射频识别技术应用知识课件

1 第10章 射频识别技术碰撞算法、标 准、安全、中间件及解决方案 l射频识别的一个优点就是多个目标识别。在射频识别系统工作时，在读头 的作用范围内，可能会有多个应答器同时存在。对于射频识别系统中存在 的不同通信形式一般有三种。 l第一种是“无线广播“式，即在一个阅读器的阅读范围内存在多个应答器， 阅读器发出的数据流同时被多个应答器接收。这可以同数百个电子标签同 时接收一个发送信息类似，而信息是由一个阅读器发射的。 无线电广播工作 2 l第二种是在阅读器的作用范围有多个应答器同时传输数据给阅读器，这 种通信形式称为多路存取通信。 阅读器的多路存储 5、RFID读写器防冲撞实理机理 3 5、RFID读写器防冲撞实理机理 l第三种是多个阅读器同时给多个应答器发送数据。现在射频 识别系统中这种情况很少遇到，我们常常遇到“多路存取”这 种通信方式。 l每个通信通路有规定的通路容量。这种通路容量是由这个通 信通路的最大数据率以及供给它使用的时间片确定的。分配 给每个应答器的通路容量必须满足：当多个应答器同时把数 据传输给一个单独的阅读器时不能出现互相干扰（碰撞）。 4 l无线电通信系统中多路存取方式一般具有以下几种形式：空分多路法（ SCDMA）、时分多路法（TDMA）、频分多路法（FDMA）和码分多路法（ CMDA）。 l1）空分多路法（SCDMA） l空分多路法是在分离的空间范围内进行多个目标识别的技术。一种方式是将读头 和天线的作用距离按空间区域进行划分，把多个阅读器和天线放置在这个陈列中 。这样，当标签进入不同的阅读器范围时，就可以在空间上将标签区别开来。 l另一种方式是在阅读器上利用一个相阵天线，并使天线的方向性图对准某个应 答器。不同应答器可以根据其在阅读范围内的角度位置区别开来。 l该方法的缺点是复杂的天线系统和相当高的实施费用，因此采用这种技术的系统 一般在一些特殊应用场合，如这种方法在大型的马拉松活动中就获得了成功。 5、RFID读写器防冲撞实理机理 5 5、RFID读写器防冲撞实理机理 l2）频分多路法（FDMA） l而对于上行链路（从标签到读头），射频标签可以采用不同的、独立的 负载频率进行数据传输（如433435kHz频率范围内的若干个频率）。 l该方法的一个缺点是阅读器的成本高，因为每个接收通路必须有自己 的独立的接收器，射频标签的差异更为麻烦。因此，这种防碰撞方法 只限制在少数几个特殊的应用上。 l频分多路法是提供若干个不同载波频率的传输通路同时给通信用户使 用的技术。一般情况下，这种射频识别系统采用的下行链路（从读头 到标签）的频率是固定的（如125kHz），用于能量供应和命令数据的 传输。 6 5、RFID读写器防冲撞实理机理 l3）时分多路法（TDMA） l时分多路法（TDMA）是把整个可供使用的通道容量按时间分配给多个用户的 技术。TDMA首先在数字移动系统范围内推广使用。对射频识别系统来说， TDMA构成了防碰撞算法的最大一族。这种方法又可分为标签控制法和读头控 制法，如下图所示。 l标签控制法的工作是非同步的，因为这里没有读头的数据传输控制，例如 ALOHA法。按照应答器成功完成数据传输后是否将通过阅读器的信号断开， 又可区分为“开关断开“法和“非开关“法。 l在读头控制法中，所有的射频标签同时由读头进行观察和控制。通过一种规定 的算法，在读头作用范围内，首先在选择的标签组中选中一个标签，然后完成 读头和标签之间的通讯（如识别、读出和写入数据）。在同一时间只能建立一 个通讯关系，所以如果要选择另外一个标签，就应该解除与原来标签的通讯关 系。读头控制法可以进一步划分为轮询法和二进制搜索法。 8 5、RFID读写器防冲撞实理机理 l目前所有面向RFID系统应用的TDMA方式的防碰撞算法研究可以被归结 为两大类： l一类是随机性或称概率性的防碰撞算法，这类算法大都基于ALOHA机制 ，例如，纯ALOHA，时隙ALOHA，帧时隙ALOHA，动态帧时隙 ALOHA算法等； l另一类是确定性的防碰撞算法，确定性算法是阅读器根据标签序列号的惟 一性选择标签进行通信，确定性的防碰撞算法都属于二进制搜索算法，最 简单的确定性算法是二进制树机制。 l现阶段，在高频频段，标签的防碰撞算法一般采用ALOHA相关协议。使 用ALOHA协议的标签，通过选择经过一个随机时间向阅读器传送信息的 方法，来避免冲突，绝大多数高频阅读器能同时扫描几十个电子标签。 l在超高频频段，现在的主要研究趋向是采用树分叉搜索算法来防冲突。 9 l在RFID无源标签系统中，目前广泛使用的防冲突算法大都是TDMA（Time Division Multiple Access），主要分为2大类：基于Aloha的算法和基于树 的算法。 （1） ALOHA算法 l1）纯Aloha算法是一种随机接入方法，其基本思想是采取标签先发言的方式 ，当标签进入读写器的识别区域内就自动向读写器发送其自身的ID号， 标签1 标签2 信道 部分冲突完全冲突 标签3 l在标签发送数据的过程中, 若有其他标签也在发送数据 ，那么发生信号重叠导致完 全冲突或部分冲突， l读写器检测接收到的信号有无冲突，一旦发生冲突，读写器就发送命令让标签 停止发送，随机等待一段时间后再重新发送以减少冲突。Aloha算法模型图如 图所示。 