深度分析RFID標簽技術原理、優(yōu)勢及運用設想
摘要：目前，假冒偽劣產品還在進一步蔓延，數量和范圍也呈現擴大趨勢，因此迫切需要防偽技術的快速發(fā)展和防偽行業(yè)的形成。這是發(fā)展社會主義市場經濟的需要，是擴大開放、發(fā)展對外貿易、保證國家經濟有序發(fā)展的需要，是凈化市場、維護企業(yè)和消費者利益的需要。RFID技術作為一項先進的自動識別和數據采集技術，在目前的防偽、物流、公共安全管理等方面起著重要的作用，并有望成為未來防偽、物流、公共安全管理等方面領域的先鋒。
作者：佚名 來源：公眾號/鴻順捷
我國市場經濟迅速發(fā)展，使商品流通市場日趨活躍。但是，由于我國法制尚不健全，市場尚不規(guī)范，國內外一些不法分子為了牟取暴利，以次充好，以假亂真，形成了一定的假冒偽劣商品市場。一些高科技產品，也不同程度地受到假冒偽劣產品的沖擊。這嚴重擾亂了社會市場經濟秩序，阻礙了我國經濟健康發(fā)展。目前，假冒偽劣產品還在進一步蔓延，數量和范圍也呈現擴大趨勢，因此迫切需要防偽技術的快速發(fā)展和防偽行業(yè)的形成。這是發(fā)展社會主義市場經濟的需要，是擴大開放、發(fā)展對外貿易、保證國家經濟有序發(fā)展的需要，是凈化市場、維護企業(yè)和消費者利益的需要。RFID技術作為一項先進的自動識別和數據采集技術，在目前的防偽、物流、公共安全管理等方面起著重要的作用，并有望成為未來防偽、物流、公共安全管理等方面領域的先鋒。
一、概述
RFID(RadioFrequencyIdentification，射頻識別技術)是應用電磁感應、無線電波或微波進行非接觸式雙向通信，以達到識別目的并交換數據的自動識別技術。1948年哈里·斯托克曼(HarryStockman)在無線電工程師協(xié)會(InstituteofRadioEngineers)學報上發(fā)表的“利用能量反射進行通訊(CommunicationbyMeansofReflectedPower)”奠定了RFID技術的理論基礎。這種技術從20世紀80年代中期開始出現，并隨著大規(guī)模集成電路技術的成熟，射頻識別系統(tǒng)的體積大大縮小，因此才進入實用化的階段。RFID可以歸入短距離無線通信技術，與其他短距離無線通信技術WLAN、藍牙、紅外、ZIGBEE、UWB相比最大的區(qū)別在于RFID的被動工作模式，即利用反射能量進行通信。
1.RFID系統(tǒng)的工作原理
RFID系統(tǒng)由以下幾部分組成：①電子標簽，由芯片和標簽天線組成，通過電感偶合或電磁反向散射原理與讀寫器進行通信。②讀寫器，是讀/寫標簽信息的設備，作為數據采集的終端，讀寫器還需要與中間件進行數據交換。③天線，是為標簽和讀寫器提供射頻信號空間傳播的設備。④中間件，是連接RFID設備和企業(yè)應用程序的紐帶，也是RFID應用系統(tǒng)的核心。
RFID系統(tǒng)的工作原理如下：閱讀器將要發(fā)送的信息，經編碼后加載在某一頻率的載波信號上經天線向外發(fā)送，進入閱讀器工作區(qū)域的電子標簽接收此脈沖信號，卡內芯片中的有關電路對此信號進行調制、解碼、解密，然后對命令請求、密碼、權限等進行判斷。若為讀命令，控制邏輯電路則從存儲器中讀取有關信息，經加密、編碼、調制后通過卡內天線再發(fā)送給閱讀器，閱讀器對接收到的信號進行解調、解碼、解密后送至中央信息系統(tǒng)進行有關數據處理;若為修改信息的寫命令，有關控制邏輯引起的內部電荷泵提升工作電壓，提供擦寫EEP-ROM中的內容進行改寫，若經判斷其對應的密碼和權限不符，則返回出錯信息。
2.RFID的優(yōu)點
