第678次课(第三章) 射频标签RFID

RFID基本原理作业:1.为什么要制定射频卡的国际标准?2.非接触式IC卡中的电压是怎样形成的?非接触式IC卡的射频接口起什么作用？3.非接触式IC卡如何与接口设备交换信息?4.数字基带信号有哪些编码方式？5.载波调制有哪些方式？6.从原理上进，射频信号的空中传播有哪几种方式？7.试比较接触式IC卡与非接触式IC卡的优缺点。

RFID基本原理★RFID防碰撞技术概述◆碰撞定义：

当多个电子标签同时位于一个读写器的可读范围内时，电子标签的应答信号会相互之间形成干扰，造成数据碰撞，读写器无法识别数据，从而造成读写器和电子标签之间的通信失败。为了解决这一问题，使用者必须规定一些通信形式和命令，来防止和处理电子标签的碰撞问题，目前主要有四种不同的方法可以完成防碰撞算法

RFID基本原理◆防碰撞技术分类（1）空分多路(SDMASpaceDivisionMultipleAccess)：电子标签和读写器之间的通信作用区域可以以空间隔离，或者采用电子控制的定向天线。说明：因为所需的自适应SDMA天线的结构尺寸大小关系，只有在频率大于850MHz(典型为2．45GHz)时才能使用，而且天线比较复杂，费用较高。（2）频分多路(FDMAFrequencyDomainMultipleAccess)：电子标签发送不同的、独立的载波频率，达到了相互之间不干扰的目的，读写器需要对频率进行分配和接收。说明：FDMA的缺点就是所需频带宽，而且读写器的技术难度大，费用高。

RFID基本原理◆防碰撞技术分类（3）码分多路(CDMACodeDivisionMultipleAccess)：基于扩频技术发展起来的一种无线通信技术，用户具有不同的特征码，即包含扩频和分码两个基本概念。说明：CDMA缺点是频带利用率低，信道容量较小，地址码选择较难，接收时地址码捕获时间较长。其通信频带及其技术复杂性等，很难在RFID系统中推广应用。（4）时分多路(TDMATimeDomainMultipleAccess)：将整个通信过程按时间分配给多个电子标签来使用。读写器来控制对时间分配的策略，从而达到对目标识别的目的。说明：TDMA技术成本低，技术容易实现，而且不需要外部其他设备的支持，

RFID基本原理●

TDMA在RFID应用中可分为两种：标签驱动法和读写器驱动法。标签驱动法中主要有代表性的算法是ALOHA算法。读写器驱动法的代表为算法二进制搜索算法。●

目前的算法基本上是基于ALOHA算法和二进制搜索算法的改进，主要有ALOHA算法、时隙ALOHA算法、动态时隙ALOHA算法及其二进制搜索算法、动态二进制搜索算法、基于二进制搜索算法的后退式索引算法和跳跃式动态树形反碰撞算法。RFID标准体系第三章RFID标准体系1、EPCglobal标准体系与EPC编码2、UID标准体系与泛在识别码Ucode3、ISO/IEC标准体系RFID标准体系1、EPCglobal标准体系与EPC编码★

EPCglobal的产生与发展◆1999年,美国麻省理工学院成立AUTO-ID中心,进行RFID技术研究,通过创建RFID标准,并利用网络技术,形成EPC标准.◆为实现和管理EPC工作,国际物品编码委员会EAN和美国统一代码委员会UCC在2003年,成立了全球电子产品代码中心,EPCglobal◆EPC统一对全球物品的编码方法,直至编码到单个物品◆EPC规定了将此编码以数字信息的形式存储在附着物品的标签中◆阅读器通过无线方式读取EPC标签中码,通过计算机网络传送到信息控制中心,进行相应的数据处理RFID标准体系RFID标准体系★

EPC编码规则编码类型版本号域名管理对象分类序列号EPC64TYPEⅠTYPEⅡTYPEⅢ222211526171313243423EPC96TYPEⅠ8282436EPC-256TYPEⅠTYPEⅡTYPEⅢ888326412656565616012864RFID标准体系RFID标准体系★

EPC编码的性能

版本号:字段标识EPC的版本号,指定EPC的编码长度.

