（物理电子学专业论文）基于射频识别技术的it资产管理系统设计与实现.pdf

独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所 知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰 写过的研究成果也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢 意。 申请学位 本人签名 处，本人承担一切相关责任。 e t 其i i ：垫翌：至：z 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定， 即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学 校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论 文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用 影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密 后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位 本人签名： 导师签名： 适用本授权书。 日期：竺竺兰：望 日期：迦! 1 2 ：立：生 北京邮电大学硕士学位论文摘要 基于射频识别技术的i t 资产管理系统设计与实现 摘要 本论文针对射频识别技术在i t 资产管理系统中的应用进行分析 和设计，射频识别技术作为物联网关键应用技术之一，与条码等自动 识别技术，以及与互联网、通信、传感网络等信息技术融合，构筑一 个无所不在的网络环境，实现更为智能高效的管理。 基于r f i d 的i t 资产管理系统是利用先进的r f i d 自动识别技 术，结合计算机、无线网络应用技术，对企业数据中心各种i t 类型 资产的基本信息及流转情况进行自动登记、保存、盘查及实时跟踪管 理，解决传统资产管理帐实不符、管理工作效率低、资产利用率低等 问题，全面提高资产管理的效率，增加企业收益。 本论文主要工作包括以下内容：分析i t 资产管理系统应用环境、 系统特点、用户需求、业务流程和系统设计应用的关键技术；在此基 础上实现基于射频识别技术的i t 资产管理系统完整设计，包括模块 设计、数据库设计和信息采集、处理、实时显示技术完成系统设计， 提出改进型的防碰撞算法。 本论文主要创新点包括：采用时间序列数据流模式发现算法处理 采集到的资产环境信息，结合d e f l a t e 压缩算法实现高效存储，并 挖掘数据流隐藏变量信息实现预报警；通过j a v a 3 d 技术结合三维图 形平台，实现资产立体显示，利用克里金插值和j a v a 3 d 实现温度场 重建，提出完整的设计思路，并通过仿真实现示例；提出改进型询问 树防碰撞算法，利用标签返回信息将标签分到不同应答时隙中，减少 询问次数和数据传输量，提高信道利用率保密性。 关键词：r f i d ，i t 资产管理系统，环境信息处理，温度场模拟， 询问树防碰撞算法 北京邮电大学硕士学位论文 ad e s i g na n di n l e n n t a 耵o no fi t a s s e tm 魄n a g e m e n tu s i n gr f i d a b s t r a c t i nt h i sp a p e r , t h er a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o nt e c h n o l o g yu s e di n t h ei ta s s e tm a n a g e m e n ts y s t e mi sa n a l y s e da n dd e s i g n e d r f i di so n e o ft h ek e ya p p l i c a t i o nt e c h n o l o g i e sf o rt h ei n t e r n e to ft h i n g s ，t o g e t h e r w i t hb a rc o d ea n do t h e ra u t o m a t i ci d e n t i f i c a t i o nt e c h n o l o g i e s ，a sw e l la s t h ei n t e r n e t , c o m m u n i c a t i o n s ，s e n s o rn e t w o r k s ，a n do t h e ri n f o r m a t i o n t e c h n o l o g yi n t e g r a t i o nt ob u i l dau b i q u i t o u sn e t w o r ke n v