2.3 RFID技術

2.3.1 RFID概述

在目前的自動識別領域應用技術中，應用最廣泛的是光學技術和無線電技術。條碼屬于光學技術的范疇，而無線電技術在自動識別領域應用中更具體的技術名稱為射頻識別技術（Radio Frequency Identification，RFID）。

起初，RFID技術是直接借用雷達技術的理念建立起來的，而1948年，哈里·斯托克曼發表的《利用反射功率的通信》奠定了RFID的理論基礎。到了20世紀70年代末期，美國政府通過Los Alamos科學實驗室將RFID技術轉移到社會，RFID技術及產品進入商業應用階段。近年來，隨著電子技術的發展、標準化問題的出現、RFID產品成本的下降，RFID已經廣泛應用于各個領域。RFID被認為是21世紀最重要的技術之一，2003年美國《技術評論》雜志評比對人類未來生活產生深遠影響的十大新技術，RFID位居其一。RFID的發展和應用的推廣將是世界自動識別行業的一場技術革命。

所謂射頻識別技術是一項利用射頻信號通過空間耦合（交變磁場或電磁場）實現無接觸信息傳遞，并通過所傳遞的信息達到識別目的的技術。簡單地說，RFID是利用無線電波進行數據信息讀寫的一種非接觸式的自動識別技術。RFID俗稱電子標簽，其主要核心部件是一個電子標簽，直徑不到2毫米，通過相距幾厘米到幾米距離內傳感器發射的無線電波，可以讀取電子標簽內儲存的信息，識別電子標簽代表的物品、人和器具的身份。

RFID系統的基本原理是：閱讀器通過發射天線發送一定頻率的射頻信號，當射頻卡進入發射天線工作區域時產生感應電流，射頻卡獲得能量被激活；射頻卡將自身編碼等信息通過卡內置發送天線發送出去；系統接收天線接收到從射頻卡發送來的載波信號，經天線調節器傳送到閱讀器，閱讀器對接收的信號進行解調和解碼，然后送到后臺主系統進行相關處理；主系統根據邏輯運算判斷該卡的合法性，針對不同的設定做出相應的處理和控制，發出指令信號控制執行機構動作，如圖2-8所示。

RFID的廣泛應用漸漸有取代條碼的趨勢。RFID的優點主要包括以下內容。

（1）數據存儲的容量大。RFID容量以64bits～256bits為主流，最大可達數百萬字節（Mega Bits），可識別具體的物品如產品說明、包裝、保存日期、色彩、價格等；而一維條碼的容量是50Bytes，二維條碼的最大容量僅2 000～3 000字節，單次僅能識別出單一種類的物品。

（2）可重復使用。RFID標簽的讀寫方式為R/W（可讀寫多次）、R/O（唯讀）和WORM（單次寫入多次讀取），R/W所存儲的信息可以不斷更新，而所有的RFID均能不斷地被讀取；而條碼一經印刷即無法更改，而且會隨著產品的耗損而壽終正寢。

（3）識別數據方便。在被覆蓋的情況下，RFID能夠穿透紙張、木材和塑料等非金屬或非透明的材質，并能夠進行穿透性通信；而條碼掃描機必須在近距離而且沒有物體阻擋的情況下，才可以辨讀條碼。

（4）可同時讀取多筆數據。某些先進的讀取設備1秒中可讀取1 200個RFID電子標簽，但是條碼掃描器一次只能讀取一筆數據。

（5）安全性高。RFID有密碼保護，不易被偽造，歐洲已率先在2005年將RFID標簽嵌入歐元支票，以遏制偽鈔泛濫，條碼則沒有防偽功能。

（6）能在惡劣環境下使用。依不同的材料，RFID標簽的耐熱性也有所不同，部分RFID標簽即使在180℃的高溫下也能正常運作，對水、油和化學藥品等物質具有很強抵抗性；而條碼一經污染便看不清楚。

（7）使用期限長。RFID電子標簽的使用期限往往可達10年以上。

RFID電子標簽的優點雖多，但并非沒有缺點。其缺點如下。

（1）易受液體、電磁波、金屬或導電環境干擾。若RFID電子標簽和讀取器中間有液體阻隔，或在有電磁波、金屬或導電的環境下使用，RFID電子標簽都會受到影響，使通信信號無法正常傳送。

