论物联网关键技术RFIDWord文档格式.docx
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它是贴附在目标物上的数据载体，一般由耦合元件及芯片组成，每个芯片含有唯一的识别码，一般保存有约定格式的电子数据。
标签含有内置天线，用于和阅读器间进行通信。
最初在技术领域，应答器是指能够传输信息回复信息的电子模块，近些年，由于射频技术发展迅猛，应答器有了新的说法和含义，又被叫做智能标签或标签。
智能标签确切的说是射频标签的一种创新，由具有粘性的标签和超薄射频标签组成。
智能标签将射频技术和方便灵活的标签印刷优点结合起来，具有读写功能的智能标签能被多次编程，遵循标签最初制作时的编码规律。
应答器可分为两类，一类是以集成电路芯片为基础的应答器，另一类是利用物理效应的应答器：
1.具有存储功能的应答器：
具有存储功能，主要包括四个功能块：
天线、高频接口、存储器以及地址和安全逻辑单元。
2.具有微处理器的应答器：
具有微处理器的非接触智能卡包含有自己的操作系统，操作系统的任务是对应答器进行数据存取的操作、对命令序列的控制、文件管理以及执行加密算法。
3.声表面波应答器：
用压电基片按照平面电极结构制成电声转换器（内部数字转换器）和反射器，电极结构是用光刻法完成的
（二）阅读器：
非接触式地读取或写入应答器信息的设备。
它通过有线或无线方式与计算机系统进行通信，从而完成对射频标签信息的获取、解码、识别和数据管理。
阅读器可设计成便携式或固定式。
RFID系统的阅读器包含：
高频接口、控制单元以及天线，其作用分别如下：
1.高频接口
（1）产生高频的发射功率，以启动应答器并为它提供能量
（2）对发射信号进行调制，用于将数据传送给应答器
（3）接收并解调来自应答器的高频信号
2.控制单元
（1）与应用系统软件进行通信，并执行应用系统软件发来的命令
（2）控制与应答器的通信过程（主-从原则）
（3）信号的编码与解码
3.阅读器天线
天线是一种能将接收到的电磁波转换为电流信号。
在RFID系统中，阅读器必须通过天线来发射能量，形成电磁场，通过电磁场对电子标签进行识别。
（三）应用系统：
1.应用系统
RFID系统的信息中心，它根据逻辑运算判断应答器的合法性，以及借助阅读器执行对应答器的数据识别及修改（读/写应答器）工作。
它主要完成数据信息的存储、管理以及对射频标签的读写控制。
应用系统由硬件和软件两大部分构成，硬件部分通常为计算机，软件部分则包括各种应用软件及数据库。
射频识别的应用系统构架：
1>
、最简单的应用系统只有单个阅读器，它一次对一个应答器进行操作，如公交汽车上的票务操作。
2>
、较复杂的应用需要一个阅读器可同时对多个应答器进行操作，即要具有防碰撞（亦称防冲突）的能力。
3>
、更复杂的应用系统要解决阅读器的高层处理问题，包括多阅读器的网络连接。
2.中间件
为解决分布异构问题，人们提出了中间件（middleware）的概念。
中间件是一种独立的系统软件或服务程序，各种分布式应用软件借助这种软件在不同的技术之间共享资源。
中间件位于客户机、服务器的操作系统之上，管理计算机资源和网络通信。
借助中间件提供的通用应用程序接口（API），应用程序可以连接到RFID系统的阅读器，进而读取射频标签中的数据。
（1）中间件可以实现的功能
<
能够为阅读器提供不间断接口标准的接口功能。
有数据过滤和传输功能。
阅读器将不断从射频标签读取大量未经处理的数据，因此阅读器必须对接收数据进行选择和过滤。
能够管理RFID阅读器和应答器，包括远近距离监控，软件配置升级，电源通断和遥控通断，以及数据安全管理。
4>
支持多个主平台的RFID数据请求，常见的主平台包括仓库管理系统、运输管理系统、物流管理系统、流通环节管理以及数据库。
5>
支持现有的系统，即具有向下兼容性。
（2）中间件可以划分为表示逻辑层、业务逻辑层和数据访问层三个功能层
表示逻辑层指示用户如何与应用程序进行交互，以及信息如何表示。
业务功能层是装载应用程序的核心，即用来控制内嵌在应用程序中的业务处理（或其他功能）的规则。
数据访问层负责本层控制与程序使用数据源（一般是数据库）的连接，并从这些数据源中取得数据提供给业务逻辑层。
二、RFID的基本工作原理
RFID系统的基本工作流程是：
阅读器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当附着有射频标签的目标对象进入阅读器的电磁信号辐射区域时会产生感应电流；
