電子行業(yè)rfid基礎(chǔ)知識講義(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 11784/11785（用于動物識別）、ISO180002（125135 kHz）。低頻標簽有多種外觀形式，應(yīng)用于動物識別的低頻標簽外觀有：項圈式、耳牌式、注射式、藥丸式等。典型應(yīng)用的動物有牛、信鴿等。低頻標簽的主要優(yōu)勢體現(xiàn)在：標簽芯片一般采用普通的CMOS工藝，具有省電、廉價的特點；工作頻率不受無線電頻率管制約束；可以穿透水、有機組織、木材等；非常適合近距離的、低速度的、數(shù)據(jù)量要求較少的識別應(yīng)用（例如：動物識別）等。低頻標簽的劣勢主要體現(xiàn)在：標簽存貯數(shù)據(jù)量較少；只能適合低速、近距離識別應(yīng)用；與高頻標簽相比：標簽天線匝數(shù)更多，成本更高一些；3．中高頻段射頻標簽中高頻段射頻標簽的工作頻率一般為3MHz～30MHz。典型工作頻率為：。該頻段的射頻標簽，從射頻識別應(yīng)用角度來說，因其工作原理與低頻標簽完全相同，即采用電感耦合方式工作，所以宜將其歸為低頻標簽類中。另一方面，根據(jù)無線電頻率的一般劃分，其工作頻段又稱為高頻，所以也常將其稱為高頻標簽。鑒于該頻段的射頻標簽可能是實際應(yīng)用中最大量的一種射頻標簽，因而我們只要將高、低理解成為一個相對的概念，即不會在此造成理解上的混亂。為了便于敘述，我們將其稱為中頻射頻標簽。中頻標簽一般也采用無源設(shè)主，其工作能量同低頻標簽一樣，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。標簽與閱讀器進行數(shù)據(jù)交換時，標簽必須位于閱讀器天線輻射的近場區(qū)內(nèi)。中頻標簽的閱讀距離一般情況下也小于1m。中頻標簽由于可方便地做成卡狀，典型應(yīng)用包括：電子車票、電子身份證、電子閉鎖防盜（電子遙控門鎖控制器）等。相關(guān)的國際標準有：ISO1444ISO1569ISO180003（）等。中頻標準的基本特點與低頻標準相似，由于其工作頻率的提高，可以選用較高的數(shù)據(jù)傳輸速率。射頻標簽天線設(shè)計相對簡單，標簽一般制成標準卡片形狀。4．超高頻與微波標簽超高頻與微波頻段的射頻標簽，簡稱為微波射頻標簽，其典型工作頻率為：，862(902)～928MHz。微波射頻標簽可分為有源標簽與無源標簽兩類。工作時，射頻標簽位于閱讀器天線輻射場的遠區(qū)場內(nèi)，標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簽提供射頻能量，將有源標簽喚醒。相應(yīng)的射頻識別系統(tǒng)閱讀距離一般大于1m，典型情況為4～6m，最大可達10m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)的射頻標簽可被讀/寫。由于閱讀距離的增加，應(yīng)用中有可能在閱讀區(qū)域中同時出現(xiàn)多個射頻標簽的情況，從而提出了多標簽同時讀取的需求，進而這種需求發(fā)展成為一種潮流。目前，先進的射頻識別系統(tǒng)均將多標簽識讀問題作為系統(tǒng)的一個重要特征。以目前技術(shù)水平來說，無源微波射頻標簽比較成功產(chǎn)品相對集中在902～928MHz工作頻段上。半無源標簽一般采用鈕扣電池供電，具有較遠的閱讀距離。微波射頻標簽的典型特點主要集中在是否無源、無線讀寫距離、是否支持多標簽讀寫、是否適合高速識別應(yīng)用，讀寫器的發(fā)射功率容限，射頻標簽及讀寫器的價格等方面。典型的微波射頻標簽的識讀距離為3～5m，個別有達10m或10m以上的產(chǎn)品。對于可無線寫的射頻標簽而言，通常情況下，寫入距離要小于識讀距離，其原因在于寫入要求更大的能量。微波射頻標簽的數(shù)據(jù)存貯容量一般限定在2K以內(nèi)，再大的存貯容量是乎沒有太大的意義，從技術(shù)及應(yīng)用的角度來說，微波射頻標簽并不適合作為大量數(shù)據(jù)的載體，其主要功能在于標識物品并完成無接觸的識別過程。典型的數(shù)據(jù)容量指標有：1K bits，128 Bits，64 Bits等。由AutoID Center制定的產(chǎn)品電子代碼EPC的容量為：90 Bits。微波射頻標簽的典型應(yīng)用包括：移動車輛識別、電子身份證、倉儲物流應(yīng)用、電子閉鎖防盜（電子遙控門鎖控制器）等。