RFID技術綜述及其應用現(xiàn)狀

【摘要】射頻識別（RFID）技術憑借其傳輸數(shù)據(jù)率高、通信距離長和可靠性等優(yōu)點，使之超越條形碼和IC卡等諸多識別技術，成為下一代識別技術。隨著RFID技術的快速發(fā)展，其應用領域已經(jīng)廣泛延伸到人們生活和工作的各個領域，基于上述背景，本文介紹了RFID技術的內(nèi)涵、分類、應用、面臨的問題及其發(fā)展前景。

【關鍵詞】RFID技術；射頻信號；自動識別；電子標簽

1.RFID技術

現(xiàn)代社會生活中，對于信息的需求日益增長。例如在貨運中對貨物相關信息的查詢、門禁系統(tǒng)對于進出人員的查詢、收費路口對于車輛的查詢等等。如果采用傳統(tǒng)的手工方式，既耗費人力又耗費時間，所以現(xiàn)在越來越多借助電子技術來完成信息查詢。常見的方法主要是條形碼和RFID。

RFID是射頻識別技術的英文（Radio Freq-uency Identification）縮寫。它從20世紀90年代開始興起，是自動識別技術的一種高級形式，它可以通過無線信號識別特定目標，并讀寫有關數(shù)據(jù)。作為快速、高效、實時、準確、高效采集與處理信息的高新技術，被公認為21世紀十大重要技術項目之一。

1.1 系統(tǒng)組成

RFID的基本原理是利用射頻信號和空間耦合傳輸特性，通過射頻方式進行非接觸雙向通信，實現(xiàn)對被識別物體的自動識別并交換數(shù)據(jù)，再通過計算機網(wǎng)絡實現(xiàn)對物體識別信息的采集處理以及遠程傳送等功能。RFID系統(tǒng)由天線、電子標簽和閱讀器三個基本部件組成。

標簽：由耦合原件和芯片組成，每個標簽具有唯一的電子編碼，并且無法修改無法仿造?？梢愿皆谧R別物體的表面，也可以植入體內(nèi)，其保存有約定格式的電子數(shù)據(jù)，可以多次被閱讀器寫入和讀出。

閱讀器：閱讀器的任務是控制射頻發(fā)射信號，通過射頻收發(fā)器接收目標簽的已編碼射頻信號，從而讀取并識別電子標簽中所保存的電子數(shù)據(jù)。閱讀器可分為手持式和固定式。

天線：在標簽和閱讀器間傳遞射頻信號。

1.2 分類

可以根據(jù)標簽供電方式、標簽工作頻率以及標簽工作模式等對標簽進行分類，這里根據(jù)供電方式的不同將RFID分為兩類：有源RFID和無源RFID。

有源RFID的標簽自身具備電池，可提供全部器件工作的電源，同時標簽電池的能量供應也部分地轉(zhuǎn)換為電子標簽與閱讀器通訊所需的射頻能量。因此其讀寫距離較遠，但體積大，成本高，壽命比較短，需要定期更換電池。

無源RFID的電子標簽上不帶電池，在閱讀器的讀出范圍之外，電子標簽處于無源狀態(tài)。無源RFID在接收到閱讀器發(fā)出的微波信號后，將部分微波能量轉(zhuǎn)化為直流電供自己工作，因而其閱讀器發(fā)射功率一般比較大。無源RFID一般可做到免維護，成本低，使用壽命長，外型小巧。相比有源系統(tǒng)，無源系統(tǒng)閱讀距離較近，而無源標簽僅含有一個芯片和一個印制天線，成本遠遠低于有源標簽，因此無源RFID標簽已經(jīng)成為RFID標簽技術的主流。

2.RFID技術在國內(nèi)的應用

自從1987年第一個實用的RFID電子收費系統(tǒng)在挪威進行嘗試后，RFID技術的應用領域不斷擴展和深化。上世紀90年代初的金卡工程推動了國內(nèi)IC卡的應用和發(fā)展，也為RFID產(chǎn)業(yè)打下了應用和技術基礎。進入21世紀，RFID產(chǎn)業(yè)受到了政府部門和研究機構的重視，各項支持政策逐步出臺，支持力度逐步加大；同時，政府也大力推動了RID在行業(yè)的應用。目前RFID技術已經(jīng)在國內(nèi)得到廣泛的應用，主要集中在身份識別、公共交通管理、物流管理、圖書管理門禁系統(tǒng)、票證等領域。

2.1 政府機構：身份識別

電子標簽可以嵌入到身份證、護照、工作證的各種證件中，用作人員身份識別，這是目前RFID技術應用最為廣泛和成熟的領域之一。我們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｒ姷木褪怯脕砜刂迫藛T進出建筑物的門禁卡。中國第二代居民身份證，基于ISO/IEC14443-B標準的13.56MHz電子標簽，該項目可以說是國內(nèi)乃至全球最大的RFID應用項目之一，此外教育部學生購票優(yōu)惠卡和共青團中央青年卡也都是基于RFID技術。當然，除了用于身份識別之外，美國、日本和新加坡等政府已經(jīng)開始應用RFID技術用于提升政府管理機構的信息化程度，提高政府采購和供用的效率。

2.2 城市公共事業(yè)

