深度分析RFID標簽技術(shù)原理、優(yōu)勢及運用設想

摘要：目前，假冒偽劣產(chǎn)品還在進(jìn)一步蔓延，數量和范圍也呈現擴大趨勢，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(huì )主義市場(chǎng)經(jīng)濟的需要，是擴大開(kāi)放、發(fā)展對外貿易、保證國家經(jīng)濟有序發(fā)展的需要，是凈化市場(chǎng)、維護企業(yè)和消費者利益的需要。RFID技術(shù)作為一項先進(jìn)的自動(dòng)識別和數據采集技術(shù)，在目前的防偽、物流、公共安全管理等方面起著(zhù)重要的作用，并有望成為未來(lái)防偽、物流、公共安全管理等方面領(lǐng)域的先鋒。

作者：佚名 來(lái)源：公眾號/鴻順捷

      我國市場(chǎng)經(jīng)濟迅速發(fā)展，使商品流通市場(chǎng)日趨活躍。但是，由于我國法制尚不健全，市場(chǎng)尚不規范，國內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(chǎng)。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。這嚴重擾亂了社會(huì )市場(chǎng)經(jīng)濟秩序，阻礙了我國經(jīng)濟健康發(fā)展。目前，假冒偽劣產(chǎn)品還在進(jìn)一步蔓延，數量和范圍也呈現擴大趨勢，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(huì )主義市場(chǎng)經(jīng)濟的需要，是擴大開(kāi)放、發(fā)展對外貿易、保證國家經(jīng)濟有序發(fā)展的需要，是凈化市場(chǎng)、維護企業(yè)和消費者利益的需要。RFID技術(shù)作為一項先進(jìn)的自動(dòng)識別和數據采集技術(shù)，在目前的防偽、物流、公共安全管理等方面起著(zhù)重要的作用，并有望成為未來(lái)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))是應用電磁感應、無(wú)線(xiàn)電波或微波進(jìn)行非接觸式雙向通信，以達到識別目的并交換數據的自動(dòng)識別技術(shù)。1948年哈里·斯托克曼(HarryStockman)在無(wú)線(xiàn)電工程師協(xié)會(huì )(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。這種技術(shù)從20世紀80年代中期開(kāi)始出現，并隨著(zhù)大規模集成電路技術(shù)的成熟，射頻識別系統的體積大大縮小，因此才進(jìn)入實(shí)用化的階段。RFID可以歸入短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，與其他短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)WLAN、藍牙、紅外、ZIGBEE、UWB相比最大的區別在于RFID的被動(dòng)工作模式，即利用反射能量進(jìn)行通信。

　　1.RFID系統的工作原理

　　RFID系統由以下幾部分組成：①電子標簽，由芯片和標簽天線(xiàn)組成，通過(guò)電感偶合或電磁反向散射原理與讀寫(xiě)器進(jìn)行通信。②讀寫(xiě)器，是讀/寫(xiě)標簽信息的設備，作為數據采集的終端，讀寫(xiě)器還需要與中間件進(jìn)行數據交換。③天線(xiàn)，是為標簽和讀寫(xiě)器提供射頻信號空間傳播的設備。④中間件，是連接RFID設備和企業(yè)應用程序的紐帶，也是RFID應用系統的核心。

　　RFID系統的工作原理如下：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(xiàn)向外發(fā)送，進(jìn)入閱讀器工作區域的電子標簽接收此脈沖信號，卡內芯片中的有關(guān)電路對此信號進(jìn)行調制、解碼、解密，然后對命令請求、密碼、權限等進(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、調制后通過(guò)卡內天線(xiàn)再發(fā)送給閱讀器，閱讀器對接收到的信號進(jìn)行解調、解碼、解密后送至中央信息系統進(jìn)行有關(guān)數據處理;若為修改信息的寫(xiě)命令，有關(guān)控制邏輯引起的內部電荷泵提升工作電壓，提供擦寫(xiě)EEP-ROM中的內容進(jìn)行改寫(xiě)，若經(jīng)判斷其對應的密碼和權限不符，則返回出錯信息。

　　2.RFID的優(yōu)點(diǎn)

