RFID技术创新

RFID技术创新（精选12篇）

RFID技术创新 篇1

RFID发展也存在着诸多制约因素, 因而, 认清其发展现状, 找到其发展中的问题, 探讨RFID发展策略对促进物联网核心技术发展, 推动物联网的应用和普及, 提升生产和生活的智能化, 具有较强的现实意义。

RFID技术发展的瓶颈

成本是影响RFID应用的一个主要问题。社会上对RFID技术应用中普遍反映的是“成本过高”, 特别是从需求方面反映尤为强烈。RFID在单体低价物品上的使用会导致成本过高, 目前在中国, 每个RFID的条码大约需要1元左右的水平, 其价格比几分钱一个的传统条形码高出很多, 商家还需要为应用而采购大量的配置设备, 这将是很大一笔费用, 因而, RFID技术应用成本高。

当前制约RFID发展的最大障碍之一就是RFID标准问题。RFID标准包括技术标准 (工作频率、发射功率及电磁兼容性) 和应用标准 (电子产品码和相关软件技术) 。首先, 电子标签编码不一致, 日本UID, 欧美EPC体系、中国NPC;其次, RFID标签的数据内容编码标准和通讯协议不一致;目前E P C global、ISO、UID、AIM、IP-X五大标准组织, 代表了不同团体或国家的利益;全球有100多个针对数据交换的RFID协议标准, 协议过多, 导致术语不统一, 限制了标准在实践中的完善。最后, 芯片设计与制造、天线设计与制造、标签封装及封装设备制造、读写设备开发、数据管理软件设计等一个个生产环节构成了一条完整的RFID产业链, 而目前国内产业发展滞后, 尤其是核心技术的缺失成了制定中国RFID标准难以逾越的高墙。目前已出的标准主要有EPC global标准、ISO/IEC标准、AIM global标准、UID标准及IP-X标准, RFID数据格式很多且互不兼容, 主要差别在无线调制方式、传输协议和传输距离各有差异, 因此不同标准的RFID标签和读写器很难互通。只有制定出全球共同遵守的权威的统一的标准, RFID标签才会普及大规模应用。

中国RFID的发展虽然有了一些基础应用, 但以物为互联的应用需求还是低层次的。所以, 难以激发产业链各环节的参与和投入热情, 规模化行业的应用的不足成为制约RFID产业发展的重要因素, 另外, 目前中国物联网产业下游的通讯运营商和中游的系统设备商都已是世界级水平, 但是其他环节相对欠缺, 初期成本居高不下, 产业链的不完善一定程度上制约了RFID产业健康有序发展。产业链长且多样化, 利益矛盾复杂, 没有一个系统能够连接产业链各方利益;缺乏应用开发者团体和可持续发展的商业模式, 难以推动RFID产业化规模化发展。

供应链是围绕核心企业, 通过对信息流、物流、资金流的控制, 从采购原材料开始, 制成中间产品以及最终产品, 由销售网络把产品送到消费者的手中, 将供应商、制造商、分销商、零售商、直到最终用户连成一个整体的功能网链结构模式。它包括所有加盟的节点企业, 它是一条连接供应商到用户的物料链、信息链、资金链, 是一条增值链, 给相关企业都带来收益。

RFID发展创新策略

将RFID技术与条码技术结合起来使用, 条码的低成本应用已被广泛推广, 而射频技术的成本目前还不适合低值消费品的单品使用, RFID标签的成本已经明显降低, 并且还会继续降低, 对一些高价值的产品, 成本不是主要问题, 同时, 还要看RFID的导入价值, 进行投资回报分析, 若其应用价值和企业的投资回报高, 一定的成本投入是值得的。从供应链管理的角度而言, 若供应链节点企业参与度高, 成本得到分摊, 总体应用成本降低。利用新材料, 不断降低RFID成本。

印刷和有机RFID芯片的大规模商用将大幅降低RFID成本, 可以集成更多有机晶体芯片;全有机的RFI D标签成本将降至每枚0.0 1~0.02美元。

据统计, RFID有30个国际组织制定了250多个标准。近年来, 中国积极参与制定物联网国际标准。针对物联网关键技术标准, 中国在2005年12月成立电子标签国家标准工作组, 该工作组的任务是联合社会各方面力量, 开展电子标签标准体系的研究, 并以企业为主体进行标准的预先研究和制定、修订工作。我国的RFID技术标准状况:国家标准正式发布3项, 已立项国家标准24项, 已立项行业标准15项, 应用标准是主要构成。目前中国已经初步制定了R F I D标准体系, 在RFID术语标准、协议标准、测试标准、网络标准以及应用标准等方面取得了初步的进展。中国RFID体系包括基础技术类标准和应用技术类标准, 基础技术类标准涉及RFID技术术语、编码、频率空中接口协议、中间件标准、测试标准等多个方面, 针对RFID应用中一些共性的技术进行标准化, 为RFID在不同领域的应用奠定了基础;应用技术类标准体系, 涵盖公共安全、生产管理与控制、物流供应链管理、交通管理方面的应用领域, 针对不同应用对象和场合而制定的具体规范。统一规划, 创新标准体系, 并推广应用。

中国物联网的第一波应用首先产生于商用, 主要是大型国有企业的行业应用, 如电力抄表、油井监控等。目前, 中国在物联网方面启动的应用项目越来越多, 在智能安防、智能电力、智能交通、智能物流、智能家居、智慧农业、智能环保、智能工业、智能医疗等行业都有广泛的应用, 在这些行业内, 已经聚集了一批成熟的集成商、设备厂商等, 但是, 其应用模式却不统一。

随着物联网行业应用的逐渐成熟, 新的通用性强物联网技术平台将出现。物联网的创新是应用集成性的创新, 单靠一两个企业是无法完成一个完整的解决方案的。一个技术成熟、服务完善、产品类型众多、应用界面友好的RFID应用平台, 将是由设备提供商、技术方案商、运营商、服务商协同合作的结果。所以, 新的应用模式将是有大的公共平台、共性技术平台出现, 如此, 对于终端生产商、软件制造商、网络运营商、系统集成商、应用服务商, 都需要重新定位。新的应用模式应该是方便、高效、可复制、可推广, 应用、服务各方利益共享的模式。

RFI D的应用必将催生新的管理模式, 建立供应链管理机制能有效促进RFID的发展。目前我国供应链各环节的劳动力成本和设备成本都远远低于发达国家, 而整个供应链过程的综合成本却大大高于发达国家, 其主要原因就是供应链各环节信息化程度低, 造成库存大、运力浪费。对供应链的管理包括对信息系统、采购、生产、调度、订单处理、仓储和库存控制、运输、客户服务、包装及废料回收处理等活动在内的一系列管理过程, 利用物联网技术全面规划供应链中的商流、物流、信息流、资金流等, 并进行计划、组织、协调和控制。供应链管理即所有业务流程的整合管理, 是供应链结构中包括信息与产品的流动, 公司内部各部门和供应链中各企业的关键业务流程的一体化管理, 其核心管理思想是信息一体化管理。

RFID技术发展的瓶颈不仅有技术问题, 更重要的是市场应用, 因此, 市场需求是产业竞争力提升的关键因素。RFID关键应用的主要客户以大型、超大型央企为主, 推广难度大, 需要政府平台的支持。在相关政府部门的指导下, 通过应用试点示范项目, 面向重点行业企业推广RFID关键应用, 形成产业化突破和规模化增长。

需求需要培养, 但是要注意的是, RFID的优势是建立在信息共享机制之上的, 信息共享的链条越长, RFID就越有用武之地。而信息共享的背后是利益的共享, 即供应链机制。因此, 可以说培养RFID的市场是一个培养供应链的过程, 也就是我国产业的集约化过程。这也说明RFID的应用应该在那些集约化程度较高的产业首先突破, 在那些供应链基础较好的领域优先使用起来。

RFID技术创新 篇2

一、RFID的特点及应用

1.什么是RFID?

RFID是Radio

Frequency

Identi

Fication的缩写，即无线射频识别。常称为感应式电子晶片或近接卡、感应卡、非接触卡、电子标签、电子条码，等等。

RFID系统组成：

标签(Tag)：由耦合元件及芯片组成，每个RFID标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象，俗称电子标签或智能标签;读取器/读写器(Reader)：读取(有时还可以写入)标签信息的设备，可设计为手持式或固定式;天线(Antenna)：在RFID标签和读取器间传递射频信号。

一套完整的系统还需具备：数据传输和处理系统。

RFID电子标签：有源标签，无源标签，半有源半无源标签。

RFID工作原理：标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(Passive

Tag，无源标签或被动标签)，或者主动发送某一频率的信号(Active

Tag，有源标签或主动标签);解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。

RFID技术：RFID无线射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个电子标签，操作快捷方便。

2.RFID技术的应用：

短距离射频识别产品不怕油渍、灰尘污染等恶劣的环境，可在这样的环境中替代条码，例如用在工厂的流水线上跟踪物体。

长距射频识别产品多用于交通上，识别距离可达几十米，如自动收费或识别车辆身份等。

1、在零售业中，条形码技术的运用使得数以万计的商品种类、价格、产地、批次、货架、库存、销售等各环节被管理得井然有序;

2、采用车辆自动识别技术，使得路桥、停车场等收费场所避免了车辆排队通关现象，减少了时间浪费，从而极大地提高了交通运输效率及交通运输设施的通行能力;

3、在自动化的生产流水线上，整个产品生产流程的各个环节均被置于严密的监控和管理之下;

4、在粉尘、污染、寒冷、炎热等恶劣环境中，远距离射频识别技术的运用改善了卡车司机必须下车办理手续的不便;

5、在公交车的运行管理中，自动识别系统准确地记录着车辆在沿线各站点的到发站时刻，为车辆调度及全程运行管理提供实时可靠的信息。

RFID电子标签的技术应用非常广泛，目前典型应用：动物晶片、门禁控制、航空包裹识别、文档追踪管理、包裹追踪识别、畜牧业、后勤管理、移动商务、产品防伪、运动计时、票证管理、汽车晶片防盜器、停车场管制、生产线自动化、物料管理等等。

3.电子标签RFID七大特点：

传统条形码识别技术相比，RFID有以下优势：

1.快速扫描

条形码一次只能有一个条形码受到扫描;RFID辨识器可同时辨识读取数个RFID标签。

2.体积小型化、形状多样化

RFID在读取上并不受尺寸大小与形状限制，不需为了读取精确度而配合纸张的固定尺寸和印刷品质。此外，RFID标签更可往小型化与多样形态发展，以应用于不同产品。

3.抗污染能力和耐久性

传统条形码的载体是纸张，因此容易受到污染，但RFID对水、油和化学药品等物质具有很强抵抗性。此外，由于条形码是附于塑料袋或外包装纸箱上，所以特别容易受到折损;RFID卷标是将数据存在芯片中，因此可以免受污损。

4.可重复使用

现今的条形码印刷上去之后就无法更改，RFID标签则可以重复地新增、修改、删除RFID卷标内储存的数据，方便信息的更新。

5.穿透性和无屏障阅读

在被覆盖的情况下，RFID能够穿透纸张、木材和塑料等非金属或非透明的材质，并能够进行穿透性通信。而条形码扫描机必须在近距离而且没有物体阻挡的情况下，才可以辨读条形码。

6.数据的记忆容量大

一维条形码的容量是50Bytes，二维条形码最大的容量可储存2至3000字符，RFID最大的容量则有数Mega

Bytes。随着记忆载体的发展，数据容量也有不断扩大的趋势。未来物品所需携带的资料量会越来越大，对卷标所能扩充容量的需求也相应增加。

7.安全性

由于RFID承载的是电子式信息，其数据内容可经由密码保护，使其内容不易被伪造及变造。

近年来，RFID因其所具备的远距离读取、高储存量等特性而备受瞩目。它不仅可以帮助一个企业大幅提高货物、信息管理的效率，还可以让销售企业和制造企业互联，从而更加准确地接收反馈信息，控制需求信息，优化整个供应链。

二、应用领域概况

1.图书馆中的应用

图书管理是RFID技术应用的一个重要方面，图书馆是图书管理需求最为集中的应用场所。据调研分析，目前全国共有1万多家图书馆，且大多数图书馆已经从纯手工管理方式过度到了采用条形码识别、计算机网络、计算机软件技术的数字化管理模式。虽然采用了许多现代化技术，但还是有许多问题困扰着图书馆的管理及工作人员。

通过系统的需求调研，RFID技术应用于图书馆图书管理过程中需要解决的主要问题包括以下几个方面：

（1）

实现电子表情的转换

（2）

实现图书自助借还

（3）

实现图书快速盘点

（4）

实现图书快速查找

（5）

实现错架图书快速整理

（6）

实现RFID安全门禁

（7）

实现与现有系统无缝连接

2.食品监管中的应用

在食品供应链中将全面运用RFID电子标签技术，实现食品的安全信息全程溯源。进入园区的蔬菜、水果、水产品、蛋等初级产品及配送的餐饮半成品等，包装袋上都将戴上RFID标签，这个标签会储存种植养殖企业或生产单位、品名、产地、生产日期、保质期等信息，在专供食品的物流货车上也配备相应的RFID设备，对装载冷藏、冷冻食品的车辆配备RFID等温度连续监控设备。在食品进入园区时，工作人员通过手持式RFID读取器，就能在现场快速追溯食品和原料的来源。

3.服装行业的应用

RFID技术在服装行业的应用越来越收到服装企业主的重视，通过RFID技术提供供应链管理的透明度，提高库存转转率，减少缺货损失，提升门店的消费体验.通过RFID技术基本上为服装行业带来四大类的利益：

1.快：物流效率快，货品交接点数快，提高物流作业效率

.准：数据准，在供应链的各个环节对服装的流通数据采集准确

3.防：通过嵌入RFID芯片到服装内部，实现防窜货和防伪功效，而且还提高物流效率。

4.服务：通过RFID智能商店，提高消费者体验，通过互动，更多商品的展示，快速响应消费者需求来

提高服务水平，提升门店销售额。

4.物联网中的应用

RFID中的射频模块是物联网的基础，RFID的应用是物联网的核心。射频识别技术的优势很明显，它可以容纳大量数据信息，能反复修改，读取速度快，识别的功能、效率也能得到大大的提升，可以同时远距离识别多个高速运动的物体，不受恶劣的环境影响，且安全性好。从理论上说，装上射频标签后，全世界的物品都将拥有独一无二、功能强大、非接触快速读取的“身份证”。

正是因为这个特征，它可以被广泛的应用在各个领域，如物流过程中物流追踪，信息自动采集，仓储应用，港口应用，快递；商品的销售数据实时统计、补货、防盗；生产数据的实时监控、质量追踪、自动化生产；旅客机票，行李包裹追踪；车辆管理、人员进出；物流管理、资产跟踪识别、产品核心组件跟踪识别、产品核心组件的生命周期管理等各个领域，RFID技术是物联网技术的重要组成部分，它的发展将极大的推动物联网的应用，其应用前景不可估量。

5.车辆管理中的应用

智能停车场系统性能特点如下：

(1)采用了射频识别技术和计算机控制，自动化程度高，控制准确。

(2)采用远距离智能识别标签技术，防伪性能良好。停车的车辆拥有一个唯一序列号的标签卡，该序列号不能更改。多重加密技术，唯一识别，无法仿制。而且只有该系统发行认可。

