《物联网技术》课件-第4章 RFID与EPC

物联网技术

InternetofThings2025/9/17北京物资学院信息学院1第4章RFID与EPC2025/9/17北京物资学院信息学院24.1

RFID的概念4.2

RFID系统组成及工作原理4.3

RFID电子标签4.4

EPC概述4.5

EPC组成与结构4.6

EPC网络技术4.7物联网环境下的RFID和EPC技术第4章RFID与EPC4.1

RFID的概念4.1.1

RFID的产生与发展RFID是一种非接触的自动识别技术，它通过无线射频方式进行双向数据通信，对目标对象加以识别并获取相关数据。RFID综合了多种技术的应用，涉及的关键技术包括无线通信、芯片设计制造、系统集成、信息安全以及数据变换与编码等。从20世纪40年代开始，RFID技术经历了产生阶段、探索阶段、实现阶段、推广阶段和普及阶段。现在随着物联网概念的产生，RFID技术将得到越来越广泛的应用。2025/9/17北京物资学院信息学院3第4章RFID与EPC2025/9/17北京物资学院信息学院41.RFID技术的产生阶段19世纪40年代，雷达技术的改进和应用催生了RFID技术，1948年，哈里•斯托克曼发表的“利用反射功率的通讯”奠定了射频识别的理论基础。RFID的诞生源于战争的需要，第二次世界大战期间，英国空军首先在飞机上使用RFID技术，其功能是用来分辨敌方飞机和我方飞机。2.RFID技术的探索阶段20世纪50年代是RFID技术的探索阶段。远距离信号转发器的发明，扩大了敌我识别系统的识别范围，在这个探索期，RFID技术主要是在实验室进行研究，且使用成本高，设备体积大。第4章RFID与EPC2025/9/17北京物资学院信息学院53.RFID技术的实现阶段20世纪60年代欧洲出现了商品电子监视器，这是RFID技术第一个商业应用系统，此后RFID技术快速进入商业应用，成为现实。4.RFID技术的推广阶段20世纪90年代是RFID技术的推广期，主要表现在发达国家配置了大量的RFID电子收费系统，并将RFID用于安全和控制系统，射频识别的应用日益增多。5.RFID技术的普及阶段20世纪90年代末到21世纪初是RFID技术的普及期。这个时期RFID产品种类更加丰富，标准化问题日趋为人们所重视，规模应用行业不断扩大。第4章RFID与EPC4.1.2

RFID的特点1．体积小型化、形状多样化2．数据的记忆容量大3．耐环境性4．可反复使用5．数据读写方便

6．安全性2025/9/17北京物资学院信息学院6第4章RFID与EPCRFID系统结构与主要组成部分示意图2025/9/17北京物资学院信息学院7第4章RFID与EPC电子标签又称射频卡或应答器，属于非接触的数据载体，由耦合元件及芯片组成，标签含有内置天线，用于和射频天线间进行通信。

RFID电子标签可分为有源标签和无源标签两类。RFID电子标签包括射频模块和控制模块两部分，射频模块通过内置的天线来完成与RFID读写器之间的射频通信，控制模块内有一个存储器，它存储着标签内的所有信息，并且部分信息可以通过与RFID读写器之间的数据交换来进行实时的修改。2025/9/17北京物资学院信息学院8第4章RFID与EPC阅读器又称读写器。RFID读写器是RFID系统的中间部分，它可以利用射频技术读取或者改写RFID电子标签中的数据信息，并且可以把读出的数据信息通过有线或者无线方式传输到中央信息系统进行管理和分析。2025/9/17北京物资学院信息学院9第4章RFID与EPC4.2

