RFID技术和应用

1、rfid技术和应用技术和应用 rfid 技术发展的历程表 wal-mart, tesco, & dod major “pull” initiatives “we believe very strongly in the future of rfid” “the possibilities with rfid are endless. tagging products will lead to real improvements for customers and staff with instant information and improved availability” applicat

2、ion of active rfid is the result of asset-visibility issues that plagued us during the gulf war“ their use was spearheaded by the army for a decade, and we now have a written policy that requires their broader application in logistics operations. with our large-scale introduction of rfid, we will fo

3、r the first time cover the entire process chain with this technology, linda dillman exec vp & cio colin cobain uk it director ed coyle chief of the dla it zygmunt mierdorf cio at metro group. during 2004 - 12 suppliers sample products into one texas dc and associated stores january 2005 - all suppli

4、ers at tagging at pallet and case level, target is 150 stores, 100% read on pallets at back door, 100% read on cases on conveyor 2005 - 2006 - complete international rollout. rollout infrastructure: september 2004 begin rollout of case level radio barcoding to phase 1 products september 2006 begin r

5、ollout of case level radio barcoding to all remaining products february 2004 - rfid summit for industry june 2004 - the rfid policy and implementation strategy. january 2005 - the new policy will require all suppliers to put passive rfid tags on the lowest possible piece part/case/pallet packaging b

6、y. november 2004 100 largest suppliers rfid deployed networks at its 10 central dcs and at approximately 50 of its german stores. january 2006 - 250 of german stores rfid equipped, 300 suppliers compliant. 2007 - system in place across 800 german stores. rfid组成 4个主要部件: 标签, 阅读器, 天线, 和网络系统 rfid系统的目标是，

7、通过合适的转发器传送数据或者标签，通过机 器可读的方法来检索数据，在合适的时间、地点满足特别的应用需 求。标签中的数据会提供生产过程中某物品的身份标记、运输过程中 货物的身份标记、车辆/动物或人物的位置、身份等信息。 rfid是利用感应、电磁场或电磁波为传输手 段，完成非接触式双向通信，获取相关数据 的一种自动识别技术。射频识别卡最大的优 点就在于非接触，识别工作无须人工干预， 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 rfid组成 rfid应用系统不是一个孤立的系统，它需要和其他系统 集成，才能发挥出更大的作用。同时对rfid阅读器产生 的大量数据的可靠传输，分析

8、处理等需求 rfid的最终目标 是实现对单品的 追踪。对标签的 需求将是个天文 数字，即使只是 到货盘，包装箱 级别，每年对标 签的需求也是巨 大的。 被动tag原理 tag天线在电磁场的相互作用下产生高频 (rf)电压，经二极管检波整流并通过存储电 容器平滑处理后成为固定电压。 该电压用于tag逻辑电路与存储单元的电源驱动（被 动tag存储电路通常不工作）。 采用小容量电容进行整流，允许电压值随读写器数据的 变化而波动，用于解调读写器数据。该技术称为 envelope detection。 将信息传回读写器， tag 改变天线的电气特性 以改变其反射回的信号。如图场效应晶 体管 (fet)

9、作为开关；当 fet 打开时，天线为接地状态，允许较大的电流；当关闭 时，允许很小的电流； 半被动tag是指由电池来驱动tag的电路。与被动tag相比，电路更复 杂并且功耗更大，可以使用标准的商用 。采用电池后可以考虑使用高 频放大及其他射频功能 。上行数据仍然采用天线负荷调制来产生反向 散射信号。 半被动tag原理 主动tag配置了电池, 收发信机和控制电路。通过本地振荡器和晶振参考合成载波信 号，因此它能在指定频率工作并且与其他tag通信。与被动tag一样，主动tag可采用 幅度调制 ，也可以调制解调 psk, fsk及 qam信号（频谱效率高，抗噪能力强）。主 动tag可采用 高速cdm

10、a技术，允许在同一频段容纳更多的tag。通过发射功率、滤波 及放大器技术使得其支持较好的接收灵敏度，主动tag 的读取范围可达几百米甚至上 千米 （实际取决于环境/功率/频段 ） 主动tag原理 tag类型 按电源分类 passive tags receive power from the reader semi-passive tags battery but use backscatter to communicate active tags own power source and transmitter 按频率分类 low frequency (lf) high frequency (

11、hf) ultra high frequency (uhf) microwave (w) 按形式分类 labels wristbands buttons embedded, etc. uhf active tag hf passive tag uhf passive tag 电子标签 主动标签采用内部电池进行供电，它们通常都属于可读/写的设备。大多数主 动标签都包含一个电池容量/重量比很高的部件，其工作温度范围在-50和 +70之间。和被动式标签相比，主动式标签的尺寸较大成本高。 被动式标签不包含内部电池单元，它从阅读器产生的电磁场中获取工作所需 的电能，因此被动式标签通常都比较便宜而且轻便，

