RFID技术及其关键技术分析.doc

46算法语言2010年3月刊信息与电脑China Computer&Communication引言RFID（Radio Frequency Identification,以下简称RFID）技术通过无线射频方式实现非接触双向数据通信，对目标识别并获取相关数据，在非接触条件下，具有快速、实时、准确采集与处理信息的特性，已经被公认为本世纪十大重要技术之一。射频识别技术是自动识别技术的一种，它利用射频信号及其空间耦合和传输特性，能对静止或移动的目标进行自动识别，获取相关数据，并可结合RSSI（信号强度）定位技术提供局部区域内目标定位服务。1.RFID的组成1.1电子标签RFID系统一般由电子标签（Tag）、读写器（Reader）和后台网络组成，电子标签是射频识别系统中的重要部件，主要由天线和芯片两部分组成，芯片主要由存储器、控制器、编码器、调制器等组成，其中电源根据标签的发射功率选配。作为被识别物的“身份卡”，其可以根据需要做成各种样式，但无论做成何种样式在其内部都存储着独立且唯一的电子编码，使得它能区分不同的被标识物。电子标签根据不同的分类方法，可以分为许多种类。按工作频率的不同可分为低频、高频、超高频；按供电形式可以分为有源标签、无源标签、半无源标签；按调制方式不同可以分为主动式、被动式、半被动式。为了解决RFID厂商不同品牌电子标签的差异问题，Auto-ID Center根据标签的读写能力以及主动、被动等因素将标签划分为6个等级，如表1所示。表1 Auto-ID Center对标签的等级划分等级性质供电用途特征Class0无无源被动EAS防盗1bit标签，无芯片Class1只读无源被动一般识别商品标识Class2读写无源被动一般识别可读写Class3读写半有源一般识别可读写Class4读写有源主动一般识别主动可读写Class5读写有源主动-其中Class5不仅仅局限于普通的识别应用，其与GPS或Internet技术配合使用可以实现多种用途。1.2读写器（Reader）读写器是RFID系统的关键终端，它通过天线向电子标签发送射频调制信号，同时通过天线接收从电子标签返回的载有信息的射频调制信号，经处理后传给中间件或应用系统。典型的读写器终端由天线模块、射频模块、控制块模、I/O接口等组成。射频模块负责接收射频信号和发送包含数据的射频信号；控制模块可通过控制本振来调整射频模块发射和接收频率，对发送数据进行编码调制，对接收进行数据解码、校验，并通过数据处理将数据转化为标准格式通过I/O接口发送给应用系统；应用系统通过向读写器发出读取命令，作为响应，读写器控制模块通过一系列动作，调整射频模块参数，通过天线模块使读写器和电子标签之间建立通信，完成信息交互。根据不同的应用，各种读写器在结构和形式上也是千差万别。大致可分类如下：固定式读写器、OEM读写器、工业读写器、便携式读写器以及大量特殊结构的读写器。读写器一般完成如下功能：1）读写器与电子标签之间的通信，在规定技术条件下，读写器与电子标签之间可以进行双向通信；2）读写器与计算机之间可以通过标准接口进行通信（如，RS232/RS458、RJ45、WLAN802.11），并提供读写器识别码、读出电子标签衬里时间及该标签的信息；3）能够同时识别多个电子标签，具备防冲撞功能；4）适用于固定和移动标签的识读；5）能够校验读写过程中的错误；6）对于有源系统，读写器可以标识电池相关信息；7）能有效控制电子标签，并具备一定的安全防护措施。1.3后台网络后台网络是整个RFID系统的控制和管理中心，它由网络设备、信息数据中心以及用于管理和控制的应用系统组成，其可以通过API函数接口与RFID读写器建立连接，实现数据通信和功能调用。2.FID系统工作模型电子标签和读写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，实现能量传递和数据交换。电子标签物理内存的逻辑映射通过标签结构以及标签读写命令与映射规则表示出来，逻辑内存中的所有信息通过逻辑内存映射表示出来。其工作原理如下：1）读写器按照一定的时间间隔发出射频信号。2）标签收到读写器的射频信号和能量即被激活，并向读写器反射标签存储的数据信息。3）标签被激活后，根据读写器指令转入数据发送状态或者休眠状态。在这两种工作方式中，前者属于单向通信；后者属于双向通信。应用系统与读写器之间的接口由开发工具可调用的标准接口函数来实现，其主要实现功能如下：应用系统根据需要向读写器发出配置命令；读写器向应用系统返回所有可能的读写器的当前配置状态；应用系统向读写器发送各种命令；读写器向应用系统返回所有可能命令的执行结果。3.FID应用关键技术3.1链接问题在RFID应用实施中，需要解决的第一个关键问题就是如何实现RFID读写器与现有应用系统的有效连接，设备通用性与兼容性是整个应用的关键。此外如何正确读取RFID数据，确保数据读取的可靠性以及有效地将数据传送到后端应用系统都是必须考虑的问题。中间件架构解决方案将有效解决这些问题，是RFID应用领域一项极为重要的核心技术。EPCglobal在制定的“Auto-ID Savant规范1.0”中提RFID技术及其关键技术分析沈继君国家广电总局八三一台，浙江兰溪321106摘要：论文分析了RFID的技术基础，给出了它的组成和基本原理，并且对其关键技术进行了分析。