RFID系统组成及工作原理4.2.1

RFID系统组成RFID系统主要由电子标签、读写器和信息系统三部分组成。2025/9/17北京物资学院信息学院10第4章RFID与EPCRFID标签读写器的基本功能：1.读写器与RFID标签之间的通信2.读写器与计算机之间的通信3.能够实现在有效读写区域内实现对多个RFID标签同时读写的能力4.能够对固定或移动RFID标签进行识别与读写5.能够校验读写过程中错误信息6.能够识别有源RFID标签与电池相关的电量信息2025/9/17北京物资学院信息学院11第4章RFID与EPC三种事件模型：在射频识别系统工作过程中，空间传输通道中发生的过程可归结为三种事件模型：数据传输、时序和能量。数据交换是目的，时序是数据交换的实现形式，能量是时序得以实现的基础。2025/9/17北京物资学院信息学院12第4章RFID与EPC各种类型的RFID标签读写器2025/9/17北京物资学院信息学院13第4章RFID与EPC2025/9/17北京物资学院信息学院14读写器的分类：1.移动式读写器适用于仓库盘点、现场货物清查、图书馆书架清点、动物识别、超市购货付款、医疗保健等应用场合。2.固定式读写器固定式读写器一般采取将天线与读写器模块分开设计的方法。天线通过电缆与读写器模块连接。天线可以方便地安装在固定的闸门式门柱上、门禁的门框上、不停车收费通道的顶端、仓库进出口、生产线传送带旁。第4章RFID与EPC

2025/9/17北京物资学院信息学院15RFID读写器的应用原理第4章RFID与EPC读写器设计中需要注意的几个问题：1.标签身份识别与标签数据传输解密/解密问题2.标签数据传输错误问题3.多标签读取过程中的“碰撞”问题4.有源标签电源状态管理问题5.标签与天线位置对读写效果的影响2025/9/17北京物资学院信息学院16第4章RFID与EPCRFID应用系统结构

2025/9/17北京物资学院信息学院17第4章RFID与EPC4.2.2

RFID工作原理1.电感耦合类似于变压器模型，通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电磁感应定律。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。2025/9/17北京物资学院信息学院18第4章RFID与EPC2.电磁反向散射耦合类似于雷达原理模型，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定律。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。2025/9/17北京物资学院信息学院19第4章RFID与EPC4.2.3

RFID工作流程1.读写器通过发射天线发送一定频率的射频信号；2.当电子标签进入读写器时发射天线的工作区域时产生感应电流，电子标签获得能量被激活；3.电子标签将自身编码等信息通过其内置天线发送出去；4.读写器接收天线接收电子标签发送来的载波信号；5.读写器对接收的载波信号进行解调和解码，然后送到后台的应用系统软件；6.应用系统软件根据逻辑运算判断该标签的合法性；7.后台应用系统软件对获得的信息进行处理并使用。2025/9/17北京物资学院信息学院20第4章RFID与EPC4.3

RFID电子标签4.3.1

RFID电子标签的分类1.根据RFID电子标签供电方式分类可分为：无源RFID标签和有源RFID标签2025/9/17北京物资学院信息学院21第4章RFID与EPC2.根据RFID电子标签的载波频率分类(1)低频电子标签：校园卡、动物监管、货物跟踪(2)

中频电子标签：门禁控制系统(3)高频电子标签：火车监控、高速公路收费系统ETC应用场景2025/9/17北京物资学院信息学院22第4章RFID与EPC3.根据RFID电子标签的作用范围分类(1)

密耦合电子标签。密耦合具有很小的作用范围，典型的范围是从0到1cm。(2)

遥耦合电子标签。遥耦合系统可分为近耦合系统和疏耦合系统。近耦合系统典型的作用距离为15cm，疏耦合系统典型的作用距离为1m。(3)

远距离电子标签。远距离系统典型的作用距离是从1m到10m，这种系统是在微波波段内以电磁波方式工作，工作的频率较高，一般包括915MHz、2.45GHz、5.8GHz和24.125GHz。2025/9/17北京物资学院信息学院23第4章RFID与EPC4．根据RFID电子标签的读写功能分类(1)只读电子标签(2)一次写多次读电子标签(3)可读写电子标签5．根据RFID电子标签的读写功能分类(1)主动式电子标签(2)被动式电子标签2025/9/17北京物资学院信息学院24第4章RFID与EPC4.3.2