10 l纯Aloha算法虽然算法简单，易于实现，但是存在一个严重的问题就 是读写器对同一个标签，如果连续多次发生冲突，这将导致读写器出 现错误判断认为这个标签不在自己的作用范围。 （1） ALOHA算法 l同时还存在另外一个问题其冲突概率很大，假设其数据帧为F，则冲突周 期为2F。针对以上问题有人提出了多种方案来改善Aloha算法在RFID系 统其可行性和识别率， l2） 时隙ALOHA算法 l在Aloha算法中，标签通过循环序列传输数据。标签数据的传输时间仅仅 为循环时间的一个小片段。在第一次传输数据完成后，标签将等待一个相 对较长的时间后再次传输数据。每个标签的等待时间很小。 11 （1） ALOHA算法 l按照这种方式，所有的标签完成全部的数据传输给读写器后，重复的过程才会结 束。分析Aloha算法的运行机制，不难发现当一个标签发送数据给读写器时，另 外一个标签也开始发送数据给读写器，这时标签数据碰撞不可避免发生。 l鉴于以上缺点，研究人员提出“ 时隙Aloha算法” 。在该算法中 ，标签仅能在时隙的开始传输数 据。 l用于传输数据的时隙数由读写器控制，只有当读写器分配所有的时隙后，标 签才能利用这些时隙传输数据。因此与纯Aloha算法不同，时隙Aloha算法是 随机的询问驱动的TDMA防冲撞算法。 12 （1） ALOHA算法 l因为标签仅仅在确定的时隙中传输数据，所以该算法的冲撞发生的频率仅仅 是纯Aloha算法的一半而且系统的数据吞吐性能却增加一倍。 l增加时隙数量可降低RF终端发生冲突的概率，但是信道大部分时间将处于 空闲状态，使得防冲突识别速度变慢。 l反之，减少时隙数量导致射频终端冲突明显增加。运用时隙算法的关键在于 寻找一个有效的折衷方案，使得防冲突的可靠性和速度满足要求。 l随着RFID系统复杂程度的加大，防冲突的可靠性显著降低，冲突不可避免， 所以这种没有检测恢复机制的抗冲突算法仅适用于简单系统。 13 （1） ALOHA算法 l3） 帧时隙ALOHA算法的基本原理 l虽然时隙Aloha算法提高系统的吞吐量，但是当大量标签进入系统时 ，该算法的效率并不高，因此帧时隙算法被提出。 l帧时隙ALOHA（Framed slotted Aloha，FSA）算法是基于通信领 域的ALOHA协议提出的。 l在FSA中，“帧”（Frame）是由读写器定义的一段时间长度，其中包含若 干时隙。 l标签在每个帧内随机选择一个时隙发送数据。所有标签应答同步，即只能 在时隙（Slot）开始点向读写器发送信息，每个标签发送的时隙是随机选 择的。 14 （1） ALOHA算法 l时隙可以分为三类：空闲时隙、应答时隙和碰撞时隙。在空闲时隙中 没有识别任何标签，应答时隙中可以正确识别一个标签。当一个时隙 中有多个标签同时发送应答时就会产生碰撞，形成碰撞时隙。碰撞的 标签退出当前循环，等待参与新的帧循环。 l通常，在帧时隙Aloha防冲撞算法中， 当系统标签数量变得很大时，系统效 率就开始降低。 15 （1） ALOHA算法 l4） 动态帧时隙ALOHA算法 l在帧时隙Aloha算法中，所有的帧具有相同的长度，即每一帧中的时 隙数是相同的且是固定的。 l由于读写器并不知道标签数量，当标签数量远大于帧时隙数时，一帧 中的所有时隙都会发生碰撞，读写器不能读取标签信息； l当标签数远小于一帧中时隙数时，识别过程中将有许多时隙被浪费掉。 l动态帧时隙算法通过根据识别标签的数量来改变帧长度来客服动态帧时 隙的不足。 16 l为了实现这个功能在通信上所采取的技术是（防冲撞）“防碰撞”。同时读 取复数个标签是常被人们谈及的RFID比条形码远为优越的地方，但是如 果没有防碰撞 （防冲撞）的功能时，RFID系统只能读写一个标签。 l在这种情况下如果有两个以上的标签同时处于可读取的范围内就会导致 读取的错误。 l其次，我们来简单地说明防碰撞（防冲撞）功能的工作原理。即使是具 有防碰撞（防冲撞）功能的RFID系统，实际上并非同时读取所有标签 的内容。 l在同时查出有复数个标签存在的情况下，检索信号并防止冲突的功能开 始动作。为了进行检索，首先要确定检索条件。例如，13.56MHz频带 的RFID系统里应用的ALOHA方式的防碰撞功能的工作步骤如下。 （1） ALOHA算法 17 l1）首先，阅读器指定电子标签内存的特定位数（14位左右）为次数批量。 l2）电子标签根据次数批量，将响应的时机离散化。例如在两位数的次数批量 “00、01、10、11”时，读写器将以不同的时机对这四种可能性逐一进行响应。 l3）若在各个时机里同时响应的电子标签只有一个的场合下才能得到这个电子 标签的正常数据。信息读取之后阅读器对于这个电子标签发送在一定的时间 内不再响应的睡眠的指令（Sleep/Mute）使之在休眠，避免再次向应。 （1） ALOHA算法 18 l4）若在各个时机内同时有几个电子标签响应，判别为“冲突”。在这种情况 下，内存内的另外两位数所记录的次数批量，重复以上从2）开始的处理。 l5）所有的电子标签都完成响应之后，阅读器向他们发送唤醒的指令（ Wake Up），从而完成对所有电子标签的信息读取。 （1） ALOHA算法 19 l在这种搭载有防碰撞（防冲撞）功能的RFID系统中，为了只读一个标签， 几经调整次数批量反复读取进行检索。