无线射频识别技术研究
山西科技 SHANXISCIENCEANDTECHNOLOGY2009年第1期 1月20日出版
p信息技术
无线射频识别技术研究
付 俊
(东南大学仪器科学与工程学院,江苏南京,210018)
摘 要:无线射频识别(RFID)技术是当前研究的一个热点。文章论述了RFID技术的基本特点
和工作原理,总结了RFID技术的发展历程和典型应用,并预测了RFID技术的发展前景。
关键词:无线射频识别;自动识别;读写器;标签中图分类号:TP277 文献标识码:A 无线射频识别技术(RadioFrequencyIdentification,简写作
RFID)是一种非接触的自动识别技术。其基本原理是利用射频信号和空间耦合(电感或电磁耦合)传输特性,在有效的空间范围内实现对被标识物体所携带信息的自动化提取与识别。
2004年初,美国CNN公布当年对人类生活产生巨大影响的十项技术中,RFID技术位列第三。2005年,RFID技术被著名IT技术咨询公司Gartner列为当年十大热门技术之一。RFID技术的出现引起了全世界范围的广泛关注,世界各国的科研机构和大学对RFID技术投入了极大的热情。作为一项具有广泛应用前景的技术,RFID技术越来越多地被应用于社会、经济、国防等众多领域,并发挥了重要作用,极大地提升了行业的管理效率和商业价值。可以预测,RFID技术将成为未来改变人类生活的一项重要技术。1 RFID技术的工作原理
RFID系统一般可分为硬件组件和软件组件两个部分。硬件组件由标签(Tag)和读写器(Reader)组成(如图1所示)。标签是一个微型的无线收发装置,其内保存有数据,当读写器查询时它会发送数据给读写器。读写器是一个捕捉和处理标签数据的装置,同时还负责与后台处理系统接口
。
图1 RFID系统硬件组件示意图
软件组件包括RFID系统软件、RFID中间件、后台应用程序。RFID系统软件是在标签和读写器之间进行通信所必需的功能集合。RFID中间件是在读写器和后台处理系统之间运行的一组软件,它是标签和读写器上运行的RFID系统软件和在后台处理系统上运行的应用软件之间的桥梁。后台应用程序接收由标签发出,经过读写器和RFID中间件处理过滤后的标作者简介:付 俊,男,1985年2月出生,在读硕士研究生,210018,江苏省南京市进香河路35号东南大学群英楼1117室
收稿日期:2008-10-13
#22#
文章编号:1004-6429(2009)01-0022-02
准化的数据。
RFID系统中标签和读写器之间的数据通信一般通过两种方式进行。1.1 电感耦合
使用感应磁场进行能量传递和数据交换。它所使用的原理和变压器的工作原理相同。读写器天线产生一个电磁场,标签线圈通过该电磁场感应出电压,以提供标签工作的能量。从读写器到标签的数据传递是通过改变传输场的一个参数(幅度、频率或相位)来实现的。从标签返回的数据传输通过改变场的负载来实现(幅度和P或相位)。该耦合方式适合于近场耦合,用于中、低频工作的近距离无线射频识别系统。典型的工作频段有:125kHz、225kHz和3.56MHz,识别距离小于1m,典型作用距离为10~20cm。1.2 电磁反向散射耦合
与雷达原理模型类似,发射后的电磁波碰到目标后被反射回来,同时带来目标信息,依据的是电磁波的空间传播规律,主要用于超高频段和微波频段。2 RFID技术的发展历程
RFID技术起源于第二次世界大战时期的飞机雷达探测技术。二战期间,英国空军受到雷达工作原理的启发开发了敌我飞机识别系统(IFF,Identification,FriendorFoe),希望被物体反射回来的雷达无线电波信号中能够包含敌我识别的信息,从而避免误伤己方飞机,但当时的应用仅仅是一种加密的ID号而已。
雷达的改进和应用催生了RFID技术。1848年,HarryStockman在无线电工程师协会学报上发表论文5利用能量发射进行通信6(CommunicationbyMeansofReflectedPower),奠定了RFID技术的理论基础,成为RFID理论领域的不朽之作。
20世纪50年代是RFID技术研究和应用的探索阶段,远距离信号转发器的发明扩大了敌我识别系统的识别范围。F#L提出/微波零差应用0的设想,D#B也申请了/带可调制无源应答器的无线传输系统0的发明专利。
20世纪60年代,RFID技术的理论得到发展,开始了一些应用尝试。一些公司引入RFID技术开发电子商品监视设备来保护财产,如商店的衣服、图书馆的图书等。
20世纪70年代,RFID技术处于一个大发展时期,各种RFID技术测试得到加速,并出现了一些最早的应用。美国Raytheon公司(美国国防公司)于1973年推出了/RayTag(射标)0,Fairchild公司(美国精密仪器公司)于1978年开发了/被动编码的微波发射机0等。在欧洲,瑞典AlfaLaval公司、荷兰Nedap公司等都开发了各自的用于动物标记的RFID系统。
付 俊:无线射频识别技术研究
20世纪80年代,RFID技术更为成熟,进入商业应用阶段,各种规模应用开始出现。从美国的铁路车辆识别到欧洲的跟踪家畜,都使用了RFID技术。此外,RFID技术还用于野生动物的研究,用RFID标签跟踪罕见或濒危的物种,可以尽可能少地影响它们的自然习惯。
