物联网导论论文

物联网感知层之RFID

技术的研究

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前言

“如果你没有身份证，你就根本不存在”。这句简单的叙述突显了RFID技术的价值。 “身份”尤其是展现个体差异性的根本及必要条件。

RFID是一项既简单又复杂的技术，它可以让任何的“标的物“(OOI)成为辨识对象。使用具有唯独识别编码的RFID 标签，其应用除了可简单黏贴标签于实体外，易可将标签嵌入至”标的物”(OOI)来做辨识。 RFID是一种无线射频技术，是透过标签与读取器之间天线完成传输。借此方式，可轻易的获得”标的物”(OOI)上标签相关讯息。

关键字

RFID 标签 阅读器 磁场 射频信号

正文

1 什么是RFID

随着科学技术的不断发展，射频通信等技术的不断成熟，射频识别技术（简称RFID）从上世纪90年代开始悄然兴起。由于具有存储量大、可读写、识别距离远识别速度快、可同时识别多个对象、使用寿命长、环境适应性强等特点，射频识别技术开始受到越来越多的关注，尤其是在物流业中，射频识别更是应用广泛。那么什么是射频识别技术呢？射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别的目的

射频识别技术的特点是射频识别技术具有体积小、信息量大、寿命长、可读写、保密性好、抗恶劣环境、不受方向和位置影响、识读速度快、识读距离远、可识别高速运动物体、可重复使用等特点，支持快速读写、非可视识别、多目标

识别、定位及长期跟踪管理。RFID技术与网络定位和通信技术相结合，可实现全球范围内物资的实时管理跟踪与信息共享。

RFID是一种突破性的技术：“第一，可以识别单个的非常具体的物体，而不是像条形码那样只能识别一类物体；第二，其采用无线电射频，可以透过外部材料读取数据，而条形码必须靠激光来读取信息；第三，可以同时对多个物体进行识读，而条形码只能一个一个地读。

典型的 RFID 系统一般由 RFID标签（Tag）、阅读器（Reader）、天线以及计算机系统/网络等部分组成。RFID 标签中保存着约定格式的编码数据，用以唯一标识标签所附着的物体；天线是阅读器和标签之间信号和能量传递的中介，负责以一定的辐射范围和角度向外发送和接受电磁波。对于常见的RFID系统，阅读器和天线多是分离的，这样便于天线角度的布置以及一个阅读器同时连接多台天线;阅读器通过天线与标签通信，获得标签中编码，并将这些编码送往后台计算机系统/网络处理，达到对目标进行自动识别的目的。 2 RFID系统的组成

简单来说，RFID系统=标签+阅读器+应用软件+天线。这里主要对前三个进行描述。

一，RFID标签俗称电子标签，依据供电方式的不同，电子标签可以分为有源标签、半有源标签和无源标签三种。有源标签由电池供电，它会间歇性(频度可以设置)地向外主动发送包含自身ID信息或其他数据信息的电磁波，处于侦听状态的阅读器接收到该电磁波信号即可按照约定规则解调得到可被利用的数据。半有源标签虽有电池供电，但其自身并不主动发送电磁波，而是等待有阅读器电磁波信号激励的时候，半有源标签才在电池辅助的状态下进行电磁波调制并发回

阅读器。对于无源标签系统，首先根据上层软件需求，应用软件系统向阅读器发送相应指令，阅读器响应指令并通过天线向外辐射电磁波。处在该阅读器识读范围内的标签接受电磁波激励，将其一部分能量整流为直流电源供标签内部电路工作，而另一部分电磁波被标签内部保存的数据按照约定的调制方式进行信息调制(反射调制或反向散射调制)后发回阅读器。阅读器接收调制信号并解调得到预期数据并传给应用软件执行相应操作。

二，阅读器也称读写器，是对RFID标签进行读/写操作的设备，主要包括射频模块和读写模块两部分。射频模块用于发送和接收数据。读写模块接收射频模块传输的信号，译码后获得标签内信息，或将要写入标签的信息译码后传给射频模块，完成写标签操作。

三，应用软件系统是整个RFID系统的神经中枢，阅读器和标签的所有行为均由应用软件来控制完成。 3 RFID系统的基本工作原理

标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（Passive Tag，无源标签或被动标签），或者主动发送某一频率的信号（Active Tag，有源标签或主动标签）；解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。

以无源标签为例，在此简明的介绍一下其工作原理： 1. 读写器通过天线发射射频信号 2. 应答器产生感应电流并被激活 3. 应答器通过内置天线发射信息 4. 读写器天线接收应答器的载波信号

