圖書(shū)館RFID標(biāo)簽應(yīng)用比較研究

●王 莉（首都圖書(shū)館，北京 100021）

作為物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)的RFID，在圖書(shū)館應(yīng)用已如火如荼，RFID無(wú)線射頻技術(shù)以其遠(yuǎn)距離發(fā)射、同時(shí)讀取多個(gè)標(biāo)簽數(shù)據(jù)、不易污損等特性，有效提高了讀者的借閱效率，降低了工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了圖書(shū)館作為信息集散地的資源定位與服務(wù)的地位。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止到2009年底，全球圖書(shū)館應(yīng)用RFID技術(shù)的約有1000個(gè)圖書(shū)館系統(tǒng)（IFLA統(tǒng)計(jì)），單體圖書(shū)館約3000個(gè)，在圖書(shū)館行業(yè)得到了廣泛認(rèn)可。

由于行業(yè)區(qū)別及技術(shù)方向的不同，很多圖書(shū)館面臨RFID標(biāo)簽技術(shù)HF（高頻） 和UHF（超高頻） 之間的選擇。結(jié)合圖書(shū)館行業(yè)特點(diǎn)、相關(guān)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展等情況，文章對(duì)HF和UHF進(jìn)行比較研究，供各圖書(shū)館在實(shí)際工作中參考。

1 UHF和HF的頻率

從全球規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)上看，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織/國(guó)際電工委員會(huì)于1999年制定了ISO/IEC 15693標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)高頻射頻識(shí)別技術(shù)的實(shí)施進(jìn)行了規(guī)范，13.56MHz的高頻波段成為在世界范圍內(nèi)有效的國(guó)際科學(xué)和醫(yī)學(xué)（ISM）波段。在日本于2002年12月同意使用一致的高頻頻率后，高頻功率水平在世界范圍內(nèi)得到了統(tǒng)一。而超高頻的標(biāo)準(zhǔn)就不那么統(tǒng)一，不同國(guó)家使用的頻率也不盡相同；如：中國(guó)為840M、845M，印度為 865M、867M，歐盟為865M、867M與868M，美國(guó)為902M、920M、926M和928M，澳大利亞為920M、926M，日本為952M、954M。

超高頻頻段的不統(tǒng)一造成的直接后果就是使試圖建立全球供應(yīng)鏈無(wú)縫鏈接的企業(yè)供應(yīng)鏈鏈條斷開(kāi)，UHF標(biāo)簽的生產(chǎn)廠商圍繞某一標(biāo)準(zhǔn)各自為戰(zhàn)，難以共享生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，提高生產(chǎn)水平，進(jìn)一步降低產(chǎn)品成本。而對(duì)圖書(shū)館的直接影響就是未來(lái)的RFID圖書(shū)館之間的通借通還業(yè)務(wù)將無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

從全球RFID功率要求上看，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ETSI）的EN300-220規(guī)范有兩個(gè)主要的條款對(duì)超高頻不太有利，主要是：（1）關(guān)于功率的限制，規(guī)定有效輻射功率為500毫瓦；（2）關(guān)于帶寬的限制，結(jié)果是無(wú)法使讀寫(xiě)器跳頻，也限制了標(biāo)簽的反沖突仲裁速度。歐洲規(guī)范限制了超高頻標(biāo)簽和讀取器之間的信號(hào)調(diào)制，導(dǎo)致美國(guó)和歐洲系統(tǒng)的不一致性。

我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)雖然對(duì)UHF給出了一個(gè)試用使用空間，卻對(duì)設(shè)備的工作功率給出硬性規(guī)定，不允許大于2W。但在實(shí)際使用中，UHF為發(fā)揮其讀取范圍的優(yōu)勢(shì)，往往要超過(guò)這個(gè)工作功率。

2 UHF和HF應(yīng)用的數(shù)據(jù)模型

目前，圖書(shū)館向RFID芯片寫(xiě)入的信息，由于沒(méi)有統(tǒng)一的國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，各自遵循不同的規(guī)范和模式。中國(guó)國(guó)家圖書(shū)館關(guān)于16bit館藏識(shí)別代碼的研究已經(jīng)提交ISO委員會(huì)討論，除館藏代碼外的其他信息，在不同的系統(tǒng)中寫(xiě)入標(biāo)準(zhǔn)也不同。［1］

