深度分析RFID標簽技術(shù)原理、優(yōu)勢及運用設(shè)想

摘要：目前，假冒偽劣產(chǎn)品還在進一步蔓延，數(shù)量和范圍也呈現(xiàn)擴大趨勢，因此迫切需要防偽技術(shù)的快速發(fā)展和防偽行業(yè)的形成。這是發(fā)展社會主義市場經(jīng)濟的需要，是擴大開放、發(fā)展對外貿(mào)易、保證國家經(jīng)濟有序發(fā)展的需要，是凈化市場、維護企業(yè)和消費者利益的需要。RFID技術(shù)作為一項先進的自動識別和數(shù)據(jù)采集技術(shù)，在目前的防偽、物流、公共安全管理等方面起著重要的作用，并有望成為未來防偽、物流、公共安全管理等方面領(lǐng)域的先鋒。

作者：佚名 來源：公眾號/鴻順捷

      我國市場經(jīng)濟迅速發(fā)展，使商品流通市場日趨活躍。但是，由于我國法制尚不健全，市場尚不規(guī)范，國內(nèi)外一些不法分子為了牟取暴利，以次充好，以假亂真，形成了一定的假冒偽劣商品市場。一些高科技產(chǎn)品，也不同程度地受到假冒偽劣產(chǎn)品的沖擊。這嚴重擾亂了社會市場經(jīng)濟秩序，阻礙了我國經(jīng)濟健康發(fā)展。目前，假冒偽劣產(chǎn)品還在進一步蔓延，數(shù)量和范圍也呈現(xiàn)擴大趨勢，因此迫切需要防偽技術(shù)的快速發(fā)展和防偽行業(yè)的形成。這是發(fā)展社會主義市場經(jīng)濟的需要，是擴大開放、發(fā)展對外貿(mào)易、保證國家經(jīng)濟有序發(fā)展的需要，是凈化市場、維護企業(yè)和消費者利益的需要。RFID技術(shù)作為一項先進的自動識別和數(shù)據(jù)采集技術(shù)，在目前的防偽、物流、公共安全管理等方面起著重要的作用，并有望成為未來防偽、物流、公共安全管理等方面領(lǐng)域的先鋒。

　　一、概述

　　RFID(RadioFrequencyIdentification，射頻識別技術(shù))是應(yīng)用電磁感應(yīng)、無線電波或微波進行非接觸式雙向通信，以達到識別目的并交換數(shù)據(jù)的自動識別技術(shù)。1948年哈里·斯托克曼(HarryStockman)在無線電工程師協(xié)會(InstituteofRadioEngineers)學報上發(fā)表的“利用能量反射進行通訊(CommunicationbyMeansofReflectedPower)”奠定了RFID技術(shù)的理論基礎(chǔ)。這種技術(shù)從20世紀80年代中期開始出現(xiàn)，并隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的成熟，射頻識別系統(tǒng)的體積大大縮小，因此才進入實用化的階段。RFID可以歸入短距離無線通信技術(shù)，與其他短距離無線通信技術(shù)WLAN、藍牙、紅外、ZIGBEE、UWB相比最大的區(qū)別在于RFID的被動工作模式，即利用反射能量進行通信。

　　1.RFID系統(tǒng)的工作原理

　　RFID系統(tǒng)由以下幾部分組成：①電子標簽，由芯片和標簽天線組成，通過電感偶合或電磁反向散射原理與讀寫器進行通信。②讀寫器，是讀/寫標簽信息的設(shè)備，作為數(shù)據(jù)采集的終端，讀寫器還需要與中間件進行數(shù)據(jù)交換。③天線，是為標簽和讀寫器提供射頻信號空間傳播的設(shè)備。④中間件，是連接RFID設(shè)備和企業(yè)應(yīng)用程序的紐帶，也是RFID應(yīng)用系統(tǒng)的核心。

