遠距離射頻識別系統及其應用前景

文章出處：http://5052h112.com 作者：張益強　鄭銘　張其善   人氣： 發表時間：2011年11月02日

　摘要 本文介紹了射頻識別技術的發展其簡要工作原理、發展狀況和主要應用領域。

　　關鍵詞 射頻識別 射頻卡 電子標簽

1 引言

　　射頻識別技術（RFID，即Radio Frequency Identification）是從20世紀80年代走向成熟的一項自動識別技術。它利用射頻方式進行非接觸式雙向通信交換數據以達到識別目的。和傳統的磁卡、IC卡相比，射頻卡最大的優點就在于非接觸，因此完成識別工作時無須人工干預，適合于實現系統的自動化且不易損壞，可識別高速運動物體并可同時識別多個射頻卡，操作快捷方便。射頻卡不怕油漬、灰塵污染等惡劣的環境，短距離的射頻卡可以在這樣的環境下替代條碼，用在工廠的流水線等場合跟蹤物體。長距離的產品多用于交通上，距離可達幾十米，可用在自動收費或識別車輛身份等場合。

2 射頻識別系統簡介

　　射頻識別系統至少應包括以下兩個部分，一是讀寫器，二是電子標簽（或稱射頻卡、應答器等，本文統稱為電子標簽）。另外還應包括天線，主機等。

　　（一）工作頻率

　　射頻識別系統的工作頻率主要有125kHz、13.56MHz、869MHz、902～928MHz、2.45GHz、5.8GHz等，允許的最大發射功率電平和頻率分配因國家和地區的不同而有所不同。其中125kHz系統主要應用在動物識別和商品流通等領域。13.56MHz系統一般應用在公共交通和門禁系統等領域，其識別距離較近，一般為幾厘米（ISO14443標準）到幾十厘米（ISO15693標準），采用特殊制作的天線最大識別距離為1.5米左右。在UHF頻段（869MHz和902～928MHz），系統的識別距離遠，可從幾米到幾十米。UHF頻段的自動識別系統主要應用在高速公路收費、集裝箱識別和鐵路車輛的識別、跟蹤等業務中。2.45GHz系統被動式系統（無源標簽）一般可提供1米左右的識別距離，主動式系統（有源標簽）也可以達到十幾米的識別距離。5.8GHz系統主要應用在交通領域，目前我國公路聯網收費系統暫行標準也把此頻段作為車輛識別的系統標準。

　　（二）TTF與RTF

　　RTF（Reader Talks First，讀寫器先發言）和TTF（Tag Talks First，標簽先發言）是兩種讀寫器抗沖突協議方式。

　　在一般狀態下，電子標簽處于‘等待’或稱為‘休眠’的工作狀態，當電子標簽進入讀寫器的作用范圍時，檢測到一定特征的射頻信號，便從‘休眠’狀態，轉到‘接收’狀態，接收讀寫器發出的命令后，進行相應的處理，并將結果返回讀寫器。這類只有接收到讀寫器特殊命令才發送數據的電子標簽被稱為RTF（Reader Talk First，即讀寫器先發言）方式；與此相反，進入讀寫器的能量場即主動發送自身ID號的電子標簽被稱為TTF（Tag Talk First，即標簽先發言）方式。TTF和RTF協議相比，TTF方式的射頻卡具有識別速度快等特點，適用于需要高速應用的場合；另外，它在噪聲環境中更穩健，在處理標簽數量動態變化的場合也更為實用。因此，更適于工業環境的跟蹤和追蹤應用。

　　（三）有源和無源標簽

　　射頻識別系統按電子標簽的供電方式可分為有源標簽和無源標簽兩類。無源標簽所需工作能量需要從讀寫器發出的射頻波束中獲取能量，經過整流、存儲后提供電子標簽所需的工作電壓。與有源標簽相比，具有成本低、不需要維護、使用壽命長等特點。缺點是讀寫器要發射更大的射頻功率，識別距離相對較近等。然而，目前的集成電路設計技術能使所需工作電壓進一步降低至1V甚至0.42V，這使得無源RFID系統可以達到20米以上的識別距離。這在不同的無線電規則限制情況下，可以滿足大部分實際應用系統的需要。有源標簽本身帶有微型電池，由于不需要射頻供電，其識別距離更遠，讀寫器需要的功率較小。

3 射頻識別技術發展狀況

　　射頻識別技術在國外發展很快，RFID產品種類很多，像德州儀表、Motoro1a、Phllips等世界著名廠家都生產RFID產品，并且各有特點，自成系列。我國在這方面起步較晚，但經過幾年的努力已經開發出了自主知識產權的產品。

