1、中文 3750 字 射频识别 (RFID)趋势 摘要 ： 本文 提 供的 是 关于 射频 识别 (RFID)技 术的 一项 调查 。 最初 开 发的 射频 识别 标 签用 以取代条形码 。 它的 优 势 是 能够进 行 无线 阅 读 ， 虽 然没有 可 看见 的 线但 比 条形码 包 含更 多 的信息 , 而且功 能也更 强大 。 本文 介绍 了该 技 术的 目 前发 展状况 ,包 括 使用 的 频率 范围 和标 准 。然 而 ,随 着 RFID 电子 标签的 普 及 ,隐私 问 题就 越 来越 受 到人们 的 关注 。 该 文概 述 了可能 存 在的 个 人私隐攻击 而 且还 介 绍了 应对
2、措施 。 此项 技 术在 项 目级标 签 方面 仍 有研 究 ，而且 本 文还 着 重介绍了该技 术 当前 在 定位 和 跟踪标示 物体 移 动方 面 的研究 。 RFID 标 签 的用 途 是如此 广 泛 ,所 以 在生产时降 低成 本 就可 以 有很 大利 润。结 果表 明 ,印刷 标签 可能 是 替代 传 统生 产的 一个 可 行方 案。本文综 述 了此 方 案近 期 的研究 进 展状 况 。 关键词 :射频 识 别 RFID,RFID 电 子 标签 ,电子 产 品代 码 EPC,供 应 链管 理 ，安 全 ，有机 印刷 ，定 位 和跟踪 1 前言 RFID 电 子标签或仅是 “标签 ”
3、,是 小转发器响应阅读器查询到的无线传输序列号或类似的标识符的 要求 。 该标 签 正在被 大 量使 用 于生 产 环境和 超 市的 标 签项 目 跟踪上 。 它们 通 常可认为是一 个先进 的条 码 ，且 应用 广泛 。本文 介 绍了 一些 新应 用 ，可 能 利用 RFID 技 术如定 位丢 失物品 ,跟踪移动的物体和 其他人。随后几年里 RFID 电子标签预计增产 到 几十亿个。然而它只 不过是 被当 做 条形 码 ，没 有考 虑到 该 先进 技 术对 隐私 的影 响 。本 文 还介 绍了 RFID 系统的可能 扩展领域 ,同 时 也提出 了一 些解 决方 案。 2RFID 技术的发展历
4、史 第一 个 RFID 应用的系 统 是 “识别 的 朋友 或 敌人 ”,被英国 人 用在 第 二次 世 界大战 中 。 转 发器被置于 战 斗机 和 坦克中 ,这样阅 读 单元 就 可以 检 测敌机 并 决定 是 否进 行 攻击 。 世 界 各地 的 军队仍在使用该 技 术的 演 变；第 一个 RFID 商 业应 用是 “电 子 物品 监视 ”，是在 70 年 代开 发 的一 个防盗系统 。它 的 基 础是可储 存单 点的 标签 。当 用户 离开 了商 店 时该 点 会被 识别 ,若该 点 没被 设置则警报 器会 响起来 。 70 年代末 RFID 电 子标签 成功 迈进 农业 如 对动 物
5、 的标 签。 80 年代 ,射频识别技术在挪威和美国几个州决定 使用 RFID 收费公路上的 EZ-Pass时又得到了很大发展。除了收费，在接下来的十年里它又有了很多新的应用 ,比 如滑雪通行证 ,汽油 卡 速度通过 ,钱卡 等 方面 。 1999 年 ,麻省 理 工学 院的 Auto-ID 中心 成立 了 ， 任 务是建 立一 个 全球 的 标准 的项 目级 标签。Auto-ID 中心 在完成了电子产品代码 (EPC)的作业后，于 2003 年 关闭 了。同时新成立的全球EPCglobalInc.继 续这 项工 作。 可能出现有关 RFID 技 术信息的第一篇论文是亨利 斯托克曼在 1948