相關(guān)的國際標準有：ISO10374，ISO180004（）、5（）、6（860930 MHz）、7（ MHz），ANSI NCITS2561999等。RFID中間件知識RFID中間件概述RFID是2005年建議企業(yè)可考慮引入的十大策略技術(shù)之一，而中間件（Middleware）可稱為是RFID運作的中樞，因為它可以加速關(guān)鍵應(yīng)用的問世。 RFID產(chǎn)業(yè)潛力無窮，應(yīng)用的范圍遍及制造、物流、醫(yī)療、運輸、零售、國防等等。Gartner Group認為，RFID是2005年建議企業(yè)可考慮引入的十大策略技術(shù)之一，然而其成功之關(guān)鍵除了標簽（Tag）的價格、天線的設(shè)計、波段的標準化、設(shè)備的認證之外，最重要的是要有關(guān)鍵的應(yīng)用軟件（Killer Application），才能迅速推廣。而中間件（Middleware）可稱為是RFID運作的中樞，因為它可以加速關(guān)鍵應(yīng)用的問世。1．什么是RFID中間件看到目前各式各樣RFID的應(yīng)用，企業(yè)最想問的第一個問題是：我要如何將我現(xiàn)有的系統(tǒng)與這些新的RFID Reader連接？這個問題的本質(zhì)是企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)與硬件接口的問題。因此，通透性是整個應(yīng)用的關(guān)鍵，正確抓取數(shù)據(jù)、確保數(shù)據(jù)讀取的可靠性、以及有效地將數(shù)據(jù)傳送到后端系統(tǒng)都是必須考慮的問題。傳統(tǒng)應(yīng)用程序與應(yīng)用程序之間（Application to Application）數(shù)據(jù)通透是通過中間件架構(gòu)解決，并發(fā)展出各種Application Server應(yīng)用軟件；同理，中間件的架構(gòu)設(shè)計解決方案便成為RFID應(yīng)用的一項極為重要的核心技術(shù)。 2．RFID中間件的三個發(fā)展階段 從發(fā)展趨勢看，RFID中間件可分為3大類發(fā)展階段：應(yīng)用程序中間件（Application Middleware）發(fā)展階段：RFID初期的發(fā)展多以整合、串接RFID讀寫器為目的，本階段多為RFID讀寫器廠商主動提供簡單API，以供企業(yè)將后端系統(tǒng)與RFID讀寫器串接。以整體發(fā)展架構(gòu)來看，此時企業(yè)的導(dǎo)入須自行花費許多成本去處理前后端系統(tǒng)連接的問題，通常企業(yè)在本階段會通過Pilot Project方式來評估成本效益與導(dǎo)入的關(guān)鍵議題。 架構(gòu)中間件（Infrastructure Middleware）發(fā)展階段：本階段是RFID中間件成長的關(guān)鍵階段。由于RFID的強大應(yīng)用，Wal Mart與美國國防部等關(guān)鍵使用者相繼進行RFID技術(shù)的規(guī)劃并進行導(dǎo)入的PilotProject，促使各國際大廠持續(xù)關(guān)注RFID相關(guān)市場的發(fā)展。本階段RFID中間件的發(fā)展不但已經(jīng)具備基本數(shù)據(jù)搜集、過濾等功能，同時也滿足企業(yè)多對多（DevicestoApplications）的連接需求，并具備平臺的管理與維護功能。 解決方案中間件（Solution Middleware）發(fā)展階段：未來在RFID標簽、讀寫器與中間件發(fā)展成熟過程中，各廠商針對不同領(lǐng)域提出各項創(chuàng)新應(yīng)用解決方案，例如Manhattan Associates提出“RFID in a Box”，企業(yè)不需再為前端RFID硬件與后端應(yīng)用系統(tǒng)的連接而煩惱，該公司與Alien Technology Corp在RFID硬件端合作，發(fā)展Microsoft .Net平臺為基礎(chǔ)的中間件，針對該公司900家的已有供應(yīng)鏈客戶群發(fā)展Supply Chain Execution（SCE）Solution，原本使用Manhattan Associates SCE Solution的企業(yè)只需通過“RFID in a Box”，就可以在原有應(yīng)用系統(tǒng)上快速利用RFID來加強供應(yīng)鏈管理的透明度。 