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深度分析RFID标签技术原理、优势及运用设想

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   我国市场经济迅速发展,使商品流通市场日趋活跃。但是,由于我国法制尚不健全,市场尚不规范,国内外一些不法分子为了牟取暴利,以次充好,以假乱真,形成了一定的假冒伪劣商品市场。一些高科技产品,也不同程度地受到假冒伪劣产品的冲击。这严重扰乱了社会市场经济秩序,阻碍了我国经济健康发展。目前,假冒伪劣产品还在进一步蔓延,数量和范围也呈现扩大趋势,因此迫切需要防伪技术的快速发展和防伪行业的形成。这是发展社会主义市场经济的需要,是扩大开放、发展对外贸易、保证国家经济有序发展的需要,是净化市场、维护企业和消费者利益的需要。RFID技术作为一项先进的自动识别和数据采集技术,在目前的防伪、物流、公共安全管理等方面起着重要的作用,并有望成为未来防伪、物流、公共安全管理等方面领域的先锋。

  一、概述

  RFID(RadioFrequencyIdentification,射频识别技术)是应用电磁感应、无线电波或微波进行非接触式双向通信,以达到识别目的并交换数据的自动识别技术。1948年哈里·斯托克曼(HarryStockman)在无线电工程师协会(InstituteofRadioEngineers)学报上发表的“利用能量反射进行通讯(CommunicationbyMeansofReflectedPower)”奠定了RFID技术的理论基础。这种技术从20世纪80年代中期开始出现,并随着大规模集成电路技术的成熟,射频识别系统的体积大大缩小,因此才进入实用化的阶段。RFID可以归入短距离无线通信技术,与其他短距离无线通信技术WLAN、蓝牙、红外、ZIGBEE、UWB相比最大的区别在于RFID的被动工作模式,即利用反射能量进行通信。

  1.RFID系统的工作原理

  RFID系统由以下几部分组成:①电子标签,由芯片和标签天线组成,通过电感偶合或电磁反向散射原理与读写器进行通信。②读写器,是读/写标签信息的设备,作为数据采集的终端,读写器还需要与中间件进行数据交换。③天线,是为标签和读写器提供射频信号空间传播的设备。④中间件,是连接RFID设备和企业应用程序的纽带,也是RFID应用系统的核心。

  RFID系统的工作原理如下:阅读器将要发送的信息,经编码后加载在某一频率的载波信号上经天线向外发送,进入阅读器工作区域的电子标签接收此脉冲信号,卡内芯片中的有关电路对此信号进行调制、解码、解密,然后对命令请求、密码、权限等进行判断。若为读命令,控制逻辑电路则从存储器中读取有关信息,经加密、编码、调制后通过卡内天线再发送给阅读器,阅读器对接收到的信号进行解调、解码、解密后送至中央信息系统进行有关数据处理;若为修改信息的写命令,有关控制逻辑引起的内部电荷泵提升工作电压,提供擦写EEP-ROM中的内容进行改写,若经判断其对应的密码和权限不符,则返回出错信息。

  2.RFID的优点

  智能标签也有人称之为无线射频识别标签,它是标签领域的高新技术产品,如今已在产品包装中发挥重要作用,将逐步替代传统的产品标签和条形码。智能标签是标签领域的新秀,它具有超越传统标签的功能,是电子和计算机等高新技术在标签印制上的结晶。RFID标签是智能标签的一种。表1将RFID标签和磁卡、IC卡及传统的条形码等同期或早期的自动识别技术进行了对比。

  RFID标签具有很好的综合性能,它的优势主要体现在:

  ①每个RFID标签都与一个全球唯一的ID号码对应。该ID号码是在制作RFID标签生产过程中写入存储器中,一旦写入就无法修改,不易复制。

  ②RFID标签与RFID读写器是通过无线进行传输的,可以识别高速、移动、多物体,因此标签可以在没有任何机械磨损的情况下被多次读取,同时可以被读写器快速批量读取。

  ③RFID标签是采用大规模集成电路技术设计的芯片。这种芯片无论设计与制造都是技术难度要求高而且投入大,因此给造假者造成了难以逾越的障碍。同时RFID技术与密码技术相结合,从软件破译方面也增大了造假者的成本。

  ④RFID标签的读取具有非接触、对环境适应能力强、可同时读取多个标签、读取速度快等突出特点。因此RFID防伪技术不仅可以应用于名烟、名酒等名贵消费类产品上,也可以应用到工业、农业、交通运输相关产品上。