目前國(guó)際上關(guān)于數(shù)據(jù)格式有EPC和UID兩種規(guī)范。（1）EPC編碼目前有三個(gè)版本，其主要區(qū)別在于編碼長(zhǎng)度不同，分別為64位、96位和256位。使用64位編碼的目的是為了減少Tag存儲(chǔ)量，從而降低Tag生產(chǎn)成本；96位編碼則為取得性能與成本之間的平衡；為了滿(mǎn)足為世界上任意物體提供標(biāo)識(shí)的目標(biāo)，則必須采用至少256位編碼。三個(gè)版本的EPC編碼都由統(tǒng)一的四個(gè)域組成，依次為：版本號(hào)、管理域（對(duì)應(yīng)生產(chǎn)廠家）、類(lèi)別（商品種類(lèi)）、序列號(hào)（標(biāo)識(shí)單件物品）。（2）UID編碼長(zhǎng)度為128位，根據(jù)需要能夠擴(kuò)展為256、384或512位。UID編碼由三個(gè)字段組成，依次為：編碼類(lèi)別標(biāo)識(shí)，用于兼容現(xiàn)有的編碼標(biāo)準(zhǔn)，如EAN、UPC、ISBN等；某種編碼標(biāo)準(zhǔn)的編碼內(nèi)容，用于識(shí)別某類(lèi)商品；唯一標(biāo)識(shí)，用于標(biāo)識(shí)某類(lèi)商品的具體個(gè)體。

未來(lái)的RFID標(biāo)簽，在應(yīng)用中可能會(huì)考慮更多的有效信息寫(xiě)入標(biāo)簽，較小的存儲(chǔ)量，難以滿(mǎn)足標(biāo)簽的要求，國(guó)家圖書(shū)館RFID標(biāo)簽中要求寫(xiě)入的信息約300bits。目前HF標(biāo)簽的存儲(chǔ)量在1024bits，而UHF存儲(chǔ)量一般為96bits或128bits，給未來(lái)的擴(kuò)展應(yīng)用帶來(lái)一定風(fēng)險(xiǎn)。

3 UHF和HF的成本

目前，UHF標(biāo)簽由于實(shí)施成本較低，得到許多用戶(hù)的擁躉。但是，關(guān)于標(biāo)簽成本，是不能簡(jiǎn)單通過(guò)表面價(jià)格進(jìn)行比照的。

UHF標(biāo)簽成本低，不僅是由于其標(biāo)簽體型小，金屬用料少，而且還由于標(biāo)簽的存儲(chǔ)量較小導(dǎo)致。

市面的UHF標(biāo)簽，存儲(chǔ)量為256bits，報(bào)價(jià)約1.2元；而HF標(biāo)簽的存儲(chǔ)量為1024bits，報(bào)價(jià)約為2.2元（2007年報(bào)價(jià)約3元）。這樣看來(lái)，UHF價(jià)格低主要是由于其存儲(chǔ)容量小導(dǎo)致，如果UHF標(biāo)簽存儲(chǔ)量上升到512bits，則價(jià)格不低于HF標(biāo)簽；如果UHF標(biāo)簽存儲(chǔ)容量擴(kuò)展到1024bits，則其價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于HF標(biāo)簽價(jià)格。這也是目前全球圖書(shū)館RFID應(yīng)用中95%以上采用HF標(biāo)簽的原因之一。

4 UHF和HF的技術(shù)成熟度

HF在全球的圖書(shū)館中所占分量＞95%，而UHF在全球圖書(shū)館應(yīng)用量只有不到5%，這主要是由于HF的技術(shù)較成熟，標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一（如表1、表2所示）。

5 UHF和HF的信號(hào)強(qiáng)度

HF的工作模式是近耦合，波形圖是球形波形，比較好控制。通過(guò)天線面積可以有效控制讀取范圍，在清點(diǎn)中不會(huì)發(fā)生讀取臨近架位標(biāo)簽的情況，在自助借還機(jī)附近也不會(huì)發(fā)生誤讀取非操作讀者手持書(shū)籍的問(wèn)題。

UHF的最大優(yōu)點(diǎn)在于其信號(hào)強(qiáng)度大，讀取范圍廣。但是由于圖書(shū)館的書(shū)架排列距離較近，UHF在這樣的環(huán)境中工作，必須近距離讀取，這是其技術(shù)實(shí)現(xiàn)的一個(gè)巨大障礙。