所以，一次性读取具有一定数量的标 签的情况下，所有的标签都被读到为止其速度是不同的，一次性读取的标签 数目越多，完成读取所需时间要比单纯计算所需的时间越长。 l实现防止抗碰撞（防冲撞）的功能是RFID在物流领域中取代条形码所必不 可少的条件。例如，在超市中，商品是装在购物车里面进行计价的。为了实 现这种计价方式，抗碰撞 （防冲撞）功能必须完备。 l具有抗碰撞（防冲撞）功能的RFID系统的价格比不具有这种功能的系统的 要昂贵。当个人用户在制作RFID系统的时候，如果没有必要进行复数个ID 同时认识时就没有必要选择抗碰撞机能的读写器。 l另一方面，在电子货币和个人认证方面利用RFID系统时，同时识别几个标 签是发生差错的主要原因。 （1） ALOHA算法 20 l（2） 二进制搜索防冲突算法 （2）二进制搜索算法 lALOHA算法由于效率低，实际RFID系统并未采用，而是采用更加高 效的二进制搜索算法。 l二进制搜索算法灵活，不会发生防冲突失败情况。 l对于N个应答器发生冲突的情况，最多只需要N-1次防冲突循环就能准 确识别出适合的应答器。 l二进制搜索算法的基本思想是阅读器判断出发送应答器的序列号产生 数据冲突位置。然后强制命令在冲突位置发送信息为“0“或“1“的应答 器退出冲突。当N-1个应答器退出冲突后信道则被剩下的一个应答器 完全占有并由阅读器识别出。 21 l为了防止数据冲突的发生，首先确定发生冲突的 数据比特位的具体位置。这里使用Manchester 编码如图所示。 （2）二进制搜索算法 l这种编码通过电平的上升沿和下降沿表示高、低电 平。上升沿为逻辑“1“，下降沿为逻辑“0“，不存在 状态不变的情况。 l因此数据传输过程中检测到编码状态不跳变，则认为在数据传输过程中发生 了冲突。 l两个发生冲突的数据比特位必定有一个为逻辑“0”，另一个为逻辑“1”，这样曼 彻斯特码（Manchester）的上升沿和下降沿相互抵消，使接收器在持续时间 内接收到状态持续不变的副载波信号，即出现状态不跳变，这在Manchester 编码中是不允许的，可以肯定该处出现了冲突。因此可以用这种方法按位跟踪 发生冲突的数据比特位的具体位置。 22 （2）二进制搜索算法 l当应答器进入射频区域时，阅读器开始针对所有的应答器进行检测识别。其工 作进程主要有如下五个状态： lPOWER OFF（断电）状态：应答器尚未获得能量（未进入阅读器工作区）， 而处于断电状态，因此也不能发射副载波； lIDLE（空闲）状态：应答器进入阅读器工作区，电磁场激活获得能量，形成 电压，进入空闲状态，同时能对已调制的信号解调，并识别来自阅读器的RE- QUEST命令和WAKE UP命令； lREADY（就绪）状态：当接收到一个有效的REQA或WAKE UP命令时，进入 就绪状态，在该状态采用防冲突方法，用UID（惟一标识符）从多张IC卡中选 择出一张应答器，此时该张应答器就进入ACTIVE（激活）状态； lACTIVE（激活）状态：在本状态完成本次应用所要求的全部操作； lHALT（停止）状态：阅读器完成一次交易后，处于停止状态。 23 l在二进制搜索算法的实现中，起决定作用的是读写器所使用的信号编码必 须能够确定碰撞的准确比特位置。曼彻斯特码（Mancherster）可在多卡 同时响应时，译出错误码字，可以按位识别出碰撞。这样可以根据碰撞的 位置，按一定法则重新搜索射频卡。 l防碰撞典型指令规则 lREQUEST请求（序列号）。此命令发送一序列号作为参数给射频卡。 l应答规则是，射频卡把自己的序列号与接收到的序列号比较，如果自身序 列号小于或等于REQUEST指令序列号参数，则此射频卡回送其序列号给 读写器。 l这样可以缩小预选的射频卡的范围；如果大于，则不响应。 （2）二进制搜索算法 24 lSELECT选择（序列号）。 l用某个（事先确定的）序列号作为参数发送给射频卡。具有相同序列号的 射频卡将以此作为执行其他命令（例如读出和写入数据）的切入开关，即 选择这个射频卡。 l具有其他序列号的射频卡只对REQUEST命令应答。 lREAD-DATA读出数据。选中的射频卡将存储的数据发送给读写器。 lUNSELECT 去选择。 l取消一个事先选中的射频卡，射频卡进入“无声”状态，在这种状态下射频 卡完全是非激活的，对收到的REQUEST命令不作应答。为了重新激活射 频卡，必须先将射频卡移出读写器的作用范围再进入，以实行复位。 （2）二进制搜索算法 25 1）二进制搜索算法 l 工作流程 l在二进制搜索算法中，要能够检测出多张卡的存在，卡片的返回数据必 须具有唯一性，且卡片在传输其身份识别标签时必须准确、同步。这样 终端才能在位级上检测出多张卡片的存在，这是防碰撞检测的关键。 l射频卡工作的特点是，当读到读写器发出的序列号大于自身序列号时，则 对系统作出响应。根据这一特点，二进制搜索算法的工作流程是： l射频卡进入读写器的工作范围，读写器发出一个最大序列号让所有射频 卡响应；同一时刻开始传输它们的序列号到读写器的接收模块。 26 l读写器对比射频卡响应的序列号的相同位数上的数，如果出现不一致的 现象（即有的序列号该位为0，而有的序列号该位为1），则可判断出有 碰撞。 l确定有碰撞后，把有不一致位的数从最高位到次低次依次置0再输出系列 号，即依次排除序列号大的数，至读写器对比射频卡响应的序列号的相同 位数上的数完全一致时，说明无碰撞。