无线射频技术.ppt

物流信息技术,教学任务2.1,无线射频技术 radio frequency idenfication,【总体说明】,射频技术和条形码技术相似，目的都是快速准确地确认追踪目标物体。 主要的区别是有无写入信息或更新内存的能力,条形码的内存能否更改。 射频标签特有的辨识器不能被复制，标签的作用不仅仅局限于视野之内，因为信息是由无线电波传输，而条形码必须在视野之内。 由于条形码成本较低，有完善的标准体系，已在全球广泛使用，而射频技术由于成本相对较高，只被局限在有限的市场上使用，但它具有广阔的前景。,学习本情境内容重点回答三个问题： 射频技术与条码技术的根本性区别？ 射频标签与读写器的内部构件中，相互对应关系？ 射频技术的工作原理和过程是？,一、射频识别技术,一、射频识别技术 射频识别技术是一种非接触式的自动识别技术 通过射频信号自动识别目标对象来获取相关数据 利用无线电波进行双向通信的一种自动识别技术，完成识别工作时无需人工干预，适于实现自动化且不易损坏，可识别高速运动物体并可同时识别多个射频卡，操作快捷方便。 射频卡不怕油渍、灰尘污染等，短距离的射频卡可以在这样的环境中替代条码，长距离的产品多用于交通中，距离可达几十米。,小常识： 自动识别技术是信息数据自动识读、自动输入计算机的重要方法和手段。目前几种常见的识别技术： 条码技术 - 成本最低、采用纸制材料，较易磨损，且数据量小。 磁卡技术 - 磁卡数据可读写、可改造数据、成本低廉，易被伪造。 ic卡识别技术 - 有独立的运算和储存能力，数据安全性好，价格稍高。 rfid技术 -具有非接触式识读能力、能同时识别多个物品,一、射频识别技术,四种识别技术的优缺点比较,一、射频识别技术,二、rfid系统的组成 rfid系统主要由两部分组成：读写器和射频标签，如下图所示。,二、rfid系统的组成,1读写器 rfid系统的读写器由三个主要部分组成： 射频模块 用于发送和接收数据 读写模块 接收射频模块传输的信号，译码后获得标签内信息，或将要写入标签的信息译码后传给射频模块，完成写标签操作。 天线 是标签与读写器之间发射和接收射频载波信号的设备 射频读写器应具有如下功能： 读写器与标签通信的功能 读写器与计算机通信的功能,二、rfid系统的组成,2射频标签 射频标签相当于条码技术中的条码符号，用来存储需要识别传输的信息。 与条码不同的是标签必须能够自动或在外力的作用下，把存储的信息主动发射出去。,二、rfid系统的组成,2射频标签 （1）射频标签的构成 rfid系统的射频标签由射频模块、存储器、控制模块及天线四个主要部分构成。 由于读写器和标签之间采用无线通信方式，因此它们都有无线收发模块及天线。 标签中存储器的内存容量在几个比特到几十干字节之间，可储存永久性数据和非永久性数据。 控制模块则完成接收、译码及执行读写器命令，控制读写数据，负责数据安全等功能。,二、rfid系统的组成,射频标签具有如下功能： 具有一定容量的存储器，用以存储被识别对象的信息。 在一定的工作环境及技术条件下标签数据可读写。 具有确定的使用期限，使用期限内无需维修。 维持对识别对象的识别及相关信息的完整。 数据信息编码后，工作时可传输给读写器。 可编程，且一旦编程后，永久性数据不能再修改。 对于有源标签，通过读写器能显示出电池的工作情况。,二、rfid系统的组成,（2）射频标签的分类 按标签获取电能的方式不同，可分为： 有源射频标签(主动式标签)和无源射频标签(被动式标签) 有源射频标签内部自带电池进行供电，电能充足、工作可靠性高、信号传送的距离远。 无源射频标签内部不带电池，要靠外界提供能量。无源射频标签具有永久的使用期，支持长时间的数据传输和永久性的数据存储。 缺点：数据传输的距离要比有源射频标签小,二、rfid系统的组成,（2）射频标签的分类 按内部使用存储器类型的不同，可分为： 只读标签 和 可读可写标签。 只读标签内部只有只读存储器(read only：memory，rom)和随机存储器(random access memory，ram)。 可读可写标签内部的存储器除了rom、ram和缓冲存储器之外，还有非活动可编程记忆存储器。,二、rfid系统的组成,（2）射频标签的分类 按标签中存储器数据存储能力的不同，可分为： 标识标签与便携式数据文件。 