　　RFID系統(tǒng)的工作原理如下：閱讀器將要發(fā)送的信息，經(jīng)編碼后加載在某一頻率的載波信號上經(jīng)天線向外發(fā)送，進入閱讀器工作區(qū)域的電子標簽接收此脈沖信號，卡內(nèi)芯片中的有關(guān)電路對此信號進行調(diào)制、解碼、解密，然后對命令請求、密碼、權(quán)限等進行判斷。若為讀命令，控制邏輯電路則從存儲器中讀取有關(guān)信息，經(jīng)加密、編碼、調(diào)制后通過卡內(nèi)天線再發(fā)送給閱讀器，閱讀器對接收到的信號進行解調(diào)、解碼、解密后送至中央信息系統(tǒng)進行有關(guān)數(shù)據(jù)處理;若為修改信息的寫命令，有關(guān)控制邏輯引起的內(nèi)部電荷泵提升工作電壓，提供擦寫EEP-ROM中的內(nèi)容進行改寫，若經(jīng)判斷其對應(yīng)的密碼和權(quán)限不符，則返回出錯信息。

　　2.RFID的優(yōu)點

　　智能標簽也有人稱之為無線射頻識別標簽，它是標簽領(lǐng)域的高新技術(shù)產(chǎn)品，如今已在產(chǎn)品包裝中發(fā)揮重要作用，將逐步替代傳統(tǒng)的產(chǎn)品標簽和條形碼。智能標簽是標簽領(lǐng)域的新秀，它具有超越傳統(tǒng)標簽的功能，是電子和計算機等高新技術(shù)在標簽印制上的結(jié)晶。RFID標簽是智能標簽的一種。表1將RFID標簽和磁卡、IC卡及傳統(tǒng)的條形碼等同期或早期的自動識別技術(shù)進行了對比。

　　RFID標簽具有很好的綜合性能，它的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：

　?、倜總€RFID標簽都與一個全球唯一的ID號碼對應(yīng)。該ID號碼是在制作RFID標簽生產(chǎn)過程中寫入存儲器中，一旦寫入就無法修改，不易復制。

　?、赗FID標簽與RFID讀寫器是通過無線進行傳輸?shù)?，可以識別高速、移動、多物體，因此標簽可以在沒有任何機械磨損的情況下被多次讀取，同時可以被讀寫器快速批量讀取。

　?、跼FID標簽是采用大規(guī)模集成電路技術(shù)設(shè)計的芯片。這種芯片無論設(shè)計與制造都是技術(shù)難度要求高而且投入大，因此給造假者造成了難以逾越的障礙。同時RFID技術(shù)與密碼技術(shù)相結(jié)合，從軟件破譯方面也增大了造假者的成本。

　?、躌FID標簽的讀取具有非接觸、對環(huán)境適應(yīng)能力強、可同時讀取多個標簽、讀取速度快等突出特點。因此RFID防偽技術(shù)不僅可以應(yīng)用于名煙、名酒等名貴消費類產(chǎn)品上，也可以應(yīng)用到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸相關(guān)產(chǎn)品上。

　?、軷FID防偽的一個天然優(yōu)勢是結(jié)合物流進行防偽。通過追蹤產(chǎn)品的供應(yīng)鏈，結(jié)合分布式數(shù)據(jù)庫的管理，實現(xiàn)對產(chǎn)品的追根溯源。

　　3.RFID技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

　　RFID技術(shù)在國外的發(fā)展較早也較快。尤其是在美國、英國、德國、瑞典、瑞士、日本、南非目前均有較為成熟且先進的RFID系統(tǒng)。按照工作頻率的不同分類，RFID標簽可以分為低頻(LF)、高頻(HF)、超高頻(UHF)和特高頻(SHF)等不同種類。其中，低頻近距離RFID系統(tǒng)主要集中在125KHz、13.56MHz系統(tǒng);高頻遠距離RFID系統(tǒng)主要集中在UHF頻段(902MHz—928MHz)915MHz、2.45GHz、5.8GHz。UHF頻段的遠距離RFID系統(tǒng)在北美得到了很好的發(fā)展;歐洲的應(yīng)用則以有源2.45GHz系統(tǒng)得到了較多的應(yīng)用。5.8GHz系統(tǒng)在日本和歐洲均有較為成熟的有源RFID系統(tǒng)。