这时就选出序列号最小的数。 l选出序列号最小的数后，对该卡进行数据交换，然后使该卡进入“无声” 状态，则在读出器范围也不再响应（移动该范围后移入可再次响应）。 l重复流程，选出序列号倒数第二的射频卡进行数据交换。 l多次循环后可完成所有射频卡的读取。 （2）二进制搜索算法 27 （2）二进制搜索算法 l假设有4个标签其序列号分别为10110010、10100011、10110011、 11100011，其二进制搜索算法实现流程如表1所示： 查询查询 前缀缀Q第一次查询查询 11111111 第二次查询查询 10111111 第三次查询查询 10101111 标签标签 响应应1X1X001X101X001X10100011 标签标签 A1011001010110010 标签标签 B101000111010001110100011 标签标签 C1011001110110011 标签标签 D11100011 28 2）动态二进制搜索算法 l为减少标签发送数据所需的时间和所消耗的功率，有人提出了改进的二进 制树搜索算法， l其改进思路是把数据分成两部分，阅读器和标签双方各自传送其中一部分 数据，可把传输的数据量减小一半，达到缩短传送时间的目的。 l根据二进制搜索算法的思路进行改良，当标签ID与查询前缀相符时，标签 只发送其余的比特位，可以减少每次传送的位数，也可缩短传送的时间， 从而缩短防碰撞执行时间。 29 l其改进思路是把数据分成两部分，收发双方各自传送其中一部分数据，可 把传输的数据量减小到一半，达到缩短传送时间的目的。 l通常序列号的规模在8字节以上。为选择一个单独的射频卡，每次都不得 不传输大量的数据，效率非常低。根据二进制搜索算法的思路进行改良， 可以减少每次传送的位数，也可缩短传送的时间，从而缩短防碰撞执行时 间。 l下面分析动态二进制搜索算法的工作过程。在例子中，射频卡有3张，序 列号分别是：标签1，11010111；标签2，11010101；标签3，11111101 。 2）动态二进制搜索算法 30 2）动态二进制搜索算法 l（1） 动态二进制搜索算法的工作步骤 l 读写器第一次发出一个完整的UID位 数码N，每个位上的码全为1，让所有射 频卡都发回响应。 l 读写器判断有碰撞的最高位数X，把该位置0。然后传输N X位的数据 后即中断传输。射频卡接到这些数据后马上响应，回传的信号位是（X-1 ）1。即读写器和射频卡以最高碰撞位为界分别传送前后信号。传递的 总数据量可减小一半。 查询查询 前缀缀Q第一次查询查询 11111111 标签标签 响应应11X1X1X1 标签标签 111010111 标签标签 211010101 标签标签 311111101 31 2）动态二进制搜索算法 l 读写器检测第二次返回的最高碰撞 位数X是否小于前一次检测回传的次高 碰撞位数。 l 重复步骤，多次重复后可完成射频卡的交换数据工作。 查询查询 前缀缀Q第一次查询查询 11011111 标签标签 响应应110101X1 标签标签 111010111 标签标签 211010101 标签标签 311111101 l若不是，则直接把该位置“0”； l若是，则要把前一次检测的次高位也填“0”。 l然后向射频卡发出信号。发出信号的位数为NX，射频卡接收到信号，如果射 频卡信号小于或等于这一接收信号，马上响应，回传的信号只是序列号中最高 碰撞位后的数，即（X-1）1位。 l若射频卡返回信号表示无碰撞，则对该序列号的射频卡进行读/写处理，然后使 其进入“不响应状态”。 32 2）动态二进制搜索算法 l（2） 动态二进制搜索算法与工作步骤相 对应的示例 l 例如N=8，传送数据为11111111b。 最高位为第8位，最低位为1位。根据响 应可判断第6位、第4位、第2位有碰撞 。 l X=6，即第6位有碰撞，则传送数据变为11011111b。传送时，只传送前 面3位数110b。这时标签1和标签2响应，其序列号的前3位与射频卡相同， 不回传，只回传各自的后5位数据。标签1为10111b，标签2为10101b。可 判断第2位有碰撞。 查询查询 前缀缀Q第一次查询查询 11111111 标签标签 响应应11X1X1X1 标签标签 111010111 标签标签 211010101 标签标签 311111101 33 2）动态二进制搜索算法 l X=2，根据要求第4位也要补零，则传 送数据变为11010101b，传送时只传送 1101010b。这时只有标签2响应，并返回 1b，表明无碰撞。读写器选中标签2进行数 据交换，读/写完毕后标签2进行“休眠”。 l 重复步骤，按序可读/写标签1、标签3。 l在动态二进制搜索算法的工作过程中，要注意通过附加参数把有效位的编 号发送到射频卡，从而保证每次响应的位置是正确的。 查询查询 前缀缀Q第一次查询查询 11010101 标签标签 响应应110101X1 标签标签 111010111 标签标签 211010101 34 6、射频识别技术标准 l（1）主要技术标准体系 l目前RFID存在三个主要的技术标准体系，总部设在美国麻省理工学院（ MIT）的Auto-ID Center（自动识别中心）、日本的Ubiquitous ID Center （泛在ID中心，UIC）和ISO标准体系。 