智能標簽也有人稱之為無線射頻識別標簽，它是標簽領域的高新技術產品，如今已在產品包裝中發(fā)揮重要作用，將逐步替代傳統(tǒng)的產品標簽和條形碼。智能標簽是標簽領域的新秀，它具有超越傳統(tǒng)標簽的功能，是電子和計算機等高新技術在標簽印制上的結晶。RFID標簽是智能標簽的一種。表1將RFID標簽和磁卡、IC卡及傳統(tǒng)的條形碼等同期或早期的自動識別技術進行了對比。
RFID標簽具有很好的綜合性能，它的優(yōu)勢主要體現在：
?、倜總€RFID標簽都與一個全球唯一的ID號碼對應。該ID號碼是在制作RFID標簽生產過程中寫入存儲器中，一旦寫入就無法修改，不易復制。
②RFID標簽與RFID讀寫器是通過無線進行傳輸的，可以識別高速、移動、多物體，因此標簽可以在沒有任何機械磨損的情況下被多次讀取，同時可以被讀寫器快速批量讀取。
?、跼FID標簽是采用大規(guī)模集成電路技術設計的芯片。這種芯片無論設計與制造都是技術難度要求高而且投入大，因此給造假者造成了難以逾越的障礙。同時RFID技術與密碼技術相結合，從軟件破譯方面也增大了造假者的成本。
④RFID標簽的讀取具有非接觸、對環(huán)境適應能力強、可同時讀取多個標簽、讀取速度快等突出特點。因此RFID防偽技術不僅可以應用于名煙、名酒等名貴消費類產品上，也可以應用到工業(yè)、農業(yè)、交通運輸相關產品上。
⑤RFID防偽的一個天然優(yōu)勢是結合物流進行防偽。通過追蹤產品的供應鏈，結合分布式數據庫的管理，實現對產品的追根溯源。
3.RFID技術的國內外發(fā)展現狀
RFID技術在國外的發(fā)展較早也較快。尤其是在美國、英國、德國、瑞典、瑞士、日本、南非目前均有較為成熟且先進的RFID系統(tǒng)。按照工作頻率的不同分類，RFID標簽可以分為低頻(LF)、高頻(HF)、超高頻(UHF)和特高頻(SHF)等不同種類。其中，低頻近距離RFID系統(tǒng)主要集中在125KHz、13.56MHz系統(tǒng);高頻遠距離RFID系統(tǒng)主要集中在UHF頻段(902MHz—928MHz)915MHz、2.45GHz、5.8GHz。UHF頻段的遠距離RFID系統(tǒng)在北美得到了很好的發(fā)展;歐洲的應用則以有源2.45GHz系統(tǒng)得到了較多的應用。5.8GHz系統(tǒng)在日本和歐洲均有較為成熟的有源RFID系統(tǒng)。
我國在RFID技術的研究方面也發(fā)展很快，市場培育已初步開花結果。比較典型的是在中國鐵路車號自動識別系統(tǒng)建設中，推出了完全擁有自主知識產權的遠距離自動識別系統(tǒng)。經過多年的現場運行考驗，鐵路車號自動識別系統(tǒng)工程于1999年全面投入建設。經過兩年左右的建設與試運行，目前鐵路車號自動識別系統(tǒng)工程已發(fā)揮出了系統(tǒng)設計功能，圓了鐵路人的夢想，并且其輻射與滲透到其他應用方面的作用日漸明顯。在近距離RFID應用方面，許多城市已經實現了公交射頻卡作為預付費電子車票、預付費電子飯卡等應用。在RFID技術研究及產品開發(fā)方面，國內已具有了自主開發(fā)低頻、高頻與微波RFID電子標簽與讀寫器的技術能力及系統(tǒng)集成能力。與國外RFID先進技術之間的差距主要體現在RFID芯片技術方面。盡管如此，在標簽芯片設計及開發(fā)方面，國內已有多個成功的低頻RFID系統(tǒng)標簽芯片面市。
二、RFID技術的應用
RFID智能標簽由于具有獨特的優(yōu)勢，因此廣泛用于防偽、物流、公共管理等各方面。
1.RFID技術在防偽方面的應用