  ⑤RFID防伪的一个天然优势是结合物流进行防伪。通过追踪产品的供应链,结合分布式数据库的管理,实现对产品的追根溯源。

  3.RFID技术的国内外发展现状

  RFID技术在国外的发展较早也较快。尤其是在美国、英国、德国、瑞典、瑞士、日本、南非目前均有较为成熟且先进的RFID系统。按照工作频率的不同分类,RFID标签可以分为低频(LF)、高频(HF)、超高频(UHF)和特高频(SHF)等不同种类。其中,低频近距离RFID系统主要集中在125KHz、13.56MHz系统;高频远距离RFID系统主要集中在UHF频段(902MHz—928MHz)915MHz、2.45GHz、5.8GHz。UHF频段的远距离RFID系统在北美得到了很好的发展;欧洲的应用则以有源2.45GHz系统得到了较多的应用。5.8GHz系统在日本和欧洲均有较为成熟的有源RFID系统。

  我国在RFID技术的研究方面也发展很快,市场培育已初步开花结果。比较典型的是在中国铁路车号自动识别系统建设中,推出了完全拥有自主知识产权的远距离自动识别系统。经过多年的现场运行考验,铁路车号自动识别系统工程于1999年全面投入建设。经过两年左右的建设与试运行,目前铁路车号自动识别系统工程已发挥出了系统设计功能,圆了铁路人的梦想,并且其辐射与渗透到其他应用方面的作用日渐明显。在近距离RFID应用方面,许多城市已经实现了公交射频卡作为预付费电子车票、预付费电子饭卡等应用。在RFID技术研究及产品开发方面,国内已具有了自主开发低频、高频与微波RFID电子标签与读写器的技术能力及系统集成能力。与国外RFID先进技术之间的差距主要体现在RFID芯片技术方面。尽管如此,在标签芯片设计及开发方面,国内已有多个成功的低频RFID系统标签芯片面市。

  二、RFID技术的应用

  RFID智能标签由于具有独特的优势,因此广泛用于防伪、物流、公共管理等各方面。

  1.RFID技术在防伪方面的应用

  ①证件防伪。目前国际上在护照防伪、电子钱包等方面已可以在标准护照封面或证件内嵌入RFID标签,其芯片同时提供安全功能并支持硬件加密,符合ISO14443的国际标准。国内在此领域也已经形成了相当规模的应用,二代身份证的推广应用就是此方面的典型代表。

  ②票务防伪。有些领域迫切地需要RFID技术,例如在火车站、地铁以及旅游景点等人流多的地方,采用RFID电子门票代替传统的手工门票来提高效率,或是在比赛和演出等票务量比较大的场合,用RFID技术对门票进行防伪。这不仅不再需要人工识别,实现人员的快速通过,还可以鉴别门票使用的次数,以防止门票被偷递出来再次使用,做到“次数防伪”。

  2.RFID技术在铁路安全追踪中的应用

  传统的铁路货运已不能满足现代物流发展的需要,必须向提供运输、仓储、包装、配送、流通、加工、信息处理等多种服务的现代物流业发展。

  铁路运输管理信息系统(TransportationManagementInformationSystem简称TMIS)不仅覆盖铁道部铁路局的各个主管业务部门,而且还遍及全路各基层站段,通过铁路计算机网络联成一体。它是“世界铁路最复杂、最庞大的运输管理系统”,可对铁路货车辆、机车、列车、集装箱进行追踪管理;可对全路主要站段进行计算机管理;可对铁道部、铁路局运输调度和日常运输计划进行计算机编制和管理;覆盖铁路运输生产全过程,是铁路信息化的核心系统,它由多个子系统构成,主要有:运输统计分析、运输调度管理、车站综合管理、确报信息管理、货票信息管理、货运销售与技术计划、大节点货车追踪管理、车号自动识别系统、剧毒品安全追踪系统、集装箱追踪管理、货车使用费清算。

  其中铁路车号自动识别(ATIS)是TMIS的重要组成部分,也是RFID在中国最成功的应用案例。ATIS通过在所有机车、货车上安装电子标签和在所有区段站、编组站、大型货运站和分界站安置地面识别设备来精确识别运行的列车及车辆信息,从而建立一个铁路列车车次、机车和货车号码、标识、属性和位置等信息的计算机自动报告采集系统。它能够及时准确地采集列车车次、车号和到发信息,加快实现全路货车、机车、列车、集装箱追踪管理,满足TMIS等管理系统对列车、车辆等基础信息的需求,最终实现运输作业管理现代化、网络化和资源共享。ATIS作为TMIS的信息源,它的运用对于提高铁路机车、车辆的使用率、利用率,提高我国铁路运输效率及运输管理现代化水平起着极其重要的作用。