(3)非接触式智能标签卡使用时无机械接触动作，远距离感应通讯，无方向性，卡片可以在读写器的远距离读卡范围内，在车辆不停车的同时就可以完成读卡的操作，方便用户的使用。

(4)道闸根据车辆的通行情况自动升起和降落，并具有防砸车功能。

(5)停车收费由计算机统计和确认。

(6)采用计算机网络和收费软件相结合的方法，防止了非法的修改和越权查阅资料。

(7)管理计算机和各个收费计算机可以实现实时通讯，并且管理计算机具有外接接口，网络扩展性强。

(8)采用标准的工业控制系统结构，可根据用户的不同要求组织不同系统的配置，方便灵活。

(9)安装、调试、维护简单方便，易于更换及检修。

(10)整个系统性能稳定，使用可靠。

三、案例分析

医院智能管理系统(RFID行业应用案例）

目前，医院管理还是不够人性化和智能化。具体表现在以下方面

：

1.患者病情加重，当病人出现突发病情，而病人当时不知情的情况下，病人的体温出现变化

2.医疗服务的迟延，当所需的医生不能及时找到时，其病房会引起闲置并导致伤患抢救时机的丧失

3、有些病患者未经允许擅自离开病房或者进入其他区域所引起的对其自身和他人的疾病威胁，没有形成对病人的定位管理

4、没有智能化的病人监督体系，对病人的治疗程序没有完整明确的记录过程。如病人治疗到哪一阶段了，该服药了有没有发出提醒信号，护士的护理是不是合乎病人病情发展的要求

5、妇产科母婴的鉴定，有时会发生阴差阳错抱错婴儿的事情，也有偷盗婴儿的事情发生等

针对目前医疗行业客观存在的上述需求，苏州木兰电子科技有限公司近期推出了基于有源RFID技术的“病人实时监控系统”。将采集到的人体温度数据持续记录在有源电子标签内，对病人进行细致地、实时地管理。

2、RFID系统工作原理简图

主要工作流程：

3、给每个病人佩戴相关的RFID电子标签卡，该卡的信息和病人的相关信息具有唯一性的对应，其主动向外界发出信号，当信号被病房附近装设的相关读卡器读到，然后通过各种传输方式（RS485＼以太网等）将信号传到医院后台管理中心，通过查看管理中心数据库病人的病情记录信息，就可以对别人的信息了如指掌，一清二楚。还有，对病人的实时监控以及区域定位，因为每个病人都佩戴有标示自己唯一性身份的RFID标签卡，而医院随处都安装有RFID远距离读卡器，也就是病人的一举一动，出行轨迹等所有信息都随时在监控的范围之内，从而达到实时监控全程跟踪的目的。在母婴鉴定，婴儿防盗方面，会有相关唯一性标签对应关系以及权限设置即时报警提示功能。

3.智能医院管理系统示意图

示意图中，读卡器是安装在医院不同角落的，根据具体情况而设立的。当然，读卡器可以是固定读卡器，根据功能需求也可以使用手持式PDA读卡器。病人所佩戴的标签卡也有各种形式的，据不同的情况而定。

一、系统介绍

1、系统组成电子标签：

ML-T系列的有源射频卡，识别距离范围是2-80M，工作方式是主动式的。是能呼叫的，比如按一下按钮医生就知道那个病人呼叫。

固定读卡器：由木兰自主研发生产的ML-M系列远距离全向性读卡器，用来自动读取射频卡的信息。每个病房安装一个。

监控软件系统：由电脑和软件系统组成。

二、方案介绍

1、病人的区域定位管理

因为给每一个病人都发放一个可以代表自己唯一性身份的标签卡，该卡不断主动地向外界发出信号，而医院到处都安装有RFID远距离读卡器，这样病人的活动都在系统监视的范围内，而读卡器是有编号的，也有固定的位置的，当病人出现在某一个位置时会被附近相关的读卡器读到，根据读卡器的位置可达到对病人区域定位的效果。

当然，根据病人病情的不同，会设置病人的活动范围，当病人离开病房或到了不该到的地方时，通过管理软件相关权限的设置，系统会发出报警信号，提醒相关工作人员及时处理。

这样，病人的区域定位管理便可实现。

2、母婴管理体系

母婴对应：

当婴儿出生之后，也会给婴儿佩戴一个可以标示唯一性身份的标签卡，考虑到婴儿抱错以及被窃等问题，该标签设置成防水放拆型的，当有人强制拆掉时会发出报警信号，而且，婴儿的标签卡信息和母亲的信息具有一一对应性，要确定是不是抱错了婴儿，只需在管理中心数据库对比母婴的标签卡信息就可以了，这样，婴儿和母亲有了对应关系，可以避免婴儿抱错事件的发生。

婴儿防盗：

因为每一个婴儿都有自己的标识卡，该卡不断向外界发出信息，因此，和其他病人一样，婴儿也时时刻刻处于被监控的状态，这样，对智能管理系统软件的设置，当婴儿离开被指定的某一区域时，系统会发出报警提醒相关人员及时作出反应采取措施。当然，当母婴完全康复出院时，通过管理系统解除报警让母婴正常的离开医院。

3、病人日常护理监护

通过RFID标签，远距离读卡器以及后台管理中心这一系列的过程，对病人病情的发展，诊断，医疗，护理都有一个全程的记录，而且，每一个病人的情况都会在管理系统数据库中有详细的记录和实时的更新，这样会做到对病人从入院到出院全程的智能化的监护，人性化的管理。如病人的医疗进行到哪一阶段了，到服药的时候了提醒病人服药，病人该服哪方面的药了，还有及时通知病人医疗费用余额等都有全程的掌控，这样，对病人的治疗，护理更加条理化，清晰化，合理化，安全化，智能化，人性化。

三、系统特点和优势

1、产品特点

远距离：阅读距离10米以内轻松实现。由于按考勤地点的实际情况，读卡距离可设定；

运行稳定：有源卡阅读距离稳定，不易受周边环境影响。使用频道隔离技术，多个设备互不干扰；

支持高速度移动读取：标识卡的移动时速可达200公里/小时。；

高可靠性：环境温度-40℃-85℃内能完全正常运行（MTBF≥70000小时），尤其是在北方低温和南方高温状态下更显优势，可以有效抵抗恶劣环境下空气中的高粉尘和污染物以及阴雨等环境下，能够保证设备正常使用；

安全性：加密计算与认证，确保数据安全，防止链路与数据破解；

高抗干扰和防雷设计：对现场各种干扰源无特殊要求，满足工业环境要求，安装方便简单，全球开放的ISM微波频段，无须申请和付费；

超低功耗：使用寿命长，平均成本低，并且对人体安全、更健康，无辐射损害。可配置微波模块工作方式，发射功率可调；

多识别性：可以同时识别200个以上标示，如果现场有多与200个以上的标示，我们有办法进行处理。

2、系统优势

●利用RFID技术，完全智能化的系统，轻松的解决了医院经常会发生的婴儿调换以及婴儿被盗事件；

●完全自动化的系统，实现了病人在医院的全程监控、区域定位管理、安全提示等智能化的功能；

●使医院的服务、管理有序化、明了化、清晰化；

●智能化的软件系统，实现智能化的医院管理服务体系，所有功能的实现只在RFID硬件以及软件系统的强力配合下，完全自动化的实现；

●智能化的医院管理，可以提高医院在当地的知名度，赢得广大群众的认可；

四、RFID技术发展史

1.RFID在我国的发展

本世纪初，RFID已经开始在中国进行试探性的应用，并很快得到政府的大力支持，2006年6月，中国发布了《中国RFID技术政策白皮书》，标志着RFID的发展已经提高到国家产业发展战略层面。2008年底，中国参与RFID的相关企业达数百家，已经初步形成了从标签及设备制造到软件开发集成等一个较为完整的RFID产业链，2008年中国RFID相关产值达到80亿元左右，并将在未来5-10年保持快速发展。

RFID应用的推广和市场的扩大而逐步降低，RFID的应用将会从目前的托盘或整箱的货物跟踪逐步扩展到单品货物跟踪的水平。最后，从产业供应链角度看，国家目前提倡的产业升级，就是要使中国企业多生产高技术、高附加值、高利润产品，而这些领域，正是RFID用武之地。产业升级将带动中国企业提升市场竞争能力，逐步由单体企业竞争上升为产业供应链的竞争。现在，一批国产RFID企业,如：创羿科技、远望谷、上海华虹、维深集团....迅速发展壮大.在未来几年，我们会看到，RFID的实施将摆脱仅仅由单个企业实施的窘境，而展现为企业所在整个供应链的协同实施，RFID的益处将会得到最大程度的发挥。

2.阻碍了RFID在我国的发展的因素

首先，是我国企业总体信息化水平不高，阻碍了RFID充分发挥其作用。RFID作为一种信息技术手段，其基本功能是实现数据的精准快速采集。这些数据采集后，必须经过进一步的对比分析处理，才能达到提高效率、降低总体成本的作用。也就是说，RFID的实施，往往需要企业信息化达到一定水平，使RFID系统与企业既有的ERP、CRM等信息集成在一起，才能充分发挥其作用。

其次，RFID实施成本还比较高，使很多企业望而却步。不仅仅对中国企业，即便对西方企业，RFID的高成本也是一个巨大障碍。

正如前文所言，RFID的基本技术原理在60几年前就产生了，但直到上世纪后期，RFID的应用才逐步推广到民用领域，正是高成本阻碍了RFID技术的实际应用。

目前在国内，一张RFID标签一般都在1元以上，ETC的车载单元要400多元，高成本使得RFID的投资回报具有很大风险，使其应用大多局限于高价值或高利润商品领域。

再次，行业标准尚未统一，贸然实施会带来不确定风险。尽管RFID起源很早，但目前还没有形成全球统一的技术标准，中国在标准制定领域起步较晚，由于关乎各国经济利益，相信标准之争还会持续一定时间。在这种情况下，贸然投入，必然给企业经营带来很大风险。蓝光获得DVD标准之争的胜利，给HD-DVD阵营带来的巨大伤害，是处于标准之争产业里的企业不得不慎重考虑的问题，这也是很多企业对实施RFID抱观望态度的原因。

最后，我国产业供应链发展还处于初级阶段，也阻碍了RFID的实际应用。与西方企业相比，由于技术和管理处于劣势地位，我国大多行业都存在过度竞争，价格成为市场竞争的主要手段，这就使得很多制造企业利润率维持在相当低的水平，产业供应链的上下游企业之间往往博弈大于合作。

而RFID技术只有在整个供应链上协同实施，实现供应链信息透明和分享，才能最大程度发挥出RFID的作用，这在目前情况下还很难做到。

另外，实施RFID的一个主要益处是节省人工成本，沃尔玛称RFID每年为其节省数十亿美元的人力成本开支，而中国较低的工资水平也使得很多企业没有积极性去实施RFID技术。

RFID技术介绍及应用分析 篇3

【关键词】RFID；射频识别；门禁保安；自动收费

1.射频识别技术简介

RFID（Radio Frequency IDentification）技术即射频识别，又称无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。20世纪80年代，由于大规模集成电路技术的成熟，射频识别系统的体积大大缩小，使得射频识别技术进入实用化的阶段，成为一种成熟的自动识别技术，将广泛应用于各行各业。

2.RFID系统的组成及原理

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。电子标签由耦合元件及芯片组成，其中包含带加密逻辑、串行EEPROM、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号，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。

3.RFID系统的应用

RFID技术的应用已趋向成熟，它在世界各地都得到了有效的推广，被广泛的应用于各行各业。

3.1安全防护领域

3.1.1门禁保安

门禁保安系统均可应用射频卡。一卡可以多用。比如，可以作工作证、出入证、停车卡、饭店住宿卡甚至旅游护照等，目的都是识别人员身份、安全管理、收费等等。好处是简化出入手续、提高工作效率、安全保护。只要人员佩戴了封装成ID卡大小的射频卡、进出入口有一台读写器，人员出入时自动识别身份，非法闯入会有报警。安全级别要求高的地方、还可以结合其它的识别方式，将指纹、掌纹或颜面特征存入射频卡。

3.1.2汽车防盗

目前已经开发出了足够小的、能够封装到汽车钥匙当中含有特定码字的射频卡。它需要在汽车上装有读写器，当钥匙插入到点火器中时，读写器能够辨别钥匙的身份。如果读写器接收不到射频卡发送来的特定信号，汽车的引擎将不会发动。用这种电子验证的方法，汽车的中央计算机也就能容易防止短路点火。

3.1.3电子物品监视系统

电子物品监视系统（Electronic Article Surveillance，EAS）的目的是防止商品被盗。整个系统包括贴在物体上的一个内存容量仅为1比特（即开或关）的射频卡，和商店出口处的读写器。射频卡在安装时被激活。在激活状态下，射频卡接近扫描器时会被探测到，同时会报警。如果货物被购买，由销售人员用专用工具拆除射频卡（典型的是在服装店里），或者用磁场来使射频卡失效，或者直接破坏射频卡本身的电特性。

3.2仓储管理领域

将RFID系统用于智能仓库货物管理，能有效地解决与货物流动有关的信息管理，不但增加了处理货物的速度，还可监视货物的一切信息。射频卡贴在货物所通过的仓库大门边上，读写器和天线都放在叉车上，每个货物都贴有条码，所有条码信息都被存储在仓库的中央计算机里，与该货物有关的信息都能在计算机里查到。当货物出库时，由另一读写器识别并告知中央计算它被放在哪个拖车上。这样，管理中心可以实时地了解到已经生产了多少产品和发送了多少产品。

3.3管理与数据统计领域

3.3.1畜牧管理

该领域的发展起步于赛马的识别，是用小玻璃封装的射频卡植于动物皮下。射频卡大约10mm长，内有一个线圈，约1000圈的细线绕在铁氧体上，读写距离是十几cm。从赛马识别发展到了标识牲畜。牲畜的识别提供了 现代 化管理牧场的方法。

3.3.2运动计时

在马拉松比赛中，由于人员太多，有时第一个出发的人同最后一个出发的人能相隔40分钟。如果没有一个精确的计时装置，就会出现差错。射频卡应用于马拉松比赛中，运动员在自己的鞋带上很方便地系上射频卡，在比赛的起跑线和终点线处放置带有微型天线的小垫片。当运动员越过此垫片时，计时系统便会接收运动员所带的射频卡发出的ID号，并记录当时的时间。这样，每个运动员都会有自己的起始时间和结束时间，不会出现不公平竞争的可能性了。在比赛路线中，如果每隔5km就设置这样一个垫片，还可以很方便地记录运动员在每个阶段所用的时间。

3.4交通运输领域

3.4.1高速公路自动收费及交通管理

目前，高速公路发展非常快，而高速公路收费却存在一些问题：一是在收费站口，许多车辆要停车排队，成为交通瓶颈问题；二是少数不法的收费员贪污路费。RFID技术应用在高速公路自动收费上，能够充分体现它非接触识别的优势——让车辆高速通过收费站的同时自动完成收费，同时可以解决收费员贪污路费及交通拥堵的问题。

3.4.2火车和货运集装箱的识别

在火车运营中，使用RFID系统很大的优势在于：火车是按既定路线运行的，因此肯定要通过设定的读写器的地点。通过读到的数据，能够得到火车的身份、监控火车的完整性，以防止遗漏在铁轨上的车厢发生撞车事故，同时能在车站将车厢重新编组。起初的努力是用超音波和雷达测距系统读出车厢侧的条码，现在被RFID系统取代。射频卡一般安在车厢顶边，读写器安在铁路沿线，就可得到火车的实时信息及车厢内装的物品信息。

4.结束语

总而言之，RFID技术在未来的发展中，结合其它高新技术，比如现代通信，电子及计算机技术，实现跨地区、跨行业应（下转第283页）（上接第229页）用。随着大规模集成电路技术的进步以及生产规模的不断扩大，应用射频识别技术的产品成本将不断降低，其应用将越来越广。 [科]

【参考文献】

[1]郎为民.射频识别（RFID）技术原理与应用.北京机械工业出版社，2006.