3．RFID中間件兩個應(yīng)用方向根據(jù)ABI Research ，2008年之前全球各產(chǎn)業(yè)的需求所創(chuàng)造出來的RFID市場規(guī)模可達到200億美元，其中軟件市場約占47億美元，2007年RFID的整合服務(wù)收入將超越RFID產(chǎn)品收入。隨著硬件技術(shù)逐漸成熟，龐大的軟件市場商機促使國內(nèi)外信息服務(wù)廠商莫不持續(xù)注意與提早投入，RFID中間件在各項RFID產(chǎn)業(yè)應(yīng)用中居于神經(jīng)中樞，特別受到國際大廠的關(guān)注，未來在應(yīng)用上可朝下列方向發(fā)展： Service Oriented Architecture Based RFID中間件：面向服務(wù)的架構(gòu)（SOA）的目標就是建立溝通標準，突破應(yīng)用程序?qū)?yīng)用程序溝通的障礙，實現(xiàn)商業(yè)流程自動化，支持商業(yè)模式的創(chuàng)新，讓IT變得更靈活，從而更快地響應(yīng)需求。因此，RFID中間件在未來發(fā)展上，將會以面向服務(wù)的架構(gòu)為基礎(chǔ)的趨勢，提供企業(yè)更彈性靈活的服務(wù)。 Security Infrastructure：RFID應(yīng)用最讓外界質(zhì)疑的是RFID后端系統(tǒng)所連接的大量廠商數(shù)據(jù)庫可能引發(fā)的商業(yè)信息安全問題，尤其是消費者的信息隱私權(quán)。通過大量RFID讀寫器的布置，人類的生活與行為將因RFID而容易追蹤，Wal Mart、Tesco（英國最大零售商）初期RFID Pilot Project都因為用戶隱私權(quán)問題而遭受過抵制與抗議。為此，飛利浦半導(dǎo)體等廠商已經(jīng)開始在批量生產(chǎn)的RFID芯片上加入“屏蔽”功能。RSA Security也發(fā)布了能成功干擾RFID信號的技術(shù)“RSA Blocker標簽”，通過發(fā)射無線射頻擾亂RFID讀寫器，讓RFID讀寫器誤以為搜集到的是垃圾信息而錯失數(shù)據(jù)，達到保護消費者隱私權(quán)的目的。目前AutoID Center也正在研究Security機制以配合RFID中間件的工作。相信Security將是RFID未來發(fā)展的重點之一，也是成功的關(guān)鍵因素。2．RFID中間件原理RFID中間件扮演RFID標簽和應(yīng)用程序之間的中介角色，從應(yīng)用程序端使用中間件所提供一組通用的應(yīng)用程序接口（API），即能連到RFID讀寫器，讀取RFID標簽數(shù)據(jù)。這樣一來，即使存儲RFID標簽情報的數(shù)據(jù)庫軟件或后端應(yīng)用程序增加或改由其它軟件取代，或者讀寫RFID讀寫器種類增加等情況發(fā)生時，應(yīng)用端不需修改也能處理，省去多對多連接的維護復(fù)雜性問題。 管家利用RFID中間件來管理系統(tǒng)RFID中間件是一種面向消息的中間件（MessageOriented Middleware，MOM），信息（Information）是以消息（Message）的形式，從一個程序傳送到另一個或多個程序。信息可以以異步（Asynchronous）的方式傳送，所以傳送者不必等待回應(yīng)。面向消息的中間件包含的功能不僅是傳遞（Passing）信息，還必須包括解譯數(shù)據(jù)、安全性、數(shù)據(jù)廣播、錯誤恢復(fù)、定位網(wǎng)絡(luò)資源、找出符合成本的路徑、消息與要求的優(yōu)先次序以及延伸的除錯工具等服務(wù)。 3．RFID中間件分類：RFID中間件可以從架構(gòu)上分為兩種：以應(yīng)用程序為中心（Application Centric） 的設(shè)計概念是通過RFID Reader廠商提供的API，以Hot Code方式直接編寫特定Reader讀取數(shù)據(jù)的Adapter，并傳送至后端系統(tǒng)的應(yīng)用程序或數(shù)據(jù)庫，從而達成與后端系統(tǒng)或服務(wù)串接的目的。 