发展的标准化和规范化

18、11。2006年12月15日，中国自动识别技术协会在第二届三次理事会上，正式公布了无源射频标签通用技术规范(AIMC 00022006)、射频读写器通用技术规范、自动识别企业分类与评估指标(AIMC00092006)等九项协会标准。国际上，在射频电路市场中的关键厂商包括Freescale(Motomla)、Infineon、RFMD、Qualcomm、ST、Sky-woks、Silicon Lab等；射频被动组件厂商则包括NEC、TDK、Samsung、Murata等。与无源RFID技术相比，有源RFID技术有着无可比拟的优点，如识别距离远、传输数据量大、发射功率小、可靠性和兼容性好等。而随着

19、技术的快速发展，有源RFID价格相对昂贵、使用寿命较短等缺陷被不断克服，在不久的将来，它将会被更广泛地应用到我们的日常生活中，形成一张便捷、高效、无处不在的感知网。然而，有源RFID行业从2004年的星星之火到如今大量企业蜂拥而上，市场规模增长的同时也形成了僧多粥少的局面，不少企业面临销售额上不去而利润却逐年下降的窘境，近些年频发的价格战显然也不是行业持续发展之道。有源RFID是技术进步的产物，其发展的瓶颈也必须通过技术的进一步创新来破除，从而开拓一个新的发展黄金期。在当前条件下，电池与芯片等技术的进步可有效提升有源RFID性能。有源电子标签采用电池供电，低功耗是首要解决的问题。近年来问世的低

20、频触发电子标签，在125K低频触发范围内才被激活开始工作，一旦离开触发器区域标签处于低功耗的休眠状态，从而解决了电子标签的大部分能源被浪费的问题，大大延长了其使用寿命。有源RFID的成本相对较高一直是其最大软肋之一，如今，具备更低能耗电路的纽扣电池已经适用于很多应用，而打印电池也证明了它的实用性。在未来，微型燃料电池、光伏电池及其它能源形式将获得更多应用，毫无疑问这些电池技术上的进步将有助于降低有源电子标签成本和缩小其尺寸，为多样化应用开辟道路。此外，随着芯片技术的升级，如改进硅片的流程工艺、缩小版图布局、使用功耗更低的电器元件，或者改进芯片材料，精简编译语言，可有效提高读写距离、增大存储容量

21、、缩短处理时间。2009年，物联网概念横空出世，已被国家纳入十二五发展规划。物联网是什么?首先是感知万物，然后是数据采集，网络传输。有源RFID本质上是一种近程无线通信，而通信的本质是搭载信息，因此搭载的信息是否有价值，以及价值量的大小决定了有源RFID的价值和盈利空间。今后，有源RFID将不再局限于只搭载简单的ID号码，而是搭载更多有价值的信息。以停车场管理为例，目前通常采用2.4G电子标签和读写器配合来解决不停车出入控制，而这种模式存在诸多弊端，电池寿命短，跟车等问题都难以解决。而在加上125K低频激活器以后，这些问题都迎刃而解，这是传感器和有源电子标签相结合的一个典范。125K激励器不仅

22、有地址码作为识别，它同样传输了电磁强度RSSI等信息，它的低频触发部分实际上就是一个磁场传感器。毫无疑问，将来有源RFID将和各种传感器结合起来使用，发挥出更大的效能，从而开辟更广阔的应用空间和市场前景。RFID电子芯片资源的有限性、对个人信息的储存与易被攻击性、对个人行迹跟踪和所处空间的定位性，使得对这种技术的应用暗含隐私安全风险。引进RFID是个复杂的决策过程，涉及到图书馆、读者和社会的权益，特别是隐私问题是全社会最为关注之处，如果图书馆不能够得到社会的支持与理解，RFID的应用就将步履唯艰12。虽然隐私权问题曾经构成RFID在美国图书馆应用的重要障碍，不过这种状况现在已经有了明显改观。特

