ISO/IEC RFID技術標準概述

引言

射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）技術，是一種利用射頻通信實現的非接觸式自動識別技術（以下簡稱RFID）。RFID標簽具有體積小、容量大、壽命長、可重復使用等特點，可支持快速讀寫、非可視識別、移動識別、多目標識別、定位及長期跟蹤管理。RFID技術與互聯網、通訊等技術相結合，可實現全球范圍內物品跟蹤與信息共享。
ISO/IEC是信息技術領域最重要的標準化組織之一。ISO/IEC認為RFID是自動身份識別和數據采集的一種很好手段，制定RFID標準不僅要考慮物流供應鏈領域的單品標識，還要考慮電子票證、物品防偽、動物管理、食品與醫(yī)藥管理、固定資產管理等應用領域。基于這種認識，ISO/IEC聯合技術委員會JTC委托SC31子委員會，負責所有RFID通用技術標準的制定工作，也即對所有RFID應用領域的共同屬性進行規(guī)范化；委托各專業(yè)委員會負責應用技術標準的制定，如ISO TC104 SC4負責制定集裝箱系列RFID標準的制定，ISO TC 23 SC19負責制定動物管理系列RFID標準，ISO TC122和ISO TC104組成的聯合工作組制定物流與供應鏈系列應用標準[1]。所有標準的制定工作，可以由技術委員會委托某些專家起草標準草案，也可以由企業(yè)或者專家直接提交標準草案，然后按照ISO標準化組織制定標準的程序進行審核、修改直至最后批準執(zhí)行。目前ISO RFID所有標準草案都可以在網站http://www.autoid.org中找到。

一、通用RFID技術標準
ISO/IEC的通用技術標準可以分為數據采集和信息共享兩大類，數據采集類技術標準涉及標簽、讀寫器、應用程序等，可以理解為本地單個讀寫器構成的簡單系統(tǒng)，也可以理解為大系統(tǒng)中的一部分，其層次關系如圖1所示；而信息共享類就是RFID應用系統(tǒng)之間實現信息共享所必須的技術標準，如軟件體系架構標準等。


圖1 ISO RFID 標準體系框圖

在圖1中，左半圖是普通RFID標準分層框圖，右半圖是從2006年開始制定的增加輔助電源和傳感器功能以后的RFID標準分層框圖。它清晰地顯示了各標準之間的層次關系，自底而上先是RFID標簽標識編碼標準ISO/IEC 15963，然后是空中接口協(xié)議ISO/IEC 18000系列，ISO/IEC 15962和ISO/IEC 24753數據傳輸協(xié)議，最后ISO/IEC 15961 應用程序接口。與輔助電源和傳感器相關的標準有空中接口協(xié)議、ISO/IEC 24753數據傳輸協(xié)議以及IEEE 1451標準。

1、數據內容標準
數據內容標準主要規(guī)定了數據在標簽、讀寫器到主機（也即中間件或應用程序）各個環(huán)節(jié)的表示形式。由于標簽能力（存儲能力、通信能力）的限制，在各個環(huán)節(jié)的數據表示形式必須充分考慮各自的特點，采取不同的表現形式。另外主機對標簽的訪問可以獨立于讀寫器和空中接口協(xié)議[2]，也就是說讀寫器和空中接口協(xié)議對應用程序來說是透明的。RFID數據協(xié)議的應用接口基于ASN.1，它提供了一套獨立于應用程序、操作系統(tǒng)和編程語言，也獨立于標簽讀寫器與標簽驅動之間的命令結構。

ISO/IEC 15961規(guī)定了讀寫器與應用程序之間的接口[3]，側重于應用命令與數據協(xié)議加工器交換數據的標準方式，這樣應用程序可以完成對電子標簽數據的讀取、寫入、修改、刪除等操作功能。該協(xié)議也定義了錯誤響應消息。

