RFID的工作原理與系統(tǒng)組成

　　RFID(無線射頻識別，Radio Frequency Identification)是一種采用射頻技術(shù)的非接觸式自動識別技術(shù)。其工作原理是：標(biāo)簽進(jìn)入磁場后，如果接收到閱讀器發(fā)出的特殊射頻信號，就能憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息(即Passive Tag，無源標(biāo)簽或被動標(biāo)簽)，或者主動發(fā)送某一頻率的信號(即Active Tag，有源標(biāo)簽或主動標(biāo)簽), 閱讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。

　　一套完整的RFID系統(tǒng)解決方案包括標(biāo)簽設(shè)計及制作工藝、天線設(shè)計、系統(tǒng)中間件研發(fā)、系統(tǒng)可靠性研究、讀卡器設(shè)計和示范應(yīng)用演示六部分?？梢詮V泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、商業(yè)自動化、交通運(yùn)輸控制管理和身份認(rèn)證等多個領(lǐng)域，而在倉儲物流管理、生產(chǎn)過程制造管理、智能交通、網(wǎng)絡(luò)家電控制等方面更是引起了眾多廠商的關(guān)注。
 

 

　　RFID技術(shù)的三層結(jié)構(gòu)

　　RFID技術(shù)分為三個層次，即支撐層、基礎(chǔ)層和應(yīng)用層。

　　支撐層技術(shù)主要是指RFID的芯片技術(shù)，包括標(biāo)簽芯片的設(shè)計工藝、加工工藝、封裝工藝以及天線的印刷工藝，閱讀器數(shù)字信號處理芯片的設(shè)計也不可忽視。應(yīng)該說，支撐層技術(shù)實際上是RFID應(yīng)用的原動力。

　　基礎(chǔ)層技術(shù)主要是指不同場景下的應(yīng)用環(huán)境構(gòu)造，包括標(biāo)簽信息的寫入讀出、與對象捆綁，閱讀器內(nèi)部設(shè)計和嵌入式系統(tǒng)編程等?；A(chǔ)層技術(shù)也是RFID技術(shù)與市場應(yīng)用的結(jié)合點和橋梁。

　　應(yīng)用層技術(shù)主要是指后臺軟件對信息的進(jìn)一步分析、判斷與處理，包括了數(shù)據(jù)跟蹤、數(shù)據(jù)挖掘和信息共享等內(nèi)容，這也是RFID技術(shù)躍升為“物聯(lián)網(wǎng)”的重要前提之一。由于可以對標(biāo)簽內(nèi)的信息進(jìn)行重新寫入，因此RFID不再是一個靜態(tài)的貨物標(biāo)識，它反映了貨物與貨主之間的互動作用，并且RFID的動態(tài)作用又使得RFID與企業(yè)和社會之間能夠保持聯(lián)系。從這個意義上講，RFID代表了現(xiàn)代工業(yè)社會對生產(chǎn)、運(yùn)輸、銷售到消費(fèi)的全方位信息處理及服務(wù)過程。

　　為便于說明問題，我們以一個標(biāo)簽中儲存的產(chǎn)品信息為線索，追蹤一個信息流是如何在物流應(yīng)用中起到作用的。在這里，我們實際上暫時拋開了支撐層硬件技術(shù)，而只是在基礎(chǔ)層和應(yīng)用層兩個技術(shù)層次上進(jìn)行探討。當(dāng)然，支撐層技術(shù)并非不重要，相反我們已經(jīng)在諸如汽車、手機(jī)、DVD等行業(yè)嘗到了苦頭。但是從這個角度，我們便可以和國外的大公司大企業(yè)站在同一個高度上思考問題。

　　首先還是要有標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)定義了產(chǎn)品信息的編碼規(guī)范，并為該件產(chǎn)品賦予一個排他的代碼，這就是信息流的源泉。接著，這個代碼被寫入RFID標(biāo)簽中，并在未來反復(fù)被閱讀器讀出。如果閱讀器沒有與外部網(wǎng)絡(luò)連接，那么信息流的傳遞到閱讀器便告一段落，實現(xiàn)的是貨品檢查、簡單銷售等功能。更多情況下閱讀器讀出的信息流會傳遞到與之連接的互聯(lián)網(wǎng)上，通過物聯(lián)網(wǎng)的時空模型對其離散時空信息進(jìn)行連續(xù)化，再以Web服務(wù)作為解決方案提供注冊、搜尋、交換和使用該信息流的標(biāo)準(zhǔn)，并為產(chǎn)品-消費(fèi)鏈提供高層信息的協(xié)同處理機(jī)制，實現(xiàn)物品跟蹤、物流運(yùn)輸、資產(chǎn)管理、售后服務(wù)等功能。如果能夠再進(jìn)一步進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，還可以實現(xiàn)更加豐富的功能。在這個信息流傳遞的過程中，任何一個環(huán)節(jié)都需要標(biāo)準(zhǔn)，比如描述閱讀器與標(biāo)簽之間的交互標(biāo)準(zhǔn)EPC Tag Data Standards，描述閱讀器與互聯(lián)網(wǎng)之間的交互標(biāo)準(zhǔn)PML Core Specification。