域名管理:字段标识EPC的相关的生产厂商的信息对象分类:字段标识编码物品精确类型

序列号:字段标识物品唯一性唯一性简单性可扩展性安全性:编码加密、认证技术相结合RFID标准体系★

EPC系统组成：阅读器、中间件、对象名称解析服务ONS、信息服务器EPCISRFID标准体系◆

EPC阅读器结构

组成:空中接口电路;控制器;网络接口;存储显示;电源;时钟RFID标准体系◆

EPC阅读器结构

空中接口电路:接收通道、发送通道、天线

发送通道：编码、调制接收通道：解调、解码天线：辐射射频功率，接收从标签返回的信息控制器：由微控制器（MCU）或数字信号处理器（DSP）网络接口：支持以太网、无线局域网（IEEE802.11）等网络联接方式RFID标准体系

◆EPC中间件Savant

Savant软件:核心功能是屏蔽不同厂家的RFID阅读器等硬件设备\应用软件系统以及数据传输格式之间的异构性,从而可以实现不同的硬件(阅读器等)与不用应用软件系统间的无缝连接与实时动态集成.RFID标准体系●程序模块集成器:有多个程序模块组成●阅读器接口:阅读器接口提供与阅读器的连接方法,并采用相应的通信协议●应用程序接口:程序模块与应用程序接口※程序模块之间的接口:用自己定义的API(应用程序接口)函数实现※网络访问接口RFID标准体系★

对象名称解析服务器ONS

●在EPC系统中,需要将EPC编码与相应的商品信息香匹配,而相应的商品信息存储在对应的EPCIS服务器中,对象名称解析服务器ONS提供与EPC编码对应的EPCIS服务器的地址,它的作用类似于互联网上的域名服务器,●阅读器将读到的EPC编码通过本地局域网上传至本地服务器,由本地服务器所带的Savant软件对这些信息进行集中处理,然后由本地服务器通过查询本地ONS服务或通过路由器到达远程ONS服务器查找所需EPC编码对应的EPCIS服务器地址,本地服务器就可以和找到的EPCIS服务器进行通信了.本地服务器阅读器标签EPCISONS服务器RFID标准体系◆

EPC信息服务（EPCIS）●

EPC信息服务（EPCIS）数据管理,数据库的查询指针●

EPC信息服务器提供信息查询的接口,与原有的数据库.应用程序及信息系统相连接●

EPC信息服务器有两种数据流方式:(1)阅读器发送原始数据至EPCIS以供存储

(2)应用程序发送查询至EPCIS,以获取信息RFID标准体系★

EPC框架下RFID应用产品下线及出库管理系统RFID标准体系★

EPC框架下RFID应用物流公司入库管理系统RFID标准体系★

EPC应用中存在的需要解决的问题●标签需要解决识别正确率和价格两大问题●个人隐私和安全问题

●

EPC系统的成本●个人的需求RFID标准体系第三章RFID标准体系1、EPCglobal标准体系与EPC编码2、UID标准体系与泛在识别码Ucode3、ISO/IEC标准体系RFID标准体系2、UID标准体系与泛在识别码Ucode★

UID编码体系基本概念

1）英文全称：Ubiquitious

IDentificationUID

Ubiquitious–无处不在（泛在），理解为可在世界各地使用的物品标识系统。计算机泛在计算的概念与RFID融合。

2）

UID与EPC区别：

EPC:面向供应链的企业产品信息在互联网上的流通

UID：比较强调信息实时获取与分析，可以用于在互联网、3G\电话等多种通信系统中RFID电子标签的编码国际：欧洲支持的：（ElectronicProductCodeEPC）日本提出：（UbiquitiousIdentificationUID）中国在制定中:RFID标准体系2、UID标准体系与泛在识别码U-code★

UCODE结构泛在通信器贴有U-code标签产品信息系统服务器U-codeU-code射频服务器RFID标准体系1、泛在识别码U-code

：唯一编码，相当于EPC码，存储在RFID中2、泛在通信（UbiquitiousCommunicatorUC）组成：RFID标签、读写器、无线通信设备作用：读取U-code信息，送U-code码解析服务器获取物品的相关信息及位置信息3、U-code码解析服务器组成：树状结构的分布式服务器与分布式数据库。作用：根据U-code码解析出存在该U-code码相关信息的信息系统服务器地址。RFID标准体系4、信息系统服务器存储U-code的相关信息为了保证系统安全，客户与U-code解析服务器、信息系统服务器的通信都采取了身份认证与加密传输等保障手段。★

UID标准与EPC标准的区别1、UID标准使用的无线通信频率为2.4GHZ与13.56MHZ，

EPC使用UHF频段2、UID-U-code码才用的长度是128位，EPC标准的采用96位，

U-code码可以兼容各种标识编码体系，如：条形码的JAN、EAN吗、书籍的ISBN、ISSN吗，IPV4、IPV6地址等。RFID标准体系3、UID主要用于产品的追溯与移动支付，旅游指南，EPC标准主要针对供应链的流通领域。