　　智能標簽也有人稱(chēng)之為無(wú)線(xiàn)射頻識別標簽，它是標簽領(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，將逐步替代傳統的產(chǎn)品標簽和條形碼。智能標簽是標簽領(lǐng)域的新秀，它具有超越傳統標簽的功能，是電子和計算機等高新技術(shù)在標簽印制上的結晶。RFID標簽是智能標簽的一種。表1將RFID標簽和磁卡、IC卡及傳統的條形碼等同期或早期的自動(dòng)識別技術(shù)進(jìn)行了對比。

　　RFID標簽具有很好的綜合性能，它的優(yōu)勢主要體現在：

　?、倜總€(gè)RFID標簽都與一個(gè)全球唯一的ID號碼對應。該ID號碼是在制作RFID標簽生產(chǎn)過(guò)程中寫(xiě)入存儲器中，一旦寫(xiě)入就無(wú)法修改，不易復制。

　?、赗FID標簽與RFID讀寫(xiě)器是通過(guò)無(wú)線(xiàn)進(jìn)行傳輸的，可以識別高速、移動(dòng)、多物體，因此標簽可以在沒(méi)有任何機械磨損的情況下被多次讀取，同時(shí)可以被讀寫(xiě)器快速批量讀取。

　?、跼FID標簽是采用大規模集成電路技術(shù)設計的芯片。這種芯片無(wú)論設計與制造都是技術(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(shí)RFID技術(shù)與密碼技術(shù)相結合，從軟件破譯方面也增大了造假者的成本。

　?、躌FID標簽的讀取具有非接觸、對環(huán)境適應能力強、可同時(shí)讀取多個(gè)標簽、讀取速度快等突出特點(diǎn)。因此RFID防偽技術(shù)不僅可以應用于名煙、名酒等名貴消費類(lèi)產(chǎn)品上，也可以應用到工業(yè)、農業(yè)、交通運輸相關(guān)產(chǎn)品上。

　?、軷FID防偽的一個(gè)天然優(yōu)勢是結合物流進(jìn)行防偽。通過(guò)追蹤產(chǎn)品的供應鏈，結合分布式數據庫的管理，實(shí)現對產(chǎn)品的追根溯源。

　　3.RFID技術(shù)的國內外發(fā)展現狀

　　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。按照工作頻率的不同分類(lèi)，RFID標簽可以分為低頻(LF)、高頻(HF)、超高頻(UHF)和特高頻(SHF)等不同種類(lèi)。其中，低頻近距離RFID系統主要集中在125KHz、13.56MHz系統;高頻遠距離RFID系統主要集中在UHF頻段(902MHz—928MHz)915MHz、2.45GHz、5.8GHz。UHF頻段的遠距離RFID系統在北美得到了很好的發(fā)展;歐洲的應用則以有源2.45GHz系統得到了較多的應用。5.8GHz系統在日本和歐洲均有較為成熟的有源RFID系統。

　　我國在RFID技術(shù)的研究方面也發(fā)展很快，市場(chǎng)培育已初步開(kāi)花結果。比較典型的是在中國鐵路車(chē)號自動(dòng)識別系統建設中，推出了完全擁有自主知識產(chǎn)權的遠距離自動(dòng)識別系統。經(jīng)過(guò)多年的現場(chǎng)運行考驗，鐵路車(chē)號自動(dòng)識別系統工程于1999年全面投入建設。經(jīng)過(guò)兩年左右的建設與試運行，目前鐵路車(chē)號自動(dòng)識別系統工程已發(fā)揮出了系統設計功能，圓了鐵路人的夢(mèng)想，并且其輻射與滲透到其他應用方面的作用日漸明顯。在近距離RFID應用方面，許多城市已經(jīng)實(shí)現了公交射頻卡作為預付費電子車(chē)票、預付費電子飯卡等應用。在RFID技術(shù)研究及產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方面，國內已具有了自主開(kāi)發(fā)低頻、高頻與微波RFID電子標簽與讀寫(xiě)器的技術(shù)能力及系統集成能力。與國外RFID先進(jìn)技術(shù)之間的差距主要體現在RFID芯片技術(shù)方面。盡管如此，在標簽芯片設計及開(kāi)發(fā)方面，國內已有多個(gè)成功的低頻RFID系統標簽芯片面市。