12、另外它还没有使用年限 的限制。其工作范围相对较小，另外阅读器的功耗会比较高。被动式标签存 储数据的能力受限，在电磁噪声较高的环境里它的工作效率也会受影响。被 动式标签的灵敏度和方向性等性能指标也不会很好，但在费用和使用寿命方 面有优势，和主动式转发器相比，它们的价格更低、寿命更长。 电子标签的形式 rfid标签的形式繁多。用于动物追踪的标签可以插到动物皮肤下 面，其直径约和铅笔头的大小相同，长度也只有10毫米。标签也可以 被做成适用于树木或木制品的螺丝形，或者做成适用于访问控制的信 用卡样式。可以在商店的货物上粘贴用于防盗的硬塑料标签，这种标 签也是rfid标签的一种形式，其作用和那种120*

13、100*50mm的大型方 块状转发器的作用一样，大的转发器主要是用于追踪堆叠在一起的集 装箱、重型机械的 125 khz and 13.56 mhz inefficient modulations schemes large antennas credit card size short range tag commands tag-reader responses rfid 空口 空口: reader tag source: rfid4u 天线类型与参数 天线在某个方向上的辐 射参数称为天线增益 典型uhf系统参数 reader 发射功率 pr = 30dbm (1 watt) reader

14、 接收灵敏度 sr = -80dbm d pr pt reader天线增益 gr = 6dbi tag天线输出所要求的功率 pt = -10dbm tag 天线增益 gt = 1dbi tag 反向散射效率 et = -20db 工作波长 = 33cm (915mhz) pt = pr gr gt 2 4 d2 两种情形: tag功率受限, 或读写器灵敏度受限. 好的设计应是 tag功率受限. pt = pr gr gt 2 4 d2 在无源反向散射系统中，距离是通过标签可以获得的辐射功率由前 向链路(阅读器到标签)来决定的 dmax = sqrt ( pr gr gt 2 ) 4 pt dm

15、ax = 19.4米 uhf读写器覆盖距离 rfid协议 射频标签与读写器之间交换的是数据，采用无接触方式通信，还存在 一个空间无线信道。在这样的数据通信系统模型下，射频标签与读写 器要实现安全、可靠、有效的数据通信目的，数据通信的双方必须遵 守相互约定的通信协议。 所涉及到的问题包括：时序系统问题；通信握手问题；数据帧问题； 数据编码问题；数据的完整性问题；多标签读写防冲突问题；干扰与 抗干扰问题；识读率与误码率问题；数据的加密与安全性问题；读写 器与应用系统之间的接口问题。 rfid防冲突算法 aloha机制算法和基于二进制树机制的算法. aloha 算法是一种随机接入方法，其基本思想是采

16、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，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，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。 rfid安全机制 rfid隐私增强技术可以分为两大类：一类是通过物理方法阻止标签与阅读器之间通信的隐私 增强技术；另一类是通过逻辑方法增加标签安全机制的隐私增强技术，即认证协议。 rfid物理安全机制介绍物理安全机制是使用物理方法来保护标签安全性的机制。主要有kill标 签机制、法拉第网罩(静电屏

17、蔽)、主动干扰以及阻止标签方法等。 kill标签机制由标准化组织autoidcenter(自动识别中心)提出，其原理是完全杀死标签可 以完美的阻止扫描和追踪，但牺牲了rfid电子标签功能。法拉第网罩是由金属网或金属箔片 形成的无线电信号不能穿透的容器。外部的无线电信号不能进入法拉第网罩，反之亦然。这就 意味着当我们把标签放进由传导材料构成的容器里可以阻止标签被扫描，被动标签接收不到信 号不能获得能量主动标签发射的信号不能发出。主动干扰无线电信号是另一种屏蔽标签的方 法。标签用户可以通过一个设备主动广播无线电信号用于阻止或破坏附近的rfid阅读器的操 作。阻止标签方法是通过阻止阅读器读取标签确保

18、消费者隐私。 但由于验证、成本和法律等的约束，物理安全机制还存在各种各样的缺点，人们提出了许多 非物理的认证安全机制，下面就介绍几种认证协议。 hashlock协议：由mit提出。hash锁是一种更完善的抵制标签未授权访问的隐私增强技 术。整个方案只需要采用hash函数因此成本很低。使用metaid来代替真实的标签id。该协议 中没有id动态刷新机制，并且metaid也保持不变。hash锁是一种基于单向hash函数的简单访 问控制机制。每一个具有hash锁的标签中都有一个hash函数和部分用来存储一个临时metaid 的内存。具有hash锁的标签可以工作在锁定和非锁定两种状态，锁定状态下的标签

19、，对所有 探询的响应仅仅是metaid：标签只有在非锁定状态时才向邻近的识读器提供它的信息。 rfid应用 - storage and shipping of merchandise - identification of pallets and containers 后勤 进入控制 - work stations or areas - management of waste and rubbish - automated warehouses - ticketing systems for buses, underground, metro, trains, toll motorways,

20、car parks, etc. - opening doors, locks, etc. - building automation - access control systems - car park management - multimedia guides 食品, 农业,动植物 - agri-food quality and traceability - recording and control of characteristics of origin - identification of animals and plants - automation in slaughterh