标识标签中存储的只是标识号码，用于对特定的标识项目，如人、物、地点进行标识，关于被标识项目的详细的特定信息，只能在与系统相连接的数据库中进行查找。 便携式数据文件是指标签中存储的数据非常大，可以看作是一个数据文件。这种标签一般都是用户可编程的，如包装说明、工艺过程说明等。,二、rfid系统的组成,rfid的工作原理 无线射频识别技术（rfid）是一种非接触的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号和空间耦合（电感或电磁耦合）或雷达反射的传输特性，实现对被识别物体的自动识别。 rfid系统至少包含电子标签和阅读器两部分。rfid阅读器（读写器）通过天线与rfid电子标签进行无线通信，可以实现对标签识别码和内存数据的读出或写入操作。,三、rfid的工作原理及过程,rfid工作原理,射频识别系统的基本模型如图所示。,其中，电子标签又称为射频标签、应答器、数据载体；阅读器又称为读出装置，扫描器、通讯器、读写器(取决于电子标签是否可以无线改写数据)。电子标签与阅读器之间通过耦合元件实现射频信号的空间(无接触)耦合、在耦合通道内，根据时序关系，实现能量的传递、数据的交换。 发生在阅读器和电子标签之间的射频信号的耦合类型有两种。,发生在阅读器和电子标签之间的射频信号的耦合类型有两种,(1)电感耦合。变压器模型，通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电磁感应定 律，如图所示:,电磁反向散射耦合：雷达原理模型，发射出去的电磁波，碰到目标后反射，同时携带回目标信息，依据的是电磁波的空间传播规律 图:电感耦合方式一般适合于中、低频工作的近距离射频识别系统。典型的工作频率有：125khz、225khz和1356mhz。识别作用距离小于1m，典型作用距离为1020cra。,电磁反向散射耦合方式一般适合于高频、微波工作的远距离射频识别系统。典型的工作频率有：433mhz，915mhz，245ghz，58ghz。识别作用距离大于1m，典型作用距离为3l0m,rfid的工作过程 标签与阅读器之间的数据传输是通过空气介质以无线电波的形式进行的。 读写器将设定数据的无线电载波信号经过发射天线向外发射。 当射频标签进入发射天线的工作区时，射频标签被激活后即将自身信息代码经天线发 射出去。 系统的接收天线接收到射频标签发出的载波信号，经天线的调制器传给读写器。读写器对接到的信号进行解调解码，送后台电脑控制器。 计算机控制器根据逻辑运算判断该射频标签的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构的动作。 执行机构按计算机的指令动作。 通过计算机通信网络将各个监控点连接起来，构成总控信息平台，根据不同的项目设计不同的软件来完成要达到的功能。,三、rfid的工作原理及过程,射频技术与条形码的区别,主要的区别如下：有无写入信息或更新内存的能力。条形码的内存不能更改。射频标签不像条形码，它特有的辨识器不能被复制。标签的作用不仅仅局限于视野之内，因为信息是由无线电波传输，而条形码必须在视野之内。由于条形码成本较低，有完善的标准体系，已在全球散播，所以已经被普遍接受，从总体来看，射频技术只被局限在有限的市场份额之内。射频技术与条形码是两种不同的技术，有不同的适用范围，有时会有重叠。两者之间最大的区别是条形码是“可视技术“，扫描仪在人的指导下工作，只能接收它视野范围内的条形码。,射频技术在我国的发展,自上个世纪九十年代以来，射频识别技术在全世界范围内得到了很快的发展。全球的总销量以年均25%以上的速度快速增长，经过十几年的发展，射频率识别技术在各行各业，尤其是在电子信息行业得到了广泛的应用。 射频识别技术在我国的应用，应该还处于一个起步的阶段。差距首先表现在技术上，虽然在低频和中频产品应用上面，已经有了一定的基础，但在高频领域基本上没有大规模成熟的应用案例；其次表现在应用环境上，电子标签是一种提高识别效率和准确性的工具。市场化程度越高，越具有竞争性，组织对于效率的要求就会越强烈。,在这种情况下，电子标签才会具有广泛应用的可能性。以电子标签在供应链上的应用为例，必须是以供应链成熟广泛运用为基础的，而我国供应链的发展只是刚有一个好的开端，对绝大多数企业而言，这种先进的管理方法和技术还刚刚起步。 