　　二、RFID技術(shù)的應用

　　RFID智能標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)在防偽方面的應用

　?、僮C件防偽。目前國際上在護照防偽、電子錢(qián)包等方面已可以在標準護照封面或證件內嵌入RFID標簽，其芯片同時(shí)提供安全功能并支持硬件加密，符合ISO14443的國際標準。國內在此領(lǐng)域也已經(jīng)形成了相當規模的應用，二代身份證的推廣應用就是此方面的典型代表。

　?、谄眲?wù)防偽。有些領(lǐng)域迫切地需要RFID技術(shù)，例如在火車(chē)站、地鐵以及旅游景點(diǎn)等人流多的地方，采用RFID電子門(mén)票代替傳統的手工門(mén)票來(lái)提高效率，或是在比賽和演出等票務(wù)量比較大的場(chǎng)合，用RFID技術(shù)對門(mén)票進(jìn)行防偽。這不僅不再需要人工識別，實(shí)現人員的快速通過(guò)，還可以鑒別門(mén)票使用的次數，以防止門(mén)票被偷遞出來(lái)再次使用，做到“次數防偽”。

　　2.RFID技術(shù)在鐵路安全追蹤中的應用

　　傳統的鐵路貨運已不能滿(mǎn)足現代物流發(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)的現代物流業(yè)發(fā)展。

　　鐵路運輸管理信息系統(TransportationManagementInformationSystem簡(jiǎn)稱(chēng)TMIS)不僅覆蓋鐵道部鐵路局的各個(gè)主管業(yè)務(wù)部門(mén)，而且還遍及全路各基層站段，通過(guò)鐵路計算機網(wǎng)絡(luò )聯(lián)成一體。它是“世界鐵路最復雜、最龐大的運輸管理系統”，可對鐵路貨車(chē)輛、機車(chē)、列車(chē)、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(guò)程，是鐵路信息化的核心系統，它由多個(gè)子系統構成，主要有：運輸統計分析、運輸調度管理、車(chē)站綜合管理、確報信息管理、貨票信息管理、貨運銷(xiāo)售與技術(shù)計劃、大節點(diǎn)貨車(chē)追蹤管理、車(chē)號自動(dòng)識別系統、劇毒品安全追蹤系統、集裝箱追蹤管理、貨車(chē)使用費清算。

　　其中鐵路車(chē)號自動(dòng)識別(ATIS)是TMIS的重要組成部分，也是RFID在中國最成功的應用案例。ATIS通過(guò)在所有機車(chē)、貨車(chē)上安裝電子標簽和在所有區段站、編組站、大型貨運站和分界站安置地面識別設備來(lái)精確識別運行的列車(chē)及車(chē)輛信息，從而建立一個(gè)鐵路列車(chē)車(chē)次、機車(chē)和貨車(chē)號碼、標識、屬性和位置等信息的計算機自動(dòng)報告采集系統。它能夠及時(shí)準確地采集列車(chē)車(chē)次、車(chē)號和到發(fā)信息，加快實(shí)現全路貨車(chē)、機車(chē)、列車(chē)、集裝箱追蹤管理，滿(mǎn)足TMIS等管理系統對列車(chē)、車(chē)輛等基礎信息的需求，最終實(shí)現運輸作業(yè)管理現代化、網(wǎng)絡(luò )化和資源共享。ATIS作為T(mén)MIS的信息源，它的運用對于提高鐵路機車(chē)、車(chē)輛的使用率、利用率，提高我國鐵路運輸效率及運輸管理現代化水平起著(zhù)極其重要的作用。

　　3.RFID技術(shù)公共安全方面的應用

　　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(zhù)極其重要的意義。目前，RFID技術(shù)在醫藥行業(yè)的應用主要體現在：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(wèn)題藥品的召回;跟蹤單據、試管、藥瓶或標本;醫療器械和醫療設備的跟蹤。

　　RFID智能標簽可以幫助廠(chǎng)商和消費者及時(shí)了解商品庫存、流通、保質(zhì)等情況，為廠(chǎng)商監控其產(chǎn)品在供應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。一般的標簽無(wú)法了解和監控產(chǎn)品保存的溫度和性質(zhì)情況，而智能標簽就可以在產(chǎn)品貯運過(guò)程中適時(shí)監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(xiàn)、傳感器等，測量貯運過(guò)程中的溫度，警示廠(chǎng)商防止溫度變化對產(chǎn)品的影響，通過(guò)核對產(chǎn)品庫存數據而判斷產(chǎn)品的銷(xiāo)售情況。此外，智能標簽RFID提高了傳統標簽的防偽效果，尤其在藥品包裝中，它的防偽功能已大大超過(guò)傳統的條形碼。這有效地保障了公共安全。