　　我國在RFID技術(shù)的研究方面也發(fā)展很快，市場培育已初步開花結(jié)果。比較典型的是在中國鐵路車號自動識別系統(tǒng)建設(shè)中，推出了完全擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的遠距離自動識別系統(tǒng)。經(jīng)過多年的現(xiàn)場運行考驗，鐵路車號自動識別系統(tǒng)工程于1999年全面投入建設(shè)。經(jīng)過兩年左右的建設(shè)與試運行，目前鐵路車號自動識別系統(tǒng)工程已發(fā)揮出了系統(tǒng)設(shè)計功能，圓了鐵路人的夢想，并且其輻射與滲透到其他應(yīng)用方面的作用日漸明顯。在近距離RFID應(yīng)用方面，許多城市已經(jīng)實現(xiàn)了公交射頻卡作為預(yù)付費電子車票、預(yù)付費電子飯卡等應(yīng)用。在RFID技術(shù)研究及產(chǎn)品開發(fā)方面，國內(nèi)已具有了自主開發(fā)低頻、高頻與微波RFID電子標簽與讀寫器的技術(shù)能力及系統(tǒng)集成能力。與國外RFID先進技術(shù)之間的差距主要體現(xiàn)在RFID芯片技術(shù)方面。盡管如此，在標簽芯片設(shè)計及開發(fā)方面，國內(nèi)已有多個成功的低頻RFID系統(tǒng)標簽芯片面市。

　　二、RFID技術(shù)的應(yīng)用

　　RFID智能標簽由于具有獨特的優(yōu)勢，因此廣泛用于防偽、物流、公共管理等各方面。

　　1.RFID技術(shù)在防偽方面的應(yīng)用

　?、僮C件防偽。目前國際上在護照防偽、電子錢包等方面已可以在標準護照封面或證件內(nèi)嵌入RFID標簽，其芯片同時提供安全功能并支持硬件加密，符合ISO14443的國際標準。國內(nèi)在此領(lǐng)域也已經(jīng)形成了相當規(guī)模的應(yīng)用，二代身份證的推廣應(yīng)用就是此方面的典型代表。

　?、谄眲?wù)防偽。有些領(lǐng)域迫切地需要RFID技術(shù)，例如在火車站、地鐵以及旅游景點等人流多的地方，采用RFID電子門票代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工門票來提高效率，或是在比賽和演出等票務(wù)量比較大的場合，用RFID技術(shù)對門票進行防偽。這不僅不再需要人工識別，實現(xiàn)人員的快速通過，還可以鑒別門票使用的次數(shù)，以防止門票被偷遞出來再次使用，做到“次數(shù)防偽”。

　　2.RFID技術(shù)在鐵路安全追蹤中的應(yīng)用

　　傳統(tǒng)的鐵路貨運已不能滿足現(xiàn)代物流發(fā)展的需要，必須向提供運輸、倉儲、包裝、配送、流通、加工、信息處理等多種服務(wù)的現(xiàn)代物流業(yè)發(fā)展。

　　鐵路運輸管理信息系統(tǒng)(TransportationManagementInformationSystem簡稱TMIS)不僅覆蓋鐵道部鐵路局的各個主管業(yè)務(wù)部門，而且還遍及全路各基層站段，通過鐵路計算機網(wǎng)絡(luò)聯(lián)成一體。它是“世界鐵路最復雜、最龐大的運輸管理系統(tǒng)”，可對鐵路貨車輛、機車、列車、集裝箱進行追蹤管理;可對全路主要站段進行計算機管理;可對鐵道部、鐵路局運輸調(diào)度和日常運輸計劃進行計算機編制和管理;覆蓋鐵路運輸生產(chǎn)全過程，是鐵路信息化的核心系統(tǒng)，它由多個子系統(tǒng)構(gòu)成，主要有：運輸統(tǒng)計分析、運輸調(diào)度管理、車站綜合管理、確報信息管理、貨票信息管理、貨運銷售與技術(shù)計劃、大節(jié)點貨車追蹤管理、車號自動識別系統(tǒng)、劇毒品安全追蹤系統(tǒng)、集裝箱追蹤管理、貨車使用費清算。