射频技术的国产化是刻不容缓的，无论从哪一方面讲，如果长期只依赖国外进口产品，将阻碍射频技术的推广和大规模的使用。在射频国产化的道路上，应用系统的国产化最先起步，目前也是比较有成效的。随着系统应用技术逐渐成熟和市场的壮大，也涌现出了许多优秀的系统集成商，特别是中、低频的非接触产品的应用中。,射频技术在应用中存在的问题,1硬件的操作与可靠性问题 rfid硬件的操作是其应用和普及中的一个较大的问题和挑战。特别是阅读器如何识别与读取标签信息、并将其发送到的计算机系统理的问题。据报道，目前电子标签的识别失误率还高达20%，离大量应用于供应链管理还有一定的距离，有待进一步的改善。在该问题中，还存在着在现场操作经常遇到的一些物理问题环境，例如金属、液体，高温、粉尘等恶劣环境以及可能对无线电波产生的干扰等问题，这都可能影响到对rfid标签信息的识别与读取，如前面提及的汽车焊接生产线、喷漆生产线等在此的高温、高灰尘、高金属等场合，就会遇到各种各样的干扰，这些干扰信号对rfid信息的读取与传输的精确性与性可靠性都会有较大的影响，这也将影响到对供应链上各个项业务的管理。沃尔玛在rf技术应用的试验中，在俄克拉荷马州tulsa仓储中心的试验中就实际发生上述问题，甚至在环境并不象上述那些恶劣的情况下的连锁超市中，也存在着识别失误的现象。人们还发现，当rfid系统启动时，由于无线条码扫瞄系统的讯号干扰而使整套系统出现故障、产生宕机。,2储存超载的问题 在供应链运行中，特别是在零售环节需要处理零售营运所产生的庞大数据，这也是一个棘手的问题。如果所有商品均采用了rfid标签，而每个标签中又储存有众多的信息，会使原有系统出现储存超载的问题，如果在初建射频系统时没有考虑到对系统升级，会导致整个系统出现麻烦。美国佛罗里达州的一家公司在采用射频技术系统时，其数据库系统就出现被rfid数据所灌爆的现象。 3安全问题 安全也是一个让人头疼的问题，因为rfid系统很可能成为骇客攻击的新目标，而丢失一些机密的数据。目前，rfid要在对信息有保密要求的领域展开应用，还面临着信息安全方面的障碍，在最初的应用过程中，由于安全问题并不是非常重要，因此在原有的技术标准对安全问题考虑欠缺，并且较难再将安全规范添加进去。 如果安全问题无法保证，在使用射频系统时就有被人窃取信息的可能性。目前，rfid阅读器中的惟一标识符容易被人复制，rfid的基本验证机制也存在严重的安全缺陷，同时某些rfid标签一旦接近rf阅读器，就会无条件地开始发射信号，极易被窃取信息。这样一来，设想若有人坐在某家大公司总部的大厅里，只要利用藏在公文包里的阅读设备就能轻易地收集情报。 由于无源rfid系统没有读写能力，所以无法使用公钥/私钥，用来验证口令发问/应答机制以及其他的各种主动验证方法。有源标签由于可以收到不断变化的验证密钥，能够大大提高其安全性，但是它们的成本较昂贵。目前，人们已经开始研制采用一次性口令的发问/应答系统，这会在很大程度上解决rfid的安全问题。,4标准问题 标准问题决定了一项技术的发展与应用前途，如果一个企业内部、或供应链上的上下游企业之间所采用的频率、编码、存储规则和数据的标准等参数不统一，相互的阅读器与标签不能通用，则供应链上的成员之间就无法实时交流信息，实现协同地运作。目前，业界标准已经让各种不同的系统可以相通，但设备的成本，特别是rfid芯片仍是另一项决定该技术成败的重要因素。到目前为止，射频技术已经具有多项国际标准，如国际标准组织iso的标准、美国国家标准化组织ansi的标准、美国国家信息技术标准协会ncits的标准、iec/iso联合技术委员会jtc的标准、汽车工业协会aiagb11的标准、万国邮政联盟upu的标准以及欧洲标准委员会cen等机构的标准。由于在不同的地区，使用的频率也有所不同，频率资源的分配在各个国家也各不相同，因此，射频技术的标准化将会影响到全球化供应链的运作。,6价格问题 从前面的介绍可知，rf设备的价格问题也会制约射频技术的应用与推广。因为昂贵的设备将增加供应链运行的成本，会将众多的企业挡在rf应用的门外。为了降低rf设备的成本，alien technology、matrics等设备商正在极力降低rfid系统的主要元件微芯片的成本；还有一些公司也正在通过研制新的天线印制技术来降低天线的成本；以及开展对导电墨水的研制。