3.2 RFID技術

射頻標簽（Radio Frequency Identification，RFID）是一種無線自動識別技術，它可以將物品編碼采用無線標簽的方式記錄下來，提供給標簽信息讀取的小型發(fā)射設備。RFID又稱為射頻識別技術，目前廣泛應用于交通、物流、醫(yī)療、安全等眾多領域，可以對各種物品、物資流動過程進行動態(tài)、快速、準確的識別和管理。

RFID技術集成了無線通信、芯片設計與制造、天線設計與制造、標簽封裝、系統(tǒng)集成、信息安全等技術，目前已經(jīng)進入成熟發(fā)展期。RFID應用以低頻和中高頻標簽技術為主，超高頻技術具有可遠距離識別和低成本的優(yōu)勢，有望成為未來的主流。

1.RFID系統(tǒng)組成及工作原理

工業(yè)界經(jīng)常將RFID系統(tǒng)分為閱讀器、天線和標簽三大組件。

（1）閱讀器

閱讀器是對標簽內(nèi)信息進行讀取（有時也能寫入）的設備，是RFID系統(tǒng)最重要的組件。閱讀器可設計成固定式或手持式。固定式閱讀器一端通過標準網(wǎng)口、RS232串口或USB接口同主機相連，另一端通過天線與RFID標簽通信。手持式閱讀器則把天線以及智能終端設備等集成在一起。

（2）天線

天線用于在標簽和閱讀器之間傳遞射頻信號，與閱讀器相連。閱讀器可以同時連接一個或多個天線，但每次使用時只激活一個天線。天線的形狀、大小隨著工作頻率和功能的不同而不同。

（3）標簽

RFID標簽是由耦合元件、芯片及微型天線組成的，每個標簽內(nèi)部存有唯一的電子編碼，附著在物體上，用來標識目標對象。

按照RFID不同的分類標準，可以將RFID標簽分為不同的類型，如表3-2所示。

根據(jù)工作模式，可以分為主動式RFID和被動式RFID。主動式RFID標簽內(nèi)部攜帶電源，又被稱為有源標簽。有源RFID標簽具備低發(fā)射功率、通信距離長、傳輸數(shù)據(jù)量大、可靠性高和兼容性好等特點。被動式RFID標簽因內(nèi)部沒有電源設備又被稱為無源標簽。無源RFID標簽內(nèi)不含電源，它的能量要從RFID讀寫器中獲取，當無源RFID標簽靠近RFID讀寫器時，將激活RFID標簽能量，它具有體積小、重量輕、成本低、壽命長等優(yōu)點，可以制作成各種不同形狀，方便在不同的環(huán)境中應用，但通常要求與讀寫器之間的距離較近，且讀寫器的功率較大。

根據(jù)工作頻率，可以分為低頻RFID、中高頻RFID、超高頻RFID和微波RFID等。低頻RFID標簽的典型工作頻率為125kHz與133kHz；中高頻RFID標簽的典型工作頻率為13.56MHz；超高頻RFID標簽的典型工作頻率為860～960MHz，微波RFID標簽的典型工作頻率為2.45GHz與5.8GHz。

按照封裝形式，可以分為粘貼式RFID、卡式RFID、扣式RFID等，這些樣式應用在不同的場合中。

RFID工作原理并不復雜。閱讀器通過天線發(fā)送某一頻率的射頻信號，在天線工作區(qū)域內(nèi)的標簽產(chǎn)生感應電流，感應電流的能量使標簽激活，將自身編碼等信息通過卡內(nèi)天線發(fā)送出去；閱讀器對接收到的信號進行解調(diào)和解碼，然后送到后臺系統(tǒng)進行處理；主系統(tǒng)根據(jù)不同的設定做出相應的處理，發(fā)出控制指令。

2.RFID產(chǎn)業(yè)標準——EPCglobal Network

RFID技術為倉儲庫存、供應鏈管理、產(chǎn)品跟蹤等領域提供了很大的便利。產(chǎn)品供應商需要知道產(chǎn)品和供應鏈信息，并與其他合作伙伴共享信息。過去，條形碼在全球供應鏈中提供了標準的產(chǎn)品靜態(tài)信息交換方法，而隨著FRID和互聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，應用了RFID的下一代動態(tài)條形碼技術正逐漸成為主流。最典型的就是由國際標準組織GS1所推行的RFID信息共享標準——EPCglobal Network。

EPCglobal Network系統(tǒng)架構如圖3-2所示。EPCglobal Network有六大組件：EPC（Electronic Product Code，電子產(chǎn)品碼），EPC標簽和閱讀器，EPC中間件，EPC ONS（EPC Object Naming Service，對象名解析服務），EPC IS（EPC Information Service，EPC信息服務）和EPC DS（EPC Discovery Service，EPC搜索服務）。而終端使用者通過各種企業(yè)應用來查看EPC資料。下面分別進行介紹。