　　其中鐵路車號自動識別(ATIS)是TMIS的重要組成部分，也是RFID在中國最成功的應(yīng)用案例。ATIS通過在所有機車、貨車上安裝電子標簽和在所有區(qū)段站、編組站、大型貨運站和分界站安置地面識別設(shè)備來精確識別運行的列車及車輛信息，從而建立一個鐵路列車車次、機車和貨車號碼、標識、屬性和位置等信息的計算機自動報告采集系統(tǒng)。它能夠及時準確地采集列車車次、車號和到發(fā)信息，加快實現(xiàn)全路貨車、機車、列車、集裝箱追蹤管理，滿足TMIS等管理系統(tǒng)對列車、車輛等基礎(chǔ)信息的需求，最終實現(xiàn)運輸作業(yè)管理現(xiàn)代化、網(wǎng)絡(luò)化和資源共享。ATIS作為TMIS的信息源，它的運用對于提高鐵路機車、車輛的使用率、利用率，提高我國鐵路運輸效率及運輸管理現(xiàn)代化水平起著極其重要的作用。

　　3.RFID技術(shù)公共安全方面的應(yīng)用

　　在關(guān)系到廣大人民身體健康和生命安全的食品和藥品等領(lǐng)域，RFID技術(shù)的誕生有著極其重要的意義。目前，RFID技術(shù)在醫(yī)藥行業(yè)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在：藥品的防偽措施;防止用藥差錯及不合理用藥;患者的身份識別和跟蹤;有問題藥品的召回;跟蹤單據(jù)、試管、藥瓶或標本;醫(yī)療器械和醫(yī)療設(shè)備的跟蹤。

　　RFID智能標簽可以幫助廠商和消費者及時了解商品庫存、流通、保質(zhì)等情況，為廠商監(jiān)控其產(chǎn)品在供應(yīng)鏈中的狀況和位置起到很大的作用。例如，許多食品和藥品等的包裝必須在特定的溫度和低污染環(huán)境下儲存運輸。一般的標簽無法了解和監(jiān)控產(chǎn)品保存的溫度和性質(zhì)情況，而智能標簽就可以在產(chǎn)品貯運過程中適時監(jiān)控對溫度要求敏感的易腐爛產(chǎn)品的溫度，它憑借特殊的芯片、天線、傳感器等，測量貯運過程中的溫度，警示廠商防止溫度變化對產(chǎn)品的影響，通過核對產(chǎn)品庫存數(shù)據(jù)而判斷產(chǎn)品的銷售情況。此外，智能標簽RFID提高了傳統(tǒng)標簽的防偽效果，尤其在藥品包裝中，它的防偽功能已大大超過傳統(tǒng)的條形碼。這有效地保障了公共安全。

　　三、RFID技術(shù)目前面臨的問題

　　1.技術(shù)不成熟

　　RFID是個充滿希望的行業(yè)，但它的推廣需要下面每一步的堅定與成熟：標準的制訂、芯片設(shè)計與制造技術(shù)、天線設(shè)計與制造技術(shù)、芯片封裝技術(shù)、讀寫設(shè)備開發(fā)與生產(chǎn)技術(shù)、系統(tǒng)集成和數(shù)據(jù)管理軟件平臺、應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)、生產(chǎn)制造技術(shù)等。最具潛力的UHF頻段市場上能支持的設(shè)備并不多，射頻識別訊號容易被物體所阻斷，這些都是技術(shù)上的挑戰(zhàn)。