关键词：FRID；计算机应用；数据通信；中间件中图分类号：TP312文献标识码：文章编号：1003-9767（2010）03-0146-02146算法语言2010年3月刊信息与电脑China Computer&Communication引言RFID（Radio Frequency Identification,以下简称RFID）技术通过无线射频方式实现非接触双向数据通信，对目标识别并获取相关数据，在非接触条件下，具有快速、实时、准确采集与处理信息的特性，已经被公认为本世纪十大重要技术之一。射频识别技术是自动识别技术的一种，它利用射频信号及其空间耦合和传输特性，能对静止或移动的目标进行自动识别，获取相关数据，并可结合RSSI（信号强度）定位技术提供局部区域内目标定位服务。1.RFID的组成1.1电子标签RFID系统一般由电子标签（Tag）、读写器（Reader）和后台网络组成，电子标签是射频识别系统中的重要部件，主要由天线和芯片两部分组成，芯片主要由存储器、控制器、编码器、调制器等组成，其中电源根据标签的发射功率选配。作为被识别物的“身份卡”，其可以根据需要做成各种样式，但无论做成何种样式在其内部都存储着独立且唯一的电子编码，使得它能区分不同的被标识物。电子标签根据不同的分类方法，可以分为许多种类。按工作频率的不同可分为低频、高频、超高频；按供电形式可以分为有源标签、无源标签、半无源标签；按调制方式不同可以分为主动式、被动式、半被动式。为了解决RFID厂商不同品牌电子标签的差异问题，Auto-ID Center根据标签的读写能力以及主动、被动等因素将标签划分为6个等级，如表1所示。表1 Auto-ID Center对标签的等级划分等级性质供电用途特征Class0无无源被动EAS防盗1bit标签，无芯片Class1只读无源被动一般识别商品标识Class2读写无源被动一般识别可读写Class3读写半有源一般识别可读写Class4读写有源主动一般识别主动可读写Class5读写有源主动-其中Class5不仅仅局限于普通的识别应用，其与GPS或Internet技术配合使用可以实现多种用途。1.2读写器（Reader）读写器是RFID系统的关键终端，它通过天线向电子标签发送射频调制信号，同时通过天线接收从电子标签返回的载有信息的射频调制信号，经处理后传给中间件或应用系统。典型的读写器终端由天线模块、射频模块、控制块模、I/O接口等组成。射频模块负责接收射频信号和发送包含数据的射频信号；控制模块可通过控制本振来调整射频模块发射和接收频率，对发送数据进行编码调制，对接收进行数据解码、校验，并通过数据处理将数据转化为标准格式通过I/O接口发送给应用系统；应用系统通过向读写器发出读取命令，作为响应，读写器控制模块通过一系列动作，调整射频模块参数，通过天线模块使读写器和电子标签之间建立通信，完成信息交互。根据不同的应用，各种读写器在结构和形式上也是千差万别。大致可分类如下：固定式读写器、OEM读写器、工业读写器、便携式读写器以及大量特殊结构的读写器。读写器一般完成如下功能：1）读写器与电子标签之间的通信，在规定技术条件下，读写器与电子标签之间可以进行双向通信；2）读写器与计算机之间可以通过标准接口进行通信（如，RS232/RS458、RJ45、WLAN802.11），并提供读写器识别码、读出电子标签衬里时间及该标签的信息；3）能够同时识别多个电子标签，具备防冲撞功能；4）适用于固定和移动标签的识读；5）能够校验读写过程中的错误；6）对于有源系统，读写器可以标识电池相关信息；7）能有效控制电子标签，并具备一定的安全防护措施。1.3后台网络后台网络是整个RFID系统的控制和管理中心，它由网络设备、信息数据中心以及用于管理和控制的应用系统组成，其可以通过API函数接口与RFID读写器建立连接，实现数据通信和功能调用。2.FID系统工作模型电子标签和读写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，实现能量传递和数据交换。电子标签物理内存的逻辑映射通过标签结构以及标签读写命令与映射规则表示出来，逻辑内存中的所有信息通过逻辑内存映射表示出来。其工作原理如下：1）读写器按照一定的时间间隔发出射频信号。2）标签收到读写器的射频信号和能量即被激活，并向读写器反射标签存储的数据信息。3）标签被激活后，根据读写器指令转入数据发送状态或者休眠状态。在这两种工作方式中，前者属于单向通信；后者属于双向通信。应用系统与读写器之间的接口由开发工具可调用的标准接口函数来实现，其主要实现功能如下：应用系统根据需要向读写器发出配置命令；读写器向应用系统返回所有可能的读写器的当前配置状态；应用系统向读写器发送各种命令；读写器向应用系统返回所有可能命令的执行结果。3.FID应用关键技术3.1链接问题在RFID应用实施中，需要解决的第一个关键问题就是如何实现RFID读写器与现有应用系统的有效连接，设备通用性与兼容性是整个应用的关键。此外如何正确读取RFID数据，确保数据读取的可靠性以及有效地将数据传送到后端应用系统都是必须考虑的问题。