解析无线射频识别(RFID)技术

    一、概述 
    RFID是射频识别技术的英文(Radio Frequency Identification)的缩写，射频识别技术是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术，射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。 
无线射频识别技术(RFID)已经成为一个很热门的话题。据业内人士预测，RFID技术市场将在未来五年内在新的产品与服务上带来30至100亿美金的商机，随之而来的还有服务器、资料储存系统、资料库程序、商业管理软件、顾问服务，以及其他电脑基础建设的庞大需求。 
或许这些预测过于乐观，但RFID将会成为未来的一个巨大市场是毫无疑问的。许多高科技公司正在加紧开发RFID专用的软件和硬件，这些公司包括英特尔、微软、甲骨文、sap和sun。
    二、射频识别技术发展历史 
    从信息传递的基本原理来说，射频识别技术在低频段基于变压器耦合模型(初级与次级之间的能量传递及信号传递)，在高频段基于雷达探测目标的空间耦合模型(雷达发射电磁波信号碰到目标后携带目标信息返回雷达接收机)。1948年哈里斯托克曼发表的利用反射功率的通信奠定了射频识别技术的理论基础。 
    射频识别技术的发展可按十年期划分如下： 
    1940-1950年：雷达的改进和应用催生了射频识别技术，1948年奠定了射频识别技术的理论基础。 
    1950-1960年：早期射频识别技术的探索阶段，主要处于实验室实验研究。 
    1960-1970年：射频识别技术的理论得到了发展，开始了一些应用尝试。 
    1970-1980年：射频识别技术与产品研发处于一个大发展时期，各种射频识别技术测试得到加速。出现了一些最早的射频识别应用。 
    1980-1990年：射频识别技术及产品进入商业应用阶段，各种规模应用开始出现。 
    1990-2000年：射频识别技术标准化问题日趋得到重视，射频识别产品得到广泛采用，射频识别产品逐渐成为人们生活中的一部分。 
    2000年后：标准化问题日趋为人们所重视，射频识别产品种类更加丰富，有源电子标签、无源电子标签及半无源电子标签均得到发展，电子标签成本不断降低，规模应用行业扩大。 
    至今，射频识别技术的理论得到丰富和完善。单芯片电子标签、多电子标签识读、无线可读可写、无源电子标签的远距离识别、适应高速移动物体的射频识别技术与产品正在成为现实并走向应用。 
    三、无线射频识别技术
    ●RFID系统的组成及其工作原理
    RFID系统因应用不同其组成会有所不同，但基本都由电子标签（Tag）、阅读器（Reader）和数据交换与管理系统（Processor）三大部分组成。电子标签（或称射频卡、应答器等），由耦合元件及芯片组成，其中饱含带加密逻辑、串行EEPROM（电可擦除及可编程式只读存储器）、微处理器CPU以及射频收发及相关电路。
    电子标签具有智能读写和加密通信的功能，它是通过无线电波与读写设备进行数据交换，工作的能量是由阅读器发出的射频脉冲提供。阅读器，有时也被称为查询器、读写器或读出装置，主要由无线收发模块、天线、控制模块及接口电路等组成。阅读器可将主机的读写命令传送到电子标签，再把从主机发往电子标签的数据加密，将电子标签返回的数据解密后送到主机。数据交换与管理系统主要完成数据信息的存储及管理、对卡进行读写控制等。
    RFID系统的工作原理如下：阅读器将要发送的信息，经编码后加载在某一频率的载波信号上经天线向外发送，进入阅读器工作区域的电子标签接收此脉冲信号，卡内芯片中的有关电路对此信号进行调制、解码、解密，然后对命令请求、密码、权限等进行判断。若为读命令，控制逻辑电路则从存储器中读取有关信息，经加密、编码、调制后通过卡内天线再发送给阅读器，阅读器对接收到的信号进行解调、解码、解密后送至中央信息系统进行有关数据处理；若为修改信息的写命令，有关控制逻辑引起的内部电荷泵提升工作电压，提供擦写EEPROM中的内容进行改写，若经判断其对应的密码和权限不符，则返回出错信息。
    在RFID系统中，阅读器必须在可阅读的距离范围内产生一个合适的能量场以激励电子标签。在当前有关的射频约束下，欧洲的大部分地区各向同性有效辐射功率限制在500mW，这样的辐射功率在870MHz，可近似达到0.7米。美国、加拿大以及其他一些国家，无需授权的辐射约束各向同性辐射功率为4W，这样的功率将达到2米的阅读距离，在获得授权的情况下，在美国发射30W的功率将使阅读区增大到5.5米左右。
