第2章
射頻識別系統組成

2.1　射頻識別系統概述

自1999年美國麻省理工學院正式成立自動識別技術中心后，RFID技術的相關技術標準被陸續推出，并得到世界各個國家和地區的大力支持。RFID技術涵蓋了編碼技術和網絡技術兩大類。技術標準委托GS1統一托管，形成了現在的EPCglobal標準，該標準為編碼和RFID網絡提供詳細的規范，在GS1電子數據交換技術基礎上，基于互聯網構建了RFID網絡系統。本章將對編碼和網絡展開說明，但這種說明大多是概念層次的，詳細的技術要求和設計目標仍需要參閱相關的標準。

產品電子代碼（Electronic Product Code，EPC）強調適用于對每一件物品都進行編碼的通用編碼方案，它僅僅對物品用唯一的一串數字代碼標記出來，而不涉及物品本身的任何屬性（圖2-1）。EPC編碼方法是給世界上每一個實體或有物理意義的群組分配唯一的數字序列號。當物理實體被電子標簽重新命名后，物理和信息就融合到一起，而且伴隨物品從生到滅的整個過程。

世界上任意一種物品都有自己唯一的名稱！這個想法有些瘋狂，但是好在對人們有價值的物品并非想象的那么多。表2-1給出了EPC編碼的冗余度。

EPC由分別代表版本號、制造商、物品種類以及序列號的編碼組成。EPC是唯一存儲在RFID標簽中的信息。RFID標簽能夠維持低廉的成本并具有靈活性，這是因為在數據庫中有無數的動態數據能夠與EPC相鏈接[1]。

2.1.1　產品電子代碼與射頻識別技術

產品電子代碼是由標頭、廠商識別代碼、對象分類代碼、序列號等數據字段組成的一組數字。產品電子代碼是下一代產品標識代碼，它可以對供應鏈中的對象（如物品、貨箱、貨盤、位置等）進行全球唯一的標識。EPC存儲在電子標簽上，如RFID標簽，這個標簽包含一塊硅芯片和一根天線。讀取RFID標簽時，它可以與一些動態數據鏈接，如該貿易項目的原產地或生產日期等。這與全球貿易項目代碼（GTIN）和車輛鑒定碼（VIN）十分相似，EPC就像是一把鑰匙，用以解開RFID網絡上相關產品信息這把鎖。與目前商務活動中使用的許多編碼方案類似，EPC包含用作標識制造廠商的代碼以及用來標識產品類型的代碼。但RFID使用額外的一組數字——序列號來識別單個貿易項目。RFID所標識產品的信息保存在EPCglobal網絡中，而EPC則是獲取這些信息的一把鑰匙。

（1）自動識別

自動識別（Auto Identification）通常與數據采集（Data Collection）連在一起，稱為AIDC。自動識別系統是現代工業和商業及物流領域中生產自動化、銷售自動化、流通自動化過程中必備的自動識別設備以及配套的自動識別軟件構成的體系。自動識別包括條碼識讀、射頻識別、生物識別（人臉、語音、指紋、靜脈）、圖像識別、OCR光學字符識別。自動識別系統幾乎覆蓋了現代生活領域中的各個環節并具有極大的發展空間。其中比較常見的應用有條形碼打印設備和掃描設備、指紋防盜鎖、自動售貨柜、自動投幣箱以及POS機等。

（2）射頻識別

射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據，識別工作無須人工干預，可工作于各種惡劣環境。RFID技術可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。RFID是一種突破性的技術：第一，單品級識別，可以識別具體的物體，而不是像條形碼那樣只能識別一類物體；第二，采用無線電射頻，可以穿透包裝材料讀取數據，而條形碼必須靠圖像識別來讀取信息；第三，可以同時對多個物體進行識讀，而條形碼只能一個一個地讀；此外，儲存的信息量非常大。與其他的識別技術相比，射頻識別技術主要有如下特點：

①強大的數據讀寫功能　只要通過RFID即可無須接觸直接讀取信息至數據庫內，且可一次處理多個標簽，并可以將物流處理的狀態寫入標簽，供下一階段物流處理讀取判讀之用。

②容易實現小型化和多樣化　RFID在讀取時并不受尺寸大小與形狀的限制，無須為讀取精確度而配合紙張的固定尺寸和印刷品質。此外，RFID更可往小型化與多樣化形態發展，以應用于不同產品。

③耐環境性　紙張受到污染后就會看不到其上的信息，但RFID對水、油和藥品等有很強的抗污性。RFID在黑暗或臟污的環境中也可以讀取數據。

④可重復使用　由于RFID為電子數據，可以被反復覆寫，因此可以回收標簽重復使用，如被動式RFID，不需要電池就可以使用，沒有維護保養的需要。

⑤穿透性　RFID即使被紙張、木材和塑料等非金屬或非透明的材質包覆，也可以進行穿透性通信。不過如果是金屬的話，就無法進行通信。

⑥數據的記憶容量大　數據容量會隨著記憶規格的發展而擴大，未來物品所需攜帶的數據量愈來愈大，對卷標所能擴充容量的需求也增加，對此RFID不會受到限制。

需要補充說明的是，對于一項技術不能只看優點，而應該全面看待，原因很簡單，任何技術都有自身的缺點，更何況EPC-RFID技術體系屬于快速發展的新技術，有缺點是在所難免的，系統的安全性是目前所面臨的最大問題。然而，電子標簽低廉的價格再加上具有實時監控供應鏈各個環節的能力，使EPC-RFID技術具有極其強大競爭力。