23、别是在法律法规的原则性规定基础上制定的图书馆行业政策与图书馆内部自律规范，为RFID条件下的隐私权管理提供了行为准则。对此，美国图书馆界的做法可以给我们有益的启示，包括：为立法创新建言献策，强化政府主导下的图书馆行业自律，规范图书馆生产、收集、存储、发布读者信息的行为，开展隐私权法律法规普及教育，采用隐私安全技术，制定图书馆RFID技术标准，落实隐私风险评估和监督管理等。综合以上可以看出虽然RFID技术可能目前存在一些技术上以及安全上的缺陷，但是随着科技发展，规范的逐渐完善，这些问题都是可以克服的，甚至是解决掉，可见RFID的普适应用正是未来的发展趋势，将会随着时间慢慢真正的融入我们的日常生活

24、。第4章 射频识别技术市场现状近年来，RFID产品日益受到重视并被广泛使用。在国外RFID技术已被广泛应用于诸如工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域。汽车、火车等交通监控；高速公路自动收费系统；物品管理；流水线生产自动化；门禁系统；金融交易；仓储管理；畜牧管理；车辆防盗等。如澳大利亚将RFID产品用于澳机场旅客行李管理中并发挥了出色的作用。共体宣布1997年开始生产的新车型必须具有基于RFID技术的防盗系统；瑞士国家铁路局在瑞士的全部旅客列车上安装RFID自动识别系统。调度员可以实时的掌握火车运行情况，不仅利于管理，还大大减小发生事故的可能性；1996年1月韩国在汉城的600辆公

25、共汽车上安装RFID系统用于电子月票，还计划将这套系统推广到铁路和其它城市。德国汉莎航空公司试用非接触的电子标签作为飞机票，改变了传统的机票购销方式等等。IDTechEx研究报告预测，无源标签市场发展趋势向好，20142021年复合增长率将达到17。其中，零售业RFID应用增长速度最快，仅零售业一项应用需求就将达到32.5亿枚，占比高达55。早在2005年，沃尔玛集团就宣布，在RFID技术的帮助下，公司的商品缺货情况减少16，年销售量也随之明显增加。而且在使用RFID技术后，补货速度是未使用前的3倍，商店人工订货约减少10，超市库存量全面下降，显著降低公司成本。沃尔玛、麦德龙、梅西百货等多家美

26、国零售业巨头已较早引入RFID系统，并成熟应用。相比国外巨头对于RFID的大量使用，国内企业启动相对较晚。随着RFID成本的下降以及RFID应用条件的逐步成熟，国内市场未来具备广阔的发展空间。根据国际物联网贸易与应用促进协会(IIPA)最新的调研报告，近两年在全球经济衰退、国内投资增速下滑的宏观背景下，我国RFID市场增速略有下滑，但整体上发展平稳。2013年l1月，我国政府发布了首个RFID国家标准，政策的推出将有利于规范国内RFID产业的发展。随着RFID技术的发展和完善，RFID已经在身份识别、交通管理、军事与安全、资产管理和物流与仓储等多个领域得以广泛应用。考虑到全球经济企稳复苏、国内

27、在新兴产业投资逐步加大、细分市场RFID开始规模化等因素，预计2014年起我国RFID行业将再次进入快速扩张阶段，市场增速也将进一步回升。再根据国际物联网贸易与应用促进协会发布的20132017年中国RFID行业调研报告预测，超高频RFID产品在2013-2015年间复合增长率预计为52，2016-2017年间预测复合增长率为42；高频RFID产品，在2013-2015年间预测复合增长率为17.5，2016-2017年间预测复合增长率为20。随着资产管理、生产线管理、物流集装箱管理、供应链管理、仓储、图书馆、各类物品防伪溯源(如烟草、酒类、医药等)、零售、车辆管理、电子门票等行业或领域逐步加大