以架構(gòu)為中心（Infrastructure Centric） 隨著企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)的復(fù)雜度增高，企業(yè)無法負荷以Hot Code方式為每個應(yīng)用程序編寫Adapter，同時面對對象標準化等問題，企業(yè)可以考慮采用廠商所提供標準規(guī)格的RFID中間件。這樣一來，即使存儲RFID標簽情報的數(shù)據(jù)庫軟件改由其它軟件代替，或讀寫RFID標簽的RFID Reader種類增加等情況發(fā)生時，應(yīng)用端不做修改也能應(yīng)付。 4．RFID中間件的特征 一般來說，RFID中間件具有下列的特色：獨立于架構(gòu)（Insulation Infrastructure）RFID中間件獨立并介于RFID讀寫器與后端應(yīng)用程序之間，并且能夠與多個RFID讀寫器以及多個后端應(yīng)用程序連接，以減輕架構(gòu)與維護的復(fù)雜性。數(shù)據(jù)流（Data Flow）RFID的主要目的在于將實體對象轉(zhuǎn)換為信息環(huán)境下的虛擬對象，因此數(shù)據(jù)處理是RFID最重要的功能。RFID中間件具有數(shù)據(jù)的搜集、過濾、整合與傳遞等特性，以便將正確的對象信息傳到企業(yè)后端的應(yīng)用系統(tǒng)。 處理流（Process Flow）RFID中間件采用程序邏輯及存儲再轉(zhuǎn)送（StoreandForward）的功能來提供順序的消息流，具有數(shù)據(jù)流設(shè)計與管理的能力。 標準（Standard）RFID為自動數(shù)據(jù)采樣技術(shù)與辨識實體對象的應(yīng)用。EPCglobal目前正在研究為各種產(chǎn)品的全球惟一識別號碼提出通用標準，即EPC（產(chǎn)品電子編碼）。EPC是在供應(yīng)鏈系統(tǒng)中，以一串數(shù)字來識別一項特定的商品，通過無線射頻辨識標簽由RFID讀寫器讀入后，傳送到計算機或是應(yīng)用系統(tǒng)中的過程稱為對象命名服務(wù)（Object Name Service，ONS）。對象命名服務(wù)系統(tǒng)會鎖定計算機網(wǎng)絡(luò)中的固定點抓取有關(guān)商品的消息。EPC存放在RFID標簽中，被RFID讀寫器讀出后，即可提供追蹤EPC所代表的物品名稱及相關(guān)信息，并立即識別及分享供應(yīng)鏈中的物品數(shù)據(jù)，有效率地提供信息透明度。5．如何將現(xiàn)有的系統(tǒng)與新的RFID Reader連接 面對各種RFID的應(yīng)用，用戶的首要問題是:“如何將現(xiàn)有的系統(tǒng)與新的RFID Reader連接?” 事實上，這個問題的本質(zhì)是用戶應(yīng)用系統(tǒng)與硬件接口的問題。在RFID應(yīng)用中，通透性是整個應(yīng)用的關(guān)鍵，正確抓取數(shù)據(jù)、確保數(shù)據(jù)讀取的可靠性、以及有效地將數(shù)據(jù)傳送到后端系統(tǒng)都是必須考慮的問題。傳統(tǒng)應(yīng)用程序之間的數(shù)據(jù)通透是通過中間件架構(gòu)來解決的，并由此發(fā)展出各種Application Server應(yīng)用軟件。中間件在系統(tǒng)中的作用及位置RFID中間件扮演RFID硬件和應(yīng)用程序之間的中介角色，從應(yīng)用程序端使用中間件所提供的一組通用應(yīng)用程序接口(API)，即能實現(xiàn)到RFID讀寫器的連接。這樣一來，即使存儲RFID標簽數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫軟件或后端應(yīng)用程序增加或改由其它軟件取代，或者讀寫RFID讀寫器種類增加等情況發(fā)生時，應(yīng)用端不需修改也能處理，解決了多對多連接的維護復(fù)雜性問題。 總結(jié) 全向天線應(yīng)該避免在標簽中使用，然而是可以使用方向性天線，它具有更少的輻射模式和返回損耗的干擾。天線類型的選擇必須使它的阻抗與自由空間和ASIC匹配。在一個倉庫中使用天線好像是不可行的，除非使用有源標簽，但是在任何情況下，倉庫內(nèi)的天線輻射模式將嚴重失真。一個門禁系統(tǒng)的使用將是好的選擇，可以使用短作用距離的無源標簽。當然門禁系統(tǒng)比手持的儀器昂貴，但是手持儀器工作人員需要使用它到倉庫搜尋物品，人員費用同樣昂貴。在門禁系統(tǒng)中，每一個物品盒子，僅