深度分析RFID標(biāo)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(jìn)一步蔓延，數(shù)量和范圍也呈現(xiàn)擴(kuò)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(jì)的需要，是擴(kuò)大開放、發(fā)展對外貿(mào)易、保證國家經(jīng)濟(jì)有序發(fā)展的需要，是凈化市場、維護(hù)企業(yè)和消費者利益的需要。RFID技術(shù)作為一項先進(jìn)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(jì)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(yán)重擾亂了社會市場經(jīng)濟(jì)秩序，阻礙了我國經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展。目前，假冒偽劣產(chǎn)品還在進(jìn)一步蔓延，數(shù)量和范圍也呈現(xiàn)擴(kuò)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(jì)的需要，是擴(kuò)大開放、發(fā)展對外貿(mào)易、保證國家經(jīng)濟(jì)有序發(fā)展的需要，是凈化市場、維護(hù)企業(yè)和消費者利益的需要。RFID技術(shù)作為一項先進(jìn)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(jìn)行非接觸式雙向通信，以達(dá)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(xué)報上發(fā)表的“利用能量反射進(jìn)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(jì)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(jìn)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(lán)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(jìn)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(biāo)簽，由芯片和標(biāo)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(jìn)行通信。②讀寫器，是讀/寫標(biāo)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(jìn)行數(shù)據(jù)交換。③天線，是為標(biāo)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(jìn)入閱讀器工作區(qū)域的電子標(biāo)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(jìn)行調(diào)制、解碼、解密，然后對命令請求、密碼、權(quán)限等進(jìn)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(jìn)行解調(diào)、解碼、解密后送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)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(jìn)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(biāo)簽也有人稱之為無線射頻識別標(biāo)簽，它是標(biāo)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(biāo)簽和條形碼。智能標(biāo)簽是標(biāo)簽領(lǐng)域的新秀，它具有超越傳統(tǒng)標(biāo)簽的功能，是電子和計算機等高新技術(shù)在標(biāo)簽印制上的結(jié)晶。RFID標(biāo)簽是智能標(biāo)簽的一種。表1將RFID標(biāo)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(jìn)行了對比。
RFID標(biāo)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(biāo)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(biāo)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(fù)制。
?、赗FID標(biāo)簽與RFID讀寫器是通過無線進(jìn)行傳輸?shù)?，可以識別高速、移動、多物體，因此標(biāo)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(biāo)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(biāo)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(biāo)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(jìn)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(jìn)的RFID系統(tǒng)。按照工作頻率的不同分類，RFID標(biāo)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(yuǎn)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(yuǎn)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(yuǎn)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(biāo)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(jìn)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(biāo)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(biāo)簽芯片面市。
二、RFID技術(shù)的應(yīng)用
RFID智能標(biāo)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(hù)照防偽、電子錢包等方面已可以在標(biāo)準(zhǔn)護(hù)照封面或證件內(nèi)嵌入RFID標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)在此領(lǐng)域也已經(jīng)形成了相當(dāng)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。
②票務(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(jìn)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(fù)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(jìn)行追蹤管理;可對全路主要站段進(jìn)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(jìn)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(biāo)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(biāo)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(zhǔn)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(biāo)本;醫(yī)療器械和醫(yī)療設(shè)備的跟蹤。
RFID智能標(biāo)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(biāo)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(biāo)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(biāo)簽RFID提高了傳統(tǒng)標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)簽一項在日本的制作成本(印刷成本占主要比例)就達(dá)到十幾元人民幣，而條碼標(biāo)簽的單位成本只有0.l元。目前全球RFID標(biāo)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(dān)這部分的投入。
3.標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一
目前主要有以下三個標(biāo)準(zhǔn)：國際標(biāo)準(zhǔn)、歐美的EPC標(biāo)準(zhǔn)和日本的UbiquitousID。其中由美國麻省理工學(xué)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(xiàn)如下：
①提出產(chǎn)品電子代碼EPC(ElectronicProductCode)概念及其格式規(guī)劃。為減化電子標(biāo)簽芯片功能設(shè)計，降低電子標(biāo)簽成本，擴(kuò)大RFID應(yīng)用領(lǐng)域奠定了基礎(chǔ)。
②提出了實物互聯(lián)網(wǎng)的概念及構(gòu)架，為EPC進(jìn)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(biāo)簽和讀寫器的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)，所以目前的技術(shù)還不能保證所有的標(biāo)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(biāo)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(biāo)簽進(jìn)行追蹤，一個人購買了酒以后，通過追蹤酒瓶上的標(biāo)簽就可以了解到酒瓶擁有人的行蹤以及生活習(xí)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(jìn)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(biāo)簽，相當(dāng)于給每支槍一個身份證，從而可以對其進(jìn)行監(jiān)控跟蹤。同樣也可以把RFID標(biāo)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。