35 6、射频识别技术标准 l1）EPC Global lEPC Global是由美国统一代码协会（UCC）和国际物品编码协会（EAN） 于2003年9月共同成立的非营利性组织，其前身是1999年10月1日在美国麻 省理工学院成立的非营利性组织Auto-ID中心。 lAuto-ID中心以创建“物联网”（Internet of Things）为使命，与众多成员企 业共同制订一个统一的开放技术标准。旗下有沃尔玛集团、英国Tesco等 100多家欧美的零售流通企业，同时有IBM、微软、飞利浦、Auto-IDLab等 公司提供技术研究支持。 l目前EPC Global已在加拿大、日本、中国等国建立了分支机构，专门负责 EPC码段在这些国家的分配与管理、EPC相关技术标准的制定、EPC相关技 术在本国的宣传普及以及推广应用等工作。 36 6、射频识别技术标准 lEPC Global“物联网”体系架构由EPC编码、EPC标签及读写器、EPC中间 件、ONS服务器和EPCIS服务器等部分构成。 lEPC赋予物品惟一的电子编码，其位长通常为64位或96位，也可扩展为256 位。对不同的应用规定有不同的编码格式，主要存放企业代码、商品代码和 序列号等。最新的GEN2标准的EPC编码可兼容多种编码。 lEPC中间件对读取到的EPC编码进行过滤和容错等处理后，输入到企业的业 务系统中。它通过定义与读写器的通用接口（API）实现与不同制造商的读 写器兼容。 lONS服务器根据EPC编码及用户需求进行解析，以确定与EPC编码相关的信 息存放在哪个EPCIS服务器上。 lEPCIS服务器存储并提供与EPC相关的各种信息。这些信息通常以PML的格 式存储，也可以存放于关系数据库中。 37 6、射频识别技术标准 l2）Ubiquitous ID l日本在电子标签方面的发展，始于20世纪80年代中期的实时嵌入式系统 TRON。T-Engine是其中核心的体系架构。 l在TEngine论坛领导下，泛在ID中心于2003年3月成立，并得到日本政 府经产省和总务省以及大企业的支持，目前包括微软、索尼、三菱、日立 、日电、东芝、夏普、富士通、NTT DoCoMo、KDDI、J-Phone、伊藤 忠、大日本印刷、凸版印刷、理光等重量级企业。 l泛在ID中心的泛在识别技术体系架构由泛在识别码（uCode）、信息系统 服务器、泛在通信器和ucode解析服务器等四部分构成。 38 6、射频识别技术标准 luCode采用128位记录信息，提供了3401036编码空间，并可以以128位为 单元进一步扩展至256、384或512位。uCode能包容现有编码体系的元编码 设计，可以兼容多种编码，包括JAN、UPC、ISBN、IPv6地址，甚至电话号 码。 luCode标签具有多种形式，包括条码、射频标签、智能卡、有源芯片等。 泛在ID中心把标签进行分类，设立了9个级别的不同认证标准。 l信息系统服务器存储并提供与ucode相关的各种信息。 luCode解析服务器确定与uCode相关的信息存放在哪个信息系统服务器上。 uCode解析服务器的通信协议为uCodeRP和eTP，其中eTP是基于eTron（ PKI）的密码认证通信协议。 l泛在通信器主要由IC标签、标签读写器和无线广域通信设备等部分构成，用来 把读到的uCode送至uCode解析服务器，并从信息系统服务器获得有关信息。 39 6、射频识别技术标准 l3）ISO标准体系 l国际标准化组织（ISO）以及其他国际标准化机构如国际电工委员会（ IEC）、国际电信联盟（ITU）等是RFID国际标准的主要制定机构。大 部分RFID标准都是由ISO（或与IEC联合组成）的技术委员会（TC） 或分技术委员会（SC）制定的。 l（2）RFID主要标准简介 lRFID系统主要由数据采集和后台应用系统两大部分组成。目前已经发布或者 正在制定中的标准主要是与数据采集相关的，主要有电子标签与读写器之间 的空气接口、读写器与计算机之间的数据交换协议、电子标签与读写器的性 能和一致性测试规范，以及电子标签的数据内容编码标准等。 l后台应用系统目前并没有形成正式的国际标准，只有少数产业联盟制定了一 些规范，现阶段还在不断演变中。 40 6、射频识别技术标准 l1）电子产品编码标准 lRFID是一种只读或可读写的数据载体，它所携带的数据内容中最重要的是 惟一标识号。因此，惟一标识体系以及它的编码方式和数据格式，是我国电 子标签标准中的一个重要组成部分。 l惟一标识号广泛应用于国民经济活动中，例如我国的公民身份证号、组织 机构代码、全国产品与服务统一代码扩展码、电话号、车辆识别代号、国 际证券号等。 l尽管国家多个部委在惟一标识领域开展了一系列的相关研究工作，但与发 达国家相比，我国的惟一标识体系总体上处于发展的起步阶段，正在逐步 完善中。 41 6、射频识别技术标准 l1）产品电子代码 EPC lEPC由一个版本号加上域名管理者、对象分类、序列号三段数据组成的一组 数字。 lEPC与目前应用最成功的商业标准EAN.UCC全球统一标识系统是兼容，成为 EAN.UCC系统的一个重要组成部分，是EAN.UCC系统的延续和拓展，是 EPC系统的核心与关键。 