（2）無區分識別的適當性。只要任意一RFID電子標簽進入讀取器的感應范圍，讀取器便會按照接收到的無線電波進行識別，對于無意進行RFID標簽識別的使用者將造成困惑。

【小案例】

米其林北美公司將RFID標簽植入一些輪胎，跟蹤它們在一個時期內的表現。米其林的工程師開發了一個RFID應答器，在輪胎制造過程中進行嵌入，使輪胎的識別號碼與車輛識別號碼（Vehicle Identification Number，VIN）相聯系，從而使輪胎與車輛可以相互識別，并可以記錄輪胎制造的時間、地點、最大胎壓、輪胎大小等信息。而這些信息使用小型手持閱讀掃描器就可以讀取，就像雜貨店的條形碼掃描一樣。

輪胎電子產品有3個主要用途，包括識別以及一些作業功能，如胎壓監測系統和車輛性能檢測系統，輪胎可以實際探測道路狀況，并通過與車輛的操控系統進行聯系以調整車輛的性能。除了能夠存儲有價值的信息，RFID技術還可以提供額外的物流好處，如通過減少手工檢查而節省大量工作時間和提高效率，從而提高貨運績效。此外，RFID可以減少處理返回產品的時間，同時提高貨運的準確性和減少銷售損失。

（資料來源：《供應鏈設計與管理：概念、戰略與案例研究》）

案例點評：應用RFID技術，可以將數據庫存儲的產品信息與實際產品聯系起來，隨時追蹤產品來源、產品型號、產品性能等相關信息，增加產品的可追蹤性，提高供應鏈的業務流程速度。

2.3.2 RFID系統的構成與分類

最基本的RFID系統由電子標簽、閱讀器和天線三部分組成。電子標簽（Tag，也稱為射頻卡、射頻卷標）由耦合元件及芯片組成，每個電子標簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標識目標對象。電子標簽含有內置天線，用于和射頻天線間進行通信。閱讀器（Reader）是讀取（在讀寫卡中還可以寫入）電子標簽信息的設備，可設計為手持式或固定式。天線（Antenna）是在電子標簽和讀取器間傳遞射頻信號的部分。

RFID標簽與讀寫器之間交換的是數據，由于采用無接觸方式通信，還存在一個空間無線信道。因而，RFID標簽與讀寫器之間的數據交換構成的是一個無線數據通信系統。在這樣的數據通信系統模型下，RFID標簽是數據通信的一方，讀寫器是通信的另一方。要實現安全、可靠、有效的數據通信目的，數據通信的雙方必須遵守相互約定的通信協議。沒有這樣一個通信雙方公認的基礎，數據通信的雙方就互相聽不懂對方在說什么，步調也無法協調一致，從而造成數據通信無法進行。

RFID一般可以依據電子標簽的電源、存儲器與頻率加以分類。

1. 按電子標簽的電源劃分

RFID按電源分為被動式和主動式兩大類。被動式電子標簽（也稱為無源標簽）的能源由讀取器提供，標簽上不需附加電池，所以體積小、使用期限較長，但是讀取（信號可傳遞的）距離較短。主動電子標簽（也稱為有源標簽）擁有電源，系統具有喚醒裝置，平時標簽處于休眠狀態，當標簽進入喚醒裝置的范圍時，喚醒裝置利用無線電波或磁場來觸發或喚醒標簽，標簽這時才進入正常工作模式，開始傳送相關信息。由于本身具備工作所需的電源，因而傳送距離較長，但是需要相對較大的體積，需更換電池且成本較高。