    ●RFID技术的分类
    RFID技术的分类方式常见的有下面四种：
    根据电子标签工作频率的不同通常可分为低频（30kHz～300kHz）、中频（3MHz～30MHz）和高频系统（300MHz～3GHz）。RFID系统的常见工作频率有低频125kHz、134.2kHz，中频13.56MHz，高频860MHz～930MHz、2.45GHz、5.8GHz等。
低频系统特点是电子标签内保存的数据量较少，阅读距离较短，电子标签外形多样，阅读天线方向性不强等。主要用于短距离、低成本的应用中，如多数的门禁控制、校园卡、煤气表、水表等；中频系统则用于需传送大量数据的应用系统；高频系统的特点是电子标签及阅读器成本均较高，标签内保存的数据量较大，阅读距离较远（可达十几米），适应物体高速运动，性能好。阅读天线及电子标签天线均有较强的方向性，但其天线宽波束方向较窄且价格较高，主要用于需要较长的读写距离和高读写速度的场合，多在火车监控、高速公路收费等系统中应用。
根据电子标签的不同可分为可读写卡（RW）、一次写入多次读出卡（WORM）和只读卡（RO）。RW卡一般比WORM卡和RO卡贵得多，如电话卡、信用卡等；WORM卡是用户可以一次性写入的卡，写入后数据不能改变，比RW卡要便宜；RO卡存有一个唯一的号码，不能逐改，保证了安全性。
    根据电子标签的有源和无源又可分为有源的和无源的。有源电子标签使用卡内电流的能量、识别距离较长，可达十几米，但是它的寿命有限（3～10年），且价格较高；无源电子标签不含电池，它接收到阅读器（读出装置）发出的微波信号后，利用阅读器发射的电磁波提供能量，一般可做到免维护、重量轻、体积小、寿命长、较便宜，但它的发射距离受限制，一般是几十厘米，且需要阅读器的发射功率大。
根据电子标签调制方式的不同还可分为主动式（Active tag）和被动式（Passive tag）。主动式的电子标签用自身的射频能量主动地发送数据给读写器，主要用于有障碍物的应用中，距离较远（可达30米）；被动式的电子标签，使用调制散射方式发射数据，它必须利用阅读器读写器的载波调制自己的信号，适宜在门禁或交通的应用中使用。
    四、无线射频识别技术改变生活
    RFID是通过无线电波扫描基于芯片的电子标签，以实现对物体的识别。这是一项应用前景非常广泛的网络技术，它实现了网络与物理世界的联络。RFID芯片只有蚂蚁头大小，很容易嵌入任何商品标签。德国的世界杯门票就是未来票务革新的一个开端。未来的足球赛、大型演唱会、大型国际会议，甚至紧缺的机票、火车票都可以通过RFID实现有效管理，杜绝倒票和其他不安全因素。  [Page]
    在安保领域，RFID技术应用也开始普及，德国法兰克福机场与日本东京机场联合应用该技术，提高行李安检效率。法兰克福机场电子扫描仪检测的数据，东京也很快能看到。在美国有近100万个家庭宠物携带有这种芯片，一旦宠物走失，主人能很快地找回。2004年9月，日本的一家私立小学在学生书包上也安装了RFID芯片，家长能随时知道孩子的去处。 2004年底的印度洋大海啸后，死难者遗体的鉴定成了一大难事，而今后游客只要注射了RFID芯片，在任何地方遇到事故或被劫持，就能很快被发现。
    五、无线射频识别技术发展存在的问题 
    RFID技术发展的前景是难以估量的，从厨房到展览馆，从超市到迪斯科舞厅，可以说没有哪个经济领域的分支可以不应用RFID的。然而，这一技术的应用可能也会产生某些负面影响。例如：RFID芯片的普遍应用将大大减少零售业的人力需求，这将可能导致员工的失业，并引起员工对新技术的抵触情绪。 
    由于RFID技术的来临太快，许多技术细节问题也还没有得到解决。到目前为止，RFID技术还没有最终的标准和统一的频率。欧洲RFID系统发射的是一种频率，美国发射的是另一种频率。另外，无线电波的发射受到液体和金属的影响，因此，对饮料和罐头这样的商品应用RFID还比较困难。重要的一点是还不清楚，谁来承担新技术的开发成本，商业零售商和技术供应商之间为此还存在争论。 
    RFID的广泛应用还引起数据和消费者保护争论。目前，全球都在关注美国关于解决消费者针对超市强行进入私人生活的话题。德国比勒费尔德民权联合会也发起了捍卫个人数据隐私的倡议，反对所谓的间谍芯片。该机构认为，随着RFID芯片越来越容易地被隐藏在鞋子或衣服里，完全有理由相信，未来这种芯片的扫描仪或识别器也会被安装在墙上、门槛里、加油站柱子上或楼梯上，企业可以用来随时随地监控员工或消费者的行为。 
批评者是否夸大了RFID的负面影响还有待质疑，事实上目前RFID芯片的无线电波发射范围还很有限。