l其中EPC的版本号标识EPC的长度或类型； l域名管理者是描述与此EPC相关生产厂商的信息； l对象分类记录产品精确类型的信息； l序列号用于惟一标识货品单件。 42 6、射频识别技术标准 l2）EAN.UCC lEAN国际物品编码协会成立于1977年，是基于比利时法律规定建立的 一个非营利性国际组织，总部设在比利时首都布鲁塞尔。 lEAN目的是建立一套国际通行的全球跨行业的产品、运输单元、资产、 位置和服务的标识标准体系和通信标准体系，即“全球商业语言 EAN.UCC系统”。 l国际EAN的前身是欧洲物品编码协会，现主要负责除北美以外的 EAN.UCC系统的统一管理及推广工作。目前，其会员遍及90多个国家 和地区，全世界已有约90万家公司、企业通过各国或地区的编码组织加 入到EAN.UCC系统中来。 l近几年，国际EAN加强了与美国统一代码委员会（UCC）的合作，先后两 次达成EAN/UCC联盟协议，以共同开发、管理EAN.UCC系统。 43 6、射频识别技术标准 l3）GB 18937（NPC） l强制性国家标准 GB 18937全国产品与服务统一标识代码编制规则 规定了全国产品与服务统一代码（NPC）的适用范围、代码结构及其 表现形式，由国务院标准化行政主管部门于2003年2月2日颁布，2003 年4月16日正式实施。 l全国产品与服务统一代码是按照全国产品与服务统一标识代码编制规则 国家标准要求编制的全国产品与服务统一标识代码，目前已经用于电子 设备、食品、建材、汽车、石油化工、农业、专业服务等领域。 l根据国内外对海量赋码对象进行赋码的一般规律，全国产品与服务统一代 码按照全数字、最长不超过十四位、便于维护机构维护和管理的原则设计 ，由十三位数字本体代码和一位数字校验码组成，其中本体代码采用序列 顺序码或顺序码。 44 6、射频识别技术标准 l（3）通信标准 lRFID的无线接口标准中最受注目的是ISO/IEC 18000系列协议，涵盖了 从125KHz到2.45GHz的通信频率，识读距离由几厘米到几十米，其中 主要是无源标签，但也有用于集装箱的有源标签。 l1）近距离无线通信（NFC）是一项让两个靠近（近乎接触）的电子装置 以13.56MHz频率通信的RFID应用技术。 l由诺基亚、飞利普和索尼创办的近距离无线通信论坛（NFC Forum）起 草了相关的通信和测试标准，让消费类电子设备（尤其是手机）与其他的 网络产品或电脑外设进行通信和数据交换。 l该标准还与ISO/IEC 14443和ISO/IEC 15693非接触式IC卡兼容。目前， 已经有支持NFC功能的手机面世，可以用手机来阅读兼容ISO/IEC 14443 Type A或Sony FeliCa 的非接触式IC卡或电子标签。 45 6、射频识别技术标准 l2）超宽带无线技术（UWB）是一种直接以载波频率传送数据的通信技术。 以UWB作为射频通信接口的电子标签可实现半米以内的精确定位。这种精 确定位功能方便实现医院里的贵重仪器和设备管理、大楼或商场里以至奥 运场馆内的人员管理。 l3）无线传感器网络是另一种RFID技术的扩展。传感器网络技术的对象模型 和数字接口已经形成产业联盟标准IEEE 1451。该标准正进一步扩展，提供 基于射频的无线传感器网络，相关标准草案1451.5正在草议中。有关建议 将会对现有的ISO/IEC 18000系列RFID标准，以及ISO/IEC 15961、 ISO/IEC 15862读写器数据编码内容和接口协议进行扩展。 lRFID标签与阅读器之间进行无线通信的频段有多种，常见的工作频率有 135kHz以下、13.56MHz、860928MHz （UHF）、2.45GHz及5.8GHz等。 46 6、射频识别技术标准 l低频系统工作频率有125KHz、225KHz等，这些频点应用的射频识别 系统一般都有相应的国际标准予以支持。 l其基本特点是电子标签的成本较低、标签内保存的数据量较少、阅读 距离较短（无源情况，典型阅读距离为10cm）、电子标签外形多样 （卡状、环状、钮扣状、笔状）、阅读天线方向性不强等。 l超高频系统一般指其工作频率高于400MHz，典型的工作频段有 915MHz、2.45gHz、5.8gHz等。 l超高频系统在这些频段上也有众多的国际标准予以支持。基本特点是 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（可达几米至十几米）， 适应物体高速运动性能好，外形一般为 卡状，阅读天线及电子标签天线均有较强的方向性。 47 6、射频识别技术标准 l低频系统使用最广，但通信速度过慢，传输距离也不够长；超高频系统通信 距离远，但耗电量也大。 lRFID在行业上的应用标准包括动物识别、道路交通、集装箱识别、产品包装 、自动识别等。 l国内RFID技术与应用的标准化研究工作起步比国际上要晚45年时间， 2003年2月国家标准化委员会颁布强制标准全国产品与服务统一代码编码 规则，为中国实施产品的电子标签化管理打下基础，并确定首先在药品、 烟草防伪和政府采购项目上实施。 l短距离的射频卡可以在一定环境下替代条码，用在工厂的流水线等场合跟踪 物体。长距离的产品多用于交通系统，距离可达几十米，可用在自动收费或 识别车辆身份等场合。 