RFID技術(shù)應(yīng)用及所面臨的挑戰(zhàn)介紹與分析

無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別（RFID）是利用射頻通信實(shí)現(xiàn)的非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，可工作于各種惡劣環(huán)境，通過(guò)附著在物體上的標(biāo)簽，能迅速識(shí)別多個(gè)高速運(yùn)動(dòng)的物體。由于它的快速識(shí)別的特點(diǎn)，RFID技術(shù)越來(lái)越受到各大廠(chǎng)商的青睞，它在倉(cāng)儲(chǔ)物流、產(chǎn)品防偽、產(chǎn)品流通及產(chǎn)品維護(hù)追蹤等領(lǐng)域有著極大的應(yīng)用潛力。文章分析了RFID技術(shù)的基本原理，介紹了它在供應(yīng)鏈管理、安全與身份識(shí)別及移動(dòng)追蹤等領(lǐng)域的應(yīng)用。RFID技術(shù)也面臨很多挑戰(zhàn)，有待進(jìn)一步研究。

0、引言

近年來(lái)，無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)逐漸成為一種主流應(yīng)用技術(shù)，該技術(shù)使快速物品識(shí)別成為可能。RFID技術(shù)與早期的條形碼識(shí)別技術(shù)不同，它不需要近距離使用讀碼器，通過(guò)射頻信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離識(shí)別。RFID標(biāo)簽還可以將產(chǎn)品生產(chǎn)商、產(chǎn)品類(lèi)型以及環(huán)境變量等各種信息作為身份的標(biāo)識(shí)，不必像條形碼那樣使用斑馬線(xiàn)標(biāo)簽。另外，RFID系統(tǒng)還能從不同方向自動(dòng)識(shí)別RFID標(biāo)簽，與條形碼識(shí)別相比，極大提高了識(shí)別速率。

盡管RFID在誕生之初就展現(xiàn)出很大優(yōu)勢(shì)，但其高昂的費(fèi)用阻礙了它在商業(yè)上的應(yīng)用。隨著電子工業(yè)的進(jìn)步、電子設(shè)備的集成化和小型化，使RFID 設(shè)備成本逐步下降，因而使它具有了與傳統(tǒng)的條形標(biāo)簽相競(jìng)爭(zhēng)的能力。在某些大型商業(yè)場(chǎng)所，RFID對(duì)于商品監(jiān)管的優(yōu)勢(shì)是普通識(shí)別技術(shù)難以比擬的。

1、RFID原理

RFID是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它利用射頻信號(hào)通過(guò)電感耦合或電磁耦合自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象，并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。標(biāo)簽是RFID技術(shù)的關(guān)鍵部分。RFID標(biāo)簽含有一個(gè)發(fā)送應(yīng)答機(jī)，可以向RFID閱讀器發(fā)送特定信號(hào)，絕大多數(shù)的RFID標(biāo)簽都有一個(gè)ID序列號(hào)（如SKU碼）。閱讀器在收到ID號(hào)后可以從數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索相關(guān)數(shù)據(jù)，并按指示進(jìn)行操作。RFID標(biāo)簽也可以具有可讀寫(xiě)的存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)向不同閱讀器發(fā)送的信息，這些信息用于對(duì)貼附標(biāo)簽的物體進(jìn)行識(shí)別。RFID系統(tǒng)原理如圖1所示。

RFID技術(shù)應(yīng)用及所面臨的挑戰(zhàn)介紹與分析

RFID標(biāo)簽按是否有源分為主動(dòng)式標(biāo)簽和被動(dòng)式標(biāo)簽。主動(dòng)式RFID標(biāo)簽自帶電源（如板載電池），被動(dòng)式標(biāo)簽的能源則利用電磁感應(yīng)通過(guò)讀寫(xiě)器獲取。同樣，讀寫(xiě)器也根據(jù)所讀取標(biāo)簽的類(lèi)型分為主動(dòng)式讀寫(xiě)器和被動(dòng)式讀寫(xiě)器。