28、 RFID 产品的应用，该市场具有明显的增长空间。从以上的数据均可看出对目前大众市场对RFID前景的看好，虽然因为近年经济增持呈现逐渐缓慢的形势，不过RFID的市场并没有饱和，并且国内并没有普及RFID的应用，所以对于中国国内而言，RFID的发展前景还是不错的，并且不会在短期内达到瓶颈期。第5章 对于RFID国内相关政策自2010年物联网发展被正式列入国家发展战略后，我国RFID及物联网产业迎来了难得的发展机遇。2011年4月，工信部、财政部设立物联网专项资金，推动产业快速发展。到2012年，我国RFID市场规模已经达到236.6亿元，位居世界第三。2012年2月，工信部正式发布物联网“十二五

29、”发展规划，指明产业未来发展道路。在政府大力推动物联网产业发展的背景下，国家的一系列促进政策成为我国有源RFID产业发展的强大动力来源。比如工信部就在2014年物联网工作要点中，将交通等重点领域的应用示范作为全年重点工作之一，要求开展1-2个具有自主知识产权的车联网新技术应用示范,包括导航定位、紧急救援、防碰撞、节能减排、非法车辆查缉、打击涉车犯罪等，开展车辆识别及电动自行车智能管理物联网应用示范及推广。其他各部委也在合力推动RFID应用示范工程，智能电网、医疗健康等有源RFID相关重点应用项目数量明显增加，范围迅速扩大;人员定位、资产管理、工业管理等企业市场需求开始升温，加上当前全国各地如火

30、如荼的智慧城市建设，未来有源RFID产业将迎来快速增长期。标准的不统一，使得各企业推出的产品不通用，无形中制造了产品发展的障碍。而今后，随着标准的统一和国家有关部门、有识之士的努力推动下，这一状况有望得到改善。2014年4月，由我国提交的具有自主知识产权的射频识别(RFID)国际标准提案通过NP阶段投票，获得正式立项。该国标在国家标准信息技术射频识别2.45GHz空中接口协议(GB/T28925-2012)基础上修改完善并最终形成。提案主要规定了工作在2.45GHz频段的有源RFID系统中读写器与标签之间的空中接口通信协议及工作方法，具有标签存储容量大、通信距离远、安全强度高等特点，并首创将R

31、FID技术与传感器技术相结合，可实现对被测物体的无线传感器监测和定位功能，是物联网标准体系的基础类核心标准之一，在集装箱管理、资产监控、人员监控、车辆及船舶识别等复杂的有源RFID应用中具有广泛前景，为产品标准化、应用规模化铺平道路13。在06年发布的中国射频识别(RFID)技术政策白皮书中提到：“面对巨大的市场需求以及激烈的国际竞争，我国必须实施有效的技术发展战略，加快RFID技术的自主创新，在未来的国际竞争中占有一席之地。中国将以应用为引导，带动具有自主知识产权的技术和产品的开发，促进中国自主RFID产业链的形成，实现RFID技术的全面发展和提升；建立以企业为主体的自主创新体系，突破RFI

32、D关键技术；参与国际标准化工作，提出并建立中国的RFID技术标准体系，重点在我国的编码体系、数据管理与交换体系以及频率配置等方面；推动成立技术及产业联盟，实现在国际合作和国际竞争大环境下技术和产业的快速健康发展。”我国发展RFID技术的总体目标为：通过技术攻关，突破RFID一系列共性关键技术、产业化关键技术和应用关键技术，培养一支与技术研究和产业发展相适应的人才队伍，建立中国RFID技术自主创新体系，取得核心技术的自主知识产权；以自主研发技术为基础，实施竞争前联合战略，通过组织产业联盟、产业基地等企业创新集群，形成联合、协同、掌握自主知识产权技术的产业链，实现自主研制产品占市场主要份额；通过实施示范工程，创新应用模式，带动RFID技术在行业的广泛应用，逐步形成大规模、辐射相关领域的公共应用；通过研究与制定相关的国家标准，形成中国RFID标准体系。从近年来我国对于RFID技术的相关政策来看，我国政府对RFID在国内市场的发展是关注的，是认可的，是鼓励的。相关行业在国内的发展并不会受到太大的阻力，大力发展RFID