第2章 补充1-如何构建RFID应用系统

第2章

补充材料1

如何构建RFID应用系统段鹏松1本章主要内容选择标准选择频率运行环境与接口方式选择器件系统要求与系统架构RFID项目实施基本阶段案例：ETC系统21.选择标准3电子产品编码类标准通信类标准频率类标准应用类标准1.1.电子产品编码标准4EAN/UCC：EAN国际物品编码协会UCC美国统一代码委员会EPC：由EPCglobal组织的编码标准。版本号+域名管理者+对象分类+序列号。与EAN/UCC兼容，是其延续与拓展。GB18937(NPC):强制性国家标准规定了适用范围，代码结构及表现形式。全数字，最长14位（13位本体+1位校验）。本体采用序列顺序码。2005年废止。被纳入中国标准化研究院下属中国物品编码中心代理的美国EPC标准1.2.通信类标准ISO/IEC18000系列协议NFC（近场通信）诺基亚，飞利浦，索尼RFID+芯片互联功能；芯片具有计算能力，整合了读卡器和卡NFC设备已通过成为ISO/IECIS18092、ECMA-340标准与ETSITS102190标准超宽带无线技术直接以载波频率传输数据5671.2.通信类标准（LPWAN）NB-IOT（窄带IOT）基于蜂窝网络：物联终端接入蜂窝基站特点：广覆盖；海量连接；低功耗；低成本LoRa（longrange）特点：远距离；低功耗；海量连接，支持定位LDSW（LowDutyCycleSmartWireless超低占空比无线智能通信技术）西谷曙光超远距离、超低功耗、多频道协同远距离射频识别，实时定位，传感器集成以及无线遥测遥控ISO投票一致通过作为新的有源电子标签国际标准技术基础号称“是目前唯一可以满足IEEE所有要求的物联网底层传输技术”81.3.频率类标准工作频率在应用区域的可用性工作频率的相应传输速率工作频率的射频识别系统的国际标准91.4.应用类标准如动物识别，道路交通，集装箱识别，产品包装，自动识别等应用102.选择频率使用的频率范围工作频率与应用范围频率特性与频率选择我国的可用频率112.1.使用的频率范围低频电子标签30~300kHz无源标签；电感耦合；<1m距离优势：省电，廉价；频率不受管制；穿透性强不足：数据量小；低速；近距离；天线成本较高122.1.使用的频率范围中高频电子标签3~30MHz无源；电感（磁）耦合；<1.5m距离与低频标签特点相同优势：有较高的传输速率；天线设计相对简单，形状灵活超高频/微波电子标签400MHz;800MHz;2.4GHz;5.8GHz有源/无源；电磁耦合；4~100m+距离读写器一般为定向天线132.2.工作频率与应用范围工作频段优点缺点低频技术简单可靠，无频率限制通信速率低，距离短，天线尺寸大高频比低频速率高，距离长，公共交通领域应用广泛距离受限，天线尺寸大，受干扰影响超高频距离更长，天线尺寸小，对障碍物敏感度低频段管制，对人体有害，功率受限受特定材料影响微波更高的带宽和速率，工作距离更长，天线尺寸更小此频段拥堵，干扰多，对人体有害，功率受限142.3.频率特性与选择15低频：能量低，速率低，范围受限，成本低，形状多样短距离低成本的应用，如门禁，动物管理，防盗追踪高频：能量高，速率高，距离远，易被阻挡/反射各种证卡超高频：供应链管理供应链应用中的频率选择：EPC：13.56MHz;860~960MHz：美国915；欧洲8692.4.我国频率分配无线电频谱资源归国家所有，统一规划，有偿使用目前还没有统一的RFID中国标准频段分配规则高频（HF）：13.56MHz超高频，微波（UHF,MW）：2.4GHz考虑频段开放程度频段拥堵程度163.运行环境与接口方式3.1.运行环境数据读取，处理，传输各方面问题天线安装，传输距离等问题应用软件：基本不受平台和编程语言限制173.2.接口方式RJ-45（以太网水晶接口）8条线线序不同：交叉线（T-568A---T-568B）直连线（T-568B---T-568B）传输距离远，采用TCP/IP协议RS-232串口183.2.接口方式RS-485/RS-422全双工接口抗干扰能力更强易加密终端设备通信设备