RFID技术创新 篇4

RFID (Radio Frequency Identification) 技术是物联网产业的核心, RFID技术创新直接关系到物联网产业发展的成败。目前我国RFID技术及产业的发展还存在不少问题, 其中创新动力不足和缺乏核心技术是RFID产业发展的主要瓶颈。本文基于系统动力学模型对RFID产业技术的构成要素及动力机制进行分析, 并基于反馈环分析提出了相应的对策建议。

二、RFID产业创新系统构成要素

RFID产业技术创新系统包括创新主体、创新资源和创新动力。创新主体包括企业、科研院所、高校、生产性服务机构等;创新资源由人才、资金、政府政策三部份组成;创新动力由应用需求、创新收益、竞争压力组成, 其中, 应用需求是RFID产业创新系统的动力源泉;创新收益是RFID产业技术创新系统的主要推动力;竞争压力是RFID产业创新系统的内在驱动力, 促使企业通过创新投入开发新产品或改善现有产品性能, 进而推动产业创新。

三、RFID产业创新系统动力学因果关系模型

根据上述分析, RFID产业技术创新系统受到创新收益、市场需求、企业竞争压力、政府支持力度、产学研合作力度、资金支持七大因素影响, 因此本文建立了图2所示的RFID产业技术创新系统系统动力学模型。

四、系统动力学模型的反馈环分析

创新收益是RFID产业创新系统的主要推动力。正反馈环“新产品开发动力—企业创新要素投入—新产品数—新产品销售收入-创新收益-产业收益-新产品开发动力”表明, 随着新产品的研发和投入市场, 新产品的销售收入增加促使创新收益增加, 企业在利益驱使下, 将投入更多的创新要素, 由此形成良性循环。

应用需求是RFID产业创新系统的动力源泉。有两条正反馈环体现了这一特点, (1) “政府采购-新产品市场需求-新产品开发动力-企业创新要素投入-新产品数-新产品销售收入-创新收益-产业收益-产业规模-GDP-政府采购”; (2) “企业及个人购买-新产品市场需求-新产品开发动力-企业创新要素投入-新产品数-新产品销售收入-创新收益-产业收益-产业规模-GDP-企业及个人购买”。分析此二反馈环, 市场需求来源于两方面:一是政府采购, 这直接构成对RFID的需求, 另一方面政府购买的示范效应, 促使企业及个人购买RFID产品, 扩大了市场需求。

竞争压力是RFID产业创新系统的内在驱动力。有三条正反馈环体现了这一点: (1) “新产品-新产品销售收入-创新收益-产业收益-企业竞争压力-RD经费-专利申请量-新产品”; (2) “新产品-新产品销售收入-创新收益-产业收益-企业竞争压力-企业规模-产业规模-GDP-政府采购-新产品市场需求-新产品开发动力企业创新要素投入-新产品”; (3) “新产品-新产品销售收入-创新收益-产业收益-企业竞争压力-企业规模-产业规模-GDP-企业及个人购买-新产品市场需求-新产品开发动力-企业创新要素投入-新产品”。由这三条反馈环可知, 一方面, 产业内某些企业由于技术创新或产品创新而获得的创新收益必将吸引更多的企业, 从而形成激烈的产业竞争;另一方面, 企业会选择扩大规模, 通过规模效应降低成本, 市场需求也随之而扩大, 并大大提高新产品的开发动力, 企业进一步增加创新要素投入, 产业创新动力更足。

政府政策是RFID产业创新系统的关键支撑力。有五条正反馈环体现了这一点: (1) “新产品-新产品销售收入-创新收益-产业收益-产业规模-GDP-政府财政收入-政府支持力度-知识产权保护力度-专利申请量-新产品”; (2) “新产品-新产品销售收入-创新收益-产业收益-产业规模-GDP-政府财政收入-政府支持力度-技术标准完善程度-应用成本-新产品”; (3) “新产品-新产品销售收入-创新收益-产业收益-产业规模-GDP-政府财政收入-政府支持力度-政府对教育的投入-科研人才-专利申请量-新产品”; (4) “新产品-新产品销售收入-创新收益-产业收益-产业规模-GDP-政府财政收入-政府支持力度-政府对科技的投入-RD经费-企业创新要素投入-新产品”; (5) “新产品-新产品销售收入-创新收益-产业收益-产业规模-GDP-政府财政收入-政府支持力度-政府对科技的投入-高校和科研机构研发资金-专利申请量-新产品”。这五条反馈环表明, 政府政策支持体现在四方面, 一是知识产权保护力度;二是技术标准完善程度;三是科研投入;四是教育投入。

产学研合作是RFID产业创新系统的核心推动力。有四条正反馈环强调了这一点, (1) “产学研合作力度-专利申请量-新产品-新产品销售收入-创新收益-产业收益-产学研合作力度”; (2) “产学研合作力度-专利申请量-新产品-新产品销售收入-创新收益-产业收益-产业规模-GDP-政府财政收入-政府支持力度-政府对教育投入-科研人才-产学研合作力度”; (3) “产学研合作力度-专利申请量-新产品-新产品销售收入-创新收益-产业收益-产业规模-GDP-政府财政收入-政府支持力度-政府对科技投入-高校科研研发资金-产学研合作力度”; (4) “产学研合作力度-专利申请量-新产品-新产品销售收入-创新收益-产业收益-产业规模-GDP-政府财政收入-政府支持力度-政府对科技投入-RD经费-产学研合作力度”。分析这四条反馈环可知, 一方面, 产学研合作能够加强RFID企业技术创新能力, 能使RFID企业通过技术优势获得巨额利润, 快速发展, 并不断加大投入保持技术优势, 从而使企业进入良性循环;另一方面, 产学研合作推动了技术创新和产品创新, 提高了RFID产业收益, 扩大了RFID产业规模, 并进一步推动产学研合作, 促进RFID产业创新。

资金支持是RFID产业技术创新系统的重要催化力。有两条正反馈环体现了这一点, (1) “风险投资-RD经费-专利申请量-新产品-新产品销售收入-创新收益-产业收益-风险投资”; (2) “金融贷款-RD经费-专利申请量-新产品-新产品销售收入-创新收益-产业收益-金融贷款”。这两条反馈环表明, 新产品发明及技术创新都具有高投入性及高风险性, 因此金融机构及风险投资资金的支持就显得至关重要, 风险投资及金融贷款的资金投入将增加RD经费, 推动技术创新, 新产品销售收入提高引起RFID产业收益增加, 提升RFID产业的吸引力, 进而吸引更多的风险投资和金融贷款, 推动RFID产业创新。

五、结论与建议

中国RFID产业目前正处于初创期, RFID产业创新系统能否健康运行, 直接关系到国计民生。由以上系统动力模型因果关系模型的分析, 可以得出以下结论与建议:

其一, 现阶段政府采购是推动RFID产业技术创新的主要动力。政府采购不仅直接构成RFID产业的市场需求, 而且具有模范效应, 推动企业及个人对RFID产品的需求。所以政府应该发挥对RFID产业需求的巨大拉动作用, 推动RFID技术在智能交通系统、物流领域、动物跟踪、资产追踪管理等领域的应用。

其二, 标准的制定对于RFID产业技术创新系统的尤为重要。射频识别技术标准化的主要目的在于通过制订、发布和实施标准解决编码、通信、接口和数据共享等问题, 最大程度地促进RFID技术及相关系统的应用。只有标准化, 才能商品化和产业化, 才能有力地推动RFID产业创新系统的健康运行。

其三, 政府应加大科研资金投入, 对RFID产业核心技术的科研项目加大资金投入, 对RFID产业中积极参与技术创新的企业给予支持;同时政府应加大对教育的投入, 人才是RFID产业创新系统中极为关键的因素, 同时, 政府应加大知识产权的保护力度, 健全相关法律法规及管理体系, 完善知识产权的服务体制, 形成一个集RFID知识产权申请、保护、管理于一体的RFID知识产权体系。

参考文献

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RFID技术创新 篇5

增 刊 厦门大学学报(自然科学版 Vol.44 Sup.2005年 6月

Journal of Xiamen University(Nat ural Science J un.2005

RFID 技术原理及其射频天线设计 收稿日期 :2005203210 基金项目 :国家人事部留学人员创业基金 , 福建省自然科学基金计 划资助项目(A0410007 作者简介 :陈华君(1977-, 男 , 博士研究生.3通讯作者 :dhguo@xmu.edu.cn 陈华君 1, 林

凡 2, 郭东辉 1,2,33, 吴孙桃 2(1.厦门大学物理学系 , 2.厦门大学 M EMS 中心 , 3.厦门大学电子工程系 , 福建 厦门 361005 摘要 :首先简要介绍 RFID 技术的基本工作原理 , 说明射频天线是 RFID 系统设计的技术关键 , 然后介绍了几种基本的

RFID 射频天线及其工作原理 ，并针对普遍使用的偶极子天线在 RFID 系统中方向性上的不足提出改进 , 最后 , 给出一个具

有全向收发功能的 RFID 天线设计.通过设计仿真工具模拟仿真 , 并进行实际样品测试 , 获得较满意的设计结果.关键词 :RFID;射频天线;电子标签

中图分类号 :TN 820.12;TN 821.4文献标识码 :A

文章编号 :043820479(2005 Sup 20312204

自 1970年第一张 IC 卡问世起 , IC 卡成为当时微 电子技术市场增长最快的产品之一 , 到 1996年全世界 发售 IC 卡就有 7亿多张 [1].但是 , 这种以接触式使用 的 IC 卡有其自身不可避免的缺点 , 即接触点对腐蚀和 污染缺乏抵抗能力 , 大大降低了 IC 卡的使用寿命和使 用范围.近年来人们开始开发应用非接触式 IC 卡来逐 步替代接触式 IC 卡 , 其中射频识别(RFID ,radio f re 2quency identification 卡就是一种典型的非接触式 IC 卡 , IC 卡之间数 据交换的 ，显示出比一般接触式 IC 卡使用更便利的优 点 , 已被广泛应用于制作电子标签或身份识别卡.然 而 ,RFID 在不同的应用环境中需要采用不同天线通 讯技术来实现数据交换的.这里我们将首先通过介绍 RFID 应用系统的基本工作原理来具体说明射频天线 的设计是 RFID 不同应用系统的关键 , 然后分别介绍 几种典型的 RFID 天线及其设计原理 , 最后介绍利用 HFSS 工具来设计了一种全向的 RFID 天线.1 RFID 技术原理

通常情况下 , RFID 的应用系统主要由读写器和 RFID 卡两部分组成的 , 如图 1所示.其中 , 读写器一 般作为计算机终端 , 用来实现对 RFID 卡的数据读写 和存储 , 它是由控制单元、高频通讯模块和天线组成.而 RFID 卡则是一种无源的应答器 , 主要是由一块集 成电路(IC 芯片及其外接天线组成 , 其中 RFID 芯片

通常集成有射频前端、逻辑控制、存储器等电路 [2], 有 的甚至将天线一起集成在同一芯片上 [3].RFID 应用系统的基本工作原理是 RFID 卡进入 读写器的射频场后 , 由其天线获得的感应电流经升压 电路作为芯片的电源 , 同时将带信息的感应电流通过 射频前端电路检得数字信号送入逻辑控制电路进行信 息处理;所需回复的信息则从存储器中获取经由逻辑 控制电路送回射频前端电路 , 最后通过天线发回给读 写器.可见 ,RFID 卡与读写器实现数据通讯过程中起 关键的作用是天线.一方面 , 中获得足够的能量;另一方面 , 天线决定了 卡与 读写器之间的通讯信道和通讯方式.目前 RFID 已经得到了广泛应用 , 且有国际标准 :ISO10536,ISO14443, ISO15693, ISO18000等几种.这

些标准除规定了通讯数据帧协议外 , 还着重对工作距 离、频率、耦合方式等与天线物理特性相关的技术规格 进行了规范.RFID 应用系统的标准制定决定了 RFID 天线的选择 , 下面将分别介绍已广泛应用的各种类型 的 RFID 天线及其性能.图

1射频识别系统原理图

Fig.1 Structure of RFID system

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图

2应答器等效电路图

Fig.2 Equivalent circuit diagram of responder 2 RFID 天线类型

RFID 主要有线圈型、微带贴片型、偶极子型 3种

基本形式的天线.其中 , 小于 1m RFID 天线一般采用工艺简单、成本低的线圈型天线 ，它们主要工作在中低频段.而 1m 以上远距离的应用 系统需要采用微带贴片型或偶极子型的 RFID 天线 ,.这几种类型天线的工作

原理是不相同的.2.1线圈天线

当 RFID 的线圈天线进入读写器产生的交变磁场

中 ,RFID 天线与读写器天线之间的相互作用就类似 于变压器 , 两者的线圈相当于变压器的初级线圈和次 级线圈.由 RFID 的线圈天线形成的谐振回路如图 2所示 , 它包括 RFID 天线的线圈电感 L、寄生电容 C p 和并联电容 C 2′ , :f =

2π・ C ,(式中

C 为 C p 和 C 2′ 的并联等效电容.RFID 应用系统就是

通过这一频率载波实现双向数据通讯的。常用的 ID 21型非接触式 IC 卡的外观为一小型的塑料卡(85.72mm ×54.03mm ×0.76mm , 天线线圈谐振工作频率 通常为 13.56M Hz.目前已研发出面积最小为 0.4mm ×0.4mm 线圈天线 [3]的短距离 RFID 应用系统.某些应用要求 RFID 天线线圈外形很小 , 且需一 定的工作距离 , 如用于动物识别的 RFID.线圈外形即

面积小的话 , RFID 与读写器间的天线线圈互感量 M 就明显不能满足实际使用.通常在 RFID 的天线线圈 内部插入具有高导磁率 μ的铁氧体材料 , 以增大互感 量 , 从而补偿线圈横截面减小的问题.2.2微带贴片天线

微带贴片天线是由贴在带有金属地板的介质基片 上的辐射贴片导体所构成的 [4], 如图 3所示.根据天线 辐射特性的需要 , 可以设计贴片导体为各种形状.通常 贴片天线的辐射导体与金属地板距离为几十分之一波 长 , 假设辐射电场沿导体的横向与纵向两个方向没有 变化 , 仅沿约为半波长(λg/2 的导体长度方向变化.则 微带贴片天线的辐射基本上是由贴片导体开路边沿的

图

3微带天线

Fig.3 Microstrip antenna 边缘场引起的 , 辐射方向基本确定 , 因此 , 一般适用于

通讯方向变化不大的 RFID 应用系统中.为了提高天 线的性能并考虑其通讯方向性问题 , 人们还提出了各 种不同的微带缝隙天线 , 如文献 [5,6]设计了一种工作 在 24GHz 的单缝隙天线和 5.9GHz 的双缝隙天线 , 其辐射波为线极化波;[7,8]开发了一种圆极化缝 隙耦合贴片天线 , 它是可以采用左旋圆极化和右旋圆 ‘ 1’ 和 ‘ 0’ 进行编码.图