RFID电子标签与条形码的区别用RFID技术识别商品，其思路来源于条形码，目的都是快速准确地确认目标。区别如下：1.使用的技术不同2.完成功能有差异3.使用环境和条件不同4.制作和使用成本不同2025/9/17北京物资学院信息学院25（a）一维条形码（b）二维条形码第4章RFID与EPC4.3.3

RFID应用存在的问题1.电子标签的价格问题2.电子标签涉及的隐私问题3.电子标签的安全性问题4.标签统一的问题2025/9/17北京物资学院信息学院26第4章RFID与EPC4.4

EPC概述4.4.1

EPC的产生1999年麻省理工学院成立Auto-IDCenter，致力于自动识别技术开发和研究。Auto-IDCenter在美国统一代码委员会（UCC）的支持下提出了电子产品代码（ElectronicProductCode,EPC）概念。国际物品编码协会与美国统一代码委员会将全球统一标识编码体系植入EPC概念当中，从而使EPC纳入全球统一标识系统。2025/9/17北京物资学院信息学院27第4章RFID与EPCEPC研究的核心思想：1.为每一个产品，而不是一类产品分配一个唯一的电子标识符——EPC码；2.EPC码存储在RFID标签的芯片中；3.通过无线数据传输技术，RFID读写器可以通过非接触的方式自动采集到EPC码；4.连接在互联网中的服务器可以完成对EPC码所涵盖内容的解析。2025/9/17北京物资学院信息学院28第4章RFID与EPC2025/9/17北京物资学院信息学院294.4.2

EPC的特点1.采用EPC编码方法，可以识别物品到个件；2.信息系统的网络基础是因特网，因此EPC系统具有开放的体系结构，可以将企业的内联网、RFID和因特网有机地结合起来，避免了系统的复杂性，提高了资源的利用率；3.EPC系统是一个着眼于全球的系统，因此众多规范和标准统一是一项重要的工作；4.EPC是一个大系统，目前仍需要较多的投入，对于低价值的识别对象，必须考虑由此引入的成本。第4章RFID与EPC4.5

EPC组成与结构EPC系统由EPC编码体系、射频识别系统及EPC信息网络三部分组成，主要包括六个方面。2025/9/17北京物资学院信息学院30系统组成名称注释EPC编码体系EPC代码用来标识目标的特定代码射频识别系统（RFID）电子标签贴在物品之上或内嵌在物品之中读写器识读电子标签信息网络系统EPC中间件EPC系统的软件支持系统对象名称解析服务EPC信息服务第4章RFID与EPC1.EPC编码系统EPC编码体系是新一代的与GTIN兼容的编码标准，它是全球统一标志系统EAN•UCC的重要组成部分，是EPC系统的核心与关键。EAN•UCC全球统一标志系统，在我国简称为ANCC系统，用于全球贸易。2.射频识别系统EPC射频识别系统是实现EPC代码自动采集的功能模块，主要由电子标签和读写器组成。电子标签是产品电子代码（EPC）的物理载体，附着于可跟踪的物品上，可全球流通并对其进行识别和读写。读写器与信息系统相连，是读取标签中的EPC代码并将其输入网络信息系统的设备。2025/9/17北京物资学院信息学院31第4章RFID与EPC3.EPC信息网络功能信息网络系统由本地网络和全球互联网组成，是实现信息管理、信息流通的功能模块。EPC信息网络系统是在全球互联网的基础上，通过EPC中间件、对象名称解析服务（ONS）和EPC信息服务（EPCIS）来实现全球“实物互联”。2025/9/17北京物资学院信息学院32第4章RFID与EPCEPC编码体系具有以下主要特点：1.兼容性：EPC码与EAN、UCC编制的标准兼容；2.全面性：EPC码可以在供应链的生产、流通、存储、结算、跟踪与召回等环节全面应用；3.科学性：EPC编码空间大，如果采用96位数字的EPC码，全球每一件物品都可以使用一个唯一的EPC码。同时，EPC编码结构设计合理，可以分段管理、共同维护、统一应用。2025/9/17北京物资学院信息学院33第4章RFID与EPCEPC码由四个数字字段组成：版本号：表示产品编码所采用的EPC版本域名管理：标识生产厂商对象分类：标识产品类型序列号：标识每一件产品2025/9/17北京物资学院信息学院34EPC编码长度分为三种：64位、96位与256位EPC-96I型编码标准字段结构与意义第4章RFID与EPCEPC系统结构2025/9/17北京物资学院信息学院35第4章RFID与EPCEPC系统工作流程图2025/9/17北京物资学院信息学院36电子标签中间件读写器ONS服务器EPCIS服务器EPC数据库数据库EPCIPEPCPML事件过滤Internet企业应用软件第4章RFID与EPC4.6

