淺論RFID技術(shù)綜述及其應(yīng)用現(xiàn)狀

劉一佳

摘 要：RFID（Radio Frequency Identification）即射頻識別技術(shù)，利用無線射頻信號實現(xiàn)無接觸信息傳遞以自動識別目標(biāo)對象。RFID技術(shù)無需人工干預(yù)即可完成物品的信息采集和傳輸，將其與互聯(lián)網(wǎng)、移動通信等技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)全球范圍內(nèi)的物品跟蹤與信息共享，即構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)。本文首先簡介RFID技術(shù)，對RFID技術(shù)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述。

關(guān)鍵詞：RFID技術(shù)；綜述；應(yīng)用現(xiàn)狀

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.23.241

1 RFID技術(shù)現(xiàn)狀

RFID技術(shù)以電子標(biāo)簽來標(biāo)志某個物體，電子標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)通過天線發(fā)射到附近的RFID讀寫器，讀寫器對收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和處理。RFID系統(tǒng)主要由電子標(biāo)簽、讀寫器和計算機(jī)通信網(wǎng)組成。

RFID的核心技術(shù)包括RFID天線技術(shù)、數(shù)據(jù)的完整性和安全性、RFID中間件技術(shù)和RFID的標(biāo)準(zhǔn)體系。

1.1 天線技術(shù)

RFID在不同的應(yīng)用環(huán)境中使用不同的頻段，不同頻段RFID天線設(shè)計方法不同。RFID電子標(biāo)簽天線的設(shè)計需考慮某些條件，如RFID天線須足夠小并與標(biāo)簽有機(jī)結(jié)合附著到物體上，電子標(biāo)簽天線方向性、極化有特定要求也根據(jù)特定場合有變化等，這些條件會限制RFID天線設(shè)計時可選的天線結(jié)構(gòu)與所用材料。讀寫器天線的設(shè)計要求低剖面、小型化和多頻段覆蓋，并且針對不同頻段選擇集成式或者分離式結(jié)構(gòu)。

影響RFID天線應(yīng)用性能的參數(shù)主要有天線類型、尺寸結(jié)構(gòu)、材料特性、工作頻率、頻帶寬度、極化方向、方向性、增益、阻抗問題等，在設(shè)計過程中，需要對上述參數(shù)加以權(quán)衡[1]。

1.2 數(shù)據(jù)的完整性和安全性

數(shù)據(jù)的完整性和安全性問題主要在閱讀器與電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)傳輸過程中。數(shù)據(jù)完整性問題主要有兩個方面：外界干擾，可用數(shù)據(jù)校驗解決；多標(biāo)簽同時占用信道發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)生沖突以致碰撞，可用防碰撞算法解決。數(shù)據(jù)安全性問題可采用流密碼技術(shù)等對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密傳輸，防止外來攻擊及未經(jīng)授權(quán)的非法數(shù)據(jù)讀寫。

外界干擾產(chǎn)生的數(shù)據(jù)完整性問題的差錯控制方式主要有檢錯重發(fā)、前向糾錯和混合糾錯法，這是無線通信的基本問題，不作討論。多標(biāo)簽同時響應(yīng)閱讀器請求傳輸數(shù)據(jù)產(chǎn)生的碰撞問題，是近年來研究的熱點，下面簡要介紹。

現(xiàn)有防碰撞算法主要可分為基于ALOHA的不確定型算法和基于二叉樹的確定型防碰撞算法，以及對兩類算法的改進(jìn)型。

純ALOHA算法的系統(tǒng)最大吞吐率只有18.4%，時隙ALOHA算法的系統(tǒng)吞吐率可達(dá)36.8%，但標(biāo)簽碰撞概率依然很大，進(jìn)而有幀時隙ALOHA算法?；趲瑫r隙ALOHA的動態(tài)幀時隙ALOHA改進(jìn)算法主要是調(diào)整識別過程中的幀長，但都存在著幀長計算不準(zhǔn)確、算法復(fù)雜和識別時間長，因此又提出了多種改進(jìn)的RFID動態(tài)幀時隙防碰撞算法和基于分組的動態(tài)幀時隙ALOHA防碰撞算法[3]。

基于ALOHA的不確定型算法下標(biāo)簽容易出現(xiàn)“餓死”情況（即標(biāo)簽存在不被識別的可能），基于二叉樹的確定型算法解決了這種“餓死”，但識別周期長、標(biāo)簽?zāi)芎拇蟆Ｒ蚨岢龌诙鏄涞母倪M(jìn)算法，改進(jìn)的自適應(yīng)多叉樹防碰撞算法[6]，及將二叉樹與幀時隙ALOHA算法結(jié)合提出混合型的防碰撞算法[7]。