　　RFID技術在傳感器網絡方面的應用被美《商業周刊》評為將掀起新產業浪潮的未來四大高技術之一。據有關權威資料統計，射頻識別產品在全世界的銷量、1993年為990萬套，1994年就猛增到2030萬套，1997年有關產品的銷量將為9810萬套。而在全世界范圍內射頻產品的銷售額，1989年為0.81億美元，1992年為1.41億美元、1997年為4.33億美元，1999年則為6.85億美元，其中在1992-1999年間射頻識別產品在全世界銷售額的年平均增長率達25.3%。ABI估計，到2008年，RFID電子標簽、閱讀器和相關軟件與服務的銷售額可望增至30億美元。由此可見，射頻識別技術具有廣闊的市場前景。

　　一項由麻省理工學院（MIT）和IBM針對自動化識別系統（Auto-ID）與新型無線射頻識別技術目前企業使用現狀的調查報告顯示：“自動化識別系統”將成為供應鏈管理的有力工具，有71%的企業將于2005年底前應用自動化識別系統；而有75%的制造業則會在2006年底前應用這種系統。美麻省理工學院（MIT）在芝加哥召開的EPC研討會上首次公開展示其研發了近5年的EPC網絡（Electronic Product Code，即電子產品編碼）。這種下一代條形碼系統可用一塊微芯片替換目前大多數商品上的黑色條形碼。目前這種電子標簽的價格約為50美分，隨著應用市場的進一步擴大，價格將逐步降為25美分甚至5美分。

4 主要應用領域

　　射頻識別技術被廣泛應用于工業自動化、商業自動化、交通運輸控制管理、防偽等眾多領域,甚至軍事用途，在伊拉克戰爭期間，美國軍方大量使用了該項技術，用裝入袖口中的RFID芯片跟蹤受傷的士兵。射頻識別技術主要應用領域有如下一些方面：

　　（一）在商業供應鏈的應用

　　全世界最大的零售商沃爾碼要求它前一百家大的供應商必需在2005年前為RFID技術的應用做好準備。專業人士預測，到2012年，RFID芯片的價格將降到比一粒米還便宜，還可以印在產品的包裝盒上，也能印在價格標簽上。依靠RFID系統跟蹤商店的庫存和收支情況，一清二楚。如果你是顧客，當你拿起商品要走出大門的時候，設在入口處的RFID發射接收器就能立即計算出你的購買總額，并從你錢包中的RFID信用卡上減去相應的金額，毋須勞你自己動手。

　　值得關注的是，微軟公司決定加入發展射頻識別技術的陣營，為催生這種貨物流向追蹤技術助一臂之力。IBM幫助麥德龍集團未來商店建立零售業科技新標準。

　　（二）安全、防偽方面的應用

　　偽造問題在世界各地都是令人頭疼的問題，現在應用的防偽技術如全息防偽等技術同樣也被不法分子偽造。將射頻識別技術應用在防偽的領域有它自身的技術優勢，它具有成本低但卻很難偽造的優點。利用這種技術不用改變現行的數據管理體制，唯一的產品標識號完全可以做到與已用數據庫體系兼容。

　　 歐洲中央銀行準備在歐元中嵌入極小的射頻識別電子標簽。其主要目的是識別鈔票真偽，防止偽造鈔票。同時，射頻識別標簽還能夠記錄鈔票交割的細節，可以跟蹤非法交易，防止洗錢行為。使用射頻識別芯片還能夠簡化、加快記帳等銀行的日常處理工作。使用這種標簽，一疊鈔票能夠從一個閱讀器通過就能夠統計出總數來，就像使用射頻識別標簽的系統跟蹤存貨一樣。

　　 （三）、車輛管理系統

　　1、高速公路自動收費及交通管理

　　高速公路自動收費系統是RFID技術最成功的應用之一。目前中國的高速公路發展非常快，地區經濟發展的先決條件就是有便利的交通條件，而高速公路收費卻存在一些問題，一是交通堵塞，在收費站口，許多車輛要停車排隊交費，成為交通瓶頸問題；二是少數不法的收費員貪污路費、使國家損失了財政收入。RFID技術應用在高速公路自動收費上能夠充分體現它非接觸識別的優勢。讓車輛高速通過收費站的同時自動完成收費。同時可以解決收費員貪污路費及交通擁堵的問題。

　　1996年、佛山市政府安裝了RFID系統用于自動收取路橋費，明顯地提高車輛通過率，緩解公路瓶頸。車輛可以在250公里的時速下用少于0.5毫秒的時間被識別，并且正確率達99.95%。上海也安裝了基于RFID技術的自動收繳養路費系統。廣州也嘗試在開放的高速公路上用RFID系統對高速行駛的車輛進行自動收費。