  3.RFID技术公共安全方面的应用

  在关系到广大人民身体健康和生命安全的食品和药品等领域,RFID技术的诞生有着极其重要的意义。目前,RFID技术在医药行业的应用主要体现在:药品的防伪措施;防止用药差错及不合理用药;患者的身份识别和跟踪;有问题药品的召回;跟踪单据、试管、药瓶或标本;医疗器械和医疗设备的跟踪。

  RFID智能标签可以帮助厂商和消费者及时了解商品库存、流通、保质等情况,为厂商监控其产品在供应链中的状况和位置起到很大的作用。例如,许多食品和药品等的包装必须在特定的温度和低污染环境下储存运输。一般的标签无法了解和监控产品保存的温度和性质情况,而智能标签就可以在产品贮运过程中适时监控对温度要求敏感的易腐烂产品的温度,它凭借特殊的芯片、天线、传感器等,测量贮运过程中的温度,警示厂商防止温度变化对产品的影响,通过核对产品库存数据而判断产品的销售情况。此外,智能标签RFID提高了传统标签的防伪效果,尤其在药品包装中,它的防伪功能已大大超过传统的条形码。这有效地保障了公共安全。

  三、RFID技术目前面临的问题

  1.技术不成熟

  RFID是个充满希望的行业,但它的推广需要下面每一步的坚定与成熟:标准的制订、芯片设计与制造技术、天线设计与制造技术、芯片封装技术、读写设备开发与生产技术、系统集成和数据管理软件平台、应用系统开发、生产制造技术等。最具潜力的UHF频段市场上能支持的设备并不多,射频识别讯号容易被物体所阻断,这些都是技术上的挑战。

  2.成本居高不下

  这是RFID目前最致命的缺点,仅RFID标签一项在日本的制作成本(印刷成本占主要比例)就达到十几元人民币,而条码标签的单位成本只有0.l元。目前全球RFID标签的年需求量大约是1000万片,而只有需求量超过50亿片后,价格才能降到2美分。沃尔玛的RFID技术合作商Tag-istics公司总裁克里斯多夫介绍说,一套RFID系统在美国定价(包括项目实施)一般在250万美元左右,大型系统还要高得多。中铁快运这几年一直在不断测试RFID系统的效果,并将其小范围试点,最终发现投入太大,作为一个企业无法单独承担这部分的投入。

  3.标准不统一

  目前主要有以下三个标准:国际标准、欧美的EPC标准和日本的UbiquitousID。其中由美国麻省理工学院MIT发起的Auto-IDCenter非盈利性组织在规范RFID应用方面所发挥的作用将越来越明显。Auto-IDCenter在对RFID理论、技术及应用研究的基础上,所作出的主要贡献如下:

  ①提出产品电子代码EPC(ElectronicProductCode)概念及其格式规划。为减化电子标签芯片功能设计,降低电子标签成本,扩大RFID应用领域奠定了基础。

  ②提出了实物互联网的概念及构架,为EPC进入互联网搭建了桥梁。

  ③建立了开放性的国际自动识别技术应用公用技术研究平台,为推动低成本的RFID标签和读写器的标准化研究开创了条件。

  尽管如此,由于RFID缺乏统一技术标准,所以目前的技术还不能保证所有的标签和阅读器实现兼容。因此在希望应用RFID的仓库中,也许需要不止一种阅读器,以此来分别处理来自不同硬件商生产提供商的不同标签。

  4.安全问题

  由于RFID最终是要接到互联网上的,这就涉及到和信用卡一样的所谓安全保密问题。

  5.隐私问题

  RFID可以依靠标签进行追踪,一个人购买了酒以后,通过追踪酒瓶上的标签就可以了解到酒瓶拥有人的行踪以及生活习惯。

  四、RFID技术运用的设想

  由于RFID技术具有实时监控跟踪的功能,这在危险品管理方面可以大大地发挥其优势。比如在处于国家管制的枪支方面,可以采用RFID技术进行管理以防不法分子危害公共安全。在枪支制作过程中,可以在每支枪中加入RFID标签,相当于给每支枪一个身份证,从而可以对其进行监控跟踪。同样也可以把RFID标签植入有毒物品的包装内,尽量避免人员与其接触,通过计算机来了解它的状况,从而减少有毒物品对人体的危害。在图书管理方面RFID技术也是不错的选择。

  RFID技术作为一项智能高科技技术以其独特优势在防伪、物流、公共安全管理方面发挥着重要作用。目前,由于成本及售价较高,尚未大量推广应用,但随着技术提高,成本和价格下降,其发展潜力是巨大的,前景也是非常诱人的。

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