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RFID技术及其所面临的挑战

来源:网络与通信/何颖 邝育军?? 2007年08月10日 ?? 收藏0

摘要 无线射频识别(RFID)是利用射频通信实现的非接触式自动识别技术,可工作于各种恶劣环境,通过附着在物体上的标签,能迅速识别多个高速运动的物体。由于它的快速识别的特点,RFID技术越来越受到各大厂商的青睐,它在仓储物流、产品防伪、产品流通及产品维护追踪等领域有着极大的应用潜力。文章分析了RFID技术的基本原理,介绍了它在供应链管理、安全与身份识别及移动追踪等领域的应用。RFID技术也面临很多挑战,有待进一步研究。

  0、引言

  近年来,无线射频识别(RFID)技术逐渐成为一种主流应用技术,该技术使快速物品识别成为可能。RFID技术与早期的条形码识别技术不同,它不需要近距离使用读码器,通过射频信号,可以实现远距离识别。RFID标签还可以将产品生产商、产品类型以及环境变量等各种信息作为身份的标识,不必像条形码那样使用斑马线标签。另外,RFID系统还能从不同方向自动识别RFID标签,与条形码识别相比,极大提高了识别速率。

  尽管RFID在诞生之初就展现出很大优势,但其高昂的费用阻碍了它在商业上的应用。随着电子工业的进步、电子设备的集成化和小型化,使RFID 设备成本逐步下降,因而使它具有了与传统的条形标签相竞争的能力。在某些大型商业场所,RFID对于商品监管的优势是普通识别技术难以比拟的。

  1、RFID原理

  RFID是一种非接触式的自动识别技术,它利用射频信号通过电感耦合或电磁耦合自动识别目标对象,并获取相关数据。标签是RFID技术的关键部分。RFID标签含有一个发送应答机,可以向RFID阅读器发送特定信号,绝大多数的RFID标签都有一个ID序列号(如SKU码)。阅读器在收到ID号后可以从数据库中检索相关数据,并按指示进行操作。RFID标签也可以具有可读写的存储器,用于存储向不同阅读器发送的信息,这些信息用于对贴附标签的物体进行识别。RFID系统原理如图1所示。

RFID系统原理

图1 RFID系统原理

  RFID标签按是否有源分为主动式标签和被动式标签。主动式RFID标签自带电源(如板载电池),被动式标签的能源则利用电磁感应通过读写器获取。同样,读写器也根据所读取标签的类型分为主动式读写器和被动式读写器。

  1.1 主动式标签

  主动式标签内部自带电池进行供电,具有可读写的特性。由于自带电源,主动式标签能传输较强信号,因而具有更远的读写距离。但是板载电源会使标签体积变大而且更加昂贵,所以主动RFID系统一般用于大型航空工具以及普通交通工具等的远距离识别。低功耗的主动标签通常比一副扑克稍大。主动标签可以在物体未进入识别距离时处于休眠状态。也可以处于广播状态持续向外广播信号。

  由于自带电源,主动标签能在较高的频率下工作,如455MHz、2.45GHz及5.8GHz等,这取决于实际的识别距离和存储器需求。在这些频率下,读写器可以在20m~100m的范围内工作。

  1.2 被动式标签

  被动式标签内部不带电池,从读写器产生的磁场中获得工作所需的能量。当标签进入读写器的识别范围后,标签通过天线感知电磁场变化,由电磁感应产生感应电流,标签通过集成的电容保存产生的能量。当电容蓄积了足够的电荷后,RFID标签就可以利用电容提供的能量向读写器发送带有标签ID信息的调制信号。由于被动式标签自身不带电源,因而比主动标签价格要低很多,在美国,通常一个标签花费20美分左右。随着微电子技术的不断进步,可以将标签做得更小、更便宜。由于价格上的优势,它比主动式标签具有更广的应用领域。

  除了价格低之外,被动标签还非常小。但目前的天线技术会限制标签的大小,标签越大有效识别距离越远。目前的被动标签一般都只有2K左右的内存,由于内存有限,除了存储ID信息和一些历史信息外,不能存储特别复杂的有用信息,因而在一定程度上限制了其应用领域。随着RFID技术的不断进步,标签能存储的信息容量将会不断增加,从而能存储较复杂的信息。

  被动标签与读写器之间通信的ID信息一般通过高频和低频方式调制实现。在低频调制方式下(低于100MHz),标签电容配合电感线圈,根据标签 ID信息改变信号强度,并向外辐射,变化的快慢受调制频率的影响。在高频(高于100MHz)方式下,标签使用背向散射方式发送信号,这使得天线在内部电路的影响下是变阻抗的。当阻抗发生改变时,天线会向外辐射射频信号,读写器便可以获取并解调信号。被动标签工作频率一般为128kHz、13.6MHz、 915MHz以及2.45GHz等,识别距离因而在几十cm到几m不等。系统频率的选取一般由环境因素、传输介质及识别范围需求所决定。


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