（1）EPC

EPC即電子產(chǎn)品碼，是用來唯一識別供應鏈中商品的編碼，可以看作新一代條形碼。與傳統(tǒng)條形碼相比，EPC碼可以給每一個商品賦予一個獨一無二的編號，能記錄更為豐富詳細和具有時效性的商品信息，并可以將商品的有關信息在全球EPC Network中共享。

（2）EPC標簽和EPC閱讀器

EPC標簽是在射頻標簽中封裝了記錄EPC碼的芯片，是EPC碼的載體。EPC閱讀器是可以檢測EPC標簽并與EPC中間件通信的射頻閱讀器。最新的EPC標簽封裝標準以及標簽和閱讀器之間的信息交換標準為EPC Gen2。

（3）EPC中間件

EPC中間件負責EPC閱讀器與后端計算機系統(tǒng)之間的信息交換、上傳下載，并能處理一些即時的信息和事件，目前的規(guī)范標準是ALE（Application Level Event，應用層事件）。在市場上，EPC中間件主要有服務軟件和嵌入式系統(tǒng)兩個發(fā)展方向。

（4）EPC ONS

EPC將產(chǎn)品的EPC碼解析成產(chǎn)品相關信息服務的地址，類似于DNC在Internet中的作用，是EPC Network中很重要的一環(huán)。ONS架構主要包括ONS服務器網(wǎng)絡和ONS解析器兩個部分，ONS服務器網(wǎng)絡負責分層管理ONS記錄，并對ONS記錄查詢請求進行回應；ONS解析器負責完成EPC碼到DNS域名格式的轉換及解析DNS NAPTR記錄來取得產(chǎn)品信息服務的所在位置。ONS提供靜態(tài)和動態(tài)兩類服務，靜態(tài)服務提供產(chǎn)品的靜態(tài)信息；動態(tài)服務能提供產(chǎn)品較為即時的信息，如其在供應鏈中經(jīng)過各個環(huán)節(jié)上的信息。

（5）EPC IS

EPC IS是一組軟件標準，提供產(chǎn)品信息的存儲、通信和傳播等的一套標準界面，就像是Internet上的Web網(wǎng)站。EPC IS為分層式模組化架構，包括抽象資料模型層、資料定義層、服務層和bindings。EPC IS有兩種運行模式，一種是EPC IS信息被已經(jīng)激活的EPC IS應用程序直接應用；另一種是將EPC IS信息存儲在資料檔案庫中，以備今后查詢時進行檢索。

（6）EPC DS

EPC DS是一種發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡中EPC信息服務的工具，類似于Internet中的搜索引擎。

3.RFID研究前景

在RFID應用過程中，防沖突及安全是RFID技術的關鍵技術。RFID閱讀器與標簽之間的通信面臨信道共享和訪問沖突問題，由于多個標簽共享Tag-to-Reader的上行信道，當多個標簽同時回應閱讀器的查詢時，如果沒有相應的防沖突機制，必然會引起沖突，致使標簽信息漏讀或無法被閱讀器正確識讀。由于RFID技術的自身特點，以及受限于標簽的計算和存儲能力，傳統(tǒng)的防沖突技術如Aloha、Binary Tree、CSMA/CD等，難以直接應用于RFID。設計高效、高魯棒性的RFID防沖突算法成為亟待解決的技術難題。

RFID技術的無線傳輸、信號廣播、資源受限等特點給攻擊者帶來了巨大的活動空間。隨著RFID技術的不斷推廣，RFID存在的安全問題越來越受人們的普遍關注。目前出現(xiàn)在各種文獻資料中的RFID安全問題多達14種之多：假冒、重放、追蹤、去同步化、病毒、偷聽、沖突、會話劫持、克隆、頻率干擾、篡改、能量分析、拒絕服務、中間人攻擊等，需要對這些問題進行分類，建立合理的分類模型，并找到相應的解決辦法。

RFID技術研究前景廣闊，在識別類型方面，需要研究物體識別、位置識別和地理識別方法及技術；研究具有可遠距離識別和低成本優(yōu)勢的超高頻RFID技術，并進一步研制超高頻RFID和新型集成RFID的標簽、讀寫設備；研究用于室內(nèi)、叢林、街道等復雜環(huán)境下的高精度、高魯棒性的定位算法，并進一步研制低成本的實時定位系統(tǒng)。在對周圍電磁環(huán)境及網(wǎng)絡環(huán)境充分認知的基礎上，建立典型應用場景下的情境感知模型，配合智能化信息處理，實現(xiàn)用戶可定制的推拉式服務。