4偶极子天线

(a 偶极子天线;(b 折合振子天线;(c 变形偶极子天线

Fig.4 Dipole antenna 2.3RFID 应用系统中 , 最常用的是 偶极子天线(又称对称振子天线 [9].偶极子天线及其 演化形式如图 4所示 , 其中偶极子天线由两段同样粗 细和等长的直导线排成一条直线构成 , 信号从中间的 两个端点馈入 , 在偶极子的两臂上将产生一定的电流 分布 , 这种电流分布就在天线周围空间激发起电磁场.利用麦克斯韦方程就可以求出其辐射场方程 : E θ=∫ l-l d E θ=∫ l-l r

sin θcos(αz co s θ d z 式中 I z 为沿振子臂分布的电流 , α为相位常数 , r 是振 子中点到观察点的距离 , θ为振子轴到 r 的夹角 ,l 为 单个振子臂的长度.同样 , 也可以得到天线的输入阻 抗、输入回波损耗 S

11、阻抗带宽和天线增益等等特性 参数 [9].当单个振子臂的长度 l =λ/4时(半波振子 , 输入 阻抗的电抗分量为零 , 天线输入阻抗可视为一个纯电 阻.在忽略天线粗细的横向影响下 , 简单的偶极子天线 设计可以取振子的长度 l 为 λ/4的整数倍 , 如工作频

・

313・ 增刊

陈华君等 :RFID技术原理及其射频天线设计

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(a

(b

图

5偶极子天线(a 回波损耗 S 11;(b 辐射方向图

Fig.5 Dipole antenna 率为 2.45GHz 的半波偶极子天线 , 其长度约为 6cm.当要求偶极子天线有较大的输入阻抗时 , 可采用图 42b 的折合振子.3 RFID 射频天线的设计

从 RFID 技术原理和 RFID 天线类型介绍上看 , RFID 具体应用的关键在于 RFID 天线的特点和性能.目前线圈型天线的实现技术很成熟 , 虽然都已广泛地 应用在如身份识别、货物标签等 RFID 应用系统中 , 但 是对于那些要求频率高、信息量大、工作距离和方向不 确定的 RFID 应用场合 , 采用线圈型天线则难以设计 实现相应的性能指标.同样 , 如果采用微带贴片天线的 话 , 由于实现工艺较复杂 , 成本较高 , 一时还无法被低 成本的 RFID 应用系统所选择.能力较强、制造简单和成本低等优点 , 用于全方向通讯的 RFID 应用系统 , 因此 , 下面我们来 45(国际工业医疗研究自 由频段 RFID 偶极子天线.42a 所示.天线采用铜 材料(电导率 :5.8e7s/m , 磁导率 :1 , 位于充满空气的 立方体中心.在立方体外表面设定辐射吸收边界.输入 信号由天线中心处馈入 , 也就是 RFID 芯片的所在位 置.对于 2.45GHz 的工作频率其半波长度约为 61mm , 设偶极子天线臂宽 w 为 1mm , 且无限薄 , 由于天 线臂宽的影响 , 要求实际的半波偶极子天线长度为 57mm.在 Ansoft HFSS 工 具平台 上 , 采 用 有 限 元 算

法 [10]对该天线进行仿真 , 获得的输入回波损耗 S 11分 布图如图 52a 所示 , 辐射场 E 面(即最大辐射方向和电 场矢量所在的平面 方向图如图 52b 所示.天线输入阻 抗约为 72Ω, 电压驻波比(VSWR 小于 2.0时的阻抗 带宽为 14.3%, 天线增益为 1.8.从图 52b 可以看到在天线轴方向上 , 天线几乎无 辐射.如果此时读写器处于该方向上 , 应答器将不会做

(a

(b

图 6

变形偶极子天线(a 回波损耗 S 11;(b 辐射方向图

Fig.6 Changed dipole antenna 出任何反应.为了获得全方位辐射的天线以克服该缺

点 , 可以对天线做适当的变形 , 如在将偶极子天线臂末 端垂直方向上延长 λ/4成图 42c 所示.这样天线总长 度修改为(57.0mm +2×28.5mm , 天线臂宽仍然为 1mm.天线臂延长 λ/4后 , 整个天线谐振于 1个波长 , 而非原来的半个波长.这就使得天线的输入阻抗大大 地增加 , 仿真计算结果约为 2k Ω.其输入回波损耗 S 11如图 62a 所示.图 62b 为 E 面(天线平面 上的辐射场 方向图 , 其中实线为仿真结果 , 黑点为实际样品测量数 据 , 两者结果较为吻合说明了该设计是正确的.从图 62b 可以看到在原来弱辐射的方向上得到了很大的改

善 , 其 辐 射 已 经近似 为 全 方 向 的 了.电 压 驻 波 比(VSWR 小于 2.0时的阻抗带宽为 12.2%, 增益为 1.4, 对于大部分 RFID 应用系统 , 该偶极子天线可以 满足要求.4结束语

总之 ,RFID 的实际应用关键在于天线设计上 , 特 别是对于具有非常大市场容量的商品标签来说 , 要求 RFID 能够实现全方向的无线数据通讯 , 且还要价格 低廉、体积小.因此 , 我们所设计的上述这种全向型偶 极子天线的结构简单、易于

批量加工制造 , 是可以满足 实际需要的.通过对设计出来实际样品的进行参数测 试 , 测试结果与我们的设计预期结果是一致.参考文献 : [1]

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413・ 厦门大学学报(自然科学版

2005年

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RFID system and its antennae ,and designs an omni antenna for RFID system to improve the shortage of radiation pattern of tradition 2al dipole antenna used in RFID system.The results of both simulation and measurement are identical.K ey w ords : RFID;RF Antenna;electronic tag ・

513・ 增刊

及其射频天线设计

RFID技术在图书发行业的应用 篇6

关键词：RFID；出版发行；应用

RFID (Radio Frequency Identification)即无线射频识别技术，是20世纪90年代开始兴起并逐渐成熟的一种识别技术，其原理是利用射频信号通过空间耦合实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的。它有两个组成部分：电子标签 （Tag）和阅读器（Reader）。标签记录信息编码后粘贴在需要识别的物体表面，然后借助无线远程传输功能进行信息传递和更新，完成对其的定位和识别管理。

RFID技术及其在各个行业领域的应用，对图书业起到了很好的启发和借鉴作用。下面，笔者以一个图书行业从业人员的视角就RFID技术在图书行业的应用、发展谈一些不成熟的看法。

一、RFID技术在图书发行业应用中存在的问题

1.RFID技术在图书市场发行渠道和图书馆领域应用中的差异

RFID在图书行业不同领域的应用现状、特点及前景是有很大差异的。目前来看，RFID在出版发行领域的应用尚存在较多障碍，尽管对此技术的关注和个别尝试已有多年，但要实现大规模应用还有相当长的路程要走。

图书馆领域对RFID的关注和探索远比图书市场出版发行渠道要深入得多。究其原因，一是图书馆的图书复用性强，一本图书只要未损毁，将被多次反复流通、借阅。因此，电子标签的利用率高。而图书发行业不同，产品只能被售出一次，售出后电子标签就基本不会被再次利用。二是每家图书馆都是一个相对封闭的单位，它的信息化建设基本上是一个独立的工程，不需过多考虑与其他单位的衔接、配套。而图书发行单位则不同，每家出版社、图书批发商都只是产业链的一个环节中的一个点，上游、下游都有多家对接的单位，RFID要充分发挥效应，必须和这些对接单位在信息化建设上也实现较好的衔接。因此，图书发行业的RFID应用比图书馆要复杂很多。三是虽然都是为用户提供图书，但图书发行业本质上是批发零售业，而图书馆则是信息产业的一部分，因此，图书馆的信息化水平普遍高于图书发行业，RFID技术的推广也有着较好的信息化基础。四是图书馆提供的是公共产品，图书发行业则属于私人产品领域，体现在我国就是：图书馆是财政全额拨款的事业单位，而图书发行单位则是企业。因此，图书馆比图书发行单位更有资金优势采用新的信息技术。

2. RFID技术在图书发行业推广的制约因素

（1）图书投入成本问题

成本是影响RFID应用的最大障碍。图书是一个微利行业，尤其在中国——我国图书平均定价不仅为发达国家的七分之一至四分之一。因此，图书业对生产成本的敏感度非常高。按照目前的市场价，购置一台RFID阅读器价格为500至1000美元不等，一台服务器需花费5000美元，而每个电子标签需花费20美分到50美分不等。虽然随着大规模生产，RFID电子标签成本逐渐降低至目前的5美分，即不到0.4元人民币，但对于图书而言，它的投入成本还是比较高的。

（2）图书发行业信息化水平的问题

RFID技术的应用不是一个孤立的技术问题，每个企业、每个环节都必须是处于一个RFID的网络之中，RFID才能充分发挥作用。也就是说，必须形成一个完善的“物联网”。2010年中国物联网大会上，中国工程院院士邬贺铨在演讲中强调，物联网是互联网的应用和拓展，并且是互联网应用和拓展的重点。坦白地说，目前中国图书发行业的信息化程度还不高，信息孤岛大量存在，还不具备形成一个互通的“物联网”的基础。当然，这是一个互相促进、互相制约的关系：行业信息化水平低，制约了RFID技术的广泛应用；RFID技术应用的滞后，又会影响行业信息化水平的提高。反过来说，RFID技术的应用将大大有助于促进图书发行业的信息化发展。

（3）标签的标准问题

目前大多数图书的RFID标签使用HF频段的ISO15693标准，随着UHF频率的电子标签成本大幅下降，部分厂商和图书发行商在尝试UHF频段的Gen2标准。各个生产商也在各自执行自己的标准，不同的厂商使用各自的标签，如Checkpoint 使用其专用标签，3M和Kiloway公司则遵循ISO 15963标准。不同的标准将对RFID系统的互通和整合造成阻碍。RFID阅读器和电子标签不能通用，图书不同流通环节间就无法顺利进行数据交换和协同工作，这将给RFID技术的推广应用造成困难。

（4）RFID自身的读取问题

RFID技术本身也并不是无懈可击的，信号屏障就是一个很大的问题。就同磁铁能使电机监控系统失灵一样，家里包装食物用的锡箔纸也能让RFID系统发生信号屏蔽问题。如果有人把装有电子标签的物品用两三层锡纸包裹起来的话，阅读器就无法读取到电波信号了。另外，还存在一种情况，使RFID系统偶尔可能发生误读的可能性，例如，在购书操作中，如果前后两位用户距离太近，前一位购书的时候，RFID阅读器有可能感应到后一位手中拿着的图书，从而张冠李戴造成误读。

（5）RFID标签的防盗能力问题

书店采用RFID的动机之一就是防盗，但目前的RFID标签贴在书籍上，隐蔽性与较差，很容易被不道德的读者发现并撕毁。

二、RFID技术在国外图书发行业的应用现状

据笔者所知，目前国内图书发行业鲜有规模利用RFID技术的案例。国外图书发行领域应用RFID技术的案例相对较多，尤其是在日本。下面介绍几个国外图书发行业应用RFID的典型案例。

1.日本儿童书店对RFID的应用与创新

2005年10月，日本昭和图书株式会社下属的主营儿童读物的书店颇具创新性地利用了RFID技术。这家书店引进RFID的初衷是为了替代磁性报警装置，但他们还有创新性的应用：除将RFID技术用于图书的登记、检索外，还用它来让孩子们对书店发生兴趣，启迪孩子养成爱读书的习惯。具体做法是：在书店中心由书架隔离出来一个供儿童读书、娱乐的小天地，入口处安装一个RFID读写器，因为每本书都有电子标签，一旦孩子进出，与读写器联动的玩具小鸟就会唱歌；沙发上有一只伸着双手的玩具熊，孩子把书放在玩具熊的手中，玩具熊就会根据电子标签的内容给孩子讲故事、读书。

由于上游出版社等供货商尚未采用RFID技术，该书店采用条码和电子标签共用的方式管理图书，即用一种手持式的条码和电子标签兼用的读写器读取并转换条码和电子标签的信息。

2.荷兰BGN应用RFID智能管理书店

2005年，荷兰最大的图书零售商之一BGN在其新开张的一家书店应用RFID技术，该系统也是图书发行业较为典型的RFID应用案例之一。其具体模式为：由BGN出资，其上游供货商荷兰图书分销中心Central Bookhaus为销往BGN新店的每本图书上贴加RFID标签，标签执行EPC Gen2标准，标签背面附有粘合剂以方便粘贴。除了在每本书上贴加标签之外，用于运输包装的书箱上也贴加了标签，一只书箱大约盛放80到100本图书。新书店的出口门禁处和POS机终端处都安装了读卡器设备。此外，每两天一次往返于书库和商店间的图书运送车上也安装了几台读卡器。当Central Bookhaus完成图书贴标工作之后，运输车出发，BGN会提前收到贴有唯一编码标签的书箱及图书运输通知；到达书店后，图书标签的相关信息会被门禁处读卡器自动识别。所以，哪一批书已到达，还有多少在途书籍，这些信息都一目了然。RFID技术实现了自动库存盘点和图书定位，在大大提高工作效率的同时还能为读者提供一些重要的增值服务：读者可在书店内的服务查询亭上输入书名，图书的位置就会显示在显示屏上，既清楚又简洁。对于订购图书的顾客，在顾客的订书到达书店后，RFID系统会自动发送图书已到达的e-mail告知顾客。

为了保证图书标签只在BGN书店内使用并且只被BGN书店的读卡器阅读到，BGN书店安装在POS机终端的读卡器会在图书结账完毕后使用特殊命令“杀死”RFID标签。也就是说，顾客拿着图书走出书店后，图书上的RFID标签将不能再被任何识读设备读取，更不可重复利用。所以，购书者不必担心出现自己的隐私泄露等问题。据该公司销售报告显示，在使用RFID系统后，BGN公司的图书销售总量增长了10至15个百分点。

此外，2007年，葡萄牙知名图书零售商Byblos Amoreiras在其位于里斯本的一家新开的大型书店里使用超高频RFID系统追踪所有待售的图书，由于其具有无可比拟的数量优势，成为全球最大的单店级别的单品RFID零售行业应用案例。

从以上案例可以看出，RFID技术已经开始在图书发行业有所应用，但还处于初步的尝试阶段，因为种种原因尚未得以普及。

三、RFID技术在我国图书发行业的应用展望

从RFID的技术特点来说，RFID在图书发行业有着很好的应用前景。除了在图书物流、存货管理、商品陈列管理等方面的重要价值外，该技术的应用将有助于解决图书发行业现存的几个特殊问题。

1.为减少图书串货提供技术手段

所谓图书串货，就是图书分销商为获取更大利益，利用上级供货商的销售政策，违背协议将图书销往其他区域或者某种类型的客户。其结果是会损害那些循规蹈矩的经销商的利益，从而降低经销商对产品以至企业的忠诚度，削弱企业的市场竞争力。

