无线射频识别技术及其应用和发展趋势

目前常用的自动识别技术中,条码和磁卡的成本较低,但是都容易磨损,且数据量很小;接触式IC卡的价格稍高些,数据存储量较大,安全性好,但是也容易磨损,寿命短;而射频卡实现了免接触操作,应用便利,无机械磨损,寿命长,无需可见光源,穿透性好,抗污染能力和耐久性强,而且,可以在恶劣环境下工作,对环境要求低,读取距离远,无需与目标接触就可以得到数据,支持写入数据,无需重新制作新的标签,可重复使用,并且使用了防冲撞技术,能够识别高速运动物体并可同时识别多个射频卡。

近年来,无线射频识别技术在国内外发展很快,RFID产品种类很多,像TI、Motorola、Philips、Microchip等世界著名厂家都生产RFID产品,并且各有特点,自成系列。RFID已被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域,例如汽车或火车等的交通监控系统、高速公路自动收费系统、物品管理、流水线生产自动化、门禁系统、金融交易、仓储管理、畜牧管理、车辆防盗等。随着成本的下降和标准化的实话,RFID技术的全面推广和普遍应用将是不可逆转的趁势。

1、无线射频识别技术

1.1RFID系统的组成及其工作原理

1.2RFID技术的分类

RFID技术的分类方式常见的有下面四种:

(1)根据电子标签工作频率的不同通常可分为低频(30kHz~300kHz)、中频(3MHz~30MHz)和高频系统(300MHz~3GHz)。RFID系统的常见工作频率有低频125kHz、134.2kHz,中频13.56MHz,高频860MHz~930MHz、2.45GHz、5.8GHz等。低频系统特点是电子标签内保存的数据量较少,阅读距离较短,电子标签外形多样,阅读天线方向性不强等。主要用于短距离、低成本的应用中,如多数的门禁控制、校园卡、煤气表、水表等;中频系统则用于需传送大量数据的应用系统;高频系统的特点是电子标签及阅读器成本均较高,标签内保存的数据量较大,阅读距离较远(可达十几米),适应物体高速运动,性能好。阅读天线及电子标签天线均有较强的方向性,但其天线宽波束方向较窄且价格较高,主要用于需要较长的读写距离和高读写速度的场合,多在火车监控、高速公路收费等系统中应用。

(3)根据电子标签的有源和无源又可分为有源的和无源的。有源电子标签使用卡内电流的能量、识别距离较长,可达十几米,但是它的寿命有限(3~10年),且价格较高;无源电子标签不含电池,它接收到阅读器(读出装置)发出的微波信号后,利用阅读器发射的电磁波提供能量,一般可做到免维护、重量轻、体积小、寿命长、较便宜,但它的发射距离受限制,一般是几十厘米,且需要阅读器的发射功率大。

(4)根据电子标签调制方式的不同还可分为主动式(Activetag)和被动式(Passivetag)。主动式的电子标签用自身的射频能量主动地发送数据给读写器,主要用于有障碍物的应用中,距离较远(可达30米);被动式的电子标签,使用调制散射方式发射数据,它必须利用阅读器读写器的载波调制自己的信号,适宜在门禁或交通的应用中使用。

1.3RFID技术标准

目前常用的RFID国际标准主要有用于对动物识别的ISO11784和ISO11785,用于非接触智能卡的ISO10536(Closecoupledcards)、ISO15693(Vicinitycards)、ISO14443(Proximitycards),用于集装箱识别的ISO10374等。目前国际上制定RIFD标准的组织比较著名的有三个:ISO,以美国为首的EPCglobal以及日本的UbiquitousIDCenter,而这三个组织对RFID技术应用规范都有各自的目标与发展规划。下面对常见的几个标准加以简介。

(1)ISO11784和ISO11785技术标准

(2)ISO10536、ISO15693和ISO14443技术标准

ISO10536标准发展于1992年1995年间,由于这种卡的成本高,与接触式IC卡相比优点很少,因此这种卡从未在市场上销售。ISO14443和ISO15693标准在1995年开始操作,其完成则是在2000年之后,二者皆以13.56MHz交变信号为载波频率。ISO15693读写距离较远,而ISO14443读写距离稍近,但应用较广泛。目前的第二代电子身份证采用的标准是ISO14443TYPEB协议。ISO14443定义了TYPEA、TYPEB两种类型协议,通信速率为106kbit/s,它们的不同主要在于载波的调制深度及位的编码方式。TYPEA采用开关键控(On-Offkeying)的Manchester编码,TYPEB采用NRZ-L的BPSK编码。TYPEB与TYPEA相比,具有传输能量不中断、速率更高、抗干扰能力列强的优点。RFID的核心是防冲撞技术,这也是和接触式IC卡的主要区别。ISO14443-3规定了TYPEA和TYPEB的防冲撞机制。二者防冲撞机制的原理不同,前者是基于位冲撞检测协议,而TYPEB通信系列命令序列完成防冲撞。ISO15693采用轮寻机制、分时查询的方式完成防冲撞机制。防冲撞机制使得同时处于读写区内的多张卡的正确操作成为可能,既方便了操作,也提高了操作的速度。

(3)ISO18000技术标准

ISO18000是一系列标准,此标准是目前较新的标准,原因是它可用于商品的供应链,其中的部分标准也正在形成之中。ISO18000-6基本上是整合了一些现有RFID厂商的减速器规格和EAN-UCC所提出的标签架构要求而订出的规范。ISO18000只规定了空气接口协议,对数据内容和数据结构无限制,因此可用于EPC。

2、RFID的典型产品介绍

通常RFID的产品按其使用功能可以分为身份识别ID卡、消费IC、物流标记卡、远距离识别卡等。目前各家厂商的RFID产品在功能上各有侧重;瑞士EM公司的ID卡主要用于身份识别,荷兰Philips公司的MifareOne卡主要用于消费,美国TI公司的标签卡主要用于物流,瑞典TagMaster公司的远距离卡主要用于停车人员物资远距离识别等。

3、应用和发展趋势

当前RFID应用和发展面临着几个关键问题是标准、成本、技术和安全。

3.1标准

3.2成本

目前美国一个电子标签最低的价格是20美分左右,这样的价格是无法应用于某些价值较低的单件商品,只有电子标签的单价下降到10美分以下,才可能大规模应用于整箱整包的商品。随着技术的不断提升和在各大行业的日益推广,RFID的各个组成部分,包括电子标签、阅读器和天线等,制造成本都有望大幅度降低。

3.3技术

虽然在RFID电子标签的单项技术上已经趋于成熟,但总体上产品技术还不够成熟,还存在较高的差错率(RFID被误读的比率有时高达20%),在集成应用中也还需要攻克大量的技术难题。

3.4安全

当前广泛使用的无源RFID系统还没有非常可靠的安全机制,无法对数据进行很好的保密,RFID数据还容易受到攻击,主要是因为RFID芯片本身,以及芯片在读或者写数据的过程中都很容易被黑客所利用。此外,还有识别率的问题,由于液体和金属制口等对无线电信号的干扰很大,RFID标签的准确识别率目前还只有80%左右,离大规模实际应用所要求的成熟程度也还有一定差距。

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