?、僮C件防偽。目前國際上在護照防偽、電子錢包等方面已可以在標準護照封面或證件內嵌入RFID標簽，其芯片同時提供安全功能并支持硬件加密，符合ISO14443的國際標準。國內在此領域也已經形成了相當規(guī)模的應用，二代身份證的推廣應用就是此方面的典型代表。
?、谄眲辗纻?。有些領域迫切地需要RFID技術，例如在火車站、地鐵以及旅游景點等人流多的地方，采用RFID電子門票代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工門票來提高效率，或是在比賽和演出等票務量比較大的場合，用RFID技術對門票進行防偽。這不僅不再需要人工識別，實現人員的快速通過，還可以鑒別門票使用的次數，以防止門票被偷遞出來再次使用，做到“次數防偽”。
2.RFID技術在鐵路安全追蹤中的應用
傳統(tǒng)的鐵路貨運已不能滿足現代物流發(fā)展的需要，必須向提供運輸、倉儲、包裝、配送、流通、加工、信息處理等多種服務的現代物流業(yè)發(fā)展。
鐵路運輸管理信息系統(tǒng)(TransportationManagementInformationSystem簡稱TMIS)不僅覆蓋鐵道部鐵路局的各個主管業(yè)務部門，而且還遍及全路各基層站段，通過鐵路計算機網絡聯(lián)成一體。它是“世界鐵路最復雜、最龐大的運輸管理系統(tǒng)”，可對鐵路貨車輛、機車、列車、集裝箱進行追蹤管理;可對全路主要站段進行計算機管理;可對鐵道部、鐵路局運輸調度和日常運輸計劃進行計算機編制和管理;覆蓋鐵路運輸生產全過程，是鐵路信息化的核心系統(tǒng)，它由多個子系統(tǒng)構成，主要有：運輸統(tǒng)計分析、運輸調度管理、車站綜合管理、確報信息管理、貨票信息管理、貨運銷售與技術計劃、大節(jié)點貨車追蹤管理、車號自動識別系統(tǒng)、劇毒品安全追蹤系統(tǒng)、集裝箱追蹤管理、貨車使用費清算。
其中鐵路車號自動識別(ATIS)是TMIS的重要組成部分，也是RFID在中國最成功的應用案例。ATIS通過在所有機車、貨車上安裝電子標簽和在所有區(qū)段站、編組站、大型貨運站和分界站安置地面識別設備來精確識別運行的列車及車輛信息，從而建立一個鐵路列車車次、機車和貨車號碼、標識、屬性和位置等信息的計算機自動報告采集系統(tǒng)。它能夠及時準確地采集列車車次、車號和到發(fā)信息，加快實現全路貨車、機車、列車、集裝箱追蹤管理，滿足TMIS等管理系統(tǒng)對列車、車輛等基礎信息的需求，最終實現運輸作業(yè)管理現代化、網絡化和資源共享。ATIS作為TMIS的信息源，它的運用對于提高鐵路機車、車輛的使用率、利用率，提高我國鐵路運輸效率及運輸管理現代化水平起著極其重要的作用。
3.RFID技術公共安全方面的應用
在關系到廣大人民身體健康和生命安全的食品和藥品等領域，RFID技術的誕生有著極其重要的意義。目前，RFID技術在醫(yī)藥行業(yè)的應用主要體現在：藥品的防偽措施;防止用藥差錯及不合理用藥;患者的身份識別和跟蹤;有問題藥品的召回;跟蹤單據、試管、藥瓶或標本;醫(yī)療器械和醫(yī)療設備的跟蹤。
RFID智能標簽可以幫助廠商和消費者及時了解商品庫存、流通、保質等情況，為廠商監(jiān)控其產品在供應鏈中的狀況和位置起到很大的作用。例如，許多食品和藥品等的包裝必須在特定的溫度和低污染環(huán)境下儲存運輸。一般的標簽無法了解和監(jiān)控產品保存的溫度和性質情況，而智能標簽就可以在產品貯運過程中適時監(jiān)控對溫度要求敏感的易腐爛產品的溫度，它憑借特殊的芯片、天線、傳感器等，測量貯運過程中的溫度，警示廠商防止溫度變化對產品的影響，通過核對產品庫存數據而判斷產品的銷售情況。此外，智能標簽RFID提高了傳統(tǒng)標簽的防偽效果，尤其在藥品包裝中，它的防偽功能已大大超過傳統(tǒng)的條形碼。這有效地保障了公共安全。
