RFID技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展

射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID)技術(shù)起源于第二次世界大戰(zhàn)，使用射頻電波識別敵機和友機。RFID技術(shù)利用無線射頻方式進行非接觸式雙向通信交換數(shù)據(jù)以達到自動識別的目的，該技術(shù)具有防水、耐高溫、使用壽命長、讀取距離遠、標(biāo)簽上數(shù)據(jù)可以加密、存儲數(shù)據(jù)容量大、存儲信息可以隨意修改、可以識別高速運動中的物體，可識別多個標(biāo)簽，可以在惡劣環(huán)境下工作等優(yōu)點。隨著該技術(shù)的不斷完善，在社會生產(chǎn)生活中的應(yīng)用將越來越廣泛。例如商品防偽，國防軍事，物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things，IOT)，智能交通，電子門票，身份識別和一卡通等領(lǐng)域。

1 系統(tǒng)簡介
1．1 系統(tǒng)組成
RFID系統(tǒng)主要由電子標(biāo)簽，天線，讀寫器和主機組成。電子標(biāo)簽(Tag)，非接觸式IC卡，放在需要被識別的物體上，由耦合元件和芯片組成，標(biāo)簽有內(nèi)置天線，可以發(fā)送和接收信號；天線(Antenna)：完成無線信號的發(fā)送和接收；讀寫器(Reader)可以發(fā)送和接收命令，并與主機通信，執(zhí)行主機命令；主機(Host)發(fā)送用戶命令和顯示接收數(shù)據(jù)。RFID系統(tǒng)根據(jù)工作頻段和工作方式具有不同的性能，應(yīng)用于不同場合。
1)標(biāo)簽 根據(jù)標(biāo)簽是否有電源，分為有源和無源標(biāo)簽；根據(jù)標(biāo)簽的可讀寫性，分為只讀和讀寫標(biāo)簽；根據(jù)調(diào)制方式，分為主動式、被動式和半主動式標(biāo)簽；根據(jù)標(biāo)簽和閱讀器發(fā)言順序，分為RTF(Reader Talk First)和TTF(Tag Talk First)；根據(jù)頻段的不同，分為低頻、高頻、超高頻和微波標(biāo)簽。
2)天線 天線是一種以電磁波形式把無線電收發(fā)機的射頻信號功率接收或輻射出去的裝置。天線按其工作的頻段可分為短波、超短波、微波等天線；按方向性可分為全向、定向等天線；按外形可分為線狀、面狀等天線。
3)讀寫器 讀寫器是RFID系統(tǒng)的核心，其基本作用就是作為連接前向信道和后向信道的核心數(shù)據(jù)交換環(huán)節(jié)。
讀寫器與應(yīng)用系統(tǒng)之間通信：讀寫器將標(biāo)簽發(fā)來的調(diào)制信號，經(jīng)過解調(diào)解碼后，通過USB、串口、網(wǎng)口等，將得到的信息傳給應(yīng)用系統(tǒng)。應(yīng)用系統(tǒng)可以給讀卡器發(fā)送相應(yīng)的命令，控制讀寫器完成相應(yīng)的任務(wù)。讀寫器可以將其有效射頻范圍內(nèi)可以激活符合標(biāo)準(zhǔn)的多個電子標(biāo)簽，可以同時識別多個標(biāo)簽，具有防碰撞功能。
RFID系統(tǒng)基本工作原理是：閱讀器通過天線發(fā)出含有信息的一定頻率的調(diào)制信號；當(dāng)電子標(biāo)簽進入到閱讀器的工作區(qū)時，其天線通過耦合產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而為電子標(biāo)簽提供相應(yīng)的能量，此時標(biāo)簽根據(jù)閱讀器發(fā)來的信息決定是否響應(yīng)，是否發(fā)送數(shù)據(jù)；當(dāng)閱讀器接收到電子標(biāo)簽發(fā)送過來的信號，經(jīng)過解調(diào)和解碼之后，將標(biāo)簽內(nèi)部的數(shù)據(jù)識別出來。