解决串货问题的关键之一是，及时发现串货交易，从而采取主动、有效的措施避免其扩大影响。通过售货中期的抽查和售后电话回访来发现串货的传统工作模式效率低下，当前，越来越成熟的RFID技术，在实现图书动态跟踪的基础上，不仅大大地提高了物流效率，同时也为监测销售商是否串货提供了一个新的途径。其基本做法，首先是在产品完成生产后，植入RFID电子标签，作为产品的唯一标志，并通过RFID阅读器读取数据，存储到管理平台的计算机中；然后在产品进入仓库，分销出库前，将产品与分销商匹配信息读入管理平台的计算机中，形成“标准信息库”；而后，在与客户交易过程中，通过安装在交易场所的RFID阅读器读取交易产品RFID电子标签信息，可立即上传至所在的交易场所统计平台，继而通过互联网将产品信息与交易地点信息上传至管理平台计算机，确保产品售出的同时，管理平台能获得产品交易所需的审核信息；最后将收集的信息与“标准信息库”、分销商库存进行匹配，分析交易情况。

2.解决盗版问题

条形码只能识别一类产品而不能识别单个产品，电子标签则可有效避免这一问题。例如，可采用产品电子码(EPC)存储图书防伪信息。EPC用一组编号来代表制造商及其产品，不同的是EPC还额外使用一组数字来唯一地标志单品，这样就改进了条形码只能识别一类产品而不能识别单个产品的不足。图书作为一种非常个性化的产品，每种图书都有一定的差别，体现差别的最简单方式就是图书的国际标准书号（ISBN），而国际标准书号都是由不同图书出版商定义的，因此存在很大不同，为此EPC作为图书防伪信息的编码方式就非常适合。RFID标签与目前图书防伪通常使用的激光防伪标签、条形码相比还具有诸多其他优点，更加适合应用于图书防伪，如：非法拷贝或伪造比较困难，读写时间短，内存可以被重写且容量大，很难被损坏，可以应用于远距离和非接触的通讯中，等等。

3.防止特价图书回流

目前中国的图书销售大都是代销制，即下游销售商代销上游供货商的图书，未销出的产品可以退货。同时，出版社有时候会特价处理一批库存的滞销图书，但通常要求特价图书必须流向最终用户。有些不良商家利用出版社代理制和特价销售的漏洞，吃进特价书，再以正常价格退回给出版社，给出版社造成巨大的经济损失和商誉影响。RFID技术的应用，可以堵死特价书回流的黑洞。

4.利用RFID可大规模自动获取信息的优势进行读者分析

笔者曾经看到有人申请了一个名为“监测图书在书店中关注度分级的方法”的专利，其原理就是通过RFID设备和POS系统的作用，在专门的数据分析系统上显示顾客从书架上取下观看的图书的数据信息和完成销售的图书的数据信息，通过数据分析可以得出图书在书店中关注度分级。这种RFID应用有助于书店经营者对图书在书店中的销售情况迅速作出判断，也有利于对书店中的图书迅速进行调整。

（朱旗系上海图书公司总经理、上海财经大学MBA；张世军系上海图书公司副总经理、硕士）

参考文献：

[1] 李成宏.荷兰BGN RFID图书管理智能书店[J].电脑知识与技术，

2006（04）

[2] 胡力中，周宁.基于RFID技术的电子防伪书签[J].兰州交通大学

学报（自然科学版），2007（04）.

[3] 丁瑜.基于RFID技术的图书信息系统平台研究与开发[D].北京：

北方工业大学，2009.

[4] 崔欣.日本出版商使用射频识别系统控制退货[J].中国防伪报道,

2008(12).

[5] 王小敏.基于RFID技术的库存管理系统研究[D].北京：对外经济

浅谈RFID技术及其应用 篇7

RFID射频识别技术是20世纪80年代发展起来的一种新兴自动识别技术。RFID利用射频方式进行非接触双向通信,它通过无线射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,亦可将采集到的相关信息数据通过无线技术进行远程传输,从而实现对目标物体的信息识别。RFID的识别工作可自动进行,无须人工干预,不需光学可视即可完成信息输入和处理,因此除了应用在常规人工工作环境外,还可应用于各种不适宜人工操作的恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签,操作快捷方便。RFID技术以其独特的优势,逐渐地被广泛应用于生产、交通、物流、医疗、教育、防伪、建筑智能化系统、工业自动化、商业自动化和资产管理等需要收集和处理对象数据的应用领域。

2 RFID技术的应用

随着大规模集成电路技术的迅速发展以及生产规模的不断扩大,射频识别产品的成本不断降低,其应用也越来越广泛,涉及身份识别、医疗、物流、零售、制造业、服装业、资产管理、食品、车辆管理、军事等多个领域。下面就几个应用领域进行具体说明。

2.1“家校通”系统

日前,学生的在校安全问题愈发引起社会的关注,为了方便家长和学校之间进行沟通,使家长充分了解孩子在学校的情况,急需在家庭和学校间架起一座空中桥梁,为家长提供方便快捷的了解子女在校状况的信息平台。“家校通”系统是一种为现代化学校管理和现代家庭提供新型服务的系统,它通过现代化的通讯工具,利用现代通信增值服务手段,彻底解决了学校与家长之间的沟通不及时的问题。“家校通”系统主要包括四个功能子系统:学生到/离校短信通知子系统、家校通管理信息平台、校园学生定位子系统和互动教学卡子系统。

2.1.1“家校通”系统组成

“家校通”系统主要包括学校端设备及学生卡两部分,其中学校端系统包括:RFID读卡设备、前置机(前端PC)、触发器、数据采集软件、管理软件;学生卡为2.4G有源RFID卡。系统示意图如图1所示。

2.1.2“家校通”系统的功能

(1)学生到/离校短信通知

在校园门口内/外侧安装读卡器和触发器,当佩戴卡的学生经过校门时,系统远距离自动识别学生卡信息,做进出判断后将短信数据上报至移动公司的短信发送平台,然后转发到家长手机。该系统主要包括以下几部分功能:

1)数据采集功能

当学生经过学校出入口时,阅读器自动采集学生卡信息,并将数据上传至前置机。由于本系统使用RFID技术,学生无需在指定位置刷卡,从而避免了在上学、放学高峰期出现学生排队刷卡的情况,既提高了效率,又避免了因拥挤而出现的踩踏等危险。

2)数据分析功能

前置机接收到数据后,利用系统配套软件进行数据分析,从而确定学生在校/离校状态,并将判断结果存至数据库。

3)数据上报功能

将学生考勤结果上传到短信发送平台,发送给各位家长,使家长准确了解孩子在学校的表现。

4)学生资料管理功能

对每个学生的基本信息进行录入,为每个学生建立一个电子信息档案,并存储于数据库中。学生资料管理功能支持学生信息的编辑和浏览功能,在学生成长过程中可不断补充档案信息。

5)考勤功能

可对指定时间段内的学生出勤情况进行统计,并可对统计数据进行浏览及传送,方便学校进行考勤及管理。系统可根据要求定制发送频率,既可实时发送,使家长及时掌握孩子当天出勤情况,确定孩子是否安全到达学校,也可将制定时间段内的考勤统计数据发送给家长,使家长了解孩子一段时间内的出勤情况。

(2)教师信息发布

通过家校通业务平台,教师可将学生的到校/离校信息、上课表现情况、测验考试成绩、家庭作业、学生评语、学校的活动、临时通知和孩子的心理状况等发送给家长。让家长在百忙之中也可以轻松掌握孩子的基本动态,同时,家长也可以通过该系统向学校和班主任发表自己的看法和建议。家校通的使用使老师及家长之间的配合更加密切,可以帮助教师和家长及时解决孩子任何时刻出现的问题,也可以让教师和家长共同分享孩子身上随时出现的亮点所带来的喜悦,以求教师和家长能及时携手激励学生更进一步。

(3)校园学生定位

在校园内各个主干道安装布置一定数量的读写器,将每一个读写器通过以太网连接到后台定位服务器;在校园内安放定位用基准电子标签,当携带电子标签的人员在校园内活动时,后台定位软件能实时地、动态地跟踪其活动轨迹。该系统主要实现以下功能:

1)加强进出校园的访客管理:对校园外来人员、学生家长进出校园、在校园内走动情况进行管理,方便保安进行管理,同时也大大提高了学校的安全性。

2)加强校园防范,使学校管理人员对学生、教职工的管理更加高效有力。

3)加强了校内车辆管理:食品运输车辆的管理、学生校车管理。

4)学生自动考勤管理:住宿学生是否在校、何时离校,走读学生是否夜宿在校。

校园人员区域定位系统构架如图2所示。

2.2 IDC机房RFID管理系统

互联网数据中心(Internet DataCenter,简称IDC)是电信部门利用已有的互联网通信线路、带宽资源建立的标准化电信专业级机房。IDC不仅是数据存储的中心,而且是数据流通的中心,它出现在Internet网络中数据交换最集中的地方。一个数据中心占用一幢大楼的一个房间,一层或多层,甚至整栋大楼。小型机房内设备和线缆数量少,走线清晰,查找相对方便,通常采用印刷标签标识设备和线缆即可实现管理。而大型数据中心内机柜众多,走线繁冗复杂,线缆、设备标签无法现场指示查找目标位置;大容量线缆、密集的标签让人眼花缭乱;标签长期使用,字迹模糊掉色,辨认困难,这使管理、维修和升级极其不便。若增加RFID管理系统,则会给IDC机房的管理带来极大的便捷。

首先给机房内的每根线缆、每个设备及机柜都制作RFID电子标签,编辑基本信息数据,并将电子标签附于其上,将信息存入数据库,做好系统建立基本工作。机柜内部安装RFID识读系统,覆盖机柜内部设备、线缆的RFID标签,系统可实时读取设备、线缆上的RFID标签芯片内的内容。

如需查找目标机柜、设备、线缆,只需用手持阅读器直接读取目标的信息,即可显示目标的位置等基本信息,方便查找。当设备、线缆被操作和移动后,RFID识读系统自动形成新的工作记录,修改机房中心数据库和设备、线缆上RFID标签芯片内的内容。

通过使用RFID标签配合电子配线架IDC管理解决方案,可对IDC内设备和线缆的位置、移动状况、实时状态等信息进行实时监控与统计分析,可以大幅提高IDC管理的精细程度和管理效率,大大降低管理者的劳动强度。

2.3 RFID数据医疗解决方案

当前,各国医疗机构正处于从基于纸张的手动流程驱动的行业向基于无纸化的数据传输流程的发展中。通过RFID数据医疗的解决方案,医院和医疗中心能够以更低的成本更有效地采集及管理信息,这不仅节省了资金和时间,而且在特殊情况下还能为病人争取宝贵的抢救时间,挽救生命。在无线医疗的应用当中,超高频RFID与条码相结合的方式最为高效,而随着该技术的日趋完善,各种需求也相继出现。目前在医院里主要应用在患者数据管理、药物跟踪、病人数据收集、医学实验、医疗垃圾跟踪等方面。

RFID医疗系统示意图如图3所示。

该系统为医务人员制作RFID胸卡,将医务人员基本信息录入;为患者制作挂号卡,将患者基本信息和社保卡信息一并录入;为病房、药品、血样、化验样品、医疗器械、医疗垃圾等制作电子标签,记录其信息,实现医院的全方位信息管理。通过该系统可以实现挂号、门诊、护士站、化验室、病房、血库、划价缴费、药品、医疗垃圾、医院通道的RFID管理。

同时,将患者社保卡信息录入到挂号卡的RFID芯片内,作为治疗全过程的唯一标识,与后台数字病历信息库联动,有利于实现电子化病历管理,提高患者治疗管理效率;可实现一定距离内自动识别问诊的患者;方便调取患者历次病历供诊疗医师参考查阅;可记录本次问诊过程及问诊结果,形成新病史;根据诊疗要求和结果,患者信息自动形成报单,发往相关化验室、诊疗室、护士站、病房、划价处以及中西医药房。

系统根据患者RFID挂号胸卡信息,自动为患者办理各项手续;患者接近护士站时,RFID挂号胸卡自动被识别,根据RFID挂号胸卡身份信息,系统自动调取医师治疗信息,护士可根据该信息引导患者到目标科室,并为患者提供药品、看护、送递各项结果等辅助治疗服务。

患者治疗的全过程实时更新患者治疗费用纪录,与RFID挂号卡挂钩,划价处自动核价,等待患者交费;患者治疗结束,治疗费用合计已核出,患者在划价交费处,只需简单识别本人RFID挂号卡,即可立即获得治疗费用明细,极大提高了手续办理及划价缴费的效率,为患者争取宝贵的时间。

3 总结

射频识别技术是一项正处于蓬勃发展阶段的技术,以其独特而显著的优势吸引着社会越来越多的关注,其应用领域也日益广泛,更有结合其他高新技术而发展跨行业应用的趋势。射频识别技术拥有广阔的发展前景和巨大的市场潜力,我们应该抓住这个机遇,深入进行射频识别技术的理论研究并进行广泛的应用尝试,力图优化已有射频识别系统,并开发出射频识别应用的新领域。

参考文献

[1]郎为民.射频识别(RFID)技术原理与应用[M].北京:机械工业出版社,2006:58-91

[2]蒋皓石,张成,林嘉字.无线射频识别技术及其应用和发展趋势[J].电子技术应用,2005,(8):55-57

[3]徐济仁,陈家松,牛纪海.射频识别技术及应用发展.数据通信2009年01期

RFID安全和隐私技术 篇8

关键词：RFID技术,安全协议,Hash协议,随机化Hash协议,Hash链,匿名ID,重加密

1 概述

无线射频识别技术 (Radio Frequency Identification, 简称RFID) 是一种非接触式的自动识别技术 , 它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据, 识别工作无须人工干预,可工作于各种恶劣环境, 可识别高速运动物体, 并可同时识别多个标签, 操作快捷方便。因此,“RFID技术”已经成为21世纪全球自动识别技术发展的主要方向。

RFID技术目前已广泛应用于制造业、商业、军事、日常生活等领域, 并显示出巨大的发展潜力与应用空间。目前RFID技术应用最广泛的行业包括: 物流和供应链管理、生产制造和装配管理、航空行李处理、邮件/快递包裹处理、文档追踪/图书馆管理、门禁控制/电子票据、道路自动收费和物品防伪等领域。

RFID系统主要由3部分组成: (1) 电子标签 (Tag): 由IC芯片及一些耦合元件组成 , 标签含有内置天线 , 用于和射频天线间进行通信。(2) 阅读器 (Reader, 也叫读写器): 读取电子标签信息的设备。许多阅读器还带有附加的接口RS232、RS485、USB和WLAN等与外部计算机 (上位机主系统) 连接, 进行数据交换。 (3) 计算机: 进行数据管理, 如图1所示。

RFID系统的基本工作原理是: 阅读器与标签之间通过无线信号建立双方通信的通道, 阅读器通过天线发出电磁信号,电磁信号携带了阅读器向标签的查询指令。当标签处于阅读器工作范围时, 标签将从电磁信号中获得指令数据和能量,并根据指令将标签标识和数据以电磁信号的形式发送给阅读器, 或根据阅读器的指令改写存储在RFID标签中的数据。阅读器可接收RFID标签发送的数据或向标签发送数据, 并能通过标准接口与后台服务器通信网络进行对接, 实现数据的通信传输。