i r o n m e n ta n dt o a c h i e v eam o r ei n t e l l i g e n ta n de f f i c i e n tm a n a g e m e n t r f i d - b a s e di ta s s e tm a n a g e m e n ts y s t e mm a k e st h eu s eo fa d v a n c e d r f i da u t o m a t i ci d e n t i f i c a t i o nt e c h n o l o g y , c o m b i n e dw i t ht h ec o m p u t e r , w i r e l e s sn e t w o r ka p p l i c a t i o nt e c h n o l o g y , t om a n a g e rt h ee n t e r p r i s ed a t a c e n t e r so fv a r i o u st y p e so fi ta s s e t sa b o u tt h eb a s i ci n f o r m a t i o nc h e c k i n g a n dt h ea u t h e n t i c a t i o n , i n v e n t o r yw o r k f l o wm a n a g e m e n to fi ta s s e t s r f i dh e l p so r g a n i z a t i o n sd e p l o ya s s e t se f f e c t i v e l y , a n da v o i dw a s t i n g h i g h - p e r f o r m a n c ea s s e t so nl o w - p r i o r i t yt a s k s t h i sp a p e r sm a i nw o r ki n c l u d e s ：a n a l y s i so f i ta s s e tm a n a g e m e n t s y s t e ma p p l i c a t i o ne n v i r o n m e n t ，s y s t e mc h a r a c t e r i s t i c s ，u s e rr e q u i r e m e n t s ， b u s i n e s sp r o c e s sa n dt h ek e yt e c h n o l o g i e sf o rt h es y s t e md e s i g n ；t o a c h i e v er f i d b a s e di ta s s e tm a n a g e m e n ts y s t e mi n t e g r a t e dd e s i g n , i n c l u d i n gm o d u l a rd e s i g n ，d a t a b a s ed e s i g na n di n f o r m a t i o nc o l l e c t i o n , i n f o r m a t i o np r o c e s s i n g , r e a l - t i m e d i s p l a yt e c h n o l o g ya n di m p r o v e d a n t i - c o l l i s i o na l g o r i t h m t h ep r i n c i p a li n n o v a t i o no ft h i sp a p e ri n c l u d e ：u s i n gt i m e s e r i e sd a t a s t r e a mp a t t e r nd i s c o v e r ya l g o r i t h mt od e a lw i t ht h ec o l l e c t e da s s e t s e n v i r o n m e n t a li n f o r m a t i o n , e m p l o y i n gd e f l a t ec o m p r e s s i o na l g o r i t h m f o re f f i c i e n t s t o r a g e ，a n dm i n i n g d a t as t r e a m sf o rh i d d e nv a r i a b l e i n f o r m a t i o nt oa c h i e v et h es y s t e mp r e w a r n i n g ；m a k i n gu s eo ft h e3 d g r a p h i c sp l a t f