ISO/IEC 15962規(guī)定了數據的編碼、壓縮、邏輯內存映射格式[3]，以及如何將電子標簽中的數據轉化為應用程序有意義的方式。該協(xié)議提供了一套數據壓縮的機制，能夠充分利用電子標簽中有限數據存儲空間以及空中通信能力。

ISO/IEC 24753擴展了ISO/IEC 15962數據處理能力[3]，適用于具有輔助電源和傳感器功能的電子標簽。增加傳感器以后，電子標簽中存儲的數據量以及對傳感器的管理任務大大增加了，ISO/IEC 24753規(guī)定了電池狀態(tài)監(jiān)視、傳感器設置與復位、傳感器處理等功能。圖1表明ISO/IEC 24753與ISO/IEC 15962一起，規(guī)范了帶輔助電源和傳感器功能電子標簽的數據處理與命令交互。它們的作用使得ISO/IEC 15961獨立于電子標簽和空中接口協(xié)議。

ISO/IEC 15963規(guī)定了電子標簽唯一標識的編碼標準[5]，該標準兼容ISO/IEC 7816-6、ISO/TS 14816、EAN.UCC標準編碼體系、INCITS 256以及保留對未來擴展。注意與物品編碼的區(qū)別，物品編碼是對標簽所貼附物品的編碼，而該標準標識的是標簽自身。

2、空中接口通信協(xié)議

空中接口通信協(xié)議規(guī)范了讀寫器與電子標簽之間信息交互，目的是為了不同廠家生產設備之間的互聯互通性[6]。ISO/IEC制定五種頻段的空中接口協(xié)議，主要由于不同頻段的RFID標簽在識讀速度、識讀距離、適用環(huán)境等方面存在較大差異，單一頻段的標準不能滿足各種應用的需求。這種思想充分體現了標準統(tǒng)一的相對性，一個標準是對相當廣泛的應用系統(tǒng)的共同需求，但不是所有應用系統(tǒng)的需求，一組標準可以滿足更大范圍的應用需求。

ISO/IEC 18000-1 信息技術－基于單品管理的射頻識別－參考結構和標準化的參數定義。它規(guī)范了空中接口通信協(xié)議中共同遵守的讀寫器與標簽的通信參數表、知識產權基本規(guī)則等內容。這樣每一個頻段對應的標準不需要對相同內容進行重復規(guī)定。

ISO/IEC 18000-2 信息技術－基于單品管理的射頻識別－適用于中頻125～134KHz，規(guī)定了在標簽和讀寫器之間通信的物理接口，讀寫器應具有與Type A(FDX)和Type B(HDX)標簽通信的能力；規(guī)定了協(xié)議和指令以及多標簽通信的防碰撞方法。

ISO/IEC 18000-3信息技術－基于單品管理的射頻識別－適用于高頻段13.56MHz，規(guī)定了讀寫器與標簽之間的物理接口、協(xié)議和命令以及防碰撞方法。關于防碰撞協(xié)議可以分為兩種模式，而模式1又分為基本型與兩種擴展型協(xié)議（無時隙無終止多應答器協(xié)議和時隙終止自適應輪詢多應答器讀取協(xié)議）。模式2采用時頻復用FTDMA協(xié)議，共有8個信道，適用于標簽數量較多的情形。

ISO/IEC 18000-4信息技術－基于單品管理的射頻識別－適用于微波段2.45GHz，規(guī)定了讀寫器與標簽之間的物理接口、協(xié)議和命令以及防碰撞方法。該標準包括兩種模式，模式1是無源標簽工作方式是讀寫器先講；模式2是有源標簽，工作方式是標簽先講。

