射频识别(RFID)应用技术:微课版(第3版)
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1.3 RFID技术

射频识别技术(Radio Frequency Identification,RFID)是从20世纪90年代兴起的一项自动识别技术。它通过磁场或电磁场,利用无线射频方式进行非接触双向通信,以达到识别目的并交换数据。

1.3.1 RFID的技术特点

1.3 RFID技术

与之前广泛应用的识别方式—条形码相比,RFID技术无须直接接触、无须光学可视、无须人工干预即可完成信息输入和处理,操作方便快捷。RFID自动识别技术的优势及特点主要表现在如下几个方面。

1)快速扫描。条形码一次只能有一个条形码受到扫描,RFID读写器可以同时辨识读取数个RFID标签。

2)体积小型化、形式多样化。RFID在读取上并不受尺寸大小与形状限制,不需要为了读取精确度而配合纸张的固定尺寸和印刷品质。此外,RFID标签更可向小型化与多样形态发展,以应用于不同产品。

3)抗污染能力和耐久性。传统条形码的载体是纸张,容易受到污染,而RFID对水、油和化学药品等物质具有很强的抵抗性。此外,由于条形码是贴在塑料袋或外包装纸箱上,所以特别容易受到折损,RFID卷标是将数据存在芯片中,因此可以免受污损。

4)可重复利用。现今的条形码被印制上去之后就无法更改,而RFID标签则可以重复地新增、修改和删除其卷标中内储存的数据,方便信息的更新。

5)穿透性和无屏障阅读。在被覆盖的情况下,RFID能穿透纸张、木材和塑料等非金属或非透明的材质,并能进行穿透性通信,而条形码扫描机必须在近距离且没有物体阻挡的情况下,才能读取条形码。

6)数据的记忆容量大。条形码最大的容量可存储数千字符,而RFID最大容量达到数兆字符。随着时代发展,数据容量有不断扩大的趋势,未来物品所需携带的资料量会越来越大,对标签所能扩充容量的需求也相应增加。

7)安全性。RFID承载的是电子式信息,其数据内容可经由密码保护,使其内容不易被伪造及更改。近几年来,RFID因其所具备的远距离读取、高存储量等特性而备受瞩目。

1.3.2 RFID的应用

RFID技术最早的应用可追溯到第二次世界大战中飞机的敌我目标识别,英国空军受到雷达工作原理的启发开发了敌我飞机识别(Identification Friend or Foe,IFF)系统,希望被物体反射回来的雷达无线电波信号中能够包含敌我识别的信息,从而避免误伤己方飞机,但当时的应用方式仅仅是一种加密的ID号而已。随后的几十年间,随着晶体管、集成电路、微处理器和通信网络等技术相继取得突破,在商场和超市中使用电子防盗器(Electronic Article Surveillance,EAS)来对付窃贼成为RFID技术首个世界范围内的商业应用。

RFID技术在20世纪80年代全面开花,在不同地域和不同应用方向上焕发生机。美国人的兴趣主要在交通管理、人员控制;而欧洲人则主要关注短距离动物识别以及工商业的应用。挪威于1987年建成了全球第一个商业化的公路电子收费系统,美国铁路协会和集装箱管理合作计划委员会也积极推动RFID技术的应用,在公路管理和林肯隧道的公共汽车上商业运行RFID系统。RFID技术终于通过电子收费系统找到实用化的立足点,并不断扩大应用领域。20世纪90年代中期,中国建设的铁路车号自动识别系统以RFID技术作为解决“货车自动抄车号”的最佳方案,从而为铁路管理信息等系统提供列车、车辆、集装箱实时追踪管理所需的准确和实时的基础信息,成为亚洲RFID技术最成功的应用之一。

进入21世纪后,几家跨国大型零售商WalMart、Metro和Tesco等相继宣布了各自的RFID计划,以提高供应链的透明度和效率,并得到供应商的支持。从此,RFID技术打开了一个新的巨大市场。RFID技术的诸多特点决定了其应用领域具有广泛性,但是各项核心技术的成熟度不同又决定了其应用必是分阶段实现的。20世纪70年代兴起的不停车收费技术是基于管理部门提高服务水平要求的结果,而RFID标签的体积和成本则不是主要的考虑内容。随后出现的电子防盗系统关注的是可靠性和成本,尽管功能相对简单,但仍取得了商业上的成功。进入新世纪,一方面大规模集成电路设计技术取得突飞猛进的发展,另一方面企业出于提高自身竞争力的考虑,主动寻找新的技术提高管理和流通效率,成本越来越低的RFID标签可被方便地粘贴于射频的包装上,并取代条形码成为供应链管理增值的主要手段。

此外,生物特征识别技术、微电子机械系统技术的兴起,也促成了一些集成多种功能的RFID应用,比如集成指纹、虹膜等身份信息的机器可读旅行证件(Machine Readable Traveling Document,MRTD)又称为电子护照或集成微传感器的RFID标签传感器等。

基于下一代移动通信技术与互联网技术的不断成熟,对物品进行精确管理的涉及公共安全方面的需求也在不断产生,如高价值资产管理、危险品跟踪和食品安全追溯等。特别是RFID技术与卫星定位及移动通信技术具有很强的互补性,未来组成的无线传感网可以应用于室内定位和未知环境探测等方面。

1.3.3 RFID的发展历程

近年来,随着大规模集成电路、网络通信和信息安全等技术的发展,RFID技术进入商业化应用阶段。RFID技术具有非接触识别、多目标识别和高速移动物体识别等特点,显示出巨大的发展潜力和应用空间,被认为是21世纪最有发展前途的信息技术之一,已得到全球业界的高度重视。RFID技术的发展基本可按每10年为周期划分为以下几个阶段,如表1-1所示。

表1-1 RFID技术的发展阶段

RFID技术一方面在不断拓展应用领域的广度,另一方面也在拓展应用领域的深度。例如在制造业中,RFID技术就正在进入制造过程的核心,在信息管理、制造执行、质量控制、标准符合性、跟踪和追溯、资产管理以及仓储量可视化等方面发挥着越来越大的作用。

RFID技术涉及信息、制造和材料等诸多高科技领域,涵盖无线通信、芯片设计与制造、天线设计与制造、标签封装、系统集成和信息安全等技术,一些国家和国际跨国公司都在加速推动RFID技术的研发和应用进程。在过去几十年间,共产生数千项关于RFID技术的专利。近年来,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和Microchip等世界知名厂商都在生产RFID产品,并且各有特点,自成体系。RFID技术已经被广泛应用在工业自动化、商业自动化和交通运输控制管理等诸多领域。随着成本的下降和标准化的实现,RFID技术的全面推广和应用具有不可逆转的趋势。

由我国多个部委联合发布的《中国射频识别技术政策白皮书》和《中国射频识别技术发展与应用报告》不仅为中国RFID产业发展指明了方向,而且全面带动了全国范围内RFID应用的发展。在推进物联网发展、实现流通现代化的目标后,RFID应用的全面推进更是指日可待。