2 安全需求

对于RFID系统来说, 其面临的安全威胁主要有:(1)阅读器和标签之间的通信安全威胁。它主要包括未经授权的读写标签; 伪造标签; 窃听阅读器和标签之间的通信。(2)数据安全威胁。它主要包括数据的窃听、伪造、劫持和篡改。

所以对一个较为完善的RFID系统来说, 应当具备机密性、完整性、可用性、真实性和隐私性等基本特征。 机密性:一个RFID电子标签不应当向未授权读写器泄漏信息。完整性: 能保证接收者收到的信息在传输过程中没有被攻击者篡改或替换。可用性: RFID系统提供的服务能够被授权用户正常使用, 并能有效防止非法攻击者的行为, 同时RFID系统的硬件、软件、设计的安全协议具备可用性。真实性: 通过身份认证, 确认消息从授权的电子标签发出。隐私性: 能保护使用者的隐私信息。

一个完善的RFID系统应该具备安全、高效、低成本的特点, 因此, 设计RFID安全协议具有很大挑战性。

3 RFID 安全和隐私技术

现有的RFID安全和隐私技术可以分为两大类: 一类是通过物理方法阻止标签与阅读器之间通信, 另一类是通过逻辑方法增加标签安全机制。

3.1 物理方法

3.1.1 杀死标签

原理是使标签丧失功能, 从而阻止对标签及其携带物的跟踪。如在超市买单时的处理。但是, Kill命令使标签失去了它本身应有的优点。如商品在卖出后, 标签上的信息将不再可用, 不便于日后的售后服务以及用户对产品信息的进一步了解。另外, 若Kill识别序列号 (PIN) 一旦泄露, 可能导致恶意者对超市商品的偷盗。

3.1.2 法拉第网罩

根据电磁场理论, 由传导材料构成的容器如法拉第网罩可以屏蔽无线电波。使得外部的无线电信号不能进入法拉第网罩, 反之亦然。把标签放进由传导材料构成的容器可以阻止标签被扫描, 即被动标签接收不到信号, 不能获得能量,主动标签发射的信号不能发出。因此, 利用法拉第网罩可以阻止隐私侵犯者扫描标签获取信息。比如, 当货币嵌入RFID标签后, 可利用法拉第网罩原理阻止隐私侵犯者扫描, 避免他人知道你包里有多少钱。

3.1.3 主动干扰

主动干扰无线电信号是另一种屏蔽标签的方法。标签用户可以通过一个设备主动广播无线电信号用于阻止或破坏附近的RFID阅读器的操作。但这种方法可能导致非法干扰, 使附近其他合法的RFID系统受到干扰, 严重的是, 它可能阻断附近其他无线系统。

3.1.4 阻止标签

原理是通过采用一个特殊的阻止标签干扰防碰撞算法来实现, 阅读器读取命令每次总是获得相同的应答数据, 从而保护标签。

3.2 逻辑方法

3.2.1 哈希 (Hash) 锁方案

Hash锁是一种更完善的抵制标签未授权访问的安全与隐私技术。整个方案只需要采用Hash函数, 因此成本很低, 如图2所示。

方案原理是阅读器存储每个标签的访问密钥K, 对应标签存储的元身份 (MetaID), 其中MetaID =Hash (K )。标签接收到阅读器访问请求后发送MetaID作为响应, 阅读器通过查询获得与标签MetaID对应的密钥K并发送给标签, 标签通过Hash函数计算阅读器发送的密钥K, 检查Hash (K ) 是否与MetaID相同, 相同则解锁, 发送标签真实ID给阅读器。

3.2.2 随机 Hash 锁方案

作为Hash锁的扩展, 随机Hash锁解决了标签位置隐私问题。采用随机Hash锁方案, 阅读器每次访问标签的输出信息都不同, 如图3所示。

随机Hash锁原理是标签包含Hash函数和随机数发生器,后台服务器数据库存储所有标签ID。阅读器请求访问标签,标签接收到访问请求后, 由Hash函数计算标签ID与随机数r(由随机数发生器生成) 的Hash值。标签发送数据给请求的阅读器, 同时阅读器发送给后台服务器数据库, 后台服务器数据库穷举搜索所有标签ID和r的Hash值, 判断是否为对应标签ID。标签接收到阅读器发送的ID后解锁。

尽管Hash函数可以在低成本的情况下完成, 但要集成随机数发生器到计算能力有限的低成本被动标签, 却是很困难的。其次, 随机Hash锁仅解决了标签位置隐私问题, 一旦标签的秘密信息被截获, 隐私侵犯者可以获得访问控制权, 通过信息回溯得到标签历史记录, 推断标签持有者隐私。后台服务器数据库的解码操作是通过穷举搜索, 需要对所有的标签进行穷举搜索和Hash函数计算, 因此存在拒绝服务攻击。

3.2.3 Hash 链方案

作为Hash方法的一个发展, 为了解决可跟踪性, 标签使用了一个Hash函数在每次阅读器访问后自动更新标识符, 实现前向安全性, 如图4所示。

方案原理是标签最初在存储器设置一个随机的初始化标识符St, l, 同时这个标识符也储存在后台数据库。标签包含两个Hash函数G和H。当阅读器请求访问标签时, 标签首先计算at, j= H (at, j), 并更新其秘密值为at, j+1= H (at, j), 后端数据库验证

Hash链与之前的Hash方案相比主要优点是提供了前向安全性。然而, 它并不能阻止重放攻击。并且该方案每次识别时需要进行穷举搜索, 比较后台数据库每个标签, 一旦标签规模扩大, 后端服务器的计算负担将急剧增大。因此Hash链方案存在着所有标签自更新标识符方案的通用缺点, 难以大规模扩展, 同时, 因为需要穷举搜索, 所以存在拒绝服务攻击。

3.2.4 匿名 ID 方案

采用匿名ID, 隐私侵犯者即使在消息传递过程中截获标签信息也不能获得标签的真实ID。该方案通过第三方数据加密装置采用公钥加密、私钥加密或者添加随机数生成匿名标签ID。虽然标签信息只需要采用随机读取存储器 (RAM) 存储, 成本较低, 但数据加密装置与高级加密算法都将导致系统的成本增加。因标签ID加密以后仍具有固定输出, 因此,使得标签的跟踪成为可能, 存在标签位置隐私问题。并且,该方案的实施前提是阅读器与后台服务器的通信建立在可信通道上。

3.2.5 重加密方案

该方案采用公钥加密。标签可以在用户请求下通过第三方数据加密装置定期对标签数据进行重写。因采用公钥加密,大量的计算负载超出了标签的能力, 通常这个过程由阅读器来处理。该方案存在的最大缺陷是标签的数据必须经常重写,否则, 即使加密标签ID固定的输出也将导致标签定位隐私泄露。与匿名ID方案相似, 标签数据加密装置与公钥加密将导致系统成本的增加, 使得大规模的应用受到限制。并且经常地重复加密操作也给实际操作带来困难。

4 结语

RFID技术发展趋势预测研究 篇9

射频识别 (Radio Frequency Identification, RFID) , 又称电子标签 (E-Tag) , 是一种非接触式的自动识别技术, 它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据信息[1], 可工作于各种恶劣环境, 识别高速运动物体并同时识别多个标签, 操作快捷方便。

随着技术的进步, RFID应用领域日益扩大, 现已涉及到人们日常生活的各个方面, 并将成为未来信息社会建设的一项基础技术。RFID典型应用包括:在物流领域用于仓库管理、生产线自动化、日用品销售;在交通运输领域用于集装箱与包裹管理、高速公路收费与停车收费;在农牧渔业用于羊群、鱼类、水果等的管理以及宠物、野生动物跟踪;在医疗行业用于药品生产、病人看护、医疗垃圾跟踪;在制造业用于零部件与库存的可视化管理;RFID还可以应用于图书与文档管理、门禁管理、定位与物体跟踪、环境感知和支票防伪等多种应用领域。

目前, RFID已成为IT业界的研究热点, 被视为IT业的下一个“金矿”。各大软硬件厂商, 包括IBM、Motorola、Philips、TI、Microsoft、Oracle、Sun、BEA、SAP等在内的各家企业都对RFID技术及其应用表现出了浓厚的兴趣, 相继投入大量研发经费, 推出了各自的软件或硬件产品及系统应用解决方案。在应用领域, 以Wal-Mart、UPS、Gillette等为代表的大批企业已经开始准备采用RFID技术对业务系统进行改造, 以提高企业的工作效率并为客户提供各种增值服务。

在本文应本文在分析了射频信号自动识别 (RFID) 技术发展应该考虑的主要因素的基础上, 分别采用灰色系统、多元回归建立单项预测模型。根据组合预测理论建立用射频信号自动识别 (RFID) 技术发展趋势的组合预测模型, 运用组合预测模型对社会的射频信号自动识别 (RFID) 技术发展趋势进行了预测。从而对RFID技术的发展趋势的判断更具科学性和合理性。

二、灰色预测原理及模型

灰色系统理论是中国学者邓聚龙教授于20世纪80年代创立的, 灰色系统理论和方法的核心是灰色模型, 灰色模型是以灰色生成函数概念为基础, 以微分拟合为核心的建模方法。一切随机量都是在一定范围内、一定时间段上变化的灰色量和灰过程, 对于灰色量的处理不是寻求它的统计规律和概率分布, 而是将杂乱无章的原始数据序列通过一定的处理方法弱化波动性, 使之变为比较有规律的时间序列数据, 再建立用微分方程描述的模型。本文采用了GM (I, 1) 、DGM (2, 1) 和Verhulst三种灰色模型分别对射频信号自动识别 (RFID) 技术发展趋势进行建模预测。

1. 灰色GM (1, 1) 预测模型

GM (1, 1) 是单序列一阶线性模型, GM (1, 1) 模型的本质是通过对原始数据序列的累加生成, 弱化随机扰动因素的影响, 发现其指数增长规律, 然后用指数曲线进行模拟, 用微分方程来逼近拟合。设原始数据序列:x (0) =[x (0) (1) , x (0) (2) , …, x (0) (n) ]*MERGEFORMAT (1) X (0) (k) ≥0, k=1, 2, …n。经过一阶累加 (1-AGO) 生成序列:

z (1) 为x (1) 的紧邻均值生成序列, z (1) (k) =0.5x (1) (k) +0.5x (1) (k+1) , k=2, 3, …n.得累加序列的预测方程:*MERGEFORMAT (3) (k=0, 1, 2, …) 对此式再做累减还原, 得原始数列x (0) 的灰色预测方程:

则电力负荷预测的预测序列为:

2. 灰色DGM (2, 1) 预测模型

DGM (2, 1) 是单序列二阶线性模型, 用微分方程来逼近拟合.设原始负荷序列 (1) 式, 做一阶累加生成得序列 (2) 式, 建立微分方程:用最小二乘法求解系数向量:其中

解式得离散形式的解序列其中, *MERGEFORMAT (5) 经一阶累减还原得:*MERGEFORMAT (6) , k=0, 1, 2, …, m-1, 则射频信号自动识别 (RFID) 技术发展趋势的预测序列为

3. 灰色Verhulst预测模型

Verhulst灰色模型是在Verhulst所建立的模型上发展而来的一个非线性微分模型.设初始射频信号自动识别 (RFID) 技术发展趋势序列为 (1) 式, 直接建立Verhulst模型:*MERGEFORMAT (7) 式中:λ=[a, u]T为系数向量;u (X (0) ) 2为竞争相, 求解:其中

则射频信号自动识别 (RFID) 技术发展趋势的预测序列为

三、灰色神经网络 (GNN) 组合预测模型

每一种模型都包含了一定的样本信息, 任何单个模型都难以全面地反映变量的变化规律.如果对多种预测模型进行有机组合, 它就能够十分有效地利用多种有用信息, 全面地反映系统的变化规律, 减少随机性, 提高预测精度。文献[5, 11]采用MV变权组合, 标准差法等对不同的预测模型给以相应的权系数, 但是这种权重的分配目前缺少统一的标准, 需要由预测领域的专家通过经验和测评得出, 比较复杂。本文采用的灰色神经网络组合预测方法将灰色GM (1, 1) 、DGM (2, 1) 和Verhulst模型所得到的预测值结果作为神经网络的输入, 生成灰色神经网络组合预测模型 (GNN) , 这样既减少了赋权的主观性与计算的繁琐性, 又发挥神经网络较强的非线性映射能力, 通过反复学习自动调节自身参数, 最终输出比较满意的预测结果。

灰色神经网络组合预测模型采用典型的三层网络结构, 即输入层, 把灰色GM (1, 1) 、DGM (2, 1) 和Verhulst模型所得到的预测值作为输入、隐含层, 采用一个隐含层, 传递函数为S型函数和输出层, 输出GNN组合预测值, 模型结构见图1。

我们选择与预测值最近的n个已知值作为样本, 即把最近的n个已知值作为输出, 采用不同的灰色模型对这n个已知值分别进行预测, 其预测值即为神经网络的输入, 由此对神经网络进行训练。对于训练好的神经网络, 当输入端为各种灰色模型的预测值时, 其输出即为用神经网络组合后的预测值。

四、算例分析

利用上述基于灰色理论与神经网络的射频信号自动识别 (RFID) 技术发展趋势预测方法, 对射频信号自动识别 (RFID) 技术发展趋势进行了研究, 通过对某市射频信号自动识别 (RFID) 技术用户数量调研, 构建相关数据。虽然我国起步晚, 但由于我国政府对其给予了高度关注, 并且实施了一系列措施:国家科技部联合十五部委共同编写的《中国射频识别 (RFID) 技术政策白皮书》于2006年6月9日正式发布;科技部863计划先进制造技术领域办公室于2006年10月1日正式发布《国家高科技研究发展计划 (863计划) 先进制造技术领域“射频识别 (RFID) 技术与应用”重大项目2006年度课题申请指南》。使得射频信号自动识别 (RFID) 技术发展趋势也具有我国自身特色的变化特征, 图2是射频信号自动识别 (RFID) 技术发展趋势预测曲线。

对射频信号自动识别 (RFID) 技术发展趋势进行了预测, 并与单一的灰色预测模型进行对比, 预测结果和相对误差见表1。

从上面的算例分析中可以看出基于组合的灰色神经网络预测模型的平均相对误差小于各种单一的灰色预测模型的平均相对误差, 而且该组合预测模型的最大相对误差 (0.114458176模型的最大相对误差值GM (1, 1) 是4.889%, DGM (2, 1) 是2.981%, Verhulst是1.172%, 算例结果表明组合预测结果要优于个单一预测结果。

五、结语

本文采用灰色神经网络组合预测模型, 有效地利用了灰色理论弱化数据序列波动性的特点和人工神经网络具有逼近任意函数的能力, 可以精确地实现对具有任意变化规律的数据序列的拟和和预测, 因此, 组合灰色神经网络模型较好地结合了人工神经网络和灰色预测方法的优点, 有利于提高射频信号自动识别 (RFID) 技术发展趋势预测的精度。由于诸多环境因素以及经济发展趋势的影响, 射频信号自动识别 (RFID) 技术发展趋势还有很多不确定性, 考虑经济环境因素是下一步的研究方向。

摘要：针对射频信号自动识别 (RFID) 技术发展受多种因素影响, 变化趋势复杂, 难以通过建立准确的数学模型进行预测的问题, 本文提出了灰色动态模型对射频信号自动识别 (RFID) 技术发展趋势进行预测, 在此基础上构造了灰色神经网络组合预测模型。该模型避免了变权组合预测模型的主观与繁琐, 能有效地将灰色预测弱化数据序列波动性的优点和神经网络较强的非线性适应能力相融合。算例结果表明该方法的可行性和有效性, 预测精度也得到了改善。