20世纪90年代,电子自动收费系统的大规模应用可以看作是RFID技术发展中的重要里程碑。1991年,美国俄克拉荷马州出现了世界上第一个开放式高速公路电子收费系统。随后,电子自动收费系统在大西洋两岸流行开来,在意大利、法国、西班牙、葡萄牙、挪威和美国的纽约、达拉斯、新泽西都得到应用。值得一提的是,90年代中期,中国铁道部使用RFID技术作为铁路车号自动识别系统中/货车自动抄车号0的最佳解决方案。
进入21世纪,由于两个事件的发生,RFID技术越来越引起了人们的普遍关注。一是世界零售业巨头沃尔玛(Wal-Mart)公司宣布,到2005年6月在其供应链管理体系中逐步推广使用RFID技术,要求供货商在包装箱和托盘上使用RFID技术。二是美国国防部(DoD,DepartmentofDefense)于2003年10月做出决定,采用RFID技术对所有军用物资进行管理,以提高数据质量和管理水平。沃尔玛和美国国防部对RFID技术的推广应用使人们开始认识到RFID技术的优势,极大地推动了RFID技术的研究与应用。3 RFID技术的应用
RFID技术由于具有非直接接触、可读写以及可实现多标签同时识别的特性而得到了广泛的应用。下面介绍RFID技术在军事、供应链和物流、交通管理、动物管理等四个方面的典型应用。
3.1 在军事方面的应用
RFID技术的相关研究最早起源于军事领域。二战期间,英国空军开发了敌我飞机识别系统(IFF),通过被物体反射回来的雷达无线电波信号识别敌我信息,从而避免误伤己方飞机,但当时的应用仅限于一种加密的ID号而已。
2003年10月,作为全球最大的采购商之一,美国国防部要求其供应商采用RFID技术供货。美军的各种物资必须进行全球范围内的运输,包括装备、营房、食品和服装等。RFID技术已经成为美军解决复杂物流问题的有效技术手段。受美军的鼓舞与启发,其他国家的军方也开始研究RFID技术在军事上的应用,如结合RFID技术和GPS技术的空投物资搜索系统等。3.2 在供应链和物流方面的应用
RFID技术在供应链上得到了广泛的应用。借助RFID技术,企业可以在产品供应链上的每个环节发挥有效的管理作用,实现物料供应、生产、储存、包装及物流、货运出境、船务运输、存货控制及零售等各个环节的管理,加快物流速度,改善生产效率,促进贸易活动。
2009年第1期 1月20日出版
2003年,世界最大的连锁超市美国沃尔玛公司要求100家最大的供应商最迟到2005年1月,在商品包装上必须使用RFID标签,余下的供应商最迟在2006年1月前采用该技术。据Deloitte研究中心的分析和预测,从2006年开始,供应链成为推动RFID技术的主要产业,而且每年都在高速增长。预计到2009年,约70%的RFID应用都在供应链中。3.3 在交通管理方面的应用
RFID技术在交通管理领域得到了成功的应用,包括停车场管理、不停车收费、车辆年检、车辆进出管理等。一套完整成熟的交通管理,可以降低运营成本,提高通行效率,这对运营者和行车人来说都具有重要意义。
1993年,美国纽约市、新泽西州和宾夕法尼亚州的几家收费站联合发起研制的不停车收费系统(E-ZPassInteragency)易通卡在纽约高速公路上首次亮相。易通卡由于具有不用停车交费、不用找零钱、不用任何收费票据、等待时间短等优点,于1997年覆盖了纽约的全部高速公路。目前,我国已经试点开设了几条RFID不停车收费系统。3.4 在动物管理方面的应用
在动物皮下植入RFID标签,或给动物戴上带有RFID标签的项圈或耳标,可以用于动物种群的管理和监测,防止疾病和疫情的发生,同时在肉制品进入市场时也可以起到监测食品安全的作用。
2003年,美国华盛顿发现首例疯牛病后,美国农业部启动了命名为/全国动物识别系统0的项目。该计划采用RFID技术,对所有牲畜进行连续跟踪,其信息被记录在一个全国性数据库。美国农业部宣称于2009年全面铺开该系统。2005年底,上海市利用RFID技术实现了对进入上海市场动物产品的有效监督和管理。4 结束语
作为一种自动识别技术,RFID技术是结合了无线电、计算机及芯片制造等多学科的新技术。有人称其为一项具有革命性的技术,其带来的经济效益开始呈现在世人面前。RFID技术的应用领域广泛,发展迅速,在市场需求的推动下正逐步走向成熟。
参考文献
[1] 谭 民,刘 禹,曾隽芳,等.RFID技术系统工程与应用
指南[M].北京:机械工业出版社,2007.
[2] 宁焕生,张 彦,等.RFID产品研发及生产关键技术[M].
北京:电子工业出版社,2007.
[3] 陈新河.无线射频识别发展技术综述[J].信息技术与标
准化,2005(7).
[4] 周晓恺,王文杰,李彦熹.无线射频识别技术国内应用现
状与前景探讨[J].技术与市场,2005(8).
ResearchonRadioFrequencyIdentificationTechnology
FuJun
ABSTRACT:RadioFrequencyIdentificationTechnology(RFID)isresearchedmore.Thispaperdiscussesitsbasiccharacteristicsand
workingprinciple,summarizesitsdevelopingprocessandtypicalapplicationsandpredictsitsdevelopingprospect.
KEYWORDS:radiofrequencyidentification;automaticidentification;reader;tag
#23#