随着RFID与物联网技术的发展，UID与EPC标准的兼容问题一定会得到解决RFID标准体系第三章RFID标准体系1、EPCglobal标准体系与EPC编码2、UID标准体系与泛在识别码Ucode3、ISO/IEC标准体系RFID标准体系3、ISO/IEC标准体系国际上的三大标准组织：ISO、IEC、ITU

ISO是国际标准化组织（InternationalOrganizationforStandardization），是目前世界上最大、最有权威性的国际标准化专门机构。◆ISO的目的和宗旨是在全世界范围内促进标准化工作的发展，以便于国际物资交流和服务，并扩大在知识、科学、技术和经济方面的合作。其主要活动是制定国际标准，协调世界范围的标准化工作，组织各成员国和技术委员会进行情报交流，以及与其他国际组织进行合作，共同研究有关标准化问题。1）国际标准化组织RFID标准体系2）IEC：国际电工委员会IEC是国际电工委员会（InternationalElectrotechnicalCommission）成立于1906年，负责有关电气工程和电子工程领域中的国际标准化工作，总部设在瑞士日内瓦。◆

IEC的宗旨是，促进电气、电子工程领域中标准化及有关问题的国际合作，增进国际间的相互了解。目前，IEC的工作领域已由单纯研究电气设备、电机的名词术语和功率等问题扩展到电子、电力、微电子及其应用、通讯、视听、机器人、信息技术、新型医疗器械和核仪表等电工技术的各个方面。IEC标准已涉及了世界市场中35%的产品。RFID标准体系2）ITU：国际电信联盟ITU是国际电信联盟（InternationalTelecommunicationUnion）成立于1865年5月17日，是由法、德、俄等20个国家在巴黎会议上为了顺利实现国际电报通信而成立的国际组织。ITU的实质性工作由三大部门承担：国际电信联盟标准化部门、国际电信联盟无线电通信部门和国际电信联盟电信发展部门。其中电信标准化部门由原来的国际电报电话咨询委员会（CCIR）和标准化工作部门合并而成，◆ITU的宗旨是：

完成国际电信联盟有关电信标准化的目标，使全世界的电信标准化。ITU目前已制定了2000多项国际标准。RFID标准体系★

ISO/IEC标准体系ISO/IECRFID标准体系技术标准数据结构标准性能标准应用标准RFID标准体系★

ISO/IEC标准体系1、技术标准2、数据结构标准

ISO/IECRFID技术标准主要规定空中接口通信协议，规定了RFID标签与读写器之间信息交换过程，标签读写速度、距离以及通信环境的要求。目的：是不同厂家生产和使用的RFID标签与读写器之间互联互通

ISO/IEC10536

ISO/IEC14443

ISO/IEC18000系列：

ISO/IEC18000-1-----ISO/IEC18000-7：规定了RFID标签与读写器之间通信参数、通信协议、适用范围。RFID标准体系2、数据结构标准定义RFID读写器与应用程序之间命令和数据交换的数据结构，数据存储、传输与压缩的数据结构，RFID标签数据结构。ISO/IEC15424ISO/IEC15418ISO/IEC15434ISO/IEC15961---ISO/IEC15962ISO/IEC15963RFID标准体系3性能标准定义性能参数、测试方法、测试环境等ISO/IEC18046ISO/IEC18047ISO/IEC10373ISO/IEC10374ISO/IEC10375ISO/IEC10376RFID标准体系4、应用标准

ISO/IEC制定标准的领域：动物识别、集装箱运输、物流供应链、交通管理、项目管理等实时定位系统、软件系统基本构架等制定了标准

ISO/IEC10374

ISO/IEC18185

ISO/IEC11784等

RFID标准体系◆、动物管理系列标准

ISOTC23/SC19负责制订动物管理RFID方面标准，包括ISO11784/11785和ISO14223三个标准。1）ISO11784编码结构

它规定了动物射频识别码的64位编码结构，其中的27至64位可由各个国家自行定义。动物射频识别码要求读写器与电子标签之间能够互相识别。为64位，2)ISO11785技术准则

它规定了应答器的数据传输方法和阅读器规范。工作频率为134.2kHz，数据传输方式有全双工和半双工两种，阅读器数据以差分双相代码表示，电子标签采用FSK调制，NRZ编码。。

3)