o r mt og e tt h es t e r e o s c o p i cd i s p l a yo fa s s e t s ，c o m b i n i n g k r i g i n gi n t e r p o l a t i o nw i t hj a v a 3 dt og e tt e m p e r a t u r ef i e l dr e c o n s t r u c t i o n , t h ed e s i g no ft h a ta r ed e s i g n e df i r s t l ya n dt h e nt h r o u g hs i m u l a t i o nt o 北京邮电大学硕士学位论文 a b s t r a c t a c h i e v et h e s a m p l ed e m o ；p r o p o s i n g t h e i m p r o v e dt r e e q u e r y a n t i - c o l l i s i o na l g o r i t h mw h i c hu s e st a g sr e s p o n s ei n f o r m a t i o nt oa s s i g n t a g si nd i f f e r e n tt i m es l o t sa sf o rt h er e d u c t i o no ft h er e a d i n gt i m e sa n d i m p r o v e m e n to f t h ec h a n n e lu t i l i z a t i o n k e yw o r d s ：r f i d ，i ta s s e t s m a n a g e m e n t , t e m p e r a t u r ef i e l d ， e n v i r o n m e n t i n f o r m a t i o n , t r e e q u e r ya n t i c o l l i s i o na l g o r i t h m 北京邮电大学硕士学位论文目录 目录 第一章绪论l 1 1 弓i 言1 1 2r f i d 国内外技术应用现状l 1 3 课题背景及意义3 1 4 研究内容及目标5 1 5 组织结构5 第二章r f i d 系统研究及应用问题分析7 2 1r f i d 系统介绍。7 2 2r f i d 系统应用主要问题1 2 2 3 常用防碰撞算法1 4 2 4r f i d 资产管理应用问题1 9 2 5 本章小结2 l 第三章基于r f i d 的i t 资产监控管理系统分析2 2 3 1 基于r f i d 的i t 资产监控管理系统概述2 2 3 2 应用环境。2 3 3 3 优势优点2 4 3 4 需求分析。2 5 3 5 业务流程分析。2 7 3 6 关键技术。3 0 3 7 本章小结。4 3 第四章基于r f i d 的i t 资产管理系统总体设计4 4 4 1 设计思路4 4 4 2 模块设计4 6 4 3 软件系统整体设计4 8 4 4 流程设计4 9 4 5 数据库设计5 0 4 6 信息采集处理技术5 6 4 7 信息可视化w e b 技术6 0 4 8 改进型二进制询问树型防碰撞算法6 4 4 9 本章小结6 7 第五章基于r f i d 的i t 资产管理系统实现6 8 5 1 引言6 8 北京邮电大学硕士学位论文 目录 5 2 系统监控系统前台实现6 8 5 3 监控系统后台实现6 9 5 4 本章小结。7 6 第六章总结与展望7 7 6 1 系统实现总结7 7 6 2 下一步研究方向7 8 参考文献7 9 致谢8 3 作者攻读学位期间发表的学术论文8 4 北京邮电大学硕士学位论文第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论弟一早瑁比 无线射频识别( r f i d ，r a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n ) 又称为电子标签， 利用非接触的无线通信方式在读写器和电子标签双向传输数据，以达到目标识 别和数据交换【l l 。r f i d 标签具有体积小、容量大、寿命长、可重复使用等特点， 可支持快速读写、非可视识别、移动识别、多目标识别、定位及长期跟踪管理。 r f i d 技术与互联网、通讯等技术相结合，可实现全球范围内物品跟踪与信息共 享。l 玎i d 技术应用于物流、制造、公共信息服务等行业可大幅提高管理与运作 效率，降低成本i 3 j 。 r f i d 技术经过多年的高速发展，已有多种产品，世界很多著名厂家都生产 r f i d 产品，像德州仪器、摩托罗拉、飞利浦等等，并且它们的产品自成系列、 各有特点。r f i d 已经在智能交通、物流仓储、物品防伪、身份识别。资产管理 等方面得到广泛应用，新的应用仍在层出不穷。 