193.2.接口方式802.11标准Wi-Fi无线接口协议Wiegand接口韦根协议摩托罗拉公司制定26-bit,34-bit,37-bit包格式适用于门禁系统“数据包”形式传输204.RFID器件选择4.1.选择读写器4.2.选择配置射频天线214.1.选择读写器智能读写器/傻瓜读写器？傻瓜读写器：成本低智能读写器：多规格标签读写数据过滤，储存，批处理指令执行频率单一频率/混合频率考虑应用环境的频段开放政策224.1.选择读写器结构形式固定读写器：封装，固定手持读写器天线内部天线：易安装，读写器-天线衰减少；天线-标签衰减大外置天线输入输出数据输入（采集）设备：控制读写器指令输出设备：被读写器控制234.1.选择读写器网络以太网Wi-Fi读写器升级成本预算设备，安装，布线，供电，软件244.2.选择配置射频天线25参考准则：足够小覆盖性提供最大可能的信号能量天线与读写器信号匹配鲁棒性成本低考虑：天线的类型；阻抗；RF性能（包括被遮挡时的性能）使用方式：固定/移动标签的有源/无源4.2.选择配置射频天线备选种类不同频段各有一系列可选天线增益不同阻抗天线应用的芯片阻抗必须与天线输出阻抗匹配天线受附近物体影响辐射模式贴标签物体的特性引起天线性能下降局部结构多标签多天线应用距离265.系统要求与系统架构

5.1.系统要求27可伸缩性数据量庞大：非阻塞I/O网络带宽瓶颈：批量数据传输系统瓶颈：改善数据库交互可用性消除单点故障（singlepointoffailure）降低感知层对中央数据库的依赖：数据本地暂存，按需适时批量上传提高集成层可用性：负载均衡，系统冗余，分布式集群化数据库5.1.系统要求28安全性底线：防止读写器被关闭，数据被窃取理想方案：SSL协议（耗费CPU计算资源）妥协方案：用防火墙隔离，所有远程访问经特定端口和协议进行验证互操作性提高各层之间的互操作能力读写器抽象层集成RFID系统本身价值低；与企业系统集成后才能体现价值管理设备管理读写器管理消息传递冗余；中断；传递顺序等问题5.2.系统架构案例：