ISO14223高级标准

它规定了动物射频识别的转发器和高级应答机的空间接口标准，ISO14223标准包含空中接口、编码和命令结构、应用三个部分，它是ISO11784/11785的扩展版本。可以让动物数据直接存储在标记上，每只动物的数据就可以在离线状态下直接取得，进而改善库存追踪以及提升全球的进出口控制能力。通过符合ISO14223标准的读取设备，可以自动识别家畜，而它所具备的防碰撞算法和抗干扰特性，即使家畜的数量极为庞大，识别也没有问题。RFID标准体系◆货运集装箱系列标准

ISOTC104技术委员会专门负责集装箱标准制定，是集装箱制造和操作的最高权威机构。与RFID相关的标准，SC4负责制定。包括如下标准：

1）ISO6346集装箱—编码、ID和标识符号，1995制订该标准提供了集装箱标识系统。集装箱标识系统用途很广泛，该标准规定了集装箱尺寸、类型等数据的编码系统以及相应标记方法，操作标记和集装箱标记的物理展示。

2）ISO10374集装箱自动识别标准，1991制订，1995年修订

该标准基于微波应答器的集装箱自动识别系统，工作频率为850MHz～950Mhz及2.4GHz～2.5GHz。只要应答器处于此场内就会被活化并采用变形的FSK副载波通过反向散射调制做出应答。信号在两个副载波频率40kHz和20kHz之间被调制。ISO10374则用微波的方式来表征光学识别的信息。

3）ISO18185，集装箱电子关封标准草案（陆、海、空）

该标准是海关用于监控集装箱装卸状况，包含7个部分，它们是：空中接口通信协议、应用要求、环境特性、数据保护、传感器、信息交换的消息集、物理层特性要求。

RFID标准体系

◆物流供应链系列标准

为了使RFID能在整个物流供应链领域发挥重要作用，ISOTC122包装技术委员会和ISOTC104货运集装箱技术委员会成立了联合工作组JWG，负责制定物流供应链系列标准。工作组按照应用要求、货运集装箱、装载单元、运输单元、产品包装、单品五级物流单元，制定了六个应用标准。1）ISO17358

应用要求

这是供应链RFID的应用要求标准，由TC122技术委员会主持，目前正在制订过程中。该标准定义了供应链物流单元各个层次的参数，定义了环境标识和数据流程。

2）ISO17363～17367系列标准

对货运集装箱、可回收运输单元、运输单元、产品包装、产品标签的RFID应用进行了规范。该系列标准内容基本类同，如空中接口协议采用ISO/IEC18000系列标准。在具体规定上存在差异，分别针对不同的使用对象做了补充规定，如使用环境条件、标签的尺寸、标签张贴的位置等特性，根据对象的差异要求采用电子标签的载波频率也不同。货运集装箱、可回收运输单元和运输单元使用的电子标签一定是重复使用的，产品包装则要根据实际情况而定，而产品标签来说通常是一次性的。

RFID标准体系我国RFID标准体系研究的进展：1）国家科技部“863”计划——《RFID技术标准的研究》项目，

中国物品编码中心一直致力于构建我国的RFID标准体系，通过深入研究国际RFID标准的技术内容和设定方式，与国内RFID制造和集成企业进行沟通，了解国内对RFID标准的应用需求，确立了我国RFID标准体系构建的原则和方法，提出了我国RFID标准的基础体系模型，并在此基础上优先制定了相关技术标准，不断完善该标准体系。RFID标准体系我国制定RFID编码技术标准的三个原则：科学性：我国RFID物品编码通用数据结构的技术方案是科学的，充分利用现有的成熟技术和硬件/软件设施，从国家层面考虑，统筹和兼顾国家、行业和企业对RFID物品编码的需求，保证研究的技术严谨性。全面性：我国RFID物品编码通用数据结构方案，全面考虑了我国商贸流通等通用领域以及邮政、铁路等专用领域的应用需求，将多种识别技术、通用与专用不同编码技术以及不同的信息系统整合在一个框架之内，兼顾了政府、行业主管部门以及应用部门的对RFID编码的不同要求。兼容性：我国RFID物品编码通用数据结构方案充分考虑到兼容性的需求，既考虑到国际上各种编码体系，同时也兼顾到国内各个领域的编码系统，既有自主创新，又可与国际接轨，既能满足行业部门内部的信息化需求，也能满足国家层信息交换的需求。RFID标准体系工信部电子标签（RFID）标准工作组工作范围:标准体系研究、关键技术、编码标准制定和应用标准制定秘书处工信部电子工业标准