r f i d 的具体应用，要考虑到实施过程当中具体复杂的应用环境。对于不同 的应用场景设计合适的技术实现方案，比如物流仓储里面包括很多水产品、金属 产品，通用的r f i d 识别技术会有漏读不读的情况发生，要充分考虑技术应用难 点。r f i d 的推广不仅有技术方面的问题要解决，包括技术标准不确定性和存在 较高的差错率等；还有应用成本和信息安全的问题，芯片和标签的封装价格居高 不下，使得目前主流的超高频无源标签单只价钱最低在l 元人民币左右，同时读 写器等信息采集设备价格高昂，系统的开发也需要大笔投入，以及物品信息隐私 权也成为应用推广过程中的种种难题。 发展r f i d 技术与应用是一项复杂的系统工程，我国作为世界上最大制造 业和供应链上游中心，同时也是世界上新兴的消费中心，我国市场r f i d 技术的 实际应用对世界r f i d 产业链产生重要影响。 1 2r f i d 国内外技术应用现状 r f i d 技术诞生于二战期间，最早应用在区分盟军和纳粹飞机的。敌我识别 系统中。上世纪八十年代开始商业应用，逐渐出现各种规模应用，进入九十年代， r f i d 产品逐渐成为人们生活的一部分，2 0 0 0 年至今r f i d 产品种类更加丰富， 有源电子标签、无源电子标签及半无源电子标签均得到发展，电子标签成本不断 北京邮电大学硕士学位论文 第一章绪论 降低，规模应用行业扩大。以r f i d 和传感器技术为信息采集平台，通过建立更 广泛的物联网，使得继计算机应用、互联网之后又一信息热门方向。 r f i d 技术设计信息、制造、材料等多个高科技领域，包括无线通信、芯片 设计与制造、天线设计与制造、标签封装、系统集成、信息安全等技术。每一项 技术的进步都促进r f i d 的应用发展。 一直以来，国际r f i d 产品制造企业的竞争主要集中在r f i d 技术应用比较 成熟的欧美市场。飞利浦、西门子、s t 、t i 等半导体厂商基本垄断了r f i d 芯 片市场；i b m 、h p 、微软、s a p 、s y b a s e 、s u n 等国际巨头抢占了r f i d 中间件、 系统集成研究的有利位置；a l i e n 、i n t e r m e c 、s y m b o l 、t r a n s c o r e 、m a t r i c s 、l m p i n j 等公司则提供r f i d 标签、天线、读写器等产品及设备。 许多国内外r f i d 公司对r f i d 超高频读写器的研究主要集中在小型便携 r f i d 超高频读写器模块和r f i d 超高频射频芯片开发上。便携式手持超高频读 写器的开发早期主要来自国外公司，目前国内公司也有自主开发出读写器设备， 并逐步发展为多型号、系列化产品。相比国外公司的芯片级开发，国内公司对手 持超高频读写器开发集中在软件、系统集成和商业应用，中国不少公司已经推出 了系列r f i d 读写器产品和读写模块己达到国外同类水平l l 引。与读写器尤其是手 持便携式读写器发展最为密切的芯片技术更加成熟，r f i d 半导体领域的新创公 司s t a r p o r ts y s t e m s 近日推出的s f 7 0 0 1 单芯片c m o s 读卡器i c 可以集成到手机 当中，使得手机具有读写器功能，被用于获取扫描设备上的信息、付费并收集售 后信息【14 1 。 自从2 0 0 3 年沃尔玛和美国国防部大力推进r f i d 应用以来，国外r f i d 行业 取得了飞速发展。目前在全球物流与供应链管理最发达的美国、欧洲出现了普遍 采用r f i d 的最新趋势：沃尔玛、麦德龙、t e s c o 、吉列、强生、宝洁、摩托罗拉、 宝马、u p s 、汉莎航空等多家跨国公司已大规模采用r f i d 产品；美国国防部早 已全面导入r f i d 计划( 即“美国s s t 计划”) ，从阿富汗战争到伊拉克战争全面 使用r f i d ，并且在2 0 0 5 年全军推广；等等。目前，从区域来看，欧洲和美国是 r f i d 应用的主要地区，其次是亚太和日本。中国已经将r f i d 技术应用于铁路 车号识别、身份证和票证管理、动物标识、特种设备与危险品管理、公共交通以 及生产过程管理等多个领域。某些国际组织提出基r f i d 的应用体系架构，各大 软件厂商也在其产品中提供了支持r f i d 的服务及解决方案，相关的测试和应用 推广工作正在进行中。中国在r f i d 应用架构、公共服务体系、中间件、应用系 统集成、数据管理平台以及信息融合和测试工作等方面取得了初步成果，并分别 在2 0 0 6 和2 0 0 8 年列入国家高技术研究发展计划( 8 6 3 计划) 的相关课题进行专 项研究。 北京邮电大学硕士学位论文第一章绪论 i d t e c h e x 调查预测2 0 0 9 年全球r f i d 市场的价值将达5 5 6 亿美元，高于 2 0 0 8 年的5 2 5 亿美元。整个市场包括标签、读写器和用于r f i d 卡、标签，及 其他形式的软件服务。