物聯(lián)網(wǎng)已被確定為中國(guó)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》的出臺(tái)，無(wú)疑給正在發(fā)展的中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)又吹來(lái)一股強(qiáng)勁的東風(fēng)，而RFID技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，其應(yīng)用市場(chǎng)必將隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展而擴(kuò)大。

RFID射頻識(shí)別技術(shù)

RFID的英文全稱是Radio FrequencyIdentification，射頻識(shí)別，又稱電子標(biāo)簽，無(wú)線射頻識(shí)別，感應(yīng)式電子晶片，近接卡、感應(yīng)卡、非接觸卡、電子條碼。

RFID射頻識(shí)別是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無(wú)須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。

RFID技術(shù)可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，操作快捷方便。短距離射頻產(chǎn)品不怕油漬、灰塵污染等惡劣的環(huán)境，可在這樣的環(huán)境中替代條碼，例如用在工廠的流水線上跟蹤物體。長(zhǎng)距射頻產(chǎn)品多用于交通上，識(shí)別距離可達(dá)幾十米，如自動(dòng)收費(fèi)或識(shí)別車輛身份等。

RFID系統(tǒng)構(gòu)架

典型的RFID系統(tǒng)主要由閱讀器、電子標(biāo)簽、RFID中間件和應(yīng)用系統(tǒng)軟件4部分構(gòu)成，一般我們把中間件和應(yīng)用軟件統(tǒng)稱為應(yīng)用系統(tǒng)。

FRID的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在實(shí)際RFID解決方案中，RFID系統(tǒng)都包含一些基本組件。組件分為硬件組件和軟件組件。

從功能實(shí)現(xiàn)的角度觀察，可將RFID系統(tǒng)分成邊沿系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分， 邊沿系統(tǒng)主要是完成信息感知，屬于硬件組件部分；軟件系統(tǒng)完成信息的處理和應(yīng)用；通信設(shè)施負(fù)責(zé)整個(gè)RFID系統(tǒng)的信息傳遞。

射頻識(shí)別系統(tǒng)基本組成

1、電子標(biāo)簽

電子標(biāo)簽（Electronic Tag）也稱也稱應(yīng)答器或智能標(biāo)簽（Smart Label），是一個(gè)微型的無(wú)線收發(fā)裝置，主要由內(nèi)置天線和芯片組成。

2、讀寫器

讀寫器是一個(gè)捕捉和處理RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)的設(shè)備，它可以是單獨(dú)的個(gè)體，也可以嵌入到其他系統(tǒng)之中。讀寫器也是構(gòu)成RFID系統(tǒng)的重要部件之一，由于它能夠?qū)?shù)據(jù)寫到RFID標(biāo)簽中，因此稱為讀寫器。

讀寫器的硬件部分通常由收發(fā)機(jī)、微處理器、存儲(chǔ)器、外部傳感器/執(zhí)行器，報(bào)警器的輸入/輸出接口、通信接口及電源等部件組成。

讀寫器組成示意圖

3、控制器

控制器是讀寫器芯片有序工作的指揮中心，主要功能是：

• 與應(yīng)用系統(tǒng)軟件進(jìn)行通信；
• 執(zhí)行從應(yīng)用系統(tǒng)軟件發(fā)來(lái)的動(dòng)作指令；
• 控制與標(biāo)簽的通信過(guò)程；
• 基帶信號(hào)的編碼與解碼；
• 執(zhí)行防碰撞算法；
• 對(duì)讀寫器和標(biāo)簽之間傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密；
• 進(jìn)行讀寫器與電子標(biāo)簽之間的身份認(rèn)證；
• 對(duì)鍵盤、顯示設(shè)備等其他外部設(shè)備的控制。

其中，最重要的是對(duì)讀寫器芯片的控制操作。

4、讀寫器天線

天線是一種以電磁波形式把前端射頻信號(hào)功率接收或輻射出去的設(shè)備，是電路與空間的界面器件，用來(lái)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)行波與自由空間波能量的轉(zhuǎn)化。在RFID系統(tǒng)中，天線分為電子標(biāo)簽天線和讀寫器天線兩大類，分別承擔(dān)接收能量和發(fā)射能量的作用。

RFID系統(tǒng)讀寫器天線的特點(diǎn)是：

1. 足夠小以至于能夠貼到需要的物品上；
2. 有全向或半球覆蓋的方向性；
3. 能夠給標(biāo)簽的芯片提供最大可能的信號(hào)；
4. 無(wú)論物品什么方向，天線的極化都能與讀卡機(jī)的詢問信號(hào)相匹配；
5. 具有魯棒性；
6. 價(jià)格便宜。