ISO/IEC 18000-6信息技術－基于單品管理的射頻識別－適用于超高頻段860～960MHz，規(guī)定了讀寫器與標簽之間的物理接口、協(xié)議和命令以及防碰撞方法。它包含TypeA、TypeB和TypeC三種無源標簽的接口協(xié)議，通信距離最遠可以達到10m。其中TypeC是由EPCglobal起草的，并于2006年7月獲得批準，它在識別速度、讀寫速度、數據容量、防碰撞、信息安全、頻段適應能力、抗干擾等方面有較大提高。2006年遞交了V4.0草案，它針對帶輔助電源和傳感器電子標簽的特點進行了擴展，包括標簽數據存儲方式和交互命令。帶電池的主動式標簽可以提供較大范圍的讀取能力和更強的通信可靠性，不過其尺寸較大，價格也更貴一些。

ISO/IEC 18000-7適用于超高頻段433.92 MHz，屬于有源電子標簽。規(guī)定了讀寫器與標簽之間的物理接口、協(xié)議和命令以及防碰撞方法。有源標簽識讀范圍大，適用于大型固定資產的跟蹤。

3、測試標準

測試是所有信息技術類標準中非常重要的部分，ISO/IEC RFID標準體系中包括設備性能測試方法和一致性測試方法。

ISO/IEC 18046射頻識別設備性能測試方法，主要內容有標簽性能參數及其檢測方法：標簽檢測參數、檢測速度、標簽形狀、標簽檢測方向、單個標簽檢測及多個標簽檢測方法等；讀寫器性能參數及其檢測方法：讀寫器檢測參數、識讀范圍、識讀速率、讀數據速率、寫數據速率等檢測方法。在附件中規(guī)定了測試條件，全電波暗室、半電波暗室以及開闊場三種測試場。該標準定義的測試方法形成了性能評估的基本架構，可以根據RFID系統(tǒng)應用的要求，擴展測試內容。應用標準或者應用系統(tǒng)測試規(guī)范可以引用ISO/IEC 18046性能測試方法，并在此基礎上根據應用標準和應用系統(tǒng)具體要求進行擴展。

ISO/IEC 18047對確定射頻識別設備（標簽和讀寫器）一致性的方法進行定義，也稱空中接口通信測試方法。測試方法只要求那些被實現和被檢測的命令功能以及任何功能選項。它與ISO/IEC 18000系列標準相對應。一致性測試，是確保系統(tǒng)各部分之間的相互作用達到的技術要求，也即系統(tǒng)的一致性要求。只有符合一致性要求，才能實現不同廠家生產的設備在同一個RFID網絡內能夠互連互通互操作。一致性測試標準體現了通用技術標準的范圍，也即實現互聯互通互操作所必須的技術內容，凡是不影響互聯互通互操作的技術內容盡量留給應用標準或者產品的設計者。

4、實時定位系統(tǒng)（RTLS）

實時定位系統(tǒng)可以改善供應鏈的透明性[8]，船隊管理、物流和船隊安全等。RFID標簽可以解決短距離尤其是室內物體的定位，可以彌補GPS等定位系統(tǒng)只能適用于室外大范圍的不足。GPS定位、手機定位以及RFID短距離定位手段與無線通信手段一起可以實現物品位置的全程跟蹤與監(jiān)視。目前正在制訂的標準有：

ISO/IEC 24730－1 應用編程接口API，它規(guī)范了RTLS服務功能以及訪問方法，目的是應用程序可以方便地訪問RTLS系統(tǒng)，它獨立于RTLS的低層空中接口協(xié)議。

ISO/IEC 24730－2 適用于2450MHz的RTLS空中接口協(xié)議。它規(guī)范了一個網絡定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用RTLS發(fā)射機發(fā)射無線電信標，接收機根據收到的幾個信標信號解算位置。發(fā)射機的許多參數可以遠程實時配置。