48 6、射频识别技术标准 l在充分照顾我国国情和利用我国优势的前提下，应该参照或引用ISO、 IEC、ITU等国际标准并做出本地化修改，这样能尽量避免引起知识产 权争议，掌握国家在电子标签领域发展的主动权。 lRFID的广泛应用蕴藏着巨大的产业利益、还涉及国家安全利益、信息 控制利益等，在这一点上我国政府主管部门应高度关注。我国应全面部 署电子标签标准体系，尤其应重视编码体系、频率划分以及与知识产权 有关的技术和应用，并推出具有我国自主知识产权的标准，特别是在解 决安全、防伪、识别、管理等应用领域。 l此外，我国正在制定的RFID领域技术标准是采用了ISO/IEC 15693系 列标准，该系列标准与ISO/IEC 18000-3相对应，均在13.56MHz的频 率下工作，前者以卡的形式封装。目前，在这一频率下工作的电子标 签技术已相对成熟。 49 7、RFID系统中的频段特点及主要应用领域 l对一个RFID系统来说，它的频段概念是指读写器通过天线发送、接收并 识读的标签信号频率范围。从应用概念来说，射频标签的工作频率也就 是射频识别系统的工作频率，直接决定系统应用的各方面特性。 l在RFID系统中，系统工作就像我们平时收听调频广播一样，射频标签和 读写器也要调制到相同的频率才能工作。 l射频标签的工作频率不仅决定着射频识别系统工作原理（电感耦合还是 电磁耦合）、识别距离，还决定着射频标签及读写器实现的难易程度和 设备成本。 lRFID应用占据的频段或频点在国际上有公认的划分，即位于ISM波段。 典型的工作频率有：125kHz、133kHz、13.56MHz、27.12MHz、 433MHz、902MHz928MHz、2.45GHz、5.8GHz等。 50 7、RFID系统中的频段特点及主要应用领域 l按照工作频率的不同，RFID标签可以分为低频（LF）、高频（HF）、超 高频（UHF）和微波等不同种类。 l不同频段的RFID工作原理不同，LF和HF频段RFID电子标签一般采用电磁 耦合原理，而UHF及微波频段的RFID一般采用电磁发射原理。 l目前国际上广泛采用的频率分布于4种波段，低频（125KHz）、高频（ 13.54MHz）、超高频（850MHz910MFz）和微波（2.45GHz）。 l每一种频率都有它的特点，被用在不同的领域，因此要正确使用就要先选 择合适的频率。 51 l低频段射频标签，简称为低频标签，其工作频率范围为30kHz300kHz。 典型工作频率有125KHz和133KHz。 l低频标签一般为无源标签，其工作能量通过电感耦合方式从阅读器耦合线 圈的辐射近场中获得。 l低频标签与阅读器之间传送数据时，低频标签需位于阅读器天线辐射的近 场区内。低频标签的阅读距离一般情况下小于1米。 l（1）低频（从125KHz到134KHz） l其实RFID技术首先在低频得到广泛的应用和推广。该频率主要是通过电感耦 合的方式进行工作， 也就是在读写器线圈和感应器线圈间存在着变压器耦合 作用。通过读写器交变场的作用在感应器天线中感应的电压被整流，可作供 电电压使用。 磁场区域能够很好的被定义，但是场强下降的太快。 （1）低频（从125KHz到134KHz） 52 （1）低频（从125KHz到134KHz） l特性： l1） 工作在低频的感应器的一般工作频率从120KHz到134KHz，TI的工 作频率为134.2KHz。该频段的波长大约为2500m。 l2） 除了金属材料影响外，一般低频能够穿过任意材料的物品而不降低 它的读取距离。 l3） 工作在低频的读写器在全球没有任何特殊的许可限制。 l4）低频产品有不同的封装形式。好的封装形式就是价格太贵，但是有10 年以上的使用寿命。 l5）虽然该频率的磁场区域下降很快，但是能够产生相对均匀的读写区域。 l6）相对于其它频段的RFID产品，该频段数据传输速率比较慢。 l7）感应器的价格相对与其它频段来说要贵。 53 l主要应用： l畜牧业的管理系统、汽车防盗和无钥匙开门系统的应用、马拉松赛 跑系统的应用、自动停车场收费和车辆管理系统、自动加油系统的 应用、酒店门锁系统的应用、门禁和安全管理系统。 l符合的国际标准： lISO 11784 RFID畜牧业的应用编码结构、ISO 11785 RFID畜牧 业的应用技术理论、ISO 14223-1 RFID畜牧业的应用空气接 口、ISO 14223-2 RFID畜牧业的应用协议定义、ISO 18000-2 定义低频的物理层、防冲撞和通讯协议、DIN 30745 主要是欧洲 对垃圾管理应用定义的标准。 （1）低频（从125KHz到134KHz） 54 l中高频段射频标签的工作频率一般为3MHz30MHz。典型工作频率为 13.56MHz。 l该频段的射频标签，因其工作原理与低频标签完全相同，即采用电感耦合 方式工作，所以宜将其归为低频标签类中。 l鉴于该频段的射频标签可能是实际应用中最大量的一种射频标签，因而我 们只要将高、低理解成为一个相对的概念，即不会造成理解上的混乱。为 了便于叙述，我们将其称为中频射频标签。 l中频标签一般也采用无源设主，其工作能量同低频标签一样，也是通过电 感（磁）耦合方式从阅读器耦合线圈的辐射近场中获得。标签与阅读器进 行数据交换时，标签必须位于阅读器天线辐射的近场区内。 l（2）高频（工作频率为13.56MHz） （2）高频（工作频率为13.56MHz） 55 （2）高频（工作频率为13.56MHz ） l特性： l1） 工作频率为13.56MHz，该频率的波长大概为22m。 