　　RFID技術(shù)的推廣應(yīng)用同樣重要。我們需要選擇那些應(yīng)用廣泛、具備較強(qiáng)實力、單件貨品價格校高、個性化程度較高的行業(yè)，如煙草、集裝箱碼頭、圖書出版業(yè)、圖書館、家電制造業(yè)、海關(guān)行李托運(yùn)等領(lǐng)域進(jìn)行推廣。至于應(yīng)用的具體時間，大家的心里卻都在打鼓。一方面有人認(rèn)為RFID技術(shù)的行業(yè)級推廣應(yīng)用已經(jīng)迫在眉睫，任何人都無法對它無動于衷;而另一種觀點卻又異常冷靜，認(rèn)為RFID技術(shù)的全面應(yīng)用至少需要10年時間。Gartner甚至認(rèn)為“RFID技術(shù)在短期內(nèi)將不會達(dá)到人們對它的期望，RFID將經(jīng)歷不可避免的失望”。
 

 

　　問題尚存

　　盡管應(yīng)用前景美好，但目前RFID的應(yīng)用仍然面臨著一些困難，其中的幾個關(guān)鍵問題是成本、標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)。

　　成本。RFID推廣應(yīng)用的“瓶頸”之一，就是電子標(biāo)簽的價格相對較高(相對條碼標(biāo)簽而言)。有人開玩笑說，如果想要一家企業(yè)難堪，只要問它一個問題足矣，這就是成本。市場對于標(biāo)簽成本的追求總是沒有盡頭，從20美分到10美分，現(xiàn)在又到了5美分，也許還會更低。

　　對于不同功率以及不同性能的RFID系統(tǒng)，其讀寫距離不同，電子標(biāo)簽產(chǎn)品價位也大不相同。在我國，國產(chǎn)RFID公司生產(chǎn)的產(chǎn)品中，低頻無源電子標(biāo)簽價格大約為2元人民幣/張，中頻無源電子標(biāo)簽價格大約為4元人民幣/張，高頻無源電子標(biāo)簽產(chǎn)品目前尚未出現(xiàn)。在國外企業(yè)中，TI公司的RFID產(chǎn)品的性能走在了同類產(chǎn)品的前列，它目前能夠提供的遠(yuǎn)距離無源低頻電子標(biāo)簽的最低售價為25美分左右(其最遠(yuǎn)讀寫距離能達(dá)到1米左右)。雖然有關(guān)公司聲稱，當(dāng)RFID大規(guī)模應(yīng)用后，電子標(biāo)簽價格能夠降到5美分左右，但如果加上閱讀器及后端軟件系統(tǒng)，RFID系統(tǒng)的投入相對條形碼系統(tǒng)要高得多。由此可以看出成本是影響RFID技術(shù)推廣的重要因素之一，但我想它不是惟一因素。無論是國家政策導(dǎo)向還是企業(yè)自身發(fā)展都要意識到這一點，如果等到標(biāo)簽成本降到幾分錢人民幣的時候再投入，機(jī)會已經(jīng)錯過。

　　標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)之爭也就是利益之爭，甚至可以說是國家利益之爭。標(biāo)準(zhǔn)的確定不僅僅依賴于技術(shù)層面問題的解決，更依賴于各方面力量的協(xié)調(diào)。到目前為止，各個RFID企業(yè)所采用的大多是專有技術(shù)，所使用的頻率、編碼、存儲規(guī)則，以及數(shù)據(jù)格式等都不盡相同。閱讀器和標(biāo)簽不能通用，企業(yè)與企業(yè)之間就無法順利進(jìn)行數(shù)據(jù)交換與協(xié)同工作，從而把RFID技術(shù)的應(yīng)用范圍局限在了某個企業(yè)的內(nèi)部。

　　要實現(xiàn)“物聯(lián)網(wǎng)”的構(gòu)想，就必須制定一個與互聯(lián)網(wǎng)相類似的、詳細(xì)的、統(tǒng)一規(guī)范而且開放的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。國外幾種標(biāo)準(zhǔn)之間的明爭暗斗，也使得中國RFID國家標(biāo)準(zhǔn)工作組左右為難。美國使用915MHz，歐盟要求868MHz，而日本定為950MHz～956MHz，中國標(biāo)準(zhǔn)則還是一個未知數(shù)。也許為了與國際兼容，我們還要考慮一個多頻技術(shù)的問題。但是這勢必又將提高芯片的成本，產(chǎn)生新的問題。正是因為國際上存在著這些不確定因素，所以中國國家標(biāo)準(zhǔn)遲遲無法揭開面紗，而EPC與RFID政策白皮書也仍在觀望階段。