关键词：射频信号自动识别技术,灰色系统,组合预测,神经网络

参考文献

[1]陈新河.无线射频识别 (RFID) 技术发展综述[J].信息技术与标准化, 2005, (7) :20-24

[2]郑合.RFID孕育零售业革命[J].现代物流报, 2005.7.18, (02) :1

[3]陈新河.无线射频识别 (RFID) 技术发展综述[J].信息技术与标准化, 2005, (7) :20-24

[4]X.G.Gao, Z.Xiang, H.Wang.An approach to security and privacy of RFID system for supply chain[J].E-Commerce Technology for Dynamic E-Business, 2004, 164-168

[5]邓聚龙.灰预测与灰决策[M].武汉:华中科技大学出版社, 2000

RFID室内定位技术研究综述 篇10

无线射频识别( RFID) 技术因传播方式非接触、传播过程非视距、硬件成本低廉、定位目标准确而在室内定位中应用广泛[1]。RFID技术的普及,在促进其发展的同时,也为其自身的低成本技术、小型化技术、一体集成化技术和防碰撞技术等技术领域带来了一些新的挑战。掌握RFID定位算法的原理与应用背景,设计出一种环境普适的室内定位算法和标签( tag) 防碰撞算法,对室内定位技术的进一步发展,具有重大的现实意义。

1 射频识别系统简介

RFID系统的基本结构包括两个网络,即传感网络和数据传输网络。

传感网络由读写器和电子标签阵列组成。读写器分为只读和读写两种,是定位系统数据处理和控制中心。读写器在RFID工作的覆盖区域内,能发射射频信号,使区域内布置好的电子标签( tag) 被激发。tag被激发后,会返回其中的数据,并能通过接口与电脑网络进行通信。

电子tag根据获取能量途径的不同有三种分类,即有源、无源和半有源电子tag。有源标签配有电池,无源标签不配带电池,半有源标签可以使用电池也可以不使用电池工作。按照频率由大到小,又可分作微波、超高频、高频及低频电子tag。

数据传输网络组成分为两部分,即服务器和其与读写器的连接[2]。数据的传送包含两方面: 一方面是用户产生的指令信号通过服务器产生并传送给传感网络; 另一方面是读写器把接收到的数据返回给服务器。最后由服务器通过算法计算出待定位tag的位置。服务器与读写器的连接方式也有2种,即: 有线连接、无线连接。RFID的基本的结构可以用图1表示。

2 RFID 定位系统及方法研究

基于测量技术不同,室内定位方法分为: “接收的信号强度方法[3]( RSSI) ”、“到达角度 方法 ( AOA) ”、“到达时间 方法 ( TOA) ”与“到达时间差方法( TDOA) ”[4]。

不同的定位系统对测量方法的选用是不同的,下面具体介绍几种常见的RFID定位系统及其定位方法的原理和选用。

2. 1 RSSI 方法及其应用系统

RSSI法是将测得的信号强度采用经验模型模拟信号路径耗损,计算目标距离,利用定位算法得到目标坐标的定位方法。 这里所需的信号的衰减经验模型,可实验得到或理论推导。实验证实,RSSI法能在一定程度上抵消多径效应的影响,更适合于室内环境。[5]目前不少RFID系统都运用RSSI方法。但在室内无线电传播时有很多干扰因素,如衰减、绕射等。这些因素都影响RSSI方法的定位的精度[6]。

RSSI损耗模型公式:

式中,D为定位tag与参考tag的距离; μ 为损耗指数; x是以 σ 为标准差的零均值的正态分布随机变量; PD为距离D是的RSSI值,D0为参考距离。

LANDMARC系统[7]为其典型应用。该系统采用 “最近邻距离”( k NN) 方法,在定位区间设定坐标已知的参考tag。参考tag与待定位tag的欧氏距离计算公式:

式中,φi是阅读器( 第i个) 所读取的待定位的tag的信号强度, n为阅读器数,k,i是该阅读器读取到参考tag k的信号强度,EK表示的是未知tag和参考tag的“欧氏距离”。待定位tag的坐标可由下面的公式推算出来:

其中:

不难看出,E值最小的参考tag权重最大。LANDMARC系统成本廉价,能更好地适应变化的环境,获得的位置信息更加准确可靠,但由于计算时间较长,系统实时性较差。

2. 2 AOA 法及其应用系统

AOA定位的思想是利用测量RF信号到达方向与天线的角度完成定位。AOA方法初始定位时,仅仅需要配置两个天线阵列,相比于TOA和TDOA等,它的结构简单,但对天线的灵敏度和分辨率要求要高。而RFID技术目前无法达到此要求,因此AOA方法不是RFID的主流方法。但随着智能天线技术的发展将其运用到RFID设备上,可以提高天线的角度分辨率,AOA方法也可能会得到较快发展。

AOA方法计算公式:

式中,h是两组阅读器连线的中心间距,ω1和 ω2是据两线和tag估算的波达角。

RSP系统为其典型应用,该系统通过计算阅读器间的相位差,得到移动tag的方向。采集数据后,利用最小二乘法进行定位设计。

2. 3 TOA 法及其应用系统

TOA方法是在假设已知信号传播速度的条件下,测量信号从参考点发出到移动端接到的时间,计算出移动端和参考点间距。TOA方法主要有如下缺点: 一是发射、接收的同步问题; 二是无线信号的传输时间戳的问题,加戳有助于传播距离的测量。 经常在信号传播慢、定位区域大的情况下采用。

TOA方法计算公式:

式中,Tsys为系统延迟,Tcab是接收天线缆线造成的延迟,Tsa为tag的延迟值。

表面波识别系统( SAW ID-tags) 为其典型应用。该系统采用无源tag,通过编码可能性技术和脉冲压缩查询tag的逆时间脉冲响应并重新发送相关的信号。重新发送的信号拥有自相关峰值,幅度响应最大的tag即为所求tag。

2. 4 TDOA 法及其应用系统

TDOA方法要求同时发射两种信号 ( 速度不一样) ,计算传到接收机的时间差,进而求解参考端与接收机的距离,求解坐标。TDOA测量时不需要知道传播时间的具体数值,可一定程度减少计算时带来的误差,它的定位的精度较TOA好,可是需要限制功率,附近的点只接受到很小的功率,这会带来测量上的误差。总而言之,TDOA改进了TOA,它对设备在时间上的同步要求不再严格,提高了定位准确程度的同时,也使定位的复杂性降低。

TDOA算法计算公式:

式中,T为选择的测量标签,tT为其响应时间,td为R阅读器接收到信号的时间差值,RT为固定位置的已知参考标签,tRT为该参考标签的相应时间,co为常数。最后通过加权均方法进行tag的位置的估计[8]。

LPM( 本地定位测量系统)[9]为其典型应用。该系统设定在阅读器同步且参考tag均工作正常时,测量tag在时间tT的响应。

VIRE、Simplex、Spot ON系统等[10,11,12]也是较常用的RFID的应用系统,表1将对其进行介绍,在此不再赘述。现将常见的室内定位系统标签的选用、定位方法的选择、适用性及定位范围等参数总结归纳,如表1所示。

3 RFID 定位算法

3. 1 RFID 定位算法分类及特点

基于RFID的室内定位方式大体上可以划分为四类: ( 1) 三边定位: 用至少三个已知位置坐标的点与待定位目标的距离来实现对待定位目标的定位。文献[13]提出了一种基于三边测量的参考节点选择算法( RNST) ,该定位算法适用性比较广泛, 但精度不高,适用要求不高的场合。( 2) 角度定位: 通过测量两个以上已知坐标的相关点与待定位目标的角度来定位。文献 [14]提出了一种基于角度的定位算法,精度较高,但易受多径效应的影响且硬件要求较高; ( 3) 指纹定位: 分为离线阶段和在线阶段,离线阶段训练射频信号样本,建立数据库; 在线阶段将测量的信号与指纹库中的信号进行比对,实现定位。文献[15] 提出一种指纹定位算法,根据所需的空间密度的指纹和所需的样本数量,在跟踪或信号映射建立的同时,区分信号分布,估计位置信息。( 4) 邻域定位: 采用射频特性测量出一系列位置已知的相邻点集。选用标签或者阅读器作为待定位目标均可。

相比于其他算法,基于RSSI的定位方法更容易实现,对阅读器接收同步要求比较低,拥有较好的适用性。LANDMARC算法是基于RSSI针对移动tag的邻域定位方法的典型应用方案。 因此下面重点讨论LANDMARC算法。

3. 2 LANDMARC———k NN 算法及改进分析

LANDMARC是被广泛应用于tag定位的室内定位系统。 LANDMARC系统的核心为“k NN”算法[16],即: 在n个样本中, 找出X的K个近邻。该算法简单易懂,精确性高,故采用率较高。KNN算法的计算流程如下:

步骤1取X[1]~ X[m]为待测X的初始近邻,计算与X间的欧式距离D( X,A[i]) ,i = 1 ~ m;

步骤2按D( X,A[i]) 升序排列( 可用冒泡排序法) ;

步骤3取出“欧氏距离”最小的k个值;

步骤4根据选取的k个坐标进行加权计算,求出待定位tag的坐标。

近年来,LANDMARC算法不断得到改进,例如: 文献[17] 提出了一种改进最近邻居算法( IKNN) ,该算法引入了“预估位置”的概念,通过三点定位测出目标tag的预估位置,比较与预估位置的距离选取最近邻居。IKNN算法与原KNN算法相比, 平均误差减少了9. 8% ; 文献[18]提出一种环境自适应的虚拟参考tag的定位方法,该方法在K近邻的选取时加入了自校正的功能,平均误差小于三米的概率达到99% 。未来LANDMARC算法在如何降低系统硬件成本及减少冗余信息方面、如何进行虚拟标签布局及提高正向精度方面有待进一步研究。

4 防碰撞算法

防碰撞问题在室内定位中是不可避免的,而防碰撞算法的好坏也直接影响系统的定位性能。总体上看,阅读器( Reader) 碰撞和标签( tag) 碰撞是RFID中涉及的两种碰撞方式。Reader碰撞的机会比较少并且有较好的处理办法,tag防碰撞问题相对不易解决。tag防碰撞的常用的方法有: “空分多路法”、“码分多路法”以及“频分多路法”、“时分多路法”[19,20,21,22]。目前,多数防碰撞算法的理论基础是“时分多路”思想,著名的有Aloha算法和二进制搜索法。

Aloha算法简便,较早应用于RFID系统中,这种算法的基本思路是射频tag随机选择不同的时隙把一些数据发送给阅读器,来避免发生碰撞。算法的缺陷是当阅读器的工作范围内的电子tag突然大幅度增加的时候,所带来的碰撞次数和碰撞概率都剧增,这样系统对于防碰撞的性能就会大大降低,信道的利用率下降。在Aloha算法的基础上,将信道划分为固定时隙的帧时隙Aloha算法,使吞吐率翻了一番。后来,人们又提出了动态时隙Aloha ,在时隙Aloha的基础上使用可变数量的时隙数; SuRyun Lee等提出一种增强型的动态帧时隙的Aloha[23],当tag和时隙有相同数量时,吞吐率最大达36. 8% ; 总之,以时隙随机分派为基的Aloha不复杂,不难实现,应用于成本低的RFID系统。

通过多次比较把不相同的序号挑选出来是二进制搜索法的核心。这种算法通信量大,系统的识别时间较长识别率并不高, 在大量tag场合适用。我国的学者也提出了很多基于二进制算法的改良算法,例如: 余松森等人先后提出了“后退式索引的二进制树形搜索”算法[24],“修剪枝的二进制树形搜索”算法[25]。 东南大学的武强等提出“ UFH频段的二进制防碰撞算法”等, 使二进制搜索法趋于完善[26]。

通过不断对防碰撞算法进行改进、优化,在克服算法本身问题的同时不可避免地带来了一些新的困难,进而促进了防碰撞算法的发展。表2列举出了最具代表性的tag防碰撞算法的发展历程、技术难点和改进方向。

综上所述,“基于树的防碰撞算法”有较高的识别率,而“基于ALOHA的算法”实时性比较好,我们可以整合它们的优点、 缺点选择合适的算法,如: “ALOHA类”主要用于较少的tag,而 “二进制类”则在tag较多时经常使用。另外,全球的专家们提出了很多创新的“混合的算法”,将这些算法的优点整合,使系统性能升级。现在比较主流的有两种整合思想: 时间分离的思想( 双时隙) ,它是针对树的算法基础上进行的; 二进制分离思想,它是建立于“ALOHA ”的基础上,对碰撞的时隙使用[27]。

5 结 语

RFID技术创新 篇11

关键词RFID技术;燃气汽车;识别、应用。

中图分类号U469.7文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)031-0086-01

射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)技术是一项自动识别技术,进入本世纪以来,随着射频识别技术理论的进一步丰富和完善,RFID产品开始广泛应用于金融、电信、交通、医疗、身份证等各种领域。近年来,经济、环保、节能的燃气汽车产业发展迅速,全国大多数城市和地区均开展了燃气汽车推广应用,然而,“油改气”并非一帆风顺,其中私自改装和超年限气瓶老化成为两个重大安全隐患,燃气汽车安全事故时有发生,给人民群众生命财产和社会安定都造成了不良影响,引起了社会的极大关注。

1RFID技术的工作原理

RFID技术是一种非接触自动识别技术,利用射频信号通过空间偶合(电感或电磁偶合),实现无接触信息传递,并通过所传递的信息达到识别目的。射频识别工作无须人工干预,可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签,操作快捷方便。一般说,射频识别系统包含电子标签、数据管理系统和阅读器三部分。系统的工作原理是:标签进入磁场后,如果接收到阅读器发出的特殊射频信号,就能凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息,阅读器可无接触地读取并识别电子标签中所保存的电子数据,从而达到自动识别物体的目的。阅读器通过天线发送出一定频率的射频信号,当标签进入磁场时产生感应电流从而获得能量,发送出自身编码等信息,被读取器读取并解码后送至电脑主机进行有关处理。

2燃气汽车安全管理系统的组成

燃气汽车安全管理系统是集计算机技术、RFID技术、智能视觉技术、自动控制技术为一体的智能安全管理系统,该系统的应用,可以实现燃气汽车自动识别和信息化管理,提高燃气汽车加气站的工作效率和安全性。

燃气汽车安全管理系统包含三大子系统:

1)车牌识别系统:该子系统包括工业摄像头、车牌识别仪及视频电缆网线等。2)指示系统:该子系统包括电子显示屏、室外音箱、功放以麦克等语音设备。3)计算机软件系统:该子系统包括车辆数据库部分和设备控制部分。

3燃气汽车安全管理系统的工作原理

3.1识别系统工作原理

牌照自动识别是一项利用车辆的动态视频或静态图像进行牌照号码、牌照颜色自动识别的模式识别技术。其硬件基础一般包括触发设备(监测车辆是否进入视野)、摄像设备、照明设备、图像采集设备、识别车牌号码的处理机(如计算机)等,其软件核心包括车牌定位算法、车牌字符分割算法和光学字符识别算法等。