其中大多数的费用都是花在r f i d 卡及其相关的服务上一 一共计2 9 9 亿美元。r f i d 市场一直在增长，同时这个值中有相当一部分是由政 府的r f i d 计划来主导的，如交通运输、国家身份证( 非接触式智能卡和护照) 、 军事和动物贴标。2 0 0 8 年领先的频率仍然是高频( 1 3 5 6m h z ) ，并集中在使用 i s 0 1 4 4 4 3 规范的应用中。新增加的应用诸如护照和r f i d 功能手机等。18 0 0 0 - 6 无源u h f 标签也带来了1 4 5 亿美元的标签市场规模。无源u h f 标签的增长受 制于技术因素，该频率的标签受到金属和水的影响最强烈榭翻腓。 中国不仅掌握h f 芯片的设计技术，成功地实现了产业化，同时u 船芯片 也完成设计和开发，并应用自主知识产权的超高频芯片制造标签。r f i d 标签封 装以低温倒装键合工艺为主，也出现了流体自装配、振动装配等新的标签封装工 艺。中国低成本、高可靠性的标签制造装备和封装工艺仍在研发中。 在全球r f i d 应用也逐渐加速的过程中，一些国家和地区及企业也加快了 r f i d 在市场的应用步伐，采取了相应的策略和措施抢占市场先机，力争在应用 市场占据有利地位。如：u p mr a f s e c 和o m n i i d 等公司纷纷在中国建设标签生 产线；h p 及i b m 公司也投入巨资以加快r f i d 的应用研究。 1 3 课题背景及意义 国际电信联盟报告指出r f i d 技术、传感器技术、智能嵌入技术、纳米技术：o ：， 为物联网的有四个关键性的应用技术。r f i d 技术与条码、生物识别等自动识别 技术，以及与互联网、通信、传感网络等信息技术融合，构筑一个无所不在的网 络环境。海量r f i d 信息处理、传输和安全对r f i d 的系统集成和应用技术提 出了新的挑战。r f i d 系统集成软件将向嵌入式、智能化、可重组方向发展，通 过构建r f i d 公共服务体系，将使r f i d 信息资源的组织、管理和利用更为深 入和广泛。 相对于人际间交流的互联网，物联网是物与物之间的网络。当今社会己开始 出现许多“物一物一联网的应用：如装有g p s 卫星定位系统的运输车辆，以及 装有r f i d 射频识别芯片的集装箱，可以自由通过不停车收费站，在无人码头自 动完成装卸。这种不同物体间的“对话”关系将迅速扩大化，到2 0 1 1 年，内嵌 芯片、传感器、无线射频的“智能物件”可能超过一万亿个。它们在人类上网同 时，也能通过物联网相互感知、交换信息。“物联网”是继计算机、互联网与移 动通信网之后的世界信息产业第三次浪潮。目前世界上有多个国家花巨资深入研 究探索“物联网”，中国与德国、美国、英国等国家一起，成为国际标准制定的 北京邮电大学硕士学位论文第一章绪论 主导国之一物联网是在计算机互联网的基础上，利用r f i d 、无线数据通信等 技术，构造一个覆盖世界上万事万物的“i n t e r n e to f t h i n g s 修。在这个网络中，物 品( 商品) 能够彼此进行搿交流一，而无需人的干预。其实质是利用射频自动识别 0 t r i d ) 、传感器网络、无线通讯等智能化采集技术，通过计算机互联网实现物品 ( 商品) 的自动识别和信息的互联与共享。物联网一概念的问世，打破了之前的 传统思维。过去的思路一直是将物理基础设施和i t 基础设施分开：一方面是货 物、交通、建筑，而另一方面是数据中心，电脑、宽带、移动网络等。而在。物 联网一时代，物品的流动将与芯片、宽带整合为统一的基础设施，在此意义上， 物联网基础设施更像是一张新的智慧化地球网络，世界的运转就在它上面进行， 其中包括经济管理、生产运行、社会管理乃至个人生活。这也就是为什么物联网 将是我们的未来不可或缺的基础网络的原因【l o j 。 按照 ：中国射频识别白皮书：中对于中国r f i d 技术发展实施进程分阶段规 划，把2 0 0 7 年至2 0 1 2 年作为成长期，要求“突破应用与产业化关键技术，加 快相关技术标准及行业应用标准制定，基本形成中国r f i d 标准体系，拓展应用 领域一实际中的产业应用以及应用中的技术问题提出与解决是对于国家r f i d 发展战略的良好实施。产业发展进程的第二阶段成长期从2 0 0 8 年至2 0 1 2 年，要 求“扩展r f i d 应用领域，形成规模生产能力，建立公共服务体系，推动规模 化市场形成，促进r f i d 产业持续发展”。 企业资产的管理在现代企业运营的重要组成部分。互联网和信息业务使得企 业用于信息服务的资产迅速增长，尤其是金融证券电信相关企业，高效、准确、 安全的管理i t 相关的固定资产是保证信息安全、降低人力成本，提高企业竞争 力的关键之一。同时作为物联网的有机组成，更有示范推动意义，任何企业都有 资产管理系统，不论人工还是系统控制，也面临各种问题，有多种需求，尤其作 为i t 数据管理者能够利用r f i d 技术和网络系统来实现是实时可视的自动化管 理，对于所有行业的i t 资产管理有积极地推动作用。