表1 HF和UHF技術(shù)對(duì)比

表2 HF、UHF優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

對(duì)于金屬屏蔽，UHF可以通過(guò)目前的技術(shù)手段調(diào)整使之弱化達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)。但是對(duì)于近距離讀取的問(wèn)題，只能通過(guò)調(diào)整其天線發(fā)射功率的方式來(lái)調(diào)整讀取距離，在實(shí)際應(yīng)用中，存在較大的問(wèn)題，功率發(fā)射的調(diào)整使讀取率或低于60%，或讀取相鄰架位信息，這一問(wèn)題在中科院的微波暗室中測(cè)試得到驗(yàn)證，目前沒(méi)有更好的方法解決此問(wèn)題。

UHF采用遠(yuǎn)耦合的工作模式，是不規(guī)則的波形，不容易進(jìn)行范圍控制。具體應(yīng)用中存在著在圖書(shū)館自助借還設(shè)備中，會(huì)誤讀取靠近的任意讀者手中的書(shū)，造成系統(tǒng)報(bào)錯(cuò)。［2］

6 UHF和HF的讀取速度

HF讀取速度：讀取標(biāo)簽的UID，則讀取速度≤0.01s；讀取標(biāo)簽全部?jī)?nèi)存1024bits，則速度≤0.05s。而UHF的讀取速度比HF速度高，大約是HF標(biāo)簽讀取速度的2～4倍。

讀取速度快，是UHF標(biāo)簽的明顯優(yōu)勢(shì)。但在圖書(shū)館的應(yīng)用中，清點(diǎn)工作是人員參與的過(guò)程，需要人員手持點(diǎn)檢器移動(dòng)進(jìn)行清點(diǎn)，0.01秒的讀取速率遠(yuǎn)可以滿(mǎn)足實(shí)際需求；對(duì)于RIFD自助借還設(shè)備，一次最多可以同時(shí)讀取5本以上（最多約16本，更多則由于書(shū)籍厚度累計(jì)，超出標(biāo)簽的閱讀范圍）時(shí)間小于1秒。

因此，HF在讀取速度上雖然不如UHF，但足以滿(mǎn)足圖書(shū)館業(yè)務(wù)應(yīng)用需求。

7 UHF和HF對(duì)磁條系統(tǒng)的兼容

在圖書(shū)館的RFID應(yīng)用中，存在著現(xiàn)有磁條系統(tǒng)與RFID共存的兼容性問(wèn)題，HF標(biāo)簽由于采用的是近耦合方式，磁條系統(tǒng)對(duì)此沒(méi)有影響，如國(guó)家圖書(shū)館已經(jīng)應(yīng)用的系統(tǒng)中，同時(shí)并存有RFID與磁條系統(tǒng)，實(shí)踐證明兩個(gè)系統(tǒng)可以很好地兼容，不存在相互干擾。

但是應(yīng)用UHF系統(tǒng)則不然，如果沒(méi)有磁條干擾，則在獨(dú)立的特定測(cè)試環(huán)境下，UHF可以正常工作；但是如果圖書(shū)中存在磁條，尤其是圖書(shū)館出于安全考慮在圖書(shū)中安置多根磁條時(shí)，UHF系統(tǒng)將與磁條系統(tǒng)發(fā)生沖突，影響系統(tǒng)的讀取成功率，造成系統(tǒng)使用故障。目前國(guó)內(nèi)同時(shí)使用磁條和RFID的圖書(shū)館項(xiàng)目中，這一現(xiàn)象十分嚴(yán)重，在選擇UHF系統(tǒng)的時(shí)候，應(yīng)慎重考慮這一問(wèn)題。［3］

綜上所述，UHF有許多的優(yōu)點(diǎn)，其標(biāo)簽短小隱蔽性強(qiáng)，讀寫(xiě)距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)使其廣泛應(yīng)用于集裝箱管理、車(chē)輛通行管理等多個(gè)行業(yè)。但是從圖書(shū)館實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，在目前的技術(shù)條件下，HF雖然有標(biāo)簽體積較大的遺憾，但標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、存儲(chǔ)量大、行業(yè)用戶(hù)廣泛，綜合來(lái)看，更適合于圖書(shū)館實(shí)際需求。

［1］劉禮白.物聯(lián)網(wǎng)與UHFRFID頻譜資源［J］.電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2010（8）：6-10.

［2］劉紹榮，等.RFID在圖書(shū)館使用現(xiàn)狀分析［J］.大學(xué)圖書(shū)館學(xué)報(bào)，2011（1）：83-86.

［3］趙文彬.超高頻RFID技術(shù)在圖書(shū)館的應(yīng)用分析［J］.河南圖書(shū)館學(xué)刊，2011（4）：110-112.