RFID簡(jiǎn)介和發(fā)展
射頻識(shí)別標(biāo)簽（RFID）技術(shù)是一種綜合了自動(dòng)識(shí)別技術(shù)（Auto-ID）和無線電射頻通信技術(shù)的新技術(shù)。它可望在網(wǎng)絡(luò)、生活、經(jīng)濟(jì)、文化、道德和倫理、法律、軍事等等諸多方面帶來徹底的變革，成為繼Internet和無線和移動(dòng)通信之后又一個(gè)決定性的社會(huì)變革力量。并最終可能和Internet(IPV6)、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、生物識(shí)別技術(shù)、GPS技術(shù)等融合。
RFID 的出現(xiàn)可追溯至上世紀(jì)30年代，當(dāng)然其基本技術(shù)無線電射頻技術(shù)還可以追溯至1897年Guglielmo Marconi 發(fā)明無線電的時(shí)候。RFID 采用與無線電廣播相同的物理原理來發(fā)射和接收數(shù)據(jù)。
RFID的基本前端系統(tǒng)一般由3個(gè)部分組成：
- 標(biāo)簽（tag）或者雷達(dá)收發(fā)器（transponder）；
- 接收器（receiver）或者閱讀器（reader）；
- 天線。
而這些部件則有許多變體，基于不同的功率、發(fā)射范圍和距離、天線設(shè)計(jì)、工作頻率、數(shù)據(jù)容量、管理和操作軟件、數(shù)據(jù)編碼格式、空中接口和通信協(xié)議等等。這樣，便出現(xiàn)了許多不同類型的系統(tǒng)，具有不同的特點(diǎn)和針對(duì)的應(yīng)用范疇。
這些應(yīng)用中涉及和影響到當(dāng)今社會(huì)、生活、經(jīng)濟(jì)、軍事、法律和文化的方方面面。而目前最熱烈和最受關(guān)注的莫過于廉價(jià)標(biāo)簽在商品（貨物）流通生命周期過程中的識(shí)別應(yīng)用。
RFID技術(shù)很早就和軍事聯(lián)系在一起。在上世紀(jì)30年代，美國(guó)陸軍和海軍都面臨著在陸地、海上和空中對(duì)目標(biāo)的識(shí)別的問題。1937年，美國(guó)海軍研究試驗(yàn)室（U.S. Naval Research Laboratory (NRL)）開發(fā)了敵我識(shí)別系統(tǒng)（Identification Friend-or-Foe (IFF) system），來將盟軍的飛機(jī)和敵方的飛機(jī)區(qū)別開來。這種技術(shù)后來在50年代成為現(xiàn)代空中交通管制的基礎(chǔ)。并且是早期RFID技術(shù)的萌芽，而優(yōu)先地應(yīng)用在軍事、實(shí)驗(yàn)室等。
早期系統(tǒng)組件昂貴而龐大，但隨著集成電路、可編程存儲(chǔ)器、微處理器、以及軟件技術(shù)和編程語言的發(fā)展，創(chuàng)造了RFID技術(shù)推廣和部署的基礎(chǔ)。
60年代后期和70年代早期，有些公司（如Sensormatic 和Checkpoint Systems）開始推廣稍微不那么復(fù)雜的RFID系統(tǒng)的商用，主要用于電子物品監(jiān)控（electronic article surveillance (EAS)），即保證倉(cāng)庫(kù)、圖書館等等的物品安全和監(jiān)視。這種早期的商業(yè)RFID 系統(tǒng)，稱為1-bit 標(biāo)簽系統(tǒng)，相對(duì)容易構(gòu)建、部署和維護(hù)。但是這種1比特系統(tǒng)只能檢測(cè)被表示的目標(biāo)是否在場(chǎng)，不能有更大的數(shù)據(jù)容量，甚至不能區(qū)分被標(biāo)識(shí)目標(biāo)之間的差別。
圖1 早期的RFID發(fā)展里程碑
因此早期的1bit系統(tǒng)只能作為簡(jiǎn)單的檢測(cè)用途。
在70年代，制造、運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)等行業(yè)都試圖研究和開發(fā)基于IC的RFID 系統(tǒng)的應(yīng)用。比如、工業(yè)自動(dòng)化、動(dòng)物識(shí)別、車輛跟蹤等等。在此期間，基于IC的標(biāo)簽體現(xiàn)出了可讀寫存儲(chǔ)器、更快的速度、更遠(yuǎn)的距離等優(yōu)點(diǎn)。但這些早期的系統(tǒng)仍然是專有的設(shè)計(jì)、沒有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、也沒有功率和頻率的管理。
在80年代早期，更加完善的RFID 技術(shù)和應(yīng)用出現(xiàn)，比如鐵路車輛的識(shí)別、農(nóng)場(chǎng)動(dòng)物和農(nóng)產(chǎn)品的跟蹤。
90年代，道路電子收費(fèi)系統(tǒng)在大西洋沿岸得到廣泛應(yīng)用，從意大利、法國(guó)、西班牙、葡萄牙、挪威，到美國(guó)的達(dá)拉斯、紐約和新澤西。這些系統(tǒng)提供了更完善的訪問控制特征，因?yàn)樗鼈兗闪酥Ц豆δ埽渤蔀榫C合性的集成RFID應(yīng)用的開始。
從90年代開始，多個(gè)區(qū)域和公司開始注意這些系統(tǒng)之間的互操作性，即運(yùn)行頻率和通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化問題。只有標(biāo)準(zhǔn)化，才能將RFID的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)得到更廣泛的應(yīng)用。比如，這時(shí)期美國(guó)出現(xiàn)的E-ZPass 系統(tǒng)。