1.1　主動(dòng)式標(biāo)簽

主動(dòng)式標(biāo)簽內(nèi)部自帶電池進(jìn)行供電，具有可讀寫(xiě)的特性。由于自帶電源，主動(dòng)式標(biāo)簽?zāi)軅鬏斴^強(qiáng)信號(hào)，因而具有更遠(yuǎn)的讀寫(xiě)距離。但是板載電源會(huì)使標(biāo)簽體積變大而且更加昂貴，所以主動(dòng)RFID系統(tǒng)一般用于大型航空工具以及普通交通工具等的遠(yuǎn)距離識(shí)別。低功耗的主動(dòng)標(biāo)簽通常比一副撲克稍大。主動(dòng)標(biāo)簽可以在物體未進(jìn)入識(shí)別距離時(shí)處于休眠狀態(tài)。也可以處于廣播狀態(tài)持續(xù)向外廣播信號(hào)。

由于自帶電源，主動(dòng)標(biāo)簽?zāi)茉谳^高的頻率下工作，如455MHz、2.45GHz及5.8GHz等，這取決于實(shí)際的識(shí)別距離和存儲(chǔ)器需求。在這些頻率下，讀寫(xiě)器可以在20m～100m的范圍內(nèi)工作。

1.2　被動(dòng)式標(biāo)簽

被動(dòng)式標(biāo)簽內(nèi)部不帶電池，從讀寫(xiě)器產(chǎn)生的磁場(chǎng)中獲得工作所需的能量。當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入讀寫(xiě)器的識(shí)別范圍后，標(biāo)簽通過(guò)天線(xiàn)感知電磁場(chǎng)變化，由電磁感應(yīng)產(chǎn)生感應(yīng)電流，標(biāo)簽通過(guò)集成的電容保存產(chǎn)生的能量。當(dāng)電容蓄積了足夠的電荷后，RFID標(biāo)簽就可以利用電容提供的能量向讀寫(xiě)器發(fā)送帶有標(biāo)簽ID信息的調(diào)制信號(hào)。由于被動(dòng)式標(biāo)簽自身不帶電源，因而比主動(dòng)標(biāo)簽價(jià)格要低很多，在美國(guó)，通常一個(gè)標(biāo)簽花費(fèi)20美分左右。隨著微電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，可以將標(biāo)簽做得更小、更便宜。由于價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)，它比主動(dòng)式標(biāo)簽具有更廣的應(yīng)用領(lǐng)域。

除了價(jià)格低之外，被動(dòng)標(biāo)簽還非常小。但目前的天線(xiàn)技術(shù)會(huì)限制標(biāo)簽的大小，標(biāo)簽越大有效識(shí)別距離越遠(yuǎn)。目前的被動(dòng)標(biāo)簽一般都只有2K左右的內(nèi)存，由于內(nèi)存有限，除了存儲(chǔ)ID信息和一些歷史信息外，不能存儲(chǔ)特別復(fù)雜的有用信息，因而在一定程度上限制了其應(yīng)用領(lǐng)域。隨著RFID技術(shù)的不斷進(jìn)步，標(biāo)簽?zāi)艽鎯?chǔ)的信息容量將會(huì)不斷增加，從而能存儲(chǔ)較復(fù)雜的信息。

被動(dòng)標(biāo)簽與讀寫(xiě)器之間通信的ID信息一般通過(guò)高頻和低頻方式調(diào)制實(shí)現(xiàn)。在低頻調(diào)制方式下（低于100MHz），標(biāo)簽電容配合電感線(xiàn)圈，根據(jù)標(biāo)簽 ID信息改變信號(hào)強(qiáng)度，并向外輻射，變化的快慢受調(diào)制頻率的影響。在高頻（高于100MHz）方式下，標(biāo)簽使用背向散射方式發(fā)送信號(hào)，這使得天線(xiàn)在內(nèi)部電路的影響下是變阻抗的。當(dāng)阻抗發(fā)生改變時(shí)，天線(xiàn)會(huì)向外輻射射頻信號(hào)，讀寫(xiě)器便可以獲取并解調(diào)信號(hào)。被動(dòng)標(biāo)簽工作頻率一般為128kHz、13.6MHz、 915MHz以及2.45GHz等，識(shí)別距離因而在幾十cm到幾m不等。系統(tǒng)頻率的選取一般由環(huán)境因素、傳輸介質(zhì)及識(shí)別范圍需求所決定。