ISO/IEC 24730－3適用于433MH的RTLS空中接口協(xié)議。內容與第2部分類似

5、軟件系統(tǒng)基本架構

2006年ISO/IEC開始重視RFID應用系統(tǒng)的標準化工作[4]，將ISO/IEC 24752調整為6個部分并重新命名為ISO/IEC 24791。制定該標準的目的是對RFID應用系統(tǒng)提供一種框架，并規(guī)范了數據安全和多種接口，便于RFID系統(tǒng)之間的信息共享；使得應用程序不再關心多種設備和不同類型設備之間的差異，便于應用程序的設計和開發(fā)；能夠支持設備的分布式協(xié)調控制和集中管理等功能，優(yōu)化密集讀寫器組網的性能。該標準主要目的是解決讀寫器之間以及應用程序之間共享數據信息，隨著RFID技術的廣泛應用RFID數據信息的共享越來越重要。ISO/IEC 24791標準各部分之間關系如下圖：

圖10－2軟件體系基本結構框圖

標準的具體內容如下：

1） ISO/IEC 24791-1 體系架構：給出軟件體系的總體框架和各部分標準的基本定位。它將體系架構分成三大類：數據平面、控制平面和管理平面。數據平面?zhèn)戎赜跀祿膫鬏斉c處理，控制平面?zhèn)戎赜谶\行過程中對讀寫器中空中接口協(xié)議參數的配置，管理平面?zhèn)戎赜谶\行狀態(tài)的監(jiān)視、和設備管理。三個平面的劃分可以使得軟件架構體系的描述得以簡化，每一個平面包含的功能將減少，在復雜協(xié)議的描述中經常采用這種方法。每個平面包含數據管理、設備管理、應用接口、設備接口和數據安全五個方面的部分內容。目前已經給出標準草案。
2） ISO/IEC 24791-2 數據管理：主要功能包括讀、寫、采集、過濾、分組、事件通告、事件訂閱等功能。另外支持ISO/IEC 15962 提供的接口，也支持其它標準的標簽數據格式。該標準位于數據平面，目前已經給出標準草案。
3） ISO/IEC 24791-3 設備管理：類似于EPCglobal讀寫器管理協(xié)議，能夠支持設備的運行參數設置、讀寫器運行性能監(jiān)視和故障診斷。設置包括初始化運行參數、動態(tài)改變的運行參數以及軟件升級等。性能監(jiān)視包括歷史運行數據收集和統(tǒng)計等功能。故障診斷包括故障的檢測和診斷等功能。該標準位于管理平面，目前正在制定過程中，還沒有公布草案。
4） ISO/IEC 24791-4 應用接口：位于最高層，提供讀、寫功能的調用格式和交互流程。據估計類似于ISO/IEC 15961應用接口，但是肯定還需要擴展和調整。該標準位于數據平面，目前正在制定中，還沒有看到草案。
5） ISO/IEC 24791-5 設備接口：類似于EPCglobal LLRP低層讀寫器協(xié)議，它為客戶控制和協(xié)調讀寫器的空中接口協(xié)議參數提供通用接口規(guī)范，它與空中接口協(xié)議相關。該標準位于控制平面，目前正在制定中，還沒有看到草案。
6） ISO/IEC 24791-6 數據安全：正在制定中，目前沒有見到草案。

6、實施指南

ISO/IEC 24729－實施指南[7]，它是目前正在制定過程中標準，包含以下三個部分：
ISO/IEC 24729－1 RFID使能標簽標識與包裝；
ISO/IEC 24729－2 RFID可回收標簽；
ISO/IEC 24729－3 RFID讀寫器/天線安裝。

應該注意的是以上RFID系列標準中包含了大量專利，如ISO/IEC 18000系列中列出了部分專利，其實還有很多專利并沒有在標準中列出來。

二、ISO/IEC RFID應用技術標準

早在二十世紀九十年代，ISO/IEC已經開始制定集裝箱標準ISO 10374標準，后來又制定了集裝箱電子關封標準ISO 18185，動物管理標準ISO 11784/5、ISO 14223等。隨著RFID技術的應用越來越廣泛，ISO/IEC認識到需要針對不同應用領域中所涉及的共同要求和屬性制定通用技術標準，而不是每一個應用技術標準完全獨立制定，這就是上一節(jié)的通用技術標準。