同時(shí)，作為訪問控制和物理安全的手段， RFID 卡鑰匙開始流行起來，試圖取代傳統(tǒng)的訪問控制機(jī)制。這種稱為非接觸式的IC智能卡具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理能力，能夠針對(duì)持有人進(jìn)行個(gè)性化處理，也能夠更靈活地實(shí)現(xiàn)訪問控制策略。
圖2 唯一性識(shí)別的應(yīng)用
RFID的熱潮和整合性應(yīng)用
在上世紀(jì)末期，大量的RFID 應(yīng)用指數(shù)般地試圖擴(kuò)展到全球范圍。
在美國(guó)，Texas Instruments 則是這方面的推動(dòng)先鋒。TI從1991年開始建立德州儀器注冊(cè)和識(shí)別系統(tǒng)（Texas Instruments Registration and Identification Systems (TIRIS)）。該系統(tǒng)如今叫TI-RFid (Texas Instruments Radio Frequency Identification System)，已經(jīng)是一個(gè)主要的RFID應(yīng)用開發(fā)平臺(tái)。
在歐洲，EM Microelectronic-Marin 從1971年開始研究超低功率的集成電路。1982年，Mikron Integrated Microelectronics 開始了ASIC技術(shù)，并在1987年由其奧地利分公司開始開發(fā)識(shí)別和智能卡芯片。1995年，Philips Semiconductors 收購(gòu)了Mikron Graz。如今EM Microelectronic 和Philips Semiconductors 是歐洲的主要RFID 廠商。
從技術(shù)上看，數(shù)年前，所部署的RFID應(yīng)用基本上都是低頻(LF) 和高頻 (HF) 的被動(dòng)式RFID技術(shù)。LF 和HF 系統(tǒng)都具有優(yōu)先的數(shù)據(jù)傳輸速度和有效距離。因此，有效距離限制了可部署性。數(shù)據(jù)傳輸速度則限制了其可伸縮性。因此，90年代后期，開始出現(xiàn)甚高頻(UHF)的主動(dòng)式標(biāo)簽技術(shù)，提供更遠(yuǎn)的傳輸距離，更快的傳輸速度。基于此，重載的企業(yè)應(yīng)用才開始使用這種技術(shù)，比如供應(yīng)鏈管理中的托盤和包裝跟蹤、存貨和倉(cāng)庫(kù)管理、集裝箱管理、物流管理等等。并且逐漸試圖成為合成的企業(yè)應(yīng)用（包括ERP、SCM、CRM、EAM、B2B等等）的數(shù)據(jù)和語義基礎(chǔ)。
從90年代末期到現(xiàn)在，零售巨頭如Wal-Mart，Target，Metro Group 以及一些政府機(jī)構(gòu)，如美國(guó)國(guó)防部 (DoD)，都開始推進(jìn)RFID應(yīng)用，并要求他們的供應(yīng)商也采用此技術(shù)。同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)化的紛爭(zhēng)出現(xiàn)了多個(gè)全球性的RFID標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)聯(lián)盟，主要有EPCglobal、AIM Global、ISO/IEC、UID、IP-X 等。這些組織主要在標(biāo)簽技術(shù)、頻率、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、傳輸和接口協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)和管理、行業(yè)應(yīng)用等方面試圖達(dá)成全球統(tǒng)一的平臺(tái)。
圖3 整合應(yīng)用開始
RFID系統(tǒng)的組成
一個(gè)RFID 系統(tǒng) 通常有兩個(gè)組件組成： (Figure 1.7):
- 收發(fā)器（transponder）, 位于被識(shí)別的對(duì)象；
- 訊問器（interrogator）或者閱讀器（reader），取決于設(shè)計(jì)和所采用的技術(shù)，可以是閱讀或者讀寫設(shè)備。
圖4 RFID系統(tǒng)的主要構(gòu)成
閱讀器通常包含一個(gè)射頻模塊(發(fā)射器和接收器)，一個(gè)控制單元和一個(gè)與收發(fā)器的耦合單元。另外，某些閱讀器還包含其他數(shù)據(jù)接口系統(tǒng)(RS 232, RS 485,TCP/IP等)，以便將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到其他系統(tǒng)I (PC, 機(jī)器人控制系統(tǒng)等)。
雷達(dá)收發(fā)器，表示RFID系統(tǒng)的實(shí)際數(shù)據(jù)載體，通常有一個(gè)耦合單元和一個(gè)電子芯片組成。(Figure 1.9)。雷達(dá)收發(fā)器通常不具備自身電源供應(yīng)，當(dāng)它不在質(zhì)詢器的質(zhì)詢范圍時(shí)，整體呈被動(dòng)狀態(tài)。它只有在質(zhì)詢器的質(zhì)詢范圍之內(nèi)才被激活。激活雷達(dá)收發(fā)器的電力通過耦合單元傳輸給收發(fā)器，所需的數(shù)據(jù)和時(shí)鐘脈沖也是如此。
圖表 5 RFID 數(shù)據(jù)承載設(shè)備的主要布局，左邊是具有天線線圈的感應(yīng)耦合transponder；右邊是具有偶極天線的微波Tag/transponder