目前對RFID系統(tǒng)安全問題提出的解決方案大致分兩類：一類是通過物理方法限制電子標(biāo)簽?zāi)承┕δ芤员Ｗo(hù)其內(nèi)部數(shù)據(jù)；一類是基于各種加密算法的安全認(rèn)證協(xié)議或改進(jìn)現(xiàn)有RFID認(rèn)證機(jī)制。物理方法主要有讀寫距離控制、主動干擾、標(biāo)簽自毀與休眠機(jī)制、靜電屏蔽法等，但會不同程度損壞標(biāo)簽，而采用加密算法的安全協(xié)議更靈活。如重加密技術(shù)，同時掃描多個標(biāo)簽的Grouping-Proof協(xié)議，利用哈希函數(shù)單向性特點的安全協(xié)議等。

1.3 RFID中間件技術(shù)

RFID中間件技術(shù)主要包括對讀寫器采集數(shù)據(jù)的過濾與存儲，基于數(shù)據(jù)聚合的事件處理，信息服務(wù)與安全。

（1）數(shù)據(jù)存儲與過濾技術(shù)。RFID系統(tǒng)中多個讀寫器同時工作時，數(shù)據(jù)流速度極快，現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫無法以如此快的速度存儲數(shù)據(jù)，一般通過消息隊列緩存數(shù)據(jù)來協(xié)調(diào)。

來自讀寫器的數(shù)據(jù)有很多冗余，通常采用數(shù)據(jù)過濾技術(shù)提高處理效率并降低系統(tǒng)能耗。經(jīng)典的過濾算法是哈希過濾，但其存在哈希沖突，若采用布隆過濾器[8]對RFID數(shù)據(jù)過濾算法進(jìn)行改進(jìn)，達(dá)到較低的誤判率并提高處理速度約2倍。

（2）基于數(shù)據(jù)聚合的事件處理技術(shù)。RFID中間件對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行聚合處理以提取有價值信息提供給上層應(yīng)用。聚合可解決數(shù)據(jù)臨時性讀取錯誤，使數(shù)據(jù)平滑，在此基礎(chǔ)上采用復(fù)雜事件處理技術(shù)，處理大量的原始事件流整理出有價值事件，并從中獲取可操作信息。

（3）信息服務(wù)與安全技術(shù)。采用消息傳遞和排隊模型，中間件可在分布式環(huán)境下擴(kuò)展進(jìn)程之間的通信，并支持多種通信協(xié)議、語言、應(yīng)用程序、硬件與軟件平臺。面向消息的RFID中間件在消息傳遞和排隊技術(shù)方面可使應(yīng)用程序運行于不同時間，無需約束應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)程序與網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性相隔離。RFID中間件中的安全模塊可完成網(wǎng)絡(luò)防火墻的功能。

1.4 RFID的標(biāo)準(zhǔn)體系

RFID標(biāo)準(zhǔn)體系主要包括以下四大部分。

技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，定義不同頻段的空中接口及其相關(guān)參數(shù)，包括基本術(shù)語、物理參數(shù)、通信協(xié)議、相關(guān)設(shè)備等。

數(shù)據(jù)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)，定義數(shù)據(jù)協(xié)議、數(shù)據(jù)編碼規(guī)則和語法，包括編碼格式、語法標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)對象、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和安全等。

性能標(biāo)準(zhǔn)，即一致性標(biāo)準(zhǔn)，包括設(shè)備性能測試標(biāo)準(zhǔn)和一致性測試標(biāo)準(zhǔn)，主要涉及設(shè)計工藝、測試規(guī)范、試驗流程等。

應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，定義用于特定環(huán)境RFID應(yīng)用的構(gòu)架規(guī)則，包括應(yīng)用于工業(yè)制造、物流倉儲、交通運輸、動物識別等領(lǐng)域的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范。

現(xiàn)階段，對于RFID中間件標(biāo)準(zhǔn)與信息安全標(biāo)準(zhǔn)的研究還處在探索融合時期，我國在制定自己的RFID標(biāo)準(zhǔn)時，應(yīng)在考慮與全球各大標(biāo)準(zhǔn)體系中成熟的RFID標(biāo)準(zhǔn)互聯(lián)互通的基礎(chǔ)上，積極開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的RFID標(biāo)準(zhǔn)，并積極參與全球RFID標(biāo)準(zhǔn)的制定。

2 總結(jié)

RFID技術(shù)對國民生活有著越來越深刻的影響，全球都在積極參與RFID研究以引領(lǐng)RFID產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存，我國應(yīng)加快RFID技術(shù)研究與標(biāo)準(zhǔn)制定的步伐，帶動整個RFID產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃玉蘭.物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，2013：45.

[2]龐宇，彭琦，林金朝，周前能，李國全，吳瑋.基于分組動態(tài)幀時隙的射頻識別防碰撞算法[J].物理學(xué)報，2013（14）：496-503.endprint