1)车辆检测。车辆检测可以采用埋地线圈检测、红外检测、雷达检测、视频检测等多种方式。采用视频检测可以避免破坏路面、不必附加外部检测设备、不需矫正触发位置、节省开支,而且更适合移动式、便携式应用的要求。

具备视频车辆检测功能的牌照识别系统,首先对视频信号中的一帧(场)的信号进行图像采集,数字化,得到对应的数字图像;然后对其进行分析,判断其中是否有车辆;若认为有车辆通行,则进入到下一步进行牌照识别;否则继续采集视频信号,进行处理。

2)牌照号码、颜色识别。为了进行牌照识别,需要以下几个基本的步骤:

第一步牌照定位,定位图片中的牌照位置。自然环境下,汽车图像背景复杂、光照不均匀,如何在自然背景中准确地确定牌照区域是整个识别过程的关键。首先对采集到的视频图像进行大范围相关搜索,找到符合汽车牌照特征的若干区域作为候选区,然后对这些侯选区域做进一步分析、评判,最后选定一个最佳的区域作为牌照区域,并将其从图像中分割出来。

第二步牌照字符分割,把牌照中的字符分割出来。完成牌照区域的定位喉,再将牌照区域分割成单个字符,然后进行识别。字符分割一般采用垂直投影法。由于字符在垂直方向上的投影必然在字符间或字符内的间隙处取得局部最小值的附近,并且这个位置应满足牌照的字符书写格式、字符、尺寸限制和一些其他条件。利用垂直投影法对复杂环境下的汽车图像中的字符分割有较好的效果。

第三步牌照字符识别,把分割好的字符进行识别,最终组成牌照号码。字符识别方法目前主要有基于模板匹配算法和基于人工神经网络算法。基于模板匹配算法首先将分割后的字符二值化,并将其尺寸大小缩放为字符数据库中模板的大小,然后与所有的模板进行匹配,最后选最佳匹配作为结果。基于人工神经元网络的算法有两种:一种是先对待识别字符进行特征提取,然后用所获得特征来训练神经网络分配器;另一种方法是直接把待处理图像输入网络,由网络自动实现特征提取直至识别出结果。

3.2指示系统工作原理

指示系统包括语音提示和视频显示两部分,视频显示系统可通过LED显示屏实现,显示屏采用亮度较高的室外专用屏,一行可显示12个汉字。在实际操作过程中,软件系统完成判断之后将车牌信息和指令信息传送给显示屏,同时软件系统从计算机获取字库点阵,然后将点阵码通过串口发送给显示屏以实现车辆信息的同步显示。

3.3 计算机软件系统工作原理

识别系统为数据输入端,以计算机为核心控制单元,利用数据库存储全部的车辆资料。当车辆经过加气站,系统会立即获得其唯一的车牌号,并从数据库中查找相应的车辆信息,判断燃气车辆是否符合要求。如符合要求则指示系统放行,并做出语音提示。如燃气车辆未经检验则指示系统禁止通行并语音通知车主办理检验手续,如气瓶超出使用期限系统也可以反映出来,并通知车主及时检验。

4RFID技术在燃气汽车安全管理中的作用和应用前景

RFID技术为燃气车辆充装前的检验和安全管理提供了全面的解决方案。该项技术在燃气汽车安全管理中的应用,一是加强了对高压气瓶的管理。虽然气瓶的所有权在车主,但该系统利用数据库将气瓶信息、车辆信息和加气过程关联起来,通过控制加气过程这一环节有效的管理气瓶。实现了纵到底,横到边的全覆盖,对每辆车而言,可掌握其使用全过程,对全部车辆而言,做到無一遗漏。彻底解决气站没气瓶,气站管不了气瓶的问题。二是实现了车体与信息的一体化。车牌号作为汽车的唯一标识,保证了气瓶检验信息的真实性。经检验站检验过的车辆正常加气,未经检验无法加气。三是先进的智能视觉技术产生丰富的信息量,便于分清责任。该系统采用先进的智能视觉技术,可对运动车辆进行车牌识别,系统可自动的判断来车的合法性,并记录加气车辆及气瓶的相关信息。系统具有强大的数据查询功能,可方便及时准确的对车辆信息进行定位,且每辆车都配有图片数据,便于跟踪和查询。四是工作人员操作简捷,驾驶员加气方便。整个的检查过程高度智能化,工作人员只需承担辅助的监督作用,大部分工作有机器完成。对驾驶员干预较小,可最大限度的减少纠纷。

参考文献

[1]董彬,崔雪梅,常春.RFID技术在焦化三大机车自动控制中的应用 济南钢铁集团总公司自动化部.

[2]胡圣杰,王树才.RFID技术在养猪业中的应用.华中农业大学工程技术学院.

作者简介

移动RFID典型技术及应用 篇12

RFID技术作为未来最有前途的信息技术之一,近年来得到研发、生产和应用部门的高度重视。作为一种新兴的自动识别技术,除了政府着手制定政策并采取有效措施,引导、支持相关技术和产品研发,积极拓展RFID应用领域,实施示范工程之外,还有为数众多的企业投入了大量的人力、物力和财力用于RFID产品研发和应用拓展。RFID技术的应用正在向日常生活和工作的各个方面快速渗透。

1 RFID概述

RFID是一种非接触式的自动识别技术。最简单的RFID系统由标签、阅读器和天线三部分组成,在实际应用中还需要其他硬件和软件的支持。RFID工作原理并不复杂,其过程可以简单的描述为,标签进入磁场后,接收阅读器发出的射频信号,凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息,或者主动发送某一频率的信号,阅读器读取信息并解码后,送至中央信息系统进行有关数据处理。

现阶段RFID技术与移动通信相结合的应用技术主要有Felica、NFC、双界面SIM卡(DISIM)和RF-SIM卡四种。其中Felica从2004年开始在移动通信领域推广应用,是四种技术中最早实现商业应用的技术,其成熟度高,使用用户量最大。在日本已经有4 900万手机支持Felica技术(定制手机),并且在曼谷、深圳、德里和夏威夷等地有一定市场;NFC 2006年在德国进行了公交应用的商用,只有NOKIA3220一款手机支持,用户量较少;双界面SIM卡和RF-SIM卡技术目前处于应用试点阶段,是一个无需客户更换手机的技术。

2 Felica技术

2.1 发展现状

Felica是由索尼公司开发的一种非接触智能卡技术,由英文单词“Felicity”和“Card”组合而成,意为“灵活的卡片”。Felica为SONY专有技术,其核心技术掌握在SONY公司,还没有对外开放。目前只有SONY生产Felica芯片(含COS),所有基于Felica开发的应用都需要经过SONY公司的认证。Edy是Bitwallet公司(SONY、NTT DOCOM等的合资公司)一个电子钱包卡品牌,EDY作为电子钱包业务于2001年11月推出,目前全日本支持的商店已经超过3万家,每月交易次数超过1 200万次。SUICA是JR东日本公司在2001年11月推出的乘车卡,SUICA卡已经可以在东日本地铁、单轨电车、东京临海高速铁路上使用。

2.2 技术特征

Felica体系结构如图1所示。无接触IC卡部分由IC芯片和天线组成,不包含电源部分;识读器部分由天线和控制主板部分组成,卡和识读器之间通过电磁感应方式进行工作。

2.3 应用分析

Felica技术是RFID移动应用中较完善的技术,其用户数量大,是成熟度较高的RFID移动应用技术。Felica技术为SONY专有技术,没有对外开放,芯片和COS必须从SONY采购,SONY控制了整个产业链,对需要掌控产业链的国内企业是一个严峻的挑战。

3 NFC技术

3.1 发展现状

NFC(Near Field Communication)由非接触式射频识别(RFID)及互联互通技术整合演变而来,是一种用于近距离无线通信的技术,由索尼和飞利浦共同开发。2002年NFC被批准成为ISO/IEC IS 18092国际标准,此后还被批准为EMCA-340标准与ETSI TS 102 190标准。NFC标准与ISO/IEC 14443和ISO/IEC 15693非接触式IC卡兼容,也就是说NFC标准兼容Philip的MIFARER和SONY的Feli Ca标准。

3.1.1 国外进展情况

目前促进NFC发展的主要厂商为NOKIA、飞利浦、SONY等,全球NFC项目的推进主要是NOKIA和飞利浦。一个典型的应用是,在由诺基亚、Roda JC、KPN、Philips、Bell ID、SmartPoint和KNVB ClubSupport等参与的现场测试中,荷兰足球俱乐部Roda JC的支持者将使用Nokia NFC手机在ParkStad Limburg大型运动场作为门禁和票务卡使用,它也可以将Nokia NFC手机作为支付工具在运动场附近的快餐店和纪念品商店使用。

3.1.2 国内进展情况

2006年,诺基亚携手中国移动厦门分公司、厦门易通卡公司和飞利浦公司共同宣布在厦门启动中国首个近距离通信(NFC)手机支付现场试验,用户可使用内建NFC功能的Nokia 3220手机在厦门易通卡覆盖的公交、轮渡、餐厅、影院、便利店等营业网点进行非接触式手机支付;2007年,Nokia与上海质监局和上海消防局在上海启动NFC移动验证解决方案试点,在诺基亚与上海质监中心的紧密合作下,移动验证解决方案首先应用于上海地区的烟花爆竹管理工作;2008年,诺基亚宣布,由中国银联牵头,使用具有NFC技术的诺基亚6131i手机实现的手机银行卡非接触支付试点项目在上海投入运营。

3.2 技术特征

NFC将非接触读卡器、非接触卡和点对点(Peer-to-Peer)功能整合进一块单芯片,近距通信(NFC)是一项非接触、近距离RFID通信技术。

NFC主动通信模式如图2所示。在主动模式下,每台设备要向另一台设备发送数据时都必须产生自己的射频场。发起设备和目标设备都要产生自己的射频场,以便进行通信。这是对等网络通信的标准模式,可以获得非常快速的连接设置。

移动设备主要以被动模式操作,如图3所示。采用被动通信模式可以大幅降低功耗,并延长电池寿命。在一个应用会话过程中,NFC设备可以在发起设备和目标设备之间切换自己的角色。利用这项功能,电池电量较低的设备可以要求以被动模式充当目标设备,而不是发起设备。

3.3 应用分析

NFC同时支持识读和被读应用,可以支持开展支付、票务、防伪等应用,并且工艺稳定,与手机是一个整体,客户感觉较好。但用户需要更换具备支付功能的手机,成本较高。如果市场由手机制造商来主导,接口会出现不统一,在数据交换时容易出问题。

4 双界面SIM卡技术

4.1 发展现状

双界面SIM卡技术2004年由德国捷德提出,2005年开始多家SIM卡厂商在硬件技术上进行研发,2006年开始在应用部门进行试用,其移动门禁、消费、手机银行卡业务已处于试用阶段。目前双界面SIM卡物理参数、通信参数已符合ISO14443A/B要求。

4.2 技术特征

双界面SIM卡是指在传统SIM卡接触方式基础上,添加一个非接触方式的界面,在双界面SIM卡上的RF(Radio Frequency)接口负责收发来自读卡器的信息,ISO7816接口负责接收来自手机键盘等设备的输入信息并将双界面SIM卡上的信息给手机显示屏等设备,整个交易过程中,双界面SIM卡的两种界面之间一直处于同时工作状态,有着频繁的信息交互。同时,ISO7816接口必须始终保持通畅以保证手机处于待机状态。双界面SIM卡逻辑结构如图4所示:

双界面SIM卡的频率主要有两种,第一种为13.56MHz,第二种2.45GHz,目前2.45GHz处于实验室阶段,暂不具备实用条件。

4.3 应用分析

由于双界面SIM卡技术不需要客户更换手机,并且SIM卡由运营商发行,移动运营商可以对双界面SIM卡的应用进行影响,在初期是运营商发展RFID移动应用的途径。但由于13.56MHz的频率限制,无法穿过手机电池及外壳金属,因此必须在电池和手机后盖之间安置发射器来满足频率发射需求,导致双界面SIM卡对手机尺寸要求高。

5 RF-SIM卡技术

5.1 发展现状

RF-SIM卡是可实现中近距离无线通信的手机智能卡,是一个可代替钱包、钥匙和身份证的全方位服务平台。它的最大特点是在现有手机中换一张智能卡后就成了NFC手机。2009年,广东移动在华南理工大学校区开设了电子商务示范点,将RFSIM卡技术应用到大学校园,为大学生们提供了校园通知、账户消费等手机增值服务、小卖部手机支付消费服务、食堂、校巴等手机快速支付以及图书馆手机快速认证服务等六大类服务。

5.2 技术特征

RF-SIM是一种基于SIM卡的近/中距离无线通信技术,此技术是NFC近距离无线通信的一种,它将具有RF射频功能的模块镶嵌在SIM卡内,使用2.4G的微波频率进行数据通信。RF-SIM卡逻辑结构如图5所示:

RF-SIM支持市面所有的移动手机,可以通过手机屏幕读取其中的数据,还可以通过手机键盘对其进行控制操作,远非普通智能卡可比。与普通智能卡不一样,RF-SIM交易可以通过手机键盘进行控制。

SIM卡部分用于正常的手机移动通讯、鉴权,仅用于手机的物理连接;使用微型RF模块并通过内置的天线与外部设备通讯。内置软件用于管理高安全度的RF-ID、内置e-credit电子信用卡、EMV电子钱包以及其他基于mifare逻辑的VIP会员卡。

5.3 应用分析

RF-SIM的最大特点是不需要换手机,现有手机换一张智能卡后就成了类NFC手机。NFC手机脱胎于无线设备间的RFID及互联技术,它可以满足任何两个无线设备间的信息交换、内容访问、服务交换,并使之更为简约。

RF-SIM使用的频率是2.4GHz,不是RFID普遍采用的13.56MHz,通信距离可根据不同应用在10~500CM自动调整,单向支持100M(数据广播)。一张RFSIM卡内可同时存放128张虚拟卡,如停车卡、驾驶证、公交卡、VIP卡、电子优惠券以及各类门票等。这些移动扩展性增值业务的巨大商机吸引着善于研发的设备供应商,也吸引着运营商抢占先机。

6 结束语

作为现阶段RFID技术与移动通信相结合的四种RFID移动应用技术,各有其优缺点。其技术特征、技术开放性、推广成本和商业应用分析如表1所示:

当前,手机移动支付业务有很多技术解决方案,它们基本上都能够实现轻松手机支付的功能。作为运营商来说,他们更喜欢选取不被其他产业链环限制的技术。中国移动集团已决定选择2.4G、RF-SIM技术全卡方案作为移动电子支付的解决方案。相信在不远的将来,随着RFID技术的成熟和价格的下降,基于RFID技术的应用将会渗透到日常生活和工作的各个方面。

摘要：射频识别技术(Radio Frequency Identification,RFID)是一种利用射频通信实现的非接触式自动识别技术,它通过与互联网、通信等技术结合,实现全球范围内物品跟踪与信息共享。通过分析Felica、NFC、双界面SIM卡、RF-SIM卡等4种射频识别技术的发展现状、技术和应用特征,为该技术的应用和推广提供参考性的策略和建议。

关键词：射频识别,RF-SIM,移动支付

参考文献

[1]游战清,刘克胜.无线射频识别技术规划与实施[M].电子工业出版社,2005.

[2]曾强,欧阳宇.无线射频识别与电子标签[M].中国经济出版社,2005.

[3]IDTechEx.RFID Forecasts2007-2017[[R].2007.