21、ouses - botanical census of trees - temperature monitoring 医药卫生 - controls on supply of pharmaceuticals - controls the flow of materials in operating theatres - patient monitoring and control - access control to limit access by areas and/or perimeters rfid应用 物品管理 - management, traceability and inven

22、tory of documents (libraries, lawyers, notaries, courts, etc.) - managing movements of documents - management, traceability and inventory of goods - managing movements of goods - management of rentals - library management 汽车工业 - immobilisers for cars, motorcycles, boats, with transponder in ignition

23、 key - security systems - vehicle wiring - control of car parks and maintenance - locating vehicles rfid应用 工业 - robotics and automation - control of production processes - data management in quality control - identification of tools in automated machinery - industrial laundry - control of manufactur

24、e and/or rental of clothing and textiles - monitoring temperature 安保防盗 - security - anti-fraud and anti-theft for luxury goods (clothes, liquor, perfumes, etc.) - identification of passports and personal documents - product certificates of origin rfid应用 其他 transport of merchandise id documents tele-

25、toll customer loyalty plans department store cards vehicle identification following up on luggage and packages guiding blind people through complex buildings advanced management of dp centres rfid应用 在未来，当您走进一家杂货店，立刻就会有自动声音问候您，她会记下 您的姓名并提醒您买牛奶，因为自上次购物您已经三天没买了。而且，机器 知道您要买哪种品牌，您多长时间买一次，您家有几位家庭成员等等，即使 在

26、打折优惠期，您也无须再排长队等候结帐。射频识别技术灵敏标签将会自 动生成您的账单，您甚至不用将您购买的商品从您的购物车内拿到收款台 上，您需要做的只是用信用卡付账。 在未来，牛奶将告诉我们它什么时候会变质，走丢的小狗能告诉主人它 的位置。如果你愿意，可以知道你吃的牛肉是哪个农场的哪头牛身上的。你 穿的鞋从出厂到你购买花了多少时间，中间经过了那些流通环节。 在未来，当你开车经过高速公路收费处时，不需要把车停下交过路费。 收费处的rfid阅读器将自动识别你的车号，并完成费用的收取工作。 在未来，你将再也不需要购买地铁票，火车票，飞机票等。当你经过这 些车站的验票处时，布置在这些地方的rfid阅读器

27、将读取你手机上的rfid 芯片上的信息，并自动完成验票工作。 rfid应用遐想 rfid与无线传感网的结合（wsid 网络） 基于传感器网络的rfid 系统综合了rfid和传感器网络的技术特点, 它继承了rfid利用射频信号自动识别目标的特性, 同时实现了无线传 感器网络主动感知与通信的功能。基于传感器网络的超级rfid不是 被动的卷标技术, 它能够主动对环境进行监测并记录相关数据 rfid与传感网技术结合是将来的一个发展趋势。传感网一般不关心 节点的位置, 对节点一般都不采用全局标识, 而rfid技术对节点的标 示有着得天独厚的优势, 将两者结可相互弥补对方的缺陷, 既可以将网 络的主要精力

28、集中到数据上, 当需要具体的考虑到某个具体节点的信 息的时候, 也可以利用rfid的标识功能轻松的找到节点的位置 如何降低rfid硅半导体芯片标签的价格 rfid技术标准的完善和推广 物联网的建设。物联网的概念是由epcglobal提出来的。世界上的任何物品 都将有一个独一无二的rfid识别码 rfid与传感器的结合使用技术。传感器能探测运动和温度等的变化，rfid与 传感器结合可以将传感器探测到的信息无线传输给中央计算机处理系统 rfid技术的发展趋势 以下几种因素极大的推动rfid的发展： walt-mat等零售巨头的强制要求。 来自零售，制造，物流，交通运输物流等行业和资产管理，票务，身

29、份 识别，防伪等领域的现实需求：通过rfid技术提高效率，降低成本，增 加收益。 相关软、硬件厂商的推动。它们都把rfid作为新的增长点，成为rfid 的鼓吹者和推动者。 政府部门：标准的制定，政策的扶持，一些形象工程的建设，促进产业 链的形成和发展。 rfid的发展趋势： epcglobal的产生 focus research - drive adoption - auto-id center (mit) focus - commercialization continue to drive standards - increase overall size of - epcglobal (

30、ucc/ean) oct 2003 epc network arch v1 - 1999年mit成立了auto-id中心 (auto-id center)，並且 提出了產品電子碼 (electronic product code, epc)的概念，之後與七所知名大學共同組成auto-id labs。专业从事自动识别，智能对象和epc(产品电子 代码)系统方面的研究、开发和推广； 进行与工业相关 的基础研究和应用研究； 研究和开发epc系统和工具 以及进行epc概念的推广。 community 2003年10月31日，由ean與ucc創建了另一個非營利 性國際組織epcglobal，負責管理和推廣epc工作，並 與auto-id labs保持密切合作，使研究機構與使用者之 間架起一座溝通的橋樑 国际物品编码协会(ean international) 美国统一代码委员会(ucc) 暫時性收集事 件資並處 擷取事件資 製造商於商品上貼上rfid標籤，全球唯一 ep