在制定物流與供應鏈ISO 17363～17367系列標準時，直接引用ISO/IEC 18000系列標準。通用技術標準提供的是一個基本框架，而應用標準是對它的補充和具體規(guī)定，這樣既保證了不同應用領域RFID技術具有互聯互通與互操作性，又兼顧了應用領域的特點，能夠很好地滿足應用領域的具體要求。應用技術標準是在通用技術標準基礎上，根據各個行業(yè)自身的特點而制定，它針對行業(yè)應用領域所涉及的共同要求和屬性。應用技術標準與用戶應用系統(tǒng)的區(qū)別，應用技術標準針對一大類應用系統(tǒng)的共同屬性，而用戶應用系統(tǒng)針對具體的一個應用。如果用面向對象分析思想來比喻的話，把通用技術標準看成是一個基礎類，則應用技術標準就是一個派生類。

1、貨運集裝箱系列標準
ISO TC 104技術委員會專門負責集裝箱標準制定，是集裝箱制造和操作的最高權威機構。與RFID相關的標準，由第四子委員會（SC4）負責制定。包括如下標準：
1）ISO 6346 集裝箱—編碼、ID和標識符號，1995制訂
該標準提供了集裝箱標識系統(tǒng)。集裝箱標識系統(tǒng)用途很廣泛，比如在文件、控制和通信（包括自動數據處理），象集裝箱本身顯示一樣。在集裝箱標識中的強制標識以及在自動設備標識AEI（Automatic Equipment Identification）和電子數據交換EDI（Electronic Data Interchange）應用的可選特征。該標準規(guī)定了集裝箱尺寸、類型等數據的編碼系統(tǒng)以及相應標記方法，操作標記和集裝箱標記的物理展示。
2）ISO 10374 集裝箱自動識別標準，1991制訂，1995年修訂
該標準基于微波應答器的集裝箱自動識別系統(tǒng)，是把集裝箱當作一個固定資產來看。應答器為有源設備，工作頻率為850MHz～950Mhz及2.4GHz～2.5GHz。只要應答器處于此場內就會被活化并采用變形的FSK副載波通過反向散射調制做出應答。信號在兩個副載波頻率40kHz和20kHz之間被調制。由于它在1991年制定，還沒有用RFID這個詞，實際上有源應答器就是今天的有源RFID電子標簽。此標準和ISO 6346共同應用于集裝箱的識別，ISO 6346規(guī)定了光學識別，ISO 10374則用微波的方式來表征光學識別的信息。
3）ISO 18185，集裝箱電子關封標準草案（陸、海、空）
該標準是海關用于監(jiān)控集裝箱裝卸狀況[9]，包含7個部分，它們是：空中接口通信協(xié)議、應用要求、環(huán)境特性、數據保護、傳感器、信息交換的消息集、物理層特性要求。
以上兩個標準涉及到的空中接口協(xié)議并沒有引用ISO/IEC 18000系列空中接口協(xié)議，主要原因它們的制定時間早于ISO/IEC 18000系列空中接口協(xié)議。