5. 读写器对接收的信号进行解调和解码 6. 读写器将合法的信息传送至后台主机 4 电子标签的分类

电子标签作为RFID系统中重要的一环，在整个系统实现功能的过程中起着至关重要的作用，下面就来简单的说一下电子标签的分类。

电子标签依据频率的不同可分为低频电子标签、高频电子标签、超高频电子标签和微波电子标签， 低频（30～300kHz）读卡距离在10厘米之内，最远不超过一米。 高频（3～30MHz）读卡距离一般情况小于10CM，最远不超过一米。超高频（300MHz～3GHz），微波（2.45G以上）射频识别距离一般大于1m，典型情况为4~6m，最大可达10m以上。

标签与阅读器之间的耦合方式（主要有两种）：

（1）电磁感应即所谓的变压器模型，通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电磁感应定律。电磁感应方式一般适合于中、低频工作的近距离射频识别系统。电磁感应系统识别距离一般较近，典型工作频率125kHz, 225kHz, 13.56MHz，典型作用距离为10～20cm。

（2）电磁反向散射耦合即所谓的雷达原理模型，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规律。电磁反向散射耦合方式一般适合于超高频、微波工作的远距离射频识别系统。电磁传播系统识别距离较远，典型工作频率为433MHz,915MHz,2.45GHz,5.8GHz，典型工作距离为3～10m。 5 RFID的具体应用

1、物流：物流过程中的货物追踪，信息自动采集，仓储应用，港口应用，快递。

2、零售：商品的销售数据实时统计，补货，防盗 。 3、制造业：生产数据的实时监控，质量追踪，自动化生产。

4、服装业：自动化生产，仓储管理，品牌管理，单品管理，渠道管理 。 5、医疗：医疗器械管理，病人身份识别，婴儿防盗。 6、身份识别：电子护照，身份证，学生证等各种电子证件。 7、防伪：贵重物品（烟，酒，药品）的防伪，票证的防伪等。 8、资产管理：各类资产（贵重的或数量大相似性高的或危险品等）。 9、交通：高速不停车，出租车管理，公交车枢纽管理，铁路机车识别等 。 10、食品：水果，蔬菜，生鲜，食品等保鲜度管理。 11、动物识别：训养动物，畜牧牲口，宠物等识别管理。 12、图书馆：书店，图书馆，出版社等应用。 13、汽车：制造，防盗，定位，车钥匙。 14、航空：制造，旅客机票，行李包裹追踪 。

15、军事：弹药，枪支，物资，人员，卡车等识别与追踪。

为了更加清晰明了地阐述RFID，在此举一个台湾率先应用RFID技术的案例。

台湾对RFID的推行从2003年开始，2004年成为全面启动的一年。台湾的“经济部”提出的关于信息技术，2008年之前的规划中把RFID的推行也作为一个重点。他们主要在岛内医院的以下几个方面应用RFID技术应用RFID到台湾医疗产业当中，我们总结取得了以下效益：

(1)在取药过程当中，透过即时的警告，提高药品取药和用药的正确性。 (2)增加原有的鉴定技术所涵盖的信息，现在可以包含药品剂量、剂型、血

袋血型、温度、急救医疗病人位置、急救类型、住院病人的身份确认等。

(3)提高在药品、血液、大量病人身份辨识的准确性，住院病人需要急救时即时通报照护人员，强化病人的安全。

(4)减少了护士的工作负担、透过血液调拨有效利用珍贵资源、增加急救医疗调度的时效性、对住院病人的护理品质。

(5)提高管制药品、血袋流向、急救医疗资源的透明度，管制药品运送授权和实体验证，降低了使用假冒药品的可能。

总结

对于RFID我只是一个初学者，但是RFID给我们带来的便利却是有目共睹的：从一开始大家对RFID的茫茫然，到现在RFID走进了千家万户，大到军事医疗，小到购物出行，无一不见RFID的身影。

物联网世界已初见端倪，近年来，RFID技术也极大地增加物联网的功能，丰富了物联网的内涵，物联网的发展也推动了RFID技术的发展应用，如针对生鲜食品、药物等“物”对物联网提出的特殊要求， RFID标签不但能够提供商品的静态信息，还能提供商品所在位置以及周围的温度、湿度等动态信息，大大提高了RFID标签的智变度。

物联网能带来的经济效益与社会效益已被越来越多的人所认知，不少国家、企业、研究机构都投入积极发展与推广这一技术。

目前采用RFID感知层的物联网已实现了“人与人”通信与“人与物”通信，但要在未来的物联网中要实现“物与物”通信与互动，必须提升装在“物”上使“物”智能化的RFID标签的智能化水平。此外，标准化、互操作性、协议、法规以及连接技术等，仍有待提升和完善。

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