一些公司在过去主要生产掺有银、镀银铜、碳及石墨的导电墨水，用于rfid和智能卡产品当中。如今导电墨水的生产商在研究新配方。该项研究是rf技术最近的一个发展热点。利用导电墨水，可以将rfid的天线以接近于零的成本印制到产品包装上。 flint ink公司最近就斥巨资研究开发新的导电墨水。通过导电墨水在产品的包装盒上印制rfid天线，比传统的金属天线成本低、印制速度快、节省空间，并有利于环保。由于rfid系统中的阅读器等基本设备几乎不需要什么维护，人们认为，随着设备价格的继续下降，虽然其实施过程会有较大的的成本，但基本上不会高于其他任何erp或供应链系统的投资。 目前在我国，电子标签尚不普及，国外电子标签的价格也造价不菲， 每个标签的价格一般都在2030美分的高价位上，就拿我国为沃尔玛供货的厂商来说，很大一部分都是来自东莞等地的中小企业，从实力上是很难接受的。 除了技术问题之外，还面临了劳工组织的政治性议题的障碍。工会不希望供应链上越来越多的作业从人工化转向自动化和近似计算化，这样，哪些工人的工作将被断送，美国西岸导入商业化的新技术时遭受罢工抗议就是个这个问题的最有力的例证。,5隐私问题 另一个制约射频技术应用的问题是隐私问题。随着rfid的发展与应用，一些隐私权保护团体对其侵犯人们隐私权的问题产生了极大的疑虑，一些商品在售出后，由于其电子标签未被清除，仍然会向由某些阅读器发来的、相频率匹配的无线电波发送信息，这样，那些使用这些商品的消费者的行踪与活动无疑将受到跟踪，侵犯了他们的隐私权。因此，消费者担心在消费商品中使用rfid芯片最终将造成警察社会。据国外的报道，人们对于在出售服装上嵌入rfid标签的做法表示不满，认为这会对消费者造成人身跟踪，侵犯了消费者的隐私权，并且号召广大消费者予以抵制。同样，在沃尔玛和英国最大的零售商tesco的初期试验中，在个别的产品上加入rfid标签时就受到抵制与抗议。,四、rfid的种类,根据rfid系统完成的功能不同，可以把rfid系统分成四种类型：eas系统、便携式数据采集系统、物流控制系统和定位系统。 1eas系统 eas(electronic article surveillance)是一种设置在需要控制物品出入门口的rfid技术。这种技术的典型应用场合是商店、图书馆和数据中心等地方，当未被授权的人从这些地方非法取走物品时，eas系统会发出警告。 典型的eas系统一般由三部分组成： 附着在商品上的电子标签，电子传感器。 电子标签灭活装置，以便授权商品能正常出入。 监视器，在出口形成一定区域的监视空间。,2便携式数据采集系统 便携式数据采集系统是使用带有rfid阅读器的手持式数据采集器采集rfid标签上的数据。 这种系统具有比较大的灵活性，适用于不宜安装固定式rfid系统的应用环境。 手持式阅读器(数据输入终端)可以在读取数据的同时，通过无线电波数据传输方式实时地向主计算机系统传输数据，也可以暂时将数据存储在阅读器中，成批地向主计算机系统传输数据。,四、rfid的种类,3物流控制系统 在物流控制系统中，rfid阅读器分散布置在给定的区域，并且阅读器直接与数据管理信息系统相连，信号发射机是移动的，一般安装在移动的物体、人上面。 当物体、人流经阅读器时，阅读器会自动扫描标签上的信息并把数据信息输入数据管理信息系统进行存储、分析和处理，以达到控制物流的目的。,四、rfid的种类,4定位系统 定位系统用于自动化加工系统中的定位，以及对车辆、轮船等进行运行定位支持。 阅读器放置在移动的车辆、轮船或者自动化流水线中移动的物料、半成品和成品上，信号发射机嵌入到操作环境的地表下面。 信号发射机上存储有位置识别信息，阅读器一般通过无线的方式(有的采用有线的方式)连接到主信息管理系统。,四、rfid的种类,1. rfid技术在国际上的应用 发展得很快，种类也很多，像德州仪表 motorola、philips等世界著名厂家都生产rfid产品，并且各有特点、自成系列。 rfid技术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：汽车、火车等交通监控；高速公路自动收费系统；停车场管理系统；物品管理； 流水线生产自动化；安全出入检查；仓储管理；动物管理；车辆防盗等。 