同时解决企业发展中的困 难，目前已有的成熟的r f i d 技术已为多种应用提供技术保障，有专家提到借势 而发，成熟的技术为第一势，国内外的已有应用第二势，金融商业环境和经济危 机需要并且推动新的技术及应用高速发展第三势，国家已有把建设物联网作为互 联网、3 g 网之后的新的信息发展方向。 在目前的管理模式下，资产变动信息在传递过程中人为因素造成的信息失真 和滞后引起帐实不一致，网络部门无法及时进行设备优化调配，致使大量高价值 网络类资产闲置浪费，严重影响财务报告的真实性作为物联网数据采集的主要技 术之一r f i d 技术应用，使得更多的行业领域能够快速、有效、实时地掌握物品 监控信息。r f i d 技术作为物理世界与现有i t 系统的桥梁，借助网络传输的功能， 北京邮电大学硕士学位论文第一章绪论 可将资产日常管理活动与资产管理系统有效的整合在一起，从而达到实物信息与 系统信息的实时同步一致。因此，建立一套基于r f i d 技术的资产管理系统实现 自动管理已成为可能。 基于r f i d 的i t 资产管理系统是利用先进的r f i d 自动识别技术，结合计算 机、无线网络应用技术，对企业数据中心各种i t 类型资产的基本信息及流转情 况进行自动登记、保存、盘查及实时跟踪管理，解决传统资产管理帐实不符、管 理工作效率低、资产利用率低等问题，全面提高资产管理的效率，增加企业收益。 1 4 研究内容及目标 随着企业信息服务的增长，对企业i t 资产管理效率、安全性的要求也进一 步提高。对r f i d 在企业i t 资产领域的应用进行详细的研究，包括系统框架， 硬件部署以及信息的采集、处理和数据管理，可提供完整的系统研究设计方案。 基于r f i d 的i t 资产管理系统帮助企业对i t 资产定位和追踪，保证实物与 信息一致。建立可视化信息监控系统，实时更新和清查资产流动和使用状况，以静 提高企业资产管理水平。基于r f i d 的i t 资产管理系统同时可以监控资产环境 信息，以及管理工作人员信息和状态。以保证资产监控的可靠性、安全和可追溯 性。 本文通过对r f i d 技术研究，利用现有的技术开发数据中心r f i d 的资产管 理系统，利用物联网的特点建立w e b 的集各种监控信息为一体的实时管理系统 ；： 1 5 组织结构 第一章绪论。主要介绍本文的研究背景和意义，简单介绍r f i d 技术在国 内外的应用现状。 第二章r f i d 系统研究及应用问题分析。主要介绍r f i d 技术发展历史、 系统组成、工作原理等，并分析r f i d 系统应用的主要问题，包括抗金属天线 分析设计、读写器小型化设计、防碰撞在大型r f i d 系统应用的需求等，介绍 常用的防碰撞算法，最后分析r f i d 资产管理应用问题。 第三章基于r f i d 的i t 资产管理系统分析。分析系统应用环境、系统特点、 用户需求分析、业务流程分析和系统设计应用的关键技术。 第四章基于r f i d 的i t 资产管理系统总体设计。通过设计思路、模块设计、 数据库设计和信息采集、处理、实时显示技术完成系统设计。提出改进型的防 碰撞算法。 第五章系统实现。主要按照设计规划，通过软硬件具体实现方案，最终顺 北京邮电大学硕士学位论文 第一章绪论 利交付。并提出改进型防碰撞算法的实现。 第六章总结与展望。对全文进行整理和总结，并对物联网的发展提出展望。 北京邮电大学硕士学位论文第二章r f i d 系统研究及应用问题分析 第二章r f l d 系统研究及应用问题分析 2 1r f i d 系统介绍 自动识别技术发展改善了产品物流网络化带来的识别困难问题。自动识别包 含多种方法。到目前，最普遍的方法是使用印制在产品包装上的条形码，通过光 传感设备提取辨识数字，包括一维条码和二维条码。光学字符识别可以用来识别 文本字符信息；生物识别信息，利用声音、指纹等。r f i d 技术则利用无线射频 传输方式进行非接触识别技术【1 x 1 2 1 。 2 1 1r f i d 发展历史 r f i d 已经存在有多半个世纪的历史，技术最早起源于雷达技术的发展及应 用，二十世纪九十年代逐渐开始的广泛的应用得益于集成电路芯片的小型化，以 及制造成本降低。 2 0 世纪三十年代，雷达技术的诞生，其物理机制是r f i d 技术的工作基础。 1 9 4 8 年，哈里斯托克曼( h a r r ys t o c k m a n ) 在美国i r e ( i n s t i t u t eo fr a d i o e n g i n e e r s 无线电工程师学会) 会议中发表了一篇里程碑式的论文( c o m m u n i c a t i o n b ym e 锄so f r e f l e c t e dp o w e r ) 旧，这被认为是r f i d 发展过程中一个划时代的标 志。 5 0 年代，属于早期的r f i d 研究阶段，一些和r f i d 相关的技术得到了开发 和应用。