在選擇讀寫器天線時(shí)應(yīng)考慮的主要因素有：

1. 天線的類型；
2. 天線的阻抗；
3. 應(yīng)用到物品上的RF的性能；
4. 在有其他物品圍繞貼標(biāo)簽物品時(shí)RF的性能。

5、通信設(shè)施

通信設(shè)施為不同的RFID系統(tǒng)管理提供安全通信連接，是RFID系統(tǒng)的重要組成部分。通信設(shè)施包括有線或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和讀寫器或控制器與計(jì)算機(jī)連接的串行通信接口。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可以是個(gè)域網(wǎng)（PAN）（如藍(lán)牙技術(shù)）、局域網(wǎng)（如802.11x、WiFi），也可以是廣域網(wǎng)（如GPRS、3G技術(shù)）或衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)（如同步軌道衛(wèi)星L波段的RFID系統(tǒng)）。

RFID系統(tǒng)的基本原理

1、基本原理

從電子標(biāo)簽到閱讀器之間的通信及能量感應(yīng)方式來(lái)看，系統(tǒng)一般可以分成兩類，即電感耦合（InductiveCoupling）系統(tǒng)和電磁反向散射耦合（Backscatter Coupling）系統(tǒng)。電感耦合通過(guò)空間高頻交變磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)耦合，依據(jù)的是電磁感應(yīng)定律；電磁反向散射耦合，即雷達(dá)原理模型，發(fā)射出去的電磁波碰到目標(biāo)后反射，同時(shí)攜帶回目標(biāo)信息，依據(jù)的是電磁波的空間傳播規(guī)律。

2、電感耦合型RFID系統(tǒng)

RFID的電感耦合方式對(duì)應(yīng)于ISO/IEC 14443協(xié)議。電感耦合電子標(biāo)簽由一個(gè)電子數(shù)據(jù)載體，通常由單個(gè)微芯片及用做天線的大面積的線圈等組成。

電感耦合方式的電子標(biāo)簽幾乎都是無(wú)源工作的，在標(biāo)簽中的微芯片工作所需的全部能量由閱讀器發(fā)送的感應(yīng)電磁能提供。高頻的強(qiáng)電磁場(chǎng)由閱讀器的天線線圈產(chǎn)生，并穿越線圈橫截面和線圈的周圍空間，以使附近的電子標(biāo)簽產(chǎn)生電磁感應(yīng)。

電感耦合型RFID系統(tǒng)的工作原理圖

3、電磁反向散射RFID系統(tǒng)

（1）反向散射調(diào)制

雷達(dá)技術(shù)為RFID的反向散射耦合方式提供了理論和應(yīng)用基礎(chǔ)。當(dāng)電磁波遇到空間目標(biāo)時(shí)，其能量的一部分被目標(biāo)吸收，另一部分以不同的強(qiáng)度散射到各個(gè)方向。在散射的能量中，一小部分反射回發(fā)射天線，并被天線接收（因此發(fā)射天線也是接收天線），對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行放大和處理，即可獲得目標(biāo)的有關(guān)信息。

當(dāng)電磁波從天線向周圍空間發(fā)射時(shí)，會(huì)遇到不同的目標(biāo)。到達(dá)目標(biāo)的電磁波能量的一部分（自由空間衰減）被目標(biāo)吸收，另一部分以不同的強(qiáng)度散射到各個(gè)方向上去。反射能量的一部分最終會(huì)返回發(fā)射天線，稱之為回波。在雷達(dá)技術(shù)中，可用這種反射波測(cè)量目標(biāo)的距離和方位。

對(duì)RFID系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，可以采用電磁反向散射耦合工作方式，利用電磁波反射完成從電子標(biāo)簽到閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸。這種工作方式主要應(yīng)用在915MHz、2.45GNz或更高頻率的系統(tǒng)中。

（2）RFID反向散射耦合方式

一個(gè)目標(biāo)反射電磁波的頻率由反射橫截面來(lái)確定。反射橫截面的大小與一系列的參數(shù)有關(guān)，如目標(biāo)的大小、形狀和材料，電磁波的波長(zhǎng)和極化方向等。由于目標(biāo)的反射性能通常隨頻率的升高而增強(qiáng)，所以RFID反向散射耦合方式采用特高頻和超高頻，應(yīng)答器和讀寫器的距離大于1 m。讀寫器、應(yīng)答器（電子標(biāo)簽）和天線構(gòu)成了一個(gè)收發(fā)通信系統(tǒng)。

RFID反向散射耦合方式的原理

4、聲表面波標(biāo)簽的識(shí)別原理

（1）聲表面波器件

聲表面波（Surface Acoustic Wave，SAW）器件以壓電效應(yīng)和與表面彈性相關(guān)的低速傳播的聲波為依據(jù)。SAW器件的體積小、重量輕、工作頻率高、相對(duì)帶寬較寬，并且可以采用與集成電路工藝相同的平面加工工藝，制造簡(jiǎn)單，重獲得性和設(shè)計(jì)靈活性高。

聲表面波器件具有廣泛的應(yīng)用，如通信設(shè)備中的濾波器。在RFID應(yīng)用中，聲表面波應(yīng)答器的工作頻率目前主要為2.45GHz。

聲表面波應(yīng)答器的基本結(jié)構(gòu)