　　2、停車場智能化管理系統

　　無需停車，系統自動識別車輛的合法性，完成放行（禁止）、紀錄等管理功能。節約進出場的時間、提高工作效率，杜絕管理費的流失。

　　3、營區、重要部門車輛管理

　　政府機關、公安、軍事部門、機關大院等重要部門的車輛出入，根據保密級別可設置不同權限，允許進入不同區域。對于安裝假牌、假證的車輛，無法混入，有效的保障了重要部門的安全。

　　4、城市車輛動態管理　　對道路交通流量實時監控、統計、調度；車輛闖紅燈記錄報警；被盜（可疑）車輛報警、跟蹤；特殊車輛跟蹤；肇事逃逸車輛排查等等。有趣的是，英國計劃在汽車上裝此類芯片，超速將被自動“舉報”。

　　5、公共交通電子車票

　　射頻識別系統，特別是非接觸IC卡應用潛力最大的領域之一就是公共交通領域。使用非接觸式IC卡作為電子車票，具有使用方便、可以縮短交易時間，降低運營成本等優勢。韓國漢城在1996年就采用了這一系統。目前，北京的公交車如719、749路等公交車也都加裝了電子車票收費系統，將很快投入運營。

　　(四) 、人員的管理

　　1、實現公安、交警機動巡邏人員的動態管理，加強對巡邏交警（巡警）的監督和調度，提高公安警力對突發事件的機動反應能力。

　　2、人員身份自動識別、門禁管理系統

　　 將來的門禁保安系統均可應用射頻卡，一卡可以多用，比如作工作證、出入證、停車卡、飯店住宿卡甚至旅游護照等等，人員出入時自動識別身份，非法闖人會有報警。安全級別要求高的地方、還可以結合其它的識別方式，將指紋、掌紋或顏面特征存入射頻卡。

　　（五）、物流管理

　　1、鐵路貨運編組調度系統

　　火車按既定路線運行，讀寫器安在鐵路沿線，就可得到火車的實時信息及車廂內裝的物品信息。通過讀到的數據，能夠得到火車的身份、監控火車的完整性，以防止遺漏在鐵軌上的車廂發生撞車事故，同時在車站能將車廂重新編組。

　　2、集裝箱識別系統

　　將記錄有集裝箱位置、物品類別、數量等數據的標簽安裝在集裝箱上，借助射頻識別技術，就可以確定集裝箱在貨場內的確切位置，在移動時可以將更新的數據寫入射頻卡（電子標簽）。系統還可以識別未被允許的集裝箱移動，有利于管理和安全。

　　3、郵件、郵包的自動分揀系統

　　射頻識別技術已經被成功應用到郵政領域的郵包的自動分揀系統中，它具有非接觸、非視線數據傳輸的特點，所以包裹傳送中可以不考慮包裹的方向性問題。另外，當多個目標同時進入識別區域時，可以同時識別，大大提高貨物分揀能力和處理速度。另外，由于電子標簽可以記錄包裹的所有特征數據，更有利于提高郵包分揀的準確性。

　　4、還可用于重要物資的防盜與管理；軍事物資運輸的全程監控等。

5 結論

　　射頻識別技術在中國起步較晚，但是它的發展潛力是巨大的，前景非常誘人。射頻識別也可用于更為廣泛的領域，如美國準備把這項技術用于反恐，在現代軍事領域也有其獨特的應用。在信息社會，對于各種信息的獲取及處理要求快速、準確。在不久的將來RFID技術就將同其它識別技術一樣深入我們的生活、改善我們的生活。

參 考 文 獻

　　[1] C.; Declercq, M.; Joehl, N.; Curty, J.-P. Dehollain, "A global survey on short range low power wireless data transmission architec- tures for ISM applications." Semiconductor Conference, 2001. CAS 2001 Proceedings. International , Volume: 1 , 2001 Page(s): 117 -126 vol.1

　　[2] Rao, K.V.S., "An overview of backscattered radio frequency identification system (RFID) ", Microwave Conference, 1999 Asia Pa- cific , Volume: 3 , 1999 ，Page(s): 746 -749 vol.3.

　　[3] Passive RFID Basics. Pete Sorrells ,Microchip Technology Inc.

　　[4] 沈宇超，沈樹群，“射頻識別技術及其發展現狀” , 《電子技術應用》, 1999年 第1期。

　　[5] 國際標準組織發布協議草案ISO/IEC 18000系列，編號ISO/IEC JTC 1/SC 31/WG 4 N652R.2003.2

　　張益強，男，1974年4月出生，河北定州人，北京航空航天大學信息與通信專業博士研究生，主要研究方向，射頻識別。


----《中國數據通信》