RFID固定资产管理解决方案（日立）296.RFID项目的实施（企业角度）四个阶段起步测试和验证试点实施306.1.起步阶段建立开发环境小范围，可行性论证选择合作伙伴最好是业界领导者；参与EPCglobal组织可提供完整的，合理的开发环境具备特点：经验和核心能力专注程度售后服务制造、测试智能标签标签放置包装设计对标签的要求包装的内容特性标签质量确认316.2.测试和验证引入系统集成合作伙伴RFID专业知识；企业生产方面知识提供一套定义所有生产流程任务、职责、事件和费用的实施计划建立切实可行的性能指标集成多方面应用软件论证集成RFID技术后的能力提高幅度集成仓库基本设施实验室模拟测试对RFID合作伙伴的要求寻找供应商验证供应商选择326.3.试点实施大胆启动，小心测量，精心记录反复评估当前解决方案试点选择的典型性，高覆盖性试点的目的发现和修正设备异常检测各位置数据采集、传输的能力测试产品识别培训员工测试上下游兼容性标准生产环境测试压力测试试点项目输出实验测量结果系统集成方案的形成不同的标签和天线的确定纠错系统程序的编写标签放置位置、方式的确定336.4.实施根据试点效果重新评估供应商资产保护计划可升级的固件可调整的解决方案提高投资收益率（ReturnofInvestment）的标签打印方案整体质量控制：校验，确认，出错后可逆操作，及时更换标签---防止缺陷标签流入供应链数据采集：信息的实时归档和可视化网络和设备管理：实时的信息和设备控制；瞬时可视性智能介质管理：自身管理和报警工业设计：性能优越的打印设备34RFID应用系统发展趋势高频化超高频系统双频系统网络化设备的互联，数据的互通，远程控制与管理更高兼容性由于标准不统一形成的系统需求数据量更大更强的数据存储、处理能力35RFID应用系统案例---ETC系统不停车收费系统/电子收费系统（electronictollcollection）通过车载的RFID标签与收费站ETC天线通信，与银行联网进行后台结算，达到汽车缴费不需停车的目的36ETC应用背景要解决什么问题？问题是否典型和严重？高速公路收费站人工停车收费效率低，造成拥堵收费管理成本高收费口的污染人为的损失ETC的优势提高收费站通行能力降低收费管理成本降低收费口污染杜绝人为造成的损失37ETC系统简介作用频段：微波组成：路边设备（RSU）；车载设备（OBU）原理：OBU内特有编码与车辆信息及用户账户关联；RSU识别OBU编码后计算费用，自动扣除费用分类开放式、封闭式专用车道、混合车道38ETC系统关键技术关键技术车辆自动识别（AVI）OBU与RSU通过DSRC通信完成OBU的一次读写车辆自动分类（AVC）OBU中的车型信息，或车道的车型传感器测定违章车辆抓拍（VES）照相机，图像传输，车牌识别组成39ETC关键技术标准DSRC标准：欧美为代表的5.8GHz被动式日本为代表的5.8GHz主动式40ETC系统应用比较单片式技术先进，产品成熟难以与现有收费系统兼容预付IC卡式结合ETC技术和IC卡技术有利于系统的兼容41ETC系统设计目标总体目标提供高通行力降低收费管理成本，保障收益具体设计目标减少逃费减少收费人员舞弊减少交通拥堵。。。42ETC系统设计原则系统先进性故障诊断，自适应收费车道离线工作和自动追加历史记录软硬件的扩展性和兼容性系统可靠性防破坏能力足够的冗余和故障处理能力确保正确收费，减免财务漏洞系统高效性高实时处理速度43ETC系统功能系统功能收费数据服务和信息管理监控及报警道闸自动控制网络故障的处理系统管理远程数据访问。。。44ETC系统基本部件1.射频标签要求高速行驶中距离8-15m的通信微波/红外通信，5.8GHz一般为有源贴在前挡风玻璃存储信息：强制信息：标签识别码选择性信息（可更改）：用户个人信息，车辆信息，账户信息物理防护；电子安全防护信号强度的保障响应时间<5ms安装45ETC系统基本部件2.读写器天线外置：天线阵读写距离2~30m射频功率低方向性，不受相邻车道干扰读写速度100kb/s46ETC系统基本部件473.车辆分离器：区分车辆4.指示灯：指示通道是否可用5.专用键盘：钢板材料，长寿命按键6.监控摄像机：监视车辆通行情况7.图像采集卡（显卡）8.智能道闸：控制车辆通行，由车道控制器控制9.费额显示屏：显示信息供司机参考10.车道控制器：ETC的控制核心，控制外围设备11.车辆检测器：检测车辆等金属物的存在12.交通灯：指示车辆通行/禁止通行13.报警灯14.雾灯15.票据打印机ETC系统结构收费车道系统现场独立完成本车道收费作业的系统收费站管理系统附近管控室控制计算机、局域网与收费车道系统通过以太网光纤连接结算中心市内办公楼内结构类似收费站管理系统48ETC系统关键技术---AVI自动车辆识别系统组成车载单元（OBU）路侧单元（RSU）数据处理单元（DPU）分类频率：917MHz,2.45GHz,5.8GHz通信方式：主动式，被动式读写方式：只读型，读写型有无射频卡：单片式，两片式49ETC系统关键技术---AVC自动车型分类系