（2）聲表面波RFID的原理

SAW標(biāo)簽由叉指換能器和若干反射器組成，換能器的兩條總線與電子標(biāo)簽的天線相連接。閱讀器的天線周期地發(fā)送高頻詢問脈沖，在電子標(biāo)簽天線的接收范圍內(nèi)，被接收到的高頻脈沖通過(guò)叉指換能器轉(zhuǎn)變成聲表面波，并在晶體表面?zhèn)鞑ァ７瓷淦鹘M成對(duì)入射表面波部分反射，并返回到叉指換能器，叉指換能器又將反射脈沖串轉(zhuǎn)變成高頻電脈沖串。由于聲表面波的傳播速率低，有效的反射脈沖串在經(jīng)過(guò)及微妙的延遲時(shí)間后才回到閱讀器。

聲表面波的傳播

（3）聲表面波RFID系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

1. 標(biāo)簽編碼容量與作用距離
2. 應(yīng)答器和讀寫器的配合
3. 應(yīng)用小型低成本且適合待識(shí)別物品的電子標(biāo)簽天線
4. 封裝

由于標(biāo)簽附著的物品和使用環(huán)境千差萬(wàn)別，所以其封裝結(jié)構(gòu)各有特色，它們都必須達(dá)到以下幾個(gè)要求。

1. 保證壓電芯片在工作壽命期間能耐受外部環(huán)境應(yīng)力及其變化，不造成性能惡化。
2. 至少不能影響或極少影響標(biāo)簽天線的高頻電磁波接收效果。
3. 固定于待識(shí)別物的方法簡(jiǎn)單、附著牢靠，不明顯損傷該物品。
4. 外型美觀，對(duì)于待識(shí)別物和諧，并滿足安全和保護(hù)環(huán)境等要求。

（4）聲表面波RFID的優(yōu)點(diǎn)

由于SAW器件本身工作在射頻波段，無(wú)源且抗電磁干擾能力強(qiáng)，所以SAW技術(shù)實(shí)現(xiàn)的電子標(biāo)簽具有一定的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，是對(duì)集成電路（IC）技術(shù)的補(bǔ)充。

聲表面波RFID的主要特點(diǎn)有：

1. 讀取范圍大且可靠，可達(dá)數(shù)米；
2. 可使用在金屬和液體產(chǎn)品上；
3. 標(biāo)簽芯片與天線的匹配簡(jiǎn)單，制作工藝成本低；
4. 不僅能識(shí)別靜止的物體，而且能識(shí)別速度達(dá)300km/h的高速運(yùn)動(dòng)物體。
5. 可在高溫差（-100℃～300℃）、強(qiáng)電磁干擾等惡劣環(huán)境下使用。

RFID技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

1、優(yōu)點(diǎn)：

• RFID芯片與RFID讀卡器對(duì)水、油和化學(xué)藥品等物質(zhì)具有很強(qiáng)抵抗性。
• 信息的讀取上并不受芯片尺寸大小與形狀限制，不需為了讀取精確度而配合紙張的固定尺寸和印刷品質(zhì)，而且，RFID標(biāo)簽正往小型化與多樣形態(tài)發(fā)展，以應(yīng)用于不同產(chǎn)品。
• RFID技術(shù)識(shí)別相比傳統(tǒng)智能芯片更精確，識(shí)別的距離更靈活。可以做到穿透性和無(wú)屏障閱讀。
• RFID芯片標(biāo)簽可以重復(fù)地新增、修改、刪除內(nèi)部?jī)?chǔ)存的數(shù)據(jù)，方便信息的更新。
• 內(nèi)部數(shù)據(jù)內(nèi)容經(jīng)由密碼保護(hù)，使其內(nèi)容不易被偽造及變?cè)臁?/li>
• RFID芯片數(shù)據(jù)容量很大，而且隨著技術(shù)發(fā)展，容量還有增大的趨勢(shì)。

2、缺點(diǎn)：

• 技術(shù)成熟度不夠。RFID技術(shù)出現(xiàn)時(shí)間較短，在技術(shù)上還不是非常成熟。由于超高頻RFID電子標(biāo)簽具有反向反射性特點(diǎn)，使得其在金屬、液體等商品中應(yīng)用比較困難。
• 成本高。RFID電子標(biāo)簽相對(duì)于普通條碼標(biāo)簽價(jià)格較高，為普通條碼標(biāo)簽的幾十倍，如果使用量大的話，就會(huì)造成成本太高，在很大程度上降低了市場(chǎng)使用RFID技術(shù)的積極性。
• 安全性不夠強(qiáng)。RFID技術(shù)面臨的安全性問題主要表現(xiàn)為RFID電子標(biāo)簽信息被非法讀取和惡意篡改。
• 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。RFID技術(shù)目前還沒有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，而且市場(chǎng)上多種標(biāo)準(zhǔn)并存，致使不同企業(yè)產(chǎn)品的RFID標(biāo)簽互不兼容，進(jìn)而在一定程度上造成RFID技術(shù)的應(yīng)用的混亂。