rfid技术的应用仍层出不穷，如澳大利亚将它的rfid产品用于机场旅客行李管理中；瑞士国家铁路局在瑞士的全部旅客列车e安装rfid自动识别系统，调度员可以实时掌握火车运行情况，不仅利于管理，还大大减少了发生事故的可能性。,五、rfid技术的应用,2. rfid技术在我国的应用 一些城市的公交、医疗等收费系统都开始采用，高校的学生校园卡系统、第二代身份证系统 在物流、交通方面，我国rfid技术的应用也已经开始，锦山的一条高速公路已应用了非接触射频卡自动收费；我国的铁路系统使用rfid技术记录货车车厢编号的试点已运行了一段时间；北京的机场高速公路、深圳的皇岗口岸也使用了rfid系统收费；一些物流企业已经将rfid技术用于物流管理中。,五、rfid技术的应用,3. rfid技术的发展前景 （1）安全防护领域 门禁保安，未来的门禁保安系统均可应用射频卡，且可一卡多用。 汽车防盗。 电子物品监视系统，目的是防止商品被盗。,五、rfid技术的应用,（2）商品生产销售领域 1）生产线自动化 2）仓储管理 3）产品防伪 4）rfid卡收费 （3）管理与数据统计领域 1） 畜牧管理 2） 运动计时,五、rfid技术的应用,（4）交通运输领域 1）高速公路自动收费及交通管理 2）火车和货运集装箱的识别 （5）供应链管理领域 供应链包括从原材料到最终用户的所有实物的移动过程，包括供货商选择、采购、产品计划、材料加工、订单处理、存货管理、包装、运输、仓储与客户服务；也包括供应链中的产品、货主、位置和时间，以便供货商和客户之间更好地沟通。 1）供应商先给产品加上rfid标签 2）货物运到配送中心进行入库作业 3）送货车抵达零售商 （6）国防和军事应用领域,五、rfid技术的应用,rfid技术的应用案例,一. 景区智能门票系统 rfid电子标签可以封装于pvc、pet、pp、不干胶纸等多种介质内，凭借其优异的物理特性及强大的信息管理和防伪功能，为各大风景区提供功能完善全面的多种解决方案，如门票、年票、套票等；同时可以现场发卡，为客户提供更灵活的个性化服务。 本系统已应用于全国重点风景名胜区之一的广东肇庆风景区等。,主要性能特点: 采用了先进的rfid识别技术，防伪性能良好。每个电子门票拥有一个全球唯一序列号，且该序列号无法更改。采用计算机控制和数据处理技术，自动化程度高，控制准确。 发行电子门票时无机械接触动作，感应通讯，反应迅速，方便用户使用。 识别过程由入口验票处的识别主机完成，景区各入口的控制主机负责查找、鉴别，整个过程不需人工干预，失误率趋于零。 系统管理软件windows环境下编写，中文菜单操作显示，界面友好。每个操作步骤都有详细的提示说明，操作简单，使用方便。 安装、调试、维护简单方便，易于检修。 系统性能稳定，使用可靠。,实现功能: 防止伪造假票。 提高管理效率，快速识别有效门票。 简化管理手段，轻松设定使用权限及实现一卡多用。 扩展功能强，通过对门票的电子化管理，可实现统计、结算等扩展功能。 利用远程通讯技术实现异地发卡，远程统计查询，景区查验功能。,二.工业气瓶电子化管理系统 rfid电子标签可以封装于多种具有耐酸、耐碱、抗冲击等物理性能的非金属介质中，因此具有抗恶劣环境的特性；同时标签本身具有信息存储功能，面对使用环境复杂，流动性大的工业气瓶，用rfid电子标签对其进行信息化管理是一种极佳的选择。 目前该系统已应用于广州地区乙炔气瓶管理。,主要性能特点： 采用先进的rfid识别技术，每个工业气瓶拥有一个全球唯一序列号，读写操作时采用验证机制和多重加 密技术，无法伪造仿制。同时保证只有该系统发行的电子标签才能被有效识别。 经附合后的电子标签不可逆性粘贴于气瓶的瓶肩部。 识别和数据写入过程由手持读写仪完成。 气瓶每次检测、充气及相关操作人员的信息由手持读写仪检测并写入电子标签。 系统管理软件运行于windows环境下，界面友好，操作简便。 提供数据库支持，方便气瓶资料的动态管理。 安装、调试、维护简单方便，易于检修。 标签及读写设备具有防爆性能，可满足特殊防爆需求。,实现功能： 记录气瓶基本信息及充装情况。 对气瓶进行定期检审并记录检审信息。 实现气瓶充装操作人员的管理。 实现气瓶充装及运输的物流管理。 具用极强的防伪功能。,三.智能出租车管理系统 通过封装在驾驶员资格证以及以不同方式固定于车身的rfid电子标签，对驾驶员、出租车辆的基本资料以及驾驶运营情况进行管理，同时遏制了克隆车的出现。 本系统已在广州、上海