6、 年 10 月发表的标志性论 文 反射功率手段的通信 。在 1973 年认证的第一个关于 RFID 的专利是一个被动式有 内存的 无线 电 发射 器 US.Patent3,713,148。 3 当前的 RFID 技术 该节描 述的 是 RFID 标 签由 哪些 部分 组 成、工 作原 理和 确实 存 在的 标 签类 型 ，关注 标 签的 供电方 式 和使 用 频率 范 围。这 部 分也 总 结了 一 些重要 的 标准。 RFID 应 答器的一 般组 成 :微 芯片 、天 线 、线 圈 和电 池 (仅 适 用于 有 源标 签 )。 芯片的 大 小主要 取 决 于 天线， 它 的规模 和 形 式
7、的取决 于 标签 的 使用 频 率，也 取 决于 它 的使用面 积 。它 的 大小 范 围可从 不 到一 毫 米的 植 入体大 到 一本 关 于集 装 箱物流 的 书。 除 了微型 芯片 ,有 些标 签 也附 有 可重 写内 存，这 样 标签就可 储存 更新 阅 读周 期 之间 的或 新的 数据 ，如 序 号。 如 图 1 所 示 的 RFID 标签 。 天线清 晰 可见 。 正如 前 面所说 的 ， 天 线 对标 签 大小的 影 响最大。在标签 的 中心 可 看见 的 是芯片 。 因为 这 是一 个 无源标 签 所以 无 内部 的 能源。 RFID 标签工作原理是如下 :阅读单元产生电磁场
8、引导电流流进标签的天线。该电流用以 给芯片 提 供能 源 。在 无 源标签 中 该电 流 还为 冷 凝器充 电 ，以 保 证芯 片 的不间 断 供电 。 在有源标签中 电池取 代 了冷 凝 器。有 源 和无 源 标签 的 区别是 短 期内 的 信息 阐 释。一 旦 被激 活 的标签收到阅 读 的命 令它就 可 以发送 序 列号 或 所要 求 的信息 。 总 的来说 ,标 签 没有足 够 的能 量 来创造自己的 电 磁场 , 相 反 它可以采 用 反向 散 射调 制 （反映 /吸 收 ） 来 产 生 由 阅读单 元 发射 的 电磁场。由于大 多 数流 体 吸收 电 磁场和 大 多数 金 属反 射
9、 这些场 ， 故可 使 用的 标 签阅读 材 料是 复 杂的 在一次 循环 解 读中 ,阅读 器不 得不 持 续给 标 签供 电 。它 所建 立 的场将产 生连 续波 ,因 为磁 场的强度 随距 离 的平 方 而减少 ， 故阅 读 器必 须 有一个 相 当大 的 能源 。 该场迅 速 响应 标 签给的 任何指示 , 因此 标签位于 正下 方的 侧 渠道 可 以响 应上 述连 续 波的 频 率。 3.1 能源 我们辨 别三 种 不同 的 RFID 电 子标 签 的能 量 或能源 ：被 动、 半 被动 和 主动 。 被动式 标 签没 有 内部 电 源 ,因此 它 们的 能 量来 源 于阅读器 。
10、这意 味 着 阅 读器必 须 保持 磁 场直到转换完 成 。由于 没有 电池 ,故这 些 都是 可 用的 最小 和最 便 宜的 标 签。但 它 的阅 读范 围可 从 2 毫 米和 几米 。这些 标 签的 另一 个好 处 是适 用 于印 刷生 产。 此 外， 因 为它 不依 赖于 内 部电 源，所以它 们 的寿 命 是无限 的。 第二种 类 型是半 被 动 式 标签。 这 些标签 都 有 内 部电源 可 在任 何 时候 都 给微芯 片 供电 。 它 有许多优点 :由 于芯片在持续带电的情况下反应迅速 ,因 此可以增加每秒查询的标签数量，这是非常 重要的 应用 。此外 ,由 于 天线 不 需要 收
11、 集能 量 ，故可 以优 化用以反 向散 射和 回 归来 增加阅读范 围 。最 后但并 非 不重要 ， 因为 标 签不 使 用任何 磁 场能 量 所以 反 向散射 的 信号 越 强，阅读范围 更 广。 由 于最后 两个原 因 ，半 被 动标 签 通常比 被 动标 签 应用 范 围更广 泛 。 第三种 类 型是 主 动式 标 签。类 似 于半 主 动标 签 ，它的 内 部也 有 能源 但 它的能 源 用于 两 个 方面 ：给 微芯 片供 电和使 天线 产生 信号 。主动式 标签 发送 信 号而 不 被质 疑 ,这 被称 为 信标 。主 动标签 可查 询 的范 围 是几 十公尺 ,从 而 使其 适
