RFID技术和应用.ppt

1、,RFID技术和应用,RFID 技术发展的历程表,Wal-Mart, Tesco, 标签和天线之间角度,在没有反射障碍或吸收装置的空间里，电场的强度和距离的平方成反 比。如果某个区域会有来自地面或障碍物的反射波，该区域的电场衰 耗可能会更大一些，例如某些情况下电场强度和距离的4次方成反比。另 外，在某些地点会出现多路衰耗。频率越高，湿度带来的吸收衰耗就越 大. RFID系统通常使用的功率值是100-500mW,RFID inlay consists of four components,RFID Inlay + media = RFID Tag,RFID Tag组件,读写器,RFID 读写器从

2、结构上可简化为高频接口和控制单元两个基本模块。,高频接口包含发送器和接收器，其功能包括：产生高频发射功率以启动RFID 标 签并提供能量；对发射信号进行调制，用于将数据传送给标签；接收并解调来自 RFID标签的高频信号。,控制单元的功能：与计算机应用系统进行通信，并执行应用系统发来的命令、控 制与RFID标签的通信信号的编解码、执行反碰撞算法、对RFID标签与识读器 间要传送的数据进行加密和解密、以及进行RFID标签和识读器间的身份验证等 附加功能,阅读器基本形式,固定式阅读器：固定安装在某个作业位置。,分离式阅读器：天线和阅读器分离制造，天线不怕水，阅读器则可以安装在室内,集成式阅读器：天线

3、和阅读器集成制造，形体比较简单，但是安装比较地不灵活。,手持式阅读器：单纯的手持标签阅读器和带有PDA掌上电脑的阅读器。数据可以通过电缆或者无线,传输给电脑/网络。阅读距离较近，作为补检、抽检之用。,发卡器或者标签注册机：标签注册之用，实际上是一个近距离的阅读器。其必须和实际工况中的阅,读器同质，包括频率、协议等,移动式阅读器：可以移动的固定式阅读器。可以作为库房盘点等用。如车载阅读器。,OEM模块,工业阅读器：特殊场合应用的，如防水等,915MHz Radio,Processor,Reader构造示意图 Digital Signal Processor (DSP) Network,Power

4、 Supply 13.56MHz Radio,被动 RFID 通信模型,Tags,Reader,Power from RF field,Reader-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 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 = -10dB

5、m 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,dmax = 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

6、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

7、,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

8、 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

9、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，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 an

10、d 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, car parks, etc. - Opening doors, locks, etc. - Building automation

11、 - 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 slaughterhouses - Botanical census of trees - Temperature Monitoring,医药卫生 -

12、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 inventory of documents (libraries, lawyers, notaries, courts, etc.) - M

13、anaging 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 key - Security systems - Vehicle wiring - Control of car parks an

14、d 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 manufacture and/or rental of clothing and textiles - Monitoring temperature,

15、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-toll,Customer loyalty plans Department store cards Vehicle identif

16、ication,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

17、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

18、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R

19、FID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

20、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 (UCC/EAN),Oct 2003,EPC Network Arch V1 - 1999年MIT成立了Auto-ID中心 (

21、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(EA

22、N 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,EPCglobal网络架构 根據請求的EPC碼找到 對應的EPCIS資源位址 製造商於EPCIS 中記商品資,製造商於EPCIS 中記商品資,EPCglobal网络的組成要素 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系统的信息网络系统是在全球互联网的基础上，通过EPC中间件、对象命名称解析服务（ONS） 和EPC信息服务（EPCIS）来实现全球“实物互联”。 1）EPC中间件, ,EPC中间件具有一系列特定属性的程序模块或服务，并被用户集成以满足他们的特定需求，EPC中间件以 前被称为SAVANT。 EPC中间件