1．2 RFID的工作頻率
射頻卷標(biāo)的工作頻率不僅決定著射頻識別系統(tǒng)的工作原理(電感耦合還是電磁耦合)、識別距離，還決定著射頻標(biāo)簽及讀寫器實現(xiàn)的難易程度和設(shè)備的成本。
從功能方面來看，RFID標(biāo)簽主要分為3種：只讀卷標(biāo)、可重寫卷標(biāo)、帶微處理器卷標(biāo)。只讀型卷標(biāo)的結(jié)構(gòu)功能最簡單，包含的信息較少并且不能被更改；可重寫型卷標(biāo)集成了容量為幾十字節(jié)到幾萬字節(jié)的閃存，卷標(biāo)內(nèi)的信息能被更改或重寫；帶微處理器卷標(biāo)依靠內(nèi)置式只讀存儲器中存儲的操作系統(tǒng)和程序來工作，出于安全的需要，許多標(biāo)簽都同時具備加密電路。
工作在不同頻段或頻點上的射頻標(biāo)簽具有不同的特點。射頻識別應(yīng)用占據(jù)的頻段或頻點在國際上有公認的劃分，即位于ISM波段之中。典型工作頻率：125、133 kHz，13．56、27．12、433、902～928 MHz，2．45、5．8 GHz等。
1)低頻段射頻標(biāo)簽 其工作頻率范圍為30～300 kHz。典型工作頻率有125，133 kHz。低頻標(biāo)簽一般為無源標(biāo)簽，其工作能量通過電感耦合方式從閱讀器耦合線圈的輻射近場中獲得。低頻標(biāo)簽與閱讀器之間傳送數(shù)據(jù)時，低頻標(biāo)簽需位于閱讀器天線輻射的近場區(qū)內(nèi)。低頻標(biāo)簽的閱讀距離一般情況下小于1 m。
2)中高頻段射頻標(biāo)簽 中高頻段射頻標(biāo)簽的工作頻率一般為3～30 MHz。典型工作頻率為13．56 MHz。該頻段的射頻標(biāo)簽，從射頻識別應(yīng)用角度來說，因其工作原理與低頻卷標(biāo)完全相同，即采用電感耦合方式工作。另外，根據(jù)無線電頻率的一般劃分，其工作頻段又稱為高頻，所以也稱為高頻標(biāo)簽。中頻標(biāo)簽一般采用無源設(shè)計，其工作能量同低頻標(biāo)簽一樣，也是通過電感(磁)耦合方式從閱讀器耦合線圈的輻射近場中獲得。中頻標(biāo)簽的有效閱讀距離一般情況下小于1 m，其典型應(yīng)用有電子車票、電子身份證、電子閉鎖防盜等。
3)超高頻與微波標(biāo)簽 超高頻與微波頻段的射頻標(biāo)簽，簡稱為微波射頻卷標(biāo)，其典型工作頻率為433．92、862(902)～928 MHz，2．45、5．8 GHz。微波射頻卷標(biāo)可分為有源卷標(biāo)與無源卷標(biāo)兩類。工作時，射頻卷標(biāo)位于閱讀器天線輻射場的遠區(qū)場內(nèi)，標(biāo)簽與閱讀器之間的耦合方式為電磁耦合方式。閱讀器天線輻射場為無源標(biāo)簽提供射頻能量，將有源標(biāo)簽喚醒。相應(yīng)的射頻識別系統(tǒng)閱讀距離一般大于1 m，典型情況為4～6 m，最大可達10 m以上。閱讀器天線一般均為定向天線，只有在閱讀器天線定向波束范圍內(nèi)的射頻標(biāo)簽才可被讀／寫。
1．3 RFID防沖突算法
1．3．1 防沖突的多址接入方式
RFID的多址接入方式主要有3類：
1)空分多址(SDMA)空分多址通過采用智能天線陣技術(shù)降低了對單個閱讀器識別距離的要求，空分多址對于UHF和微波頻率更有實用價值。目前RFID空分多址技術(shù)已被成功應(yīng)用在馬拉松賽事，通過給每個運動員配置1個電子標(biāo)簽，用標(biāo)簽檢測運動員的到達時間。