盡管射頻識別系統因應用不同其組成會有所不同，但基本都是由電子標簽、讀寫器和高層系統這三大部分組成，如圖2-2所示。構成RFID系統的三大組成部分如下。

（1）電子標簽

電子標簽由芯片及天線組成，附著在物體上標識目標對象，每個電子標簽具有唯一的電子編碼，存儲著被識別物體的相關信息，如圖2-3所示。

（2）讀寫器

讀寫器是利用射頻技術讀寫電子標簽信息的設備。RFID系統工作時，一般首先由讀寫器發射一個特定的詢問信號，當電子標簽感應到這個信號后，就會給出應答信號，應答信號中含有電子標簽所攜帶的數據信息。讀寫器接收這個應答信號，并對其進行處理，然后將處理后的應答信號發送給外部主機，進行相應的操作。

（3）高層系統

最簡單的RFID系統只有一個讀寫器（圖2-4），它一次只對一個電子標簽進行操作，如公交車上的票務系統。復雜的RFID系統會有多個讀寫器，每個讀寫器要同時對多個電子標簽進行操作，并實時處理數據信息，這就需要高層系統處理問題。高層系統是計算機網絡系統，數據交換與管理由計算機網絡完成，讀寫器可以通過標準接口與計算機網絡連接，利用網絡完成數據處理、傳輸和通信的功能。

2.1.2　射頻識別系統的特點

射頻識別系統以其獨特的構想和技術特點贏得了廣泛的關注。其特點如下。

（1）開放性

射頻識別系統采用全球最大的公用Internet網絡系統，避免了系統的復雜性，大大降低了系統的成本，并有利于系統的增值。梅特卡夫（Metcalfe）定律表明，一個網絡開放的結構體系遠比復雜的多重結構更有價值。

（2）通用性

射頻識別系統可以識別十分廣泛的實體對象。射頻識別系統網絡是建立在Internet網絡系統上，并且可以與Internet網絡所有可能的組成部分協同工作，具有獨立平臺，且在不同地區、不同國家射頻識別技術標準不同的情況下具有通用性。

（3）可擴展性

射頻識別系統是一個靈活的、開放的、可持續發展的體系，可在不替換原有體系的情況下做到系統升級。

射頻識別系統是一個全球系統，供應鏈各個環節、各個節點、各個方面都可受益，但對低價值的產品來說，要考慮射頻識別系統引起的附加成本。目前，全球正在通過RFID技術的進步進一步降低成本，同時通過系統的整體改進使供應鏈管理得到更好的應用，提高效益，降低或抵消附加成本。

RFID網絡使用射頻識別技術實現供應鏈中貿易信息的真實可見。它由五個基本要素組成，即產品電子代碼（EPC）、射頻識別系統（EPC標簽和讀寫器）、發現服務（包括對象名解析服務）、EPC中間件、EPC信息服務（EPCIS），見表2-2。

與現有的條碼系統相比，EPC-RFID系統具有以下特點：

①不像傳統的條碼系統，網絡不需要人的干預與操作，而是通過完全自動識別技術實現網絡運行；

②使用IP數據與現有的Internet互聯，實現數據的無縫鏈接；

③網絡的成本相對較低；

④網絡是通用的，可以在任何環境下運行；

⑤采納一些管理實體的標準，如UCC、EAN、ANSI、ISO等。

2.1.3　射頻識別系統的工作流程

在由EPC標簽、讀寫器、EPC中間件、Internet、ONS服務器、EPCIS服務器以及眾多數據庫組成的實物互聯網中，讀寫器讀出的EPC代碼只是一個信息參考（指針），由這個信息參考從Internet找到IP地址并獲取該地址中存放的相關物品信息，然后采用分布式的EPC中間件處理由讀寫器讀取的一連串EPC信息。由于在標簽上只有一個EPC代碼，計算機要知道與該EPC匹配的其他信息就需要ONS來提供一種自動化的網絡數據庫服務，RFID中間件將EPC傳給ONS，ONS指示RFID中間件到一個保存著產品文件的EPCIS服務器查找，該產品文件可由EPC中間件復制，因而文件中的產品信息就能傳到供應鏈上，射頻識別系統的工作流程如圖2-5所示。

攜帶電子標簽的物品被整個網絡監控并跟蹤著，最適合的技術方案就是通過網絡共享數據實現網絡實時跟蹤監控目標。EPC[2]、信息識別系統、RFID中間件、信息發現服務、EPCIS被認為是實現網絡共享的五種關鍵技術。