　　從某種角度上說，一部標(biāo)準(zhǔn)就是其所在領(lǐng)域內(nèi)的憲法，具有最高的權(quán)威和法律效力。一方面，其他的法規(guī)和法律性文件，都必須以憲法為依據(jù)，不得與憲法相抵觸;另一方面，憲法的原則精神也只有通過普通法律、法規(guī)的具體化才能有效實施。這就涉及到標(biāo)準(zhǔn)背后一個不為人所注意的環(huán)節(jié)，即對建立一套技術(shù)評測體系的需求。建立這樣一套體系的意義有三:一是在于通過分析測試環(huán)境，對RFID技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的評測，同時收集現(xiàn)有RFID系統(tǒng)在各種不同應(yīng)用環(huán)境下的基本數(shù)據(jù)及存在問題，并指明進(jìn)一步技術(shù)攻關(guān)的方向;二是將分析測試環(huán)境直接與典型行業(yè)應(yīng)用相結(jié)合，向全行業(yè)展示應(yīng)用解決方案;三是成為一個RFID的標(biāo)準(zhǔn)驗證平臺供中國國家標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計、校驗與評估應(yīng)用。
 

 

　　技術(shù)。短時間內(nèi)技術(shù)上是不易取得突破的。但是和前面的成本問題和標(biāo)準(zhǔn)問題相比，它又是最容易突破的。比如標(biāo)簽的制作工藝、射頻傳輸距離、讀出數(shù)據(jù)識別率、中間件、設(shè)備小型化等方面，前期的工作都已經(jīng)打下了一定的基礎(chǔ)。應(yīng)該說，現(xiàn)在的資金投入已經(jīng)可以取得回報了。

　　此外，雖然在RFID電子標(biāo)簽的單項技術(shù)上已經(jīng)趨于成熟，但在集成應(yīng)用中還需要攻克大量的技術(shù)難題。

　　還有一個問題就是識別率。不同性質(zhì)的物品對無線電信號的干擾是不同的，通常，紙質(zhì)、木質(zhì)產(chǎn)品、農(nóng)產(chǎn)品等對電磁信號的影響很小，在這種情況下，RFID標(biāo)簽的準(zhǔn)確識別率可以達(dá)到90%以上，但是，由于液體和金屬制品等對無線電信號的干擾很大，RFID標(biāo)簽的準(zhǔn)確識別率目前只有80%左右——離“放心使用”的要求相去甚遠(yuǎn)。離大規(guī)模實際應(yīng)用所要求的成熟程度尚有一定差距。

　　這些問題的解決，不僅需要技術(shù)人員的進(jìn)一步攻關(guān)，同時也需要研究開發(fā)一套先進(jìn)的、有典型情景的技術(shù)測試平臺和完整的示范應(yīng)用框架，為科技人員的技術(shù)開發(fā)和產(chǎn)品驗證服務(wù)。

　　不論是技術(shù)還是應(yīng)用，實際上都是環(huán)環(huán)相扣。推動產(chǎn)業(yè)的全面發(fā)展需要考慮很多方面。就像科技部馬頌德副部長在大連國家半導(dǎo)體照明工程產(chǎn)業(yè)化基地授牌儀式上所說的，“與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)相比，世界各國在新型產(chǎn)業(yè)技術(shù)上的差距不大。重要的是協(xié)調(diào)發(fā)展問題。任何一個環(huán)節(jié)的停滯都會影響整個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。”我們在進(jìn)一步研究RFID相關(guān)技術(shù)、推動RFID行業(yè)應(yīng)用的同時，更要注重RFID的產(chǎn)業(yè)布局。在RFID領(lǐng)域還有很多工作要做，但是我們堅信，它的未來不是夢!

　　EPC與RFID

　　EPC系統(tǒng)是在計算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)和射頻技術(shù)RFID的基礎(chǔ)上，利用全球統(tǒng)一標(biāo)識系統(tǒng)編碼技術(shù)給每一個實體對象一個惟一的代碼，構(gòu)造了一個實現(xiàn)全球物品信息實時共享的物聯(lián)網(wǎng)——“Internet of things”。它將成為繼條碼技術(shù)之后出現(xiàn)的又一項變革商品零售結(jié)算、物流配送及產(chǎn)品跟蹤管理模式的新技術(shù)。

　　EPC/RFID技術(shù)的核心就是數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)跟蹤、數(shù)據(jù)挖掘、信息共享。中國政府部門目前已經(jīng)把數(shù)據(jù)資源建設(shè)和信息共享作為我國信息化發(fā)展的核心問題來看待。國家信息化辦公室正在起草的“37號文件”，目的就是為了推動數(shù)據(jù)目錄和數(shù)據(jù)交換體系的建設(shè)。

　　應(yīng)當(dāng)注意到，EPC系統(tǒng)并不能完全等同于RFID系統(tǒng)。前者是一個復(fù)雜、全面、綜合的系統(tǒng)，包括RFID標(biāo)簽、EPC編碼、互連網(wǎng)絡(luò)、通信協(xié)議等，RFID只是其中的一個組成部分。而EPC也只是RFID技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域之一，只有特定的低成本RFID標(biāo)簽才適合EPC系統(tǒng)。通過進(jìn)一步擴(kuò)展基于無線射頻原理的其他應(yīng)用方向，我們還可以在諸如傳感器網(wǎng)絡(luò)、射頻存儲等領(lǐng)域開展有效的工作。但不論是EPC系統(tǒng)還是RFID技術(shù)，都還是襁褓中的嬰兒，距離全面走向市場還有很長一段路。