EPC网络技术EPC网络组成要素：(1)产品电子代码（EPC）(2)识别系统（EPC标签和识读器）(3)对象名解析服务（ONS）告诉计算机系统在网络中到哪里查找携带EPC的物理对象的信息。(4)物理标记语言（PML）是EPC网络中的通用语言，它用来定义物理对象的数据。(5)Savant软件是一种软件技术，在EPC网络中扮演中枢神经的角色并负责信息的管理和流动。2025/9/17北京物资学院信息学院37第4章RFID与EPC基于EPC的物联网原理结构2025/9/17北京物资学院信息学院38第4章RFID与EPC2025/9/17北京物资学院信息学院39ONS工作原理第4章RFID与EPC4.6.1

Savant系统Savant处于读写器与后台网络的中间，扮演硬件和应用程序之间的中介角色，是硬件和应用之间的通用服务。这些服务具有标准的程序接口和协议，能实现网络与读写器的无缝连接。EPC系统中的Savant是一种面向消息的中间件，包含的功能不仅是传递消息，还必须包括解译数据、数据广播、错误恢复、定位网络资源、消息安全等。2025/9/17北京物资学院信息学院40第4章RFID与EPCSavant结构架构2025/9/17北京物资学院信息学院41第4章RFID与EPCSavant的应用

(1)面向服务架构：面向服务架构（ServiceOrientedArchitecture，SOA）的目标是建立沟通标准，突破应用程序之间沟通的障碍，实现商业流程自动化，支持商业模式的创新，让IT变得灵活，从而更快地响应需求。Savant在未来发展上，将以面向服务的架构为基本趋势，向企业提供更弹性灵活的服务。(2)信息安全：射频识别的应用最让外界质疑的是信息安全问题EPC后端系统连接着大量厂商的数据库，该数据库可能引发商业安全问题，尤其是消费者的信息隐私问题。2025/9/17北京物资学院信息学院42第4章RFID与EPC4.6.2

EPC信息服务（EPCInformationServices,EPCIS）EPCIS提供标识对象信息的接口，它可以连接到现有的数据库、应用/信息系统，也可以连接到标识信息自己的永久存储库。

EPCIS接口为定义、存储和管理EPC标识的物流对象所有的数据提供了一个框架。EPCIS层的数据目的在于驱动不同的企业应用。EPCIS位于整个EPC网络架构的最高层。