6 0 年代是r f i d 技术进一步发展，同时技术的商业应用正式开始，六十 年后期出现的电子商品监督( e a s ，e l e c t r o n i ca r t i c l es u r v e i l l a n c e ) 系统来防止商场 盗窃。这种类型的r f i d 系统使用的是“i b i t 应答器一。e a s 系统可以说是r f i d 技术第一个，也是迄今为止最广泛的商业应用【1 2 】。 7 0 年代开始是r f i d 技术与研发的大发展期，r f i d 技术成为欧美高校和各 大实验室的热门研究课题。8 0 年代，微电子技术取得了重大的突破，微波肖特 基二极管可以被集成在c m o s 集成电路上，从而可以将r f i d 标签电路集成在 单个集成电路芯片中。这项技术大大超越了之前的板级r f i d 标签电路，使得单 芯片的无源r f i d 标签真正成为可能。r f i d 技术取得重大进展的刺激下，各种 各样的r f i d 应用不断涌现，其中以交通运输领域的应用发展最为迅速。 2 0 世纪9 0 年代可以说是r f i d 应用繁荣发展的十年，经济发达国家和地区 已经将其应用于很多领域，各国对r f i d 的技术标准制定更加重视，并积极推动 北京邮电大学硕士学位论文第二章r f i d 系统研究及应用问题分析 相关技术与应用标准的国际化。 2 0 0 0 年开始提出产品电子码( e p c ) 和“物联网一概念得到世界多数企业 和各国政府的支持，r f i d 技术由此得到迅猛的发展。近年来，中国己逐步开展 了r f i d 相关技术的研发及产业化工作，并在部分领域开始应用，并逐渐由分 散应用，向规模化应用发展，开发核心技术和制定中国的技术标准由于中国 经济规模不断扩大，作为全球制造业中心，物联网的应用领域应当有中国的主 导权 2 1 2r f i d 系统组成 i 强i d 系统主要由读写器和标签以及它们所用的天线组成： 电子标签：由天线及芯片组成，标签芯片中存储规定格式的电子编码，利用 不同的编码标识识别对象，最为射频识别系统的数据载体；高容量电子标签供用 户存放数据的存储空间，可以进行读写、修改操作。 读写器：读写标签信息的设备。主要分为射频单元和控制器单元。读写器通 常将信号传送给后台处理系统，包括电脑、服务器等硬件以及中间件、应用程序 等软件部分。读写器可以设计为手持式和固定式。 天线：在标签和读写器间有效传递射频信号的设备，读写器通过天线发射接 收电磁信号，无接触识别目标电子数据。天线根据实际应用场景的不同而变化， 尤其是标签天线的结构与环境密切相关。 2 1 2 1r f i d 系统的工作原理 冀机磁 圈2 1r f i d 系统结构 r f i d 系统在实际应用中，电子标签附着在待识别物体的表面，电子标签中 保存有约定格式的电子数据。阅读器可无接触地读取并识别电子标签中所保存的 北京邮电大学硕士学位论文 第二章r f i d 系统研究及应用问题分析 电子数据，从而达到自动识别物体的目的。阅读器通过天线发送出一定频率的射 频信号，当标签进入磁场时产生感应电流从而获得能量，发送出自身编码等信息， 被读取器读取并解码后送至电脑主机进行有关处理。 读写器通过天线发出一定频率的射频信号，标签进入电磁场区域内，通过接 收信号，返回自身的编码信息，再由读写器获取后解码处理。具体的工作或驱动 方式和系统类型有关。对于无源系统，标签需要读写器通过电磁波来激活标签电 路，标签在接收发射信号的同时一直通过对读写器电磁波整流来获得驱动能量。 对于有源系统，标签由电池供电，实际上是一个小型的收发机，标签可以主动发 信息给读写器。半有源系统，标签芯片由电池部分供电，芯片工作门限较低，当 标签一进入读写器的电磁辐射区域，就会很快开始工作。读写器读取到标签信息 以后，通过计算机和计算机网络发送给信息系统进行数据处理。 2 1 2 2r f i d 系统的工作频率 通常阅读器发送时所使用的频率被称为r f i d 系统的工作频率。常见的工作菇， 频率有1 2 5 k h z 、1 3 5 6 m h z 、9 1 5 m h z 等。工作频率在5 0 0 1 d - l z 以下的标签称为 低频标签。高频系统一般指其工作频率大于5 0 0 k h z ，典型的工作频率有：1 3 5 6 m 。 这些频点应用的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、二 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。 超高频系统一般指其工作频率大于4 0 0 m h z ( 8 6 0 m h z 9 6 0 m i - i z ) ，典型的工 作频段有：4 3 3 m h z 、9 1 5 m h z 。微波读写器工作频率有2 4 5 g h z 、5 8 g l - l z 等。 工作在超高频及以上的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。