借助感应电流或自身电源提供的能量，射频标签将自身编码等信息通过内置天线发送出去；
阅读器天线接收来自射频标签的载波信号，经天线调节器传送到阅读器的控制单元进行解调和解码后，送到应用系统进行相关处理；
应用系统根据逻辑运算判断该射频标签的合法性，并针对不同的应用做出相应的处理和控制，发出指令信号并执行相应的应用操作。
（一）能量传输方式
RFID系统可以分成两类，即电感耦合系统和电磁反向散射耦合系统。
电感耦合通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电磁感应定律；
电磁反向散射耦合即雷达模型，它利用发射出去的电磁波碰到目标后反射，在反射波中携带目标信息，依据的是电磁被的空间传播规律。
（二）数据传输方式
1.阅读器至应答器的数据传输
在全双工和半双工RFID系统中，所有已知的数字调制方法都可用于从阅读器到应答器的数据传输。
常用的二进制数字调制方法包括振幅键控、频移键控和相移键控三种。
2.应答器至阅读器的数据传输
应答器至阅读器的能量传输方法有电感耦合和电磁反向散射耦合两种，不同工作模式和能量传输方式下应答器至阅读器的数据传输方法也不尽相同。
（三）主从关系
对一个非接触的应答器的读/写操作是严格按照“主-从原则”进行的。
应用软件是作为主动方，而阅读器则作为从属方只对应用软件的读写指令作出反应。
阅读器是主动方。
应答器只响应阅读器所发出的指令，从不自主活动。
第四章RFID系统特征与分类
一、按工作方式分类
射频识别系统分为全双工（FDX）和半双工（HDX）系统以及时序（SEQ）系统。
二、按供电方式分类
RFID系统的应答器标签分成无源标签和有源标签：
（一）无源标签
无源标签内部不带电池，要靠外界提供能量才能正常工作
1.原理：
无源标签典型的产生电能的装置是天线与线圈，当标签进入系统的工作区域时，天线接收到特定的电磁波，线圈就会产生感应电流，再经过整流电路给标签供电。
2.应用：
无源标签具有永久的使用期，常常用在标签信息需要每天读写或频繁读写多次的地方，而无源标签支持长时间的数据传输和永久性的数据存储
3.缺点：
数据传输的距离要比有源标签短
（二）有源标签
1.概述：
有源标签内部自带电池进行供电，它的电能充足、工作可靠性、信号传送的距离远。
有源标签可以通过电池的使用寿命对设计标签的使用时间或使用次数。
2.缺点：
标签的使用寿命受到电池寿命的限制，随着标签内电池电力的消耗，其数据传输的距离会越来越小，从而影响系统的正常工作。
三、按系统功能分类
系统功能：
包括数据载体（应答器）的数据存储能力、应答器的读写方式、处理速度、应答器能量来源、密码功能等。
RFID系统分为低端系统、中端系统和高端系统。
（一）抵挡系统
只读系统构成低档系统的下端。
如果把一个只读应答器放入某阅读器的高频磁场，那么应答器就开始连续发送它本身的序列号。
通过阅读器启动只读应答器是不可能的。
只有从应答器到阅读器的单向数据流在进行。
此外，在只读系统的工作中，阅读器的工作范围内只能有一个应答器，否则，两个或多个应答器的同时发射必然发生数据冲突。
（二）中档系统
由许多带有可写数据存储器构成的系统组成射频识别系统的中档部分。
这些系统应答器数据存储量的变化范围介于16字节至l6K字节以上的EEPROM或SRAM之间。
这些系统可工作于任何射频识别系统允许使用的频段，特别是135kHz、13.56MHz、27.125MHz和2.45GHz。
（三）高档系统
具有密码功能（即有验证和数据流密钥）的系统为高档RFID系统，微处理器系统也属于高档系统。
使用微理器使得密码学和验证的复杂算法得以实现。
当然，用“固定布线”的状态机也是能完成的。
高档系统主要在13.56MHz频率进行工作。
供高档系统使用的存储器容量有几个字节到16K字节的EEPROM就足够了。
四、按工作频率和作用距离分类
目前定义RFID产品的工作频率有低频、高频和超高频的频率范围内的符合不同标准的
不同的产品,而且不同频段的RFID产品会有不同的特性。
（一）低频系统
RFID技术首先在低频得到广泛的应用和推广。
该频率主要是通过电感耦合的方式进行工作，
也就是在读写器线圈和感应器线圈间存在着变压器耦合作用。
通过读写器交变场的作用在感应器天线中感应的电压被整流,可作供电电压使用.