城市交通管理是國內(nèi)應用RFID技術最早的也是最成功的領域之一，目前國內(nèi)主要涉及的應用有電子車票、不停車收費（ETC）等。城市交通一卡通是RFID應用的一個亮點。目前，在中國大部分城市實現(xiàn)了乘坐公共交通刷卡消費，全國累計發(fā)放城市一卡通量超過3.1億張，廣泛應用于城市綜合交通（公交、地鐵、輪渡、輕軌）、公用事業(yè)繳費。并且城市一卡通已經(jīng)由單一城市應用向多城市互用，對城市一卡通的發(fā)展具有里程碑的關鍵意義。在不停車收費系統(tǒng)特別是高速公路自動收費應用上，RFID技術可以解決原來收費成本高、管理混亂以及停車排隊引起的交通擁堵等問題，因而許多城市都在建設和應用RFID技術進行著高速公路的不停車收費管理系統(tǒng)。

3.RFID技術面臨的難題

RFID技術在推廣應用中遇到了不少挑戰(zhàn)，主要體現(xiàn)在成本，標準，技術等方面，一旦這些問題得到有效解決，RFID在各個地區(qū)、各個行業(yè)的全面啟動則指日可待。綜合而言，目前RFID技術發(fā)展面臨的問題主要如下：

3.1 標準問題

標準化是推動產(chǎn)品廣泛獲得市場接受的必要措施，但RFID的技術標準仍未統(tǒng)一，同時存在三大標準陣營，這三大標準互不兼容，無法一體化使用，給RFID技術的大范圍應用帶來很大困難。不同的制造商所開發(fā)的標簽通訊協(xié)定，使用頻率不同，RFID標簽的芯片性能、存儲器存儲協(xié)議與無線設計約定等也沒有統(tǒng)一標準，而且在我國RFID的工作頻率因為種種原因至今沒有確定下來，這些都對RFID產(chǎn)品的互通和發(fā)展造成了極大的阻礙。

3.2 成本問題

對RFID系統(tǒng)來說，成本仍是首要的問題。RFID的電子標簽、讀寫器和天線的制造成本都偏高。目前一個RFID標簽的價格約合人民幣2元左右，與激光條形碼的低成本（紙張和油墨成本，約兩分錢）相比，兩者相差幾乎一百倍。在新的制造工藝沒有普及推廣之前，高成本的RFID標簽只能用于一些本身價值較高的產(chǎn)品。因此，只有降低成本才能真正實現(xiàn)其價值，而RFID的應用推廣也會反過來促進RFID技術的成本降低。

3.3 技術問題

RFID在技術上尚未完全成熟，特別是遇到某些特殊情況如液體或金屬遮擋物時，無法使用大量的RFID標簽。而且RFID標簽的可靠性也是一個問題。RFID標簽與RFID讀卡器識別時具有方向性，信號容易被阻斷。目前使用的頻率限制了讀寫器和RFID標簽間的傳輸距離，使若干標簽不能有效地被讀取，標簽失效率較高。

3.4 可能引起的其他問題。

無源RFID標簽一旦接近射頻掃描器，就會無條件地自動發(fā)出信號，無法辨別其掃描器是否合法，不利于個人隱私保護等。若是RFID技術發(fā)展成熟，企業(yè)大規(guī)模采用RFID系統(tǒng)之后，將會造成大量勞工面臨失業(yè)的危機，從而影響勞動力市場，造成社會問題。正因為RFID存在著各種各樣的問題，所以這項技術還有待進一步提高和完善。

4.結語

1948年哈里斯托克曼發(fā)表的“利用反射功率的通信”奠定了RFID射頻識別技術的理論基礎，此后，隨著RFID技術理論的豐富和完善，目前RFID射頻識別技術已經(jīng)逐步發(fā)展成為獨立跨學科的專業(yè)領域。RFID射頻識別技術將大量的綜合來自半導體技術、電信技術、電磁兼容技術、密碼學技術等完全不同的領域的技術。總體而言，RFID技術當前發(fā)展趨于標準化，低成本、低差錯率、高安全性、低功耗。

在強大的市場導向下，在國家的大力推動下，隨著技術的成熟和成本的降低，相信在不太久的將來，RFID技術在國內(nèi)外必將引起一場重大變革，它將同條形碼技術一樣深入到我國現(xiàn)代化建設中，并慢慢延伸到的各行業(yè)方方面面，為提高作業(yè)效率和經(jīng)濟效益起到關鍵性作用，成為中國未來新的經(jīng)濟增長點。

參考文獻

[1]游戰(zhàn)清，李蘇劍等.無線射頻識別技術（RFID）原理與應用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.

[2]馬志剛.RFID測試解決方案[J].電信網(wǎng)技術，2012.

[3]趙軍輝.射頻識別技術與應用[M].機械工業(yè)出版社，2008.

[4]周曉光，曉華.射頻識別（RFID）技術原理與應用實例[M].北京：郵電出版社，2006.

[5]陶玉芬.RFID技術應用展望[J].電腦應用技術，2006.

[6]丁治國.RFID關鍵技術研究與實現(xiàn)[D].安徽：中國科學技術大學，2009.

作者簡介：李世杰（1981—），男，河北廊坊人，學士，天津恒達文博科技有限公司總工程師，研究方向：高速數(shù)字電路、音頻信號處理。