2. 按電子標簽上的存儲器讀寫功能劃分

RFID按照存儲器讀寫功能劃分為唯讀、單次寫入多次讀取及可重復讀寫三大類。唯讀RFID電子標簽內的數據已于出廠時規定好了，使用者僅能讀取標簽內的信息，無法進行寫入或修改操作。唯讀RFID的成本較低，一般用于門禁管理、車輛管理、物流管理、動物管理等領域。單次寫入多次讀取RFID和唯讀RFID的不同之處在于使用者可以往電子標簽內寫入數據一次，和唯讀標簽相同，也可進行多次讀取。單次寫入多次讀取RFID的成本較高，一般應用于資產管理、生物管理、藥品管理、危險品管理、軍品管理等領域。可重復讀寫RFID的使用者可以通過讀取器多次進行標簽信息的讀取與寫入，成本較高，一般應用于航空貨運及行李管理、快遞票據、信用卡服務等領域。

3. 按電子標簽的頻率范圍劃分

RFID按頻率范圍可以劃分為低頻（Low Frequency）、高頻（High Frequency）、超高頻（Ultra High Frequency）及微波（Microwave）四大類。

低頻標簽的工作頻率范圍為10kHz～1MHz，常見的主要規格有125KHz和133KHz兩種。一般來說，低頻電子標簽都是被動式的，其最大的優點在于標簽靠近金屬或液體的物體時可以有效發射信號，而高頻率信號會被反射回來。低頻電子標簽的缺點是讀取距離短，無法同時進行多標簽讀取以及信息容量較低，一般低頻電子標簽可用于門禁系統、動物芯片、汽車防盜器和玩具之上。

高頻標簽的工作頻率范圍為1MHz～400MHz，常見的主要規格有13.6MHz。這段頻率的標簽主要還是以被動式為主。和低頻相比，高頻RFID可進行多標簽識別，一般用于圖書館管理、產品管理、智能卡等領域。

超高頻標簽的工作頻率范圍為400MHz～1GHz，常見的主要規格有433 MHz和868MHz～950MHz兩種。主動式和被動式的應用在這個頻段都很普遍，被動式電子標簽的讀取距離約為3～4米，傳輸速度較快，而且因為天線可采用蝕刻或印刷的方式制造，所以成本較低。雖然在金屬與液狀物體上的應用較不理想，但由于讀取距離較遠，信息傳輸速率較快，而且可以同時進行大數量標簽的讀取與識別，目前已成為市場的主流，未來將廣泛使用在運輸業的旅客與行李管理系統、貨架及棧板管理、出貨管理及物流管理上。

微波標簽的工作頻率在1GHz以上，常見的主要規格有2.45 GHz和5.8 GHz兩種。微波頻段的特性與應用和超高頻段相似，讀取距離約為2米，但是對環境的敏感性較高，一般用于行李追蹤、物品管理和供應鏈管理等。

【小資料】

電子商品編碼（Electronic Product Code，EPC），是國際條碼組織推出的新一代產品編碼體系。EPC碼中既有代表制造廠商及其產品的編碼，也有唯一標識該廠商該類產品每一個具體單品的編碼。也就是說，EPC碼能夠對每個單品都賦予一個全球唯一編碼。一般來說，條碼識別只能識別一類產品，而不是唯一的商品。例如，牛奶紙盒上的條碼到處都一樣，要辨別哪盒牛奶先超過有效期將是不可能的，而作為每一個商品唯一號碼的“EPC碼”正是解決單品識別問題的最好方法。

EPC碼采用96位（二進制）方式的編碼體系，可以為2.68億個公司賦碼，每個公司可以有1 600萬產品分類，每類產品有680億的獨立產品編碼，形象地說可以為地球上的每一粒大米賦一個唯一的編碼。

EPC系統是射頻識別技術在物流領域的重要應用。EPC系統將RFID技術應用于物流，極大地拓展了RFID技術的應用領域，并推動EPC系統在供應鏈物流等領域的應用。

2.3.3 RFID在物流中的應用

以RFID為基礎的軟硬件技術構建的RFID信息系統，將使產品、倉儲、采購、運輸、銷售及消費的全過程發生根本性的變化。目前，RFID技術已經在物流的諸多環節中發揮著重要的作用。

1. 生產環節

RFID技術應用于生產環節中的生產線上，能夠實現生產線的自動化和原料、產品的識別定位，這將減少人工識讀成本和出錯率，同時也提高了生產的效率和質量。RFID技術還能夠對產品進行信息的收集、處理，幫助生產人員輕松地掌握整個生產線的運作情況和產品的生產進度。