　　2.成本居高不下

　　這是RFID目前最致命的缺點，僅RFID標簽一項在日本的制作成本(印刷成本占主要比例)就達到十幾元人民幣，而條碼標簽的單位成本只有0.l元。目前全球RFID標簽的年需求量大約是1000萬片，而只有需求量超過50億片后，價格才能降到2美分。沃爾瑪?shù)腞FID技術(shù)合作商Tag-istics公司總裁克里斯多夫介紹說，一套RFID系統(tǒng)在美國定價(包括項目實施)一般在250萬美元左右，大型系統(tǒng)還要高得多。中鐵快運這幾年一直在不斷測試RFID系統(tǒng)的效果，并將其小范圍試點，最終發(fā)現(xiàn)投入太大，作為一個企業(yè)無法單獨承擔這部分的投入。

　　3.標準不統(tǒng)一

　　目前主要有以下三個標準：國際標準、歐美的EPC標準和日本的UbiquitousID。其中由美國麻省理工學院MIT發(fā)起的Auto-IDCenter非盈利性組織在規(guī)范RFID應(yīng)用方面所發(fā)揮的作用將越來越明顯。Auto-IDCenter在對RFID理論、技術(shù)及應(yīng)用研究的基礎(chǔ)上，所作出的主要貢獻如下：

　?、偬岢霎a(chǎn)品電子代碼EPC(ElectronicProductCode)概念及其格式規(guī)劃。為減化電子標簽芯片功能設(shè)計，降低電子標簽成本，擴大RFID應(yīng)用領(lǐng)域奠定了基礎(chǔ)。

　?、谔岢隽藢嵨锘ヂ?lián)網(wǎng)的概念及構(gòu)架，為EPC進入互聯(lián)網(wǎng)搭建了橋梁。

　?、劢⒘碎_放性的國際自動識別技術(shù)應(yīng)用公用技術(shù)研究平臺，為推動低成本的RFID標簽和讀寫器的標準化研究開創(chuàng)了條件。

　　盡管如此，由于RFID缺乏統(tǒng)一技術(shù)標準，所以目前的技術(shù)還不能保證所有的標簽和閱讀器實現(xiàn)兼容。因此在希望應(yīng)用RFID的倉庫中，也許需要不止一種閱讀器，以此來分別處理來自不同硬件商生產(chǎn)提供商的不同標簽。

　　4.安全問題

　　由于RFID最終是要接到互聯(lián)網(wǎng)上的，這就涉及到和信用卡一樣的所謂安全保密問題。

　　5.隱私問題

　　RFID可以依靠標簽進行追蹤，一個人購買了酒以后，通過追蹤酒瓶上的標簽就可以了解到酒瓶擁有人的行蹤以及生活習慣。

　　四、RFID技術(shù)運用的設(shè)想

　　由于RFID技術(shù)具有實時監(jiān)控跟蹤的功能，這在危險品管理方面可以大大地發(fā)揮其優(yōu)勢。比如在處于國家管制的槍支方面，可以采用RFID技術(shù)進行管理以防不法分子危害公共安全。在槍支制作過程中，可以在每支槍中加入RFID標簽，相當于給每支槍一個身份證，從而可以對其進行監(jiān)控跟蹤。同樣也可以把RFID標簽植入有毒物品的包裝內(nèi)，盡量避免人員與其接觸，通過計算機來了解它的狀況，從而減少有毒物品對人體的危害。在圖書管理方面RFID技術(shù)也是不錯的選擇。

　　RFID技術(shù)作為一項智能高科技技術(shù)以其獨特優(yōu)勢在防偽、物流、公共安全管理方面發(fā)揮著重要作用。目前，由于成本及售價較高，尚未大量推廣應(yīng)用，但隨著技術(shù)提高，成本和價格下降，其發(fā)展?jié)摿κ蔷薮蟮?，前景也是非常誘人的。