12、 宜于 定位 对象 或 理想 标 志点 。 寿 命长 达 5 年的 。 3.2 频带 RFID 电 子标签按 照频率分 为三 个部 分 :低频 (LF,30-500 千赫 )、高 频 (HF、 10-15 兆赫 )、超 高频(UHF),（ 850-950 兆赫 ,2.4-2.5 兆赫 ,5.8 兆赫 )。 低频标签比任何高频率的标签都便宜。对于大多数应用程序来讲 ,它 们的响应速度很快。但是，留 在阅 读 器的 大 量标记 数 据的 时 间范 围 将增加 。 另一 个 优点 是 低频标 签 由于 流 体的存在或金 属 的存在 而受 到 的影 响 最 小。 这 类标 签 的缺点 是 它们 识 别
13、范 围 很短。 最 常见 的 低频标 签频率是 125-134.2 千 赫和 140-148.5 千赫。 高频标 签 有更高 的 传 输 速率和 更 广的范 围 ， 成 本也比 低 频标 签 高。 该 类标签 中 最常 见 的是智能 标签 ， 工作 于 13.56 赫兹。 超高频 标签 是 所有 标 签中 工作 范围 最 广的 ， 其范 围可 从被 动 标签 的 3-6 米 到主 动标 签的 30 米。此外传送速率也很高 ,这 使得可在很短时间识别单标签。 此功能 在 标记 高速度运动实体的位 置时 是 很重 要 的， 但在 识别 范 围内 只 保持 很短 的一 段 时间 。 超高 频标 签也
14、 比 其他 任何标签都 贵 ，受 流 体和金 属的影 响 也是 最 严重 的 。 这些 特 性在 超 高频 自 动收费 系 统中 得 到了极大应用 。它 的 典型 频 率是868MHz(欧洲 ),915 兆赫 (美国 ),950 兆赫 (日本 )和 2.45 兆 赫。 LF 和 HF 标 签频率无限 制，全 球通用 。但 UHF 标 签的频 率标 准 不同 ，各国 分别 都有 认 证标 准。 3.3 标准 标签的应用范围广泛并且由于矛盾的目的 (如 低成本和安全 )， 这就可能需要很多不同种类的标签 。这 体 现在标准 的数 量上 。一 个短期的 RFID 标 准名单 如下 :国际标准 117
15、84,年国际标 准 11785、国 际标准 14223,国际标 准 10536、 国 际标 准 14443,国 际 标准 15693、 国 际标 准 18000。 注意该 列表 并 不是 完 全的 。由于 RFID 技 术不 是直 接与 互联 网 有关 的 ，所 以是 否有 可 用的 RFC 这并不奇怪。最近围绕 RFID 技术的炒作，导致 了专利爆炸。目前，已经发行的 RFID 相关专 利超过 了1800 个 （从 1976 年 至 2001 年 ） ， 积 压了 超 过 5700 个 描述 RFID 系 统 或应用 程 序的 专 利。 3.4 RFID 系统 一 个 RFID 阅读器 和一
16、 些标签 一 般来 说 是没 用 的 。 检 索 序列 号 不向 用 户提供 大 量的 信 息，也无助 于保 持 生产 链 中的 项目 跟踪 。 真正 的 动力 来 自于 RFID 的后 供大 量的 信息 ， 也无 助于保持生 产链中 的项 目 跟踪 。真 正的 动 力来 自于 RFID 后端存储额 外的结合 信息 ，如 产 品的 描述和一 定的 标 签被扫 描时。在一般 的 RFID 系统结构 如图 2 所示 。射频 识别 读取 机 扫描 标签 ,提出后 台 的信 息 。后 台 一般包 括 一个 数 据库 和 一个非 常 明确 的 应用 接 口。当 后 台接 收 新信息 时 ,根 据 是否 需 要执 行 一些 相关 领域 的 计算 来 决定 增加 数据 库 。应用 程序 检索 后台 数据 。在 许