磁场区域能够很好的被定义，但是场强下降的太快。
它一般具有的特性：
（1）工作在低频的感应器的一般工作频率从120KHz到134KHz,如TI的工作频率为134.2KHz。
该频段的波长大约为2500m；
（2）除了金属材料影响外，一般低频能够穿过任意材料的物品而不降低它的读取距离；
（3）工作在低频的读写器在全球没有任何特殊的许可限制；
（4）低频产品有不同的封装形式。
好的封装形式就是价格太贵，但是有10年以上的使用寿命；
（5）虽然该频率的磁场区域下降很快，但是能够产生相对均匀的读写区域；
（6）相对于其他频段的RFID产品，该频段数据传输速率比较慢且感
应器的价格相对与其他频段来说要贵。
主要应用于畜牧业的管理、汽车防盗、自动停车场收费等方面。
（二）高频或射频系统
在该频率的感应器不再需要线圈进行绕制，可以通过腐蚀或者印刷的方式制作天线。
感应器一般通过负载调制的方式进行工作。
也就是通过感应器上的负载电阻的接通和断开促使读写器天线上的电压发生变化，实现用远距离感应器对天线电压进行振幅调制。
如果人们通过数据控制负载电压的接通和断开，那么这些数据就能够从感应器传输到读写器。
它所具有的特性如下:
（1）工作频率为13.56MHz，该频率的波长大概为22m；
（2）除了金属材料外，该频率的波长可以穿过大多数的材料，但是往往会降低读取距离。
感应器需要离开金属一段距离；
（3）该频段在全球都得到认可并没有特殊的限制；
（4）
感应器一般以电子标签的形式；
（5）该频率的磁场区域下降很快，但是能够产生相对均匀的读区域；
（6）该系统具有防冲撞特性，可以同时读取多个电子标签；
（7）可以把某些数据信息写入标签中且数据传输速率比低频要快，它格不是很贵。
主要应用于大型会议人员通道系统、医药物流系统的管理和应用智能货架的管理等方面。
（三）超高频或微波系统
超高频系统通过电场来传输能量。
电场的能量下降的不是很快，但是读取的区域不是很好进行定义。
它的特性：
（1）RFID系统在该频段内的典型工作频率是433MHz、902～928MHz、2.45GHz、5.8GHz等，应答器包括有源和无源两类；
（2）该频段功率输出目前统一的定义（美国定义为4W，欧洲定义为500mW）。
可能欧洲限制会上升到2W
EIRP；
（3）超高频频段的电波不能通过许多材料，特别是水，灰尘，雾等悬浮颗粒物资。
相对于高频的电子标签来说，该频段的电子标签不需要和金属分开来；
（4）电子标签的天线一般是长条和标签状。
天线有线性和圆极化两种设计，满足不同应用的需求；
（5）该频段有好的读取距离，但是对读取区域很难进行定义；
（6）有很高的数据传输速率，在很短的时间可以读取大量的电子标签。
（7）阅读器天线一般为定向天线，工作时应答器位于阅读器天线辐射场的远场区内，只有在阅读器天线的定向波束范围内的应答器才可被读写。
主要应用于生产线自动化的管理、航空包裹等方面。
（四）有源RFID技术
有源RFID工作频率在2.45GHz到5.8GHz的范围内，它具备低发射功率、通信距离长、传输数据量大，可靠性高和兼容性好等特点,与无源RFID相比，在技术上的优势非常明显。
广泛应用于公路收费、港口货运管理等。
第五章
RFID
数据安全问题
RFID系统在进行前端数据采集时，标签和识别器采用无线射频信号进行通信。
这给系统数据采集提供灵活性和方便性的同时也使得传递的信息暴露在外面，这无疑是信息安全的重大威胁。
随着RFID技术的快速推广应用，其数据安全问题已经成为一个广为关注的问题。
对于RFID系统前端数据采集部分而言，信息安全的威胁主要来自于对标签信息的非法读取和改动、对标签的非法跟踪、有效身份的冒充和欺骗。
解决安全问题的方法主要有以下几种，即物理隔离、停止标签服务、读取访问控制、双标签联合验证。
1.