每一种频率都有它的特点， 被用在不同的领域。 2 i 2 3r f i d 标签类型 r f i d 标签主要分为被动标签、主动标签和半主动标签三种。主动标签自身 带有电池供电，读、写距离较远时体积较大，与被动标签相比成本更高，也称为 有源标签，一般具有较远的识读距离，不足之处是电池不能长久使用，能量耗尽 后需更换电池，简单来说有源标签就是一个收发器，内置电路比无源标签复杂， 价格也要贵很多。 无源电子标签在接收到读写器发出的微波信号后，将部分微波能量转化为直 流电供自己工作，一般可做到免维护，成本很低并具有很长的使用寿命，比主动 北京邮电大学硕士学位论文 第二章r f i d 系统研宄及应用问题分析 标签更小也更轻，读写距离则较近，也称为无源标签。相比有源系统，无源系统 在阅读距离及适应物体运动速度方面略有限制。 还有一种版有源标签，通过电池对标签芯片部分供电，使得激活其工作的电 磁场门限值较低，即减小了芯片的启动门限电压对读写距离的限制。虽然使用电 池，但工作原理和无源标签一致，性能介于有源标签和无源标签之间。 按照存储的信息是否被改写，标签也被分为只读式标签和可读写标签。只读 式标签内的信息在集成电路生产时即将信息写入，以后不能修改，只能被专门设 备读取；可读写标签将保存的信息写入其内部的存储区，需要改写时也可以采用 专门的编程或写入设备擦写。一般将信息写入电子标签所花费的时间远大于读取 电子标签信息所花费的时间，写入所花费的时间为秒级，阅读花费的时间为毫秒 级。由于无源超高频技术的不断发展完善，本文主要研究应用的是无源超高频技 术。 2 1 2 4 标准现状 r f i d 标准体系主要由空中接口规范、物理特性、读写器协议、编码体系、 测试规范、应用规范、数据管理、信息安全等标准组成。其中编码标准和通信协 议( 通讯接口) 是争夺得比较激烈的部分，它们也构成了r f i d 标准的核心。 已有的标准组织主要有e p c g l o b a i 、a i mg l o b a l 、i s o 、u i d 等国际r f i d 标 准组织，由于各种利益关系，不同标准难以达成一致。e p c g i o b a l ( 全球产品电子 代码管理中心) 是目前全球实力最强的r f i d 标准组织，其前身是北美u c c 产品 统一编码组织和欧洲e a n 产品标准组织，合并后称为e p c g l o b a l 。e p c g l o b a i 是 以多家大型欧美企业为主要阵营的r f i d 标准组织。e p c g l o b a l 利用i n t e m e t 、 r f i d 和全球统一识别系统编码技术给每一个实体对象唯一的代码，构造实现全 球物品信息实时共享的实物信息互联网( 物联网) 。目前e p c g l o b a i 已经发布了一 系列技术规范，包括电子产品代码( e p c ) 、电子标签规范和互操作性、识读器 电子标签通信协议【1 6 j 、中间件系统接口、p m l 数据库服务器接口、对象名称服 务、和p m l 产品元数据规范等。 国际标准化组织( i s 伽e c ) ，i s o i e cj t c i 负责制订与r f i d 技术相关的国 际标准，i s o 其他有关技术委员会也制订部分与r f i d 应用有关的标准，还有一 些相关的组织也开展了r f i d 标准化工作。和e p c g l o b a l 相比，i s o i e c 有着天 然的公信力，因为i s o 是公认的全球非盈利工业标准组织。与e p c g l o b a i 只专注 于8 6 0 9 6 0m h z 频段不同，i s 伽e c 在各个频段的r f i d 都颁布了标准。l s 伽e c 组织下面有多个分技术委员会从事r f i d 标准研究。i s o i e cj t c l s c 3 l ，即a i d c 自动识别和数据采集分技术委员会，正在制定或己颁布的标准有不同频率下自动 北京邮电大学硕士学位论文第二章r f i d 系统研究及应用问题分析 识别和数据采集通讯接口的参数标准，即i s o i e c l 8 0 0 0 系列标准。i s 伽e c j t c i s c l 7 是识别卡与身份识别分技术委员会，正在制定或者已经颁布的标准主 要有i s o i e c l 4 4 4 3 系列，我国的二代身份证采用的就是该标准。此外，i s o t c l 0 4 s c 4 识别和通信分技术委员会制定了集装箱电子封装标准等。 中国负责r f i d 标准制定的主要组织是信产部电子标签标准工作组，该组织 提出了中国的r f d 标准体系，并有针对性的开展了研究，此外包括国家标准化 管理局、科技部等也在积极研究建立中国自主知识产权的r f i d 标准。中国目前 已经从多个方面开展了相关标准的研究制定工作，已制定多种应用标准。在u h f 频率规划方面，根据我国无线电频率划分和产业发展情况，并与国际相关标准衔 接，制定