EPCIS在整个EPC网络中的主要作用就是提供一个接口来存储和管理EPC捕获的信息。

2025/9/17北京物资学院信息学院43第4章RFID与EPCEPCIS的主要任务1.标签授权2.牵制策略―打包和解包操作3.观测4.反观测2025/9/17北京物资学院信息学院44第4章RFID与EPCEPCIS在EPC网络中的位置EPCIS接口为定义、存储和管理EPC标识的物流对象所有的数据提供了一个框架。EPCIS层的数据目的在于驱动不同的企业应用。EPCIS位于整个EPC网络架构的最高层，也就是说，它不仅是原始EPC观测资料的上层数据，而且也是过滤和整理后的观测资料的上层数据。EPCIS在整个EPC网络中的主要作用就是提供一个接口来存储和管理EPC捕获的信息。2025/9/17北京物资学院信息学院45第4章RFID与EPCEPCIS在EPC网络中的位置2025/9/17北京物资学院信息学院46第4章RFID与EPC2025/9/17北京物资学院信息学院47EPCIS结构示意图第4章RFID与EPC2025/9/17北京物资学院信息学院48信息模型组件ARPCPush接口B信息模型组件RPCPush接口A……EDI接口A文件格式ASOAPHTTPBatch传输接口A…………服务层绑定层Web服务器架构信息模型层EPCIS框架遵循模块化的思想设计，可以分成三层，即信息模型层、服务层和绑定层，具有可扩展性。第4章RFID与EPC2025/9/17北京物资学院信息学院49信息模型层指定了EPCIS中包含什么样的数据，这些数据的抽象结构是什么，以及这些数据代表什么含义。服务层指定了EPC网络组件与EPCIS数据进行交互的实际接口，如远程过程调用（RPCPUSH）接口、电子数据交换（EDI）接口、批处理（Batch）传输接口。绑定层定义了信息的传输协议，如简单对象访问协议（SOAP）或者超文本传输协议（HTTP）。第4章RFID与EPC4.6.3

EPC网络系统模型EPC系统分为射频识别系统和信息网络系统两个模块。射频识别系统包括标签、读写器和中央信息系统；信息网络系统包括RFID中间件、EPC信息服务和ONS。射频识别系统完成电子标签的数据采集，信息网络系统通过中间件对标签数据进行处理，并可查询、更新相关产品的信息。整个系统以携带的EPC编码为纽带，通过各个环节的信息流程实现对产品信息的查询、更新等。2025/9/17北京物资学院信息学院50第4章RFID与EPC系统数据传输的模型和流程信息流程表明系统的信息流向和信息被处理的先后顺序，同时表明了系统各个功能模块之间的关系。2025/9/17北京物资学院信息学院51第4章RFID与EPC信息采集系统模型读写器扫描到RFID标签代码后，将数据传送给查询客户端，经除错、平滑后，入库备案。如果验证RFID代码错误，那么查询客户端将发送消息给消息管理器，消息经过消息管理器转发到读写器。读写器直接控制管理器命令读写器重新读取数据。2025/9/17北京物资学院信息学院52第4章RFID与EPC注册系统模型由于本方案允许生产厂商构建自己的服务系统，因此，为了通过EPC顺利访问到所有与它相关的信息，所有提供服务的厂商、中间商、零售商都要在信息注册数据库备案。通过发送注册信息给消息管理器，经消息管理器转发到信息服务器，信息服务器分析后，将其发送给地址解析器，经相关机构审核后，在注册信息数据库中注册、存档。2025/9/17北京物资学院信息学院53第4章RFID与EPC查询系统模型查询客户端发送查询信息给消息管理器，经消息管理器转发给信息服务器，信息服务器分析后，将发送查询消息给地址解析器查询EPC对应的IP地址，获得正确的地址后，将相应的地址访问RFIDIS服务器，查询相关数据库，获得相关数据后，将其返回给查询客户端。2025/9/17北京物资学院信息学院54第4章RFID与EPC任务调度模型当系统负荷较重时，其他系统可以负担本系统的一些任务，所需要做的只是将消息发送给其他系统的消息管理器。当系统较为空闲时，其他系统可以分配任务给本系统，所需要做的只是将消息发送给本系统的消息管理器。2025/9/17北京物资学院信息学院55第4章RFID与EPC4