物理隔离
这种方法主要思想是在不希望标签被读取的时候使用物理方法阻断电磁波传递路径。
例如有人购买了贴有RFID标签的商品，在回家的路上他可以使用一种特殊的可阻断电磁波的包装袋来保护他的个人隐私不被人知道。
信息安全厂商RSA在这方面做了很多努力，他们已经开发出可以阻断RFID信号的包装袋。
2.
停止标签服务
停止标签服务就是在RFID标签的应用周期完成之后，部分或者全部停止标签的信息服务。
这种方法主要是针对那种只存储标签ID的无源标签。
这种标签的ID号是唯一的，往往是由产品的分类号和一个局部唯一的序列号组成。
3.
读取访问控制
读取访问控制是利用hash函数来进行加密和验证的方案。
进行读取访问控制时，RFID标签只响应通过验证的识读器。
除RFID识读器和标签之外还需要数据库服务器的支持。
这是一种能够提供交完整的数据安全保护的方案，也是进来研究比较多的方案。
4.
双标签联合验证
双标签联合验证是一种面向低端、无源、计算能力低的RFID标签的安全验证方法。
这种方法主要是在两个相对应的RFID标签被识读器同时读到时，使用读取设备作为中介进行互相验证。
即使在识读器不被信任的情况下，标签也能脱机进行验证。
第六章RFID技术的发展方向
一、国内RFID技术未来发展重点方向
1、RFID产业发展的共性技术与具有较大发展潜力前瞻性技术的研究，包括：
超高频读写器核心模块研发；
基于不同应用对象的微波频段和超高频RFID标签天线的研究；
RFID系统测试技术和开放式平台建设；
RFID系统检测、认证技术研究；
基于IPv6网络技术RFID信息服务体系的研究等。
2、RFID产业化关键技术研究，包括天线设计与制造、芯片设计与制造、读写器设计与制造技术、RFID标签集成等。
3、RFID系统集成与中间件、RFID测试技术与规划、RFID应用体系架构等进行攻关和研究，形成RFID技术发展支撑的服务体系。
二、RFID技术标准化问题
（一）标准的作用
确保协同工作的进行，规模经济的实现，工作实施的安全性以及其他许多方面；
RFID标准化的主要目的在于通过制定、发布和实施标准，解决编码、通信、空中接口和数据共享等问题，最大程度的促进RFID技术及相关系统的应用；
标准采用过早，有可能会制约技术的发展和进步；
采用过晚，可能会限制技术的应用范围。
（二）RFID标准涉及的主要内容包括
1、技术（接口和通信技术，如空中接口、防碰撞方法、中间件技术、通信协议）
2、一致性（数据结构、编码格式及内存分配）
3、电池辅助及与传感器的融合
4、应用（如不停车收费系统、身份识别、动物识别、物流、追踪、门禁等，应用往往涉及有关行业的规范）
（三）RFID标准的分类
1、国际标准：
由ISO（国际标准化组织）IEC（国际电工委员会）负责制定；
2、国家标准：
由工业与信息化部与国家标准化管理委员会负责制定；
3,、行业标准：
有国际、国家的行业组织制定，例如国际物品编码协会（EAN）与美国统一1代码委员会（UCC）制定的用于物体识别的EPC标准；
此外，还有涉及道德、伦理、健康、数据安全、隐私等的规范。
第七章RFID技术的应用领域
RFID技术起源于第二次世界大战并已经发展五十多年了。
近年来，由于这种技术成本的急剧下降以及功能的提升，使得零售业、服务业、制造业、物流业、信息产业、医疗和国防领域对RFID技术的关注迅速升温。
基本的RFID系统由RFID标签、RFID阅读器及应用支撑软件等三部分组成。
一个完整的RFID系统还需要物体名称服务（Object
Name
Service）系统和物理标记语言（Physical
Mark-up
Language）两个关键部分。
用户可以根据工作距离、工作频率、工作环境要求、天线极性、寿命周期、大小及形状、抗干扰能力、安全性和价格等因素选择适合自己应用的RFID系统。
RFID的应用领域在逐渐扩宽，已经广泛应用于我们的现实生活与工作中，下面就做一个全面的介绍。
1、
RFID在安全管理领域的应用
安全管理和个人身份识别是RFID的一个主要而广泛的应用领域。
我们日常生活当中最常见的就是用来控制人员进出建筑物的门禁卡。
许多组织使用内嵌RFID标签的个人身份卡，可以在门禁处对个人身份进行鉴别。
类似的，在一些信用卡和别的支付卡中都内嵌了RFID标签。