l2） 除了金属材料外，该频率的波长可以穿过大多数的材料，但是往往会 降低读取距离。感应器需要离开金属一段距离。 l3） 该频段在全球都得到认可并没有特殊的限制。 l4） 感应器一般以电子标签的形式。 l5） 虽然该频率的磁场区域下降很快，但是能够产生相对均匀的读写区域。 l6） 该系统具有防冲撞特性，可以同时读取多个电子标签。 l7） 可以把某些数据信息写入标签中。 l8） 数据传输速率比低频要快，价格不是很贵。 56 l主要应用： l中频标签的阅读距离一般情况下也小于1米。中频标签由于可方便地 做成卡状，广泛应用于电子车票、电子身份证、电子闭锁防盗（电子 遥控门锁控制器）、小区物业管理、大厦门禁系统等。 l符合的国际标准： lISO/IEC 14443 近耦合IC卡，最大的读取距离为10cm；ISO/IEC 15693 疏耦合IC卡，最大的读取距离为1m；ISO/IEC 18000-3 该标准 定义了13.56MHz系统的物理层，防冲撞算法和通讯协议；3.56MHz ISM Band Class 1 定义13.56MHz符合EPC的接口定义。 l图书管理系统的应用、瓦斯钢瓶的管理应用、服装生产线和物流系统 的管理和应用、三表预收费系统、大型会议人员通道系统、固定资产 的管理系统、医药物流系统的管理和应用、智能货架的管理。 （2）高频（工作频率为13.56MHz ） 57 l超高频系统通过电场来传输能量。电场的能量下降的不是很快，但是读取 的区域不是很好进行定义。该频段读取距离比较远，无源可达10m左右。 主要是通过电容耦合的方式进行实现。 l（3）超高频（工作频率为860MHz到960MHz之间） （3）超高频（860MHz到960MHz之间） l特性： l1）在该频段，全球的定义不是很相同欧洲和部分亚洲定义的频率 为868MHz，北美定义的频段为902到905MHz之间，在日本建议的频 段为950到956之间。该频段的波长大概为30cm左右。 58 l特性： l2）目前，该频段功率输出目前统一的定义（美国定义为4W，欧洲定 义为500mW）。 可能欧洲限制会上升到2W EIRP。 l3）甚高频频段的电波不能通过许多材料，特别是水，灰尘，雾等悬 浮颗粒物资。相对于高频的电子标签来说，该频段的电子标签不需要 和金属分开来。 l4）电子标签的天线一般是长条和标签状。天线有线性和圆极化两种 设计，满足不同应用的需求。 l5）该频段有好的读取距离，但是对读取区域很难进行定义。 l6）有很高的数据传输速率，在很短的时间可以读取大量的电子标签。 （3）超高频（860MHz到960MHz之间） 59 l主要应用： l供应链上的管理和应用、生产线自动化的管理和应用、航空包裹的管理和应 用、集装箱的管理和应用、铁路包裹的管理和应用、后勤管理系统的应用； l符合的国际标准： lISO/IEC 18000-6 定义了甚高频的物理层和通讯协议；空气接口定义了 Type A和Type B两部分；支持可读和可写操作。 EPC global 定义了电 子物品编码的结构和甚高频的空气接口以及通讯的协议。例如：Class 0 ，Class 1，UHF Gen2。Ubiquitous ID日本的组织，定义了UID编码结 构和通信管理协议。 l我们毫无怀疑，在将来，超高频的产品会得到大量的应用。例如WalMart， Tesco，美国国防部和麦德龙超市都会在它们的供应链上应用RFID技术。 （3）超高频（860MHz到960MHz之间） 60 l超高频与微波频段的射频标签简称为微波射频标签，其典型工作频率有 433.92MHz、862（902）MHz928MHz、2.45GHz、5.8GHz。 l微波射频标签可分为有源标签与无源标签两类。工作时，射频标签位于阅读 器天线辐射场的远区场内，标签与阅读器之间的耦合方式为电磁耦合方式。 阅读器天线辐射场为无源标签提供射频能量，将有源标签唤醒。相应的射频 识别系统阅读距离一般大于1m，典型情况为4m6m，最大可达10m以上。 l阅读器天线一般均为定向天线，只有在阅读器天线定向波束范围内的射频 标签可被读/写。由于阅读距离的增加，应用中有可能在阅读区域中同时出 现多个射频标签的情况，从而提出了多标签同时读取的需求。 （3）超高频（860MHz到960MHz之间） 61 （3）超高频（860MHz到960MHz之间） l以目前技术水平来说，无源微波射频标签比较成功的产品相对集中在 902MHz928MHz工作频段上。 l2.45GHz和5.8GHz射频识别系统多以半无源微波射频标签产品面世。半无源 标签一般采用钮扣电池供电，具有较远的阅读距离。微波射频标签的典型特 点主要集中在是否无源、无线读写距离、是否支持多标签读写、是否适合高 速识别应用，读写器的发射功率容限，射频标签及读写器的价格等方面。 l对于可无线写的射频标签而言，通常情况下写入距离要小于识读距离，其原因 在于写入要求更大的能量。微波射频标签的数据存储容量一般限定在2Kbits以 内，再大的存储容量似乎没有太大的意义，从技术及应用的角度来说，微波射 频标签并不适合作为大量数据的载体，其主要功能在于标识物品并完成无接触 的识别过程。 l典型的数据容量指标有：1Kbit