　　三、RFID技術(shù)目前面臨的問(wèn)題

　　1.技術(shù)不成熟

　　RFID是個(gè)充滿(mǎn)希望的行業(yè)，但它的推廣需要下面每一步的堅定與成熟：標準的制訂、芯片設計與制造技術(shù)、天線(xiàn)設計與制造技術(shù)、芯片封裝技術(shù)、讀寫(xiě)設備開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)技術(shù)、系統集成和數據管理軟件平臺、應用系統開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)制造技術(shù)等。最具潛力的UHF頻段市場(chǎng)上能支持的設備并不多，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。

　　2.成本居高不下

　　這是RFID目前最致命的缺點(diǎn)，僅RFID標簽一項在日本的制作成本(印刷成本占主要比例)就達到十幾元人民幣，而條碼標簽的單位成本只有0.l元。目前全球RFID標簽的年需求量大約是1000萬(wàn)片，而只有需求量超過(guò)50億片后，價(jià)格才能降到2美分。沃爾瑪的RFID技術(shù)合作商Tag-istics公司總裁克里斯多夫介紹說(shuō)，一套RFID系統在美國定價(jià)(包括項目實(shí)施)一般在250萬(wàn)美元左右，大型系統還要高得多。中鐵快運這幾年一直在不斷測試RFID系統的效果，并將其小范圍試點(diǎn)，最終發(fā)現投入太大，作為一個(gè)企業(yè)無(wú)法單獨承擔這部分的投入。

　　3.標準不統一

　　目前主要有以下三個(gè)標準：國際標準、歐美的EPC標準和日本的UbiquitousID。其中由美國麻省理工學(xué)院MIT發(fā)起的Auto-IDCenter非盈利性組織在規范RFID應用方面所發(fā)揮的作用將越來(lái)越明顯。Auto-IDCenter在對RFID理論、技術(shù)及應用研究的基礎上，所作出的主要貢獻如下：

　?、偬岢霎a(chǎn)品電子代碼EPC(ElectronicProductCode)概念及其格式規劃。為減化電子標簽芯片功能設計，降低電子標簽成本，擴大RFID應用領(lǐng)域奠定了基礎。

　?、谔岢隽藢?shí)物互聯(lián)網(wǎng)的概念及構架，為EPC進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)搭建了橋梁。

　?、劢⒘碎_(kāi)放性的國際自動(dòng)識別技術(shù)應用公用技術(shù)研究平臺，為推動(dòng)低成本的RFID標簽和讀寫(xiě)器的標準化研究開(kāi)創(chuàng )了條件。

　　盡管如此，由于RFID缺乏統一技術(shù)標準，所以目前的技術(shù)還不能保證所有的標簽和閱讀器實(shí)現兼容。因此在希望應用RFID的倉庫中，也許需要不止一種閱讀器，以此來(lái)分別處理來(lái)自不同硬件商生產(chǎn)提供商的不同標簽。

　　4.安全問(wèn)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(wèn)題。

　　5.隱私問(wèn)題

　　RFID可以依靠標簽進(jìn)行追蹤，一個(gè)人購買(mǎi)了酒以后，通過(guò)追蹤酒瓶上的標簽就可以了解到酒瓶擁有人的行蹤以及生活習慣。

　　四、RFID技術(shù)運用的設想

　　由于RFID技術(shù)具有實(shí)時(shí)監控跟蹤的功能，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(guò)程中，可以在每支槍中加入RFID標簽，相當于給每支槍一個(gè)身份證，從而可以對其進(jìn)行監控跟蹤。同樣也可以把RFID標簽植入有毒物品的包裝內，盡量避免人員與其接觸，通過(guò)計算機來(lái)了解它的狀況，從而減少有毒物品對人體的危害。在圖書(shū)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(zhù)重要作用。目前，由于成本及售價(jià)較高，尚未大量推廣應用，但隨著(zhù)技術(shù)提高，成本和價(jià)格下降，其發(fā)展潛力是巨大的，前景也是非常誘人的。