还有一些卡片使用RFID标签自动的缴纳公共交通费用，目前北京地铁和公交系统当中就应用了这种卡片。
从本质上来讲，这种内嵌RFID的卡片可以去替代那种在卡片上贴磁条的卡片，因为磁条很容易磨损和受到磁场干扰，而且RFID标签具有比磁条更高的储存能力。
2、RFID在供应链管理当中的应用
在供应链管理中，RFID标签用于在供应链当中跟踪产品，从原材料供货商供货到仓库储存以及最终销售。
新的应用主要是针对用户订单跟踪管理，建立中央数据库记录产品的移动。
制造商、零售商以及最终用户都可以利用这个中央数据库来获知产品的实时位置，交付确认
信息以及产品损坏情况等信息。
在供应链的各个环节当中，RFID技术都可以通过增加信息传输的速度和准确度来节省供应链管理成本，依据可以节省成本的多少对一些行业进行了排序，对RFID可以节省成本的多少进行了排序。
可读写的RFID标签可以储存关于周围环境的信息，可以记录它们在供应链当中流动时的时间和位置信息。
美国食品和药品监督局就提出了使用RFID来加强对处方药管理的应用方案。
在这个系统当中，每一批药品都要贴上一个只读的RFID标签，标签当中储存了惟一的序列号。
供货商可以在整个发货过程当中跟踪这些写有序列号的RFID标签，并且让采购商把序列号和收货通知单上面的序列号核对。
这样就可以保证药物的来源可靠性以及去向的可靠性。
美国食品与药物监督局认识到要想在所有处方药的供应链管理当中实施这样一个计划，将是一个极其庞大的任务，所以他们为了调查RFID这种技术的可行性，提出了一个三年规划，这个计划已于2007年结束，并为FDA采用RFID技术进行处方药管理提供技术的支持。
与RFID在供应链领域当中进行应用具有密切联系的，还有在准时出货（Just－in－time
product
shipment）当中的应用。
如果在个零售商店和相关仓库中的所有货物都贴有RFID标签，那这个商店就可以拥有一个具有精确库存信息的数据库来对它的库存进行有效的管理。
这样的系统可以提前警告缺货以及库存过多的情况，仓库竹理系统可以根据标签里面的信息自动的定位货物，并月白动的把正确的货物移动到装卸的月台上，并运送到商店。
沃尔玛现在就正在实施这样一个系统。
3、
RFID技术在智能交通领域的应用
由于RFID系统具有：
车-路通信、自动识别、点定位、远距离检测及可视化等功能，因此在移动车辆的自动识别与管理系统方面有广阔应用市场，成为智能交通重要应用技术之一，其领域的应用包括：
智能停车场管理、车辆智能交通管理、车辆调度管理、港口码头车辆管理、车辆智能称重管理、智能公交管理、非法车辆稽查管理、海关车辆通关管理、机动车尾气排放控制管理等。
4、
RFID在医疗领域的应用
在医疗行业中，借助于
RFID
可以加速医院的数字化进程。
在医院管理中，可以给每位医师、护士、患者、公用医疗设备、贵重药品配备电子标签，从而方便地实现对患者的管理、重要医疗设备及药品的追踪，还可以优化流程，
降低运行成本，提高服务质量、工作效率和管理水平。
目前
在医疗领域的应用主要集中在几方面：
医疗登记方面的管理；
住院病人、医护人员管理；
新生婴儿管理；
手术管理；
药品，医疗用品供应链管理
；
6>
医疗器械、设备以及医疗垃圾的追踪管理。
与
在其它行业平淡局面相比，目前
在医疗业应用的兴起足以让人刮目相看，尤其在欧美等发达国家，越来越多的医院将
技术引入日常管理中，大大提高了医疗运营效率。
然而，同样
在医疗业的应用也面临着一些问题，如标准和隐私，及
设备是否会对医疗器械产生影响。
（5）RFID在制造业中的应用
随着工业化大规模生产的发展，生产过程在不断的优化。
只大量生产同一种产品、没有产品变化的同质时代已经快要结束了。
现在RFID技术提供了另外的选择，它不仅可以被读取、还能够被写入。
除了产品标识之外，也能将产品的当前状态（例如加工程度、质量数据）、产品的过去甚至未来（最终所希望的）状态记录到电子标签中。
RFID正在进入制造过程的核心。
通过在工厂车间层逐步采用RFID技术，制造商可以无缝且不断的获得从RFID捕获的信息并链接到现有的、已验证和工业控制系统的基础结构，与配置RFID功能的供应链协调，从而达到不需要更新已有的制造执行系统（MES）和制造信息系统（M
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