2. 配送/分銷環節

在配送環節，采用射頻技術能加快配送的速度和提高揀選與分發過程的效率與準確率，并能減少人工、降低配送成本。如果到達中央配送中心的所有商品都貼有RFID標簽，在進入中央配送中心時，托盤通過一個閱讀器，可以讀取托盤上所有貨箱上的標簽內容。系統將這些信息與發貨記錄進行核對，以檢測出可能的錯誤，然后將RFID標簽更新為最新的商品存放地點和狀態。

3. 運輸環節

在運輸環節中通過RFID技術，在運輸的貨物和車輛貼上RFID標簽，運輸線的檢查點上安裝上RFID接收裝置，接收裝置檢測到RFID標簽信息后，將標簽信息、地理位置等經由Internet發送給運輸調度中心，這樣供應商和經銷商就能夠比較方便地查閱貨物現在所處的位置狀態。

4. 倉儲環節

在倉庫里，射頻技術廣泛應用于存取貨物與庫存盤點。當貼有RFID標簽的貨物進入倉儲中心時，入口的RFID識讀器將自動識別標簽并完成庫存盤點。在整個倉庫管理中，將系統制定的收貨、取貨、裝運等實際功能與RFID技術相結合，能夠高效地完成各種業務操作，如指定堆放區域、上架取貨與補貨等。

5. 銷售環節

在銷售環節中，RFID可以改進零售商的庫存管理。當貨物被顧客取走時，裝有RFID識讀器的貨架能夠實時地報告貨架上的貨物情況，并通知系統在適當的時候補貨。同時，對安裝有RFID標簽的貨物能夠監控其移動軌跡、存放位置等，所有的這些都節約了人工成本、減少了出錯、提高了效率。

【小案例】

深圳海關是中國主要口岸海關之一。所有在海關的備案車輛，均按規定安裝固定的寫有車輛身份信息的電子車牌（RFID標簽），所有備案司機都領用一張寫有司機身份信息的司機卡。車輛在到達進（出）境地海關時，系統通過微波讀寫器自動獲取電子車牌、司機卡信息，通過電子地磅獲取車輛重量信息（如果載貨，則同時通過條碼閱讀器獲取載貨清單的條形碼信息），然后數據加密傳至海關主機，與海關主機中數據庫資料核對確認后，再返回查驗信息。如果通關車輛為合法車輛，系統自動放行，同時向電子車牌實時寫入車輛通關信息。如果通關車輛為異常車輛，系統報警并攔截，等待關員處理，關員處理完畢后，向系統發出車輛放行指令或到車檢場進行查驗。使用電子車牌通關系統后，車輛可不停車過關，通過帶稱重地磅的通道驗放地段只需要20秒，驗放通道每道最大通關速度可達到150輛次/小時，驗放速度提高了8倍，通道數量減少75%，大大提高了效率，節約了人力，排除了人工漏讀、誤讀、不讀等人為因素的干擾，消除了口岸車輛堵塞日趨嚴重的現象，有效克服了海關“嚴密監管”與“快速通關”的矛盾。

深圳海關的電子車牌（RFID標簽）使用UHF（902MHz～928MHz）頻段的無源卡，可免維護長期、多次反復使用。該電子車牌采用防拆動技術安裝在車輛前風擋玻璃，與車形成了唯一對應關系，成為該車唯一的電子身份標志，車輛的身份信息被嚴格固聯在車上。使用雙卡微波耦合技術，使安裝在車輛上的玻璃介質的電子車牌和空氣介質的司機卡能在同一個微波環境下同步工作，既實現對車輛的監管，同時也實現對司機的監管，并實現了人、車對應的合法性對比驗證。

（資料來源：《RFID技術在交通中的典型應用案例》）

案例點評：應用RFID技術，海關可以將數據庫存儲的個人及車輛信息與實際車輛聯系起來，能夠快速識別車輛，解決“嚴密監管”與“快速通關”之間的矛盾，提高海關服務質量。