2、物流供應鏈系列標準
為了使RFID能在整個物流供應鏈領域發(fā)揮重要作用，ISO TC 122包裝技術委員會和ISO TC 104貨運集裝箱技術委員會成立了聯合工作組JWG，負責制定物流供應鏈系列標準[10]。工作組按照應用要求、貨運集裝箱、裝載單元、運輸單元、產品包裝、單品五級物流單元，制定了六個應用標準。
1）ISO 17358 應用要求
這是供應鏈RFID的應用要求標準，由TC 122技術委員會主持，目前正在制訂過程中。該標準定義了供應鏈物流單元各個層次的參數，定義了環(huán)境標識和數據流程。
2）ISO 17363～17367系列標準
供應鏈RFID物流單元系列標準分別對貨運集裝箱、可回收運輸單元、運輸單元、產品包裝、產品標簽的RFID應用進行了規(guī)范。該系列標準內容基本類同，如空中接口協(xié)議采用ISO/IEC 18000系列標準。在具體規(guī)定上存在差異，分別針對不同的使用對象做了補充規(guī)定，如使用環(huán)境條件、標簽的尺寸、標簽張貼的位置等特性，根據對象的差異要求采用電子標簽的載波頻率也不同。貨運集裝箱、可回收運輸單元和運輸單元使用的電子標簽一定是重復使用的，產品包裝則要根據實際情況而定，而產品標簽來說通常是一次性的。另外還要考慮數據的完整性、可視識讀標識等?？苫厥諉卧跀祿萘?、安全性、通信距離要求較高。這個系列標準目前正在制訂過程中。
這里需要注意的是ISO 10374、ISO 18185和ISO 17363三個標準之間的關系，它們都針對集裝箱，但是ISO 10374是針對集裝箱本身的管理，ISO 18185是海關為了監(jiān)視集裝箱，而ISO 17363是針對供應鏈管理目的而在貨運集裝箱上使用可讀寫的RFID標識標簽和貨運標簽。

3、動物管理系列標準
ISO TC 23/SC 19負責制訂動物管理RFID方面標準，包括ISO 11784/11785和ISO 14223三個標準。
1）ISO 11784 編碼結構
它規(guī)定了動物射頻識別碼的64位編碼結構，動物射頻識別碼要求讀寫器與電子標簽之間能夠互相識別。通常由包含數據的比特流以及為了保證數據正確所需要的編碼數據。代碼結構為64位，其中的27至64位可由各個國家自行定義。
2) ISO 11785 技術準則
它規(guī)定了應答器的數據傳輸方法和閱讀器規(guī)范。工作頻率為134.2kHz，數據傳輸方式有全雙工和半雙工兩種，閱讀器數據以差分雙相代碼表示，電子標簽采用FSK調制，NRZ編碼。由于存在較長的電子標簽充電時間和工作頻率的限制，通信速率較低。
3) ISO 14223 高級標簽
它規(guī)定了動物射頻識別的轉發(fā)器和高級應答機的空間接口標準，可以讓動物數據直接存儲在標記上，這表示通過簡易、可驗證以及廉價的解決方案，每只動物的數據就可以在離線狀態(tài)下直接取得，進而改善庫存追蹤以及提升全球的進出口控制能力。通過符合 ISO 14223 標準的讀取設備，可以自動識別家畜，而它所具備的防碰撞算法和抗干擾特性，即使家畜的數量極為龐大，識別也沒有問題。ISO 14223標準包含空中接口、編碼和命令結構、應用三個部分，它是ISO 11784/11785的擴展版本。



參考文獻
[1] 張有光等.全球三大RFID標準體系比較分析，中國標準化，2006年第3期
[2] 張有光等.ISO RFID標準體系中的數據協(xié)議分析，中國標準化，2006年第4期
[3] 數據傳輸協(xié)議，http://www.autoid.org/SC31/sc_31_wg4_sg1.htm
[4] 軟件體系架構，http://www.autoid.org/SC31/sc_31_wg4_sg1.htm
[5] 標簽編碼，http://www.autoid.org/SC31/sc_31_wg4_sg2.htm
[6] 空中接口協(xié)議，http://www.autoid.org/SC31/sc_31_wg4_sg3.htm
[7] 實施指南，http://www.autoid.org/SC31/sc_31_wg4_sg5.htm
[8] 實時定位系統(tǒng)RTLS，http://www.autoid.org/SC31/wg5.htm
[9]集裝箱RFID標準ISO 18185，http://www.autoid.org/tc104_sc4_wg2.htm
[10]物流供應鏈系列標準，http://www.autoid.org/ISO_JWG/iso_jwg.htm