三、RFID技術目前面臨的問題
1.技術不成熟
RFID是個充滿希望的行業(yè)，但它的推廣需要下面每一步的堅定與成熟：標準的制訂、芯片設計與制造技術、天線設計與制造技術、芯片封裝技術、讀寫設備開發(fā)與生產技術、系統(tǒng)集成和數據管理軟件平臺、應用系統(tǒng)開發(fā)、生產制造技術等。最具潛力的UHF頻段市場上能支持的設備并不多，射頻識別訊號容易被物體所阻斷，這些都是技術上的挑戰(zhàn)。
2.成本居高不下
這是RFID目前最致命的缺點，僅RFID標簽一項在日本的制作成本(印刷成本占主要比例)就達到十幾元人民幣，而條碼標簽的單位成本只有0.l元。目前全球RFID標簽的年需求量大約是1000萬片，而只有需求量超過50億片后，價格才能降到2美分。沃爾瑪的RFID技術合作商Tag-istics公司總裁克里斯多夫介紹說，一套RFID系統(tǒng)在美國定價(包括項目實施)一般在250萬美元左右，大型系統(tǒng)還要高得多。中鐵快運這幾年一直在不斷測試RFID系統(tǒng)的效果，并將其小范圍試點，最終發(fā)現投入太大，作為一個企業(yè)無法單獨承擔這部分的投入。
3.標準不統(tǒng)一
目前主要有以下三個標準：國際標準、歐美的EPC標準和日本的UbiquitousID。其中由美國麻省理工學院MIT發(fā)起的Auto-IDCenter非盈利性組織在規(guī)范RFID應用方面所發(fā)揮的作用將越來越明顯。Auto-IDCenter在對RFID理論、技術及應用研究的基礎上，所作出的主要貢獻如下：
①提出產品電子代碼EPC(ElectronicProductCode)概念及其格式規(guī)劃。為減化電子標簽芯片功能設計，降低電子標簽成本，擴大RFID應用領域奠定了基礎。
②提出了實物互聯(lián)網的概念及構架，為EPC進入互聯(lián)網搭建了橋梁。
?、劢⒘碎_放性的國際自動識別技術應用公用技術研究平臺，為推動低成本的RFID標簽和讀寫器的標準化研究開創(chuàng)了條件。
盡管如此，由于RFID缺乏統(tǒng)一技術標準，所以目前的技術還不能保證所有的標簽和閱讀器實現兼容。因此在希望應用RFID的倉庫中，也許需要不止一種閱讀器，以此來分別處理來自不同硬件商生產提供商的不同標簽。
4.安全問題
由于RFID最終是要接到互聯(lián)網上的，這就涉及到和信用卡一樣的所謂安全保密問題。
5.隱私問題
RFID可以依靠標簽進行追蹤，一個人購買了酒以后，通過追蹤酒瓶上的標簽就可以了解到酒瓶擁有人的行蹤以及生活習慣。
四、RFID技術運用的設想
由于RFID技術具有實時監(jiān)控跟蹤的功能，這在危險品管理方面可以大大地發(fā)揮其優(yōu)勢。比如在處于國家管制的槍支方面，可以采用RFID技術進行管理以防不法分子危害公共安全。在槍支制作過程中，可以在每支槍中加入RFID標簽，相當于給每支槍一個身份證，從而可以對其進行監(jiān)控跟蹤。同樣也可以把RFID標簽植入有毒物品的包裝內，盡量避免人員與其接觸，通過計算機來了解它的狀況，從而減少有毒物品對人體的危害。在圖書管理方面RFID技術也是不錯的選擇。
RFID技術作為一項智能高科技技術以其獨特優(yōu)勢在防偽、物流、公共安全管理方面發(fā)揮著重要作用。目前，由于成本及售價較高，尚未大量推廣應用，但隨著技術提高，成本和價格下降，其發(fā)展?jié)摿κ蔷薮蟮?，前景也是非常誘人的。