RFID技术的发展与标准化情况

2008-07-10 15:23:41来源: RFID射频快报

  提要无线射频识别(RFID)技术是一种识别技术,与之对应的识别技术还有一维条码、二维条码、光学识别技术等。 RFID技术并不是全新的技术,其应用最早可以追溯到第二次世界大战时期英国空军基地的军事设施上。近年来随着微电子、计算机和网络技术的发展,RFID技术的应用范围和深度都得到了迅速地发展。美国在伊拉克战争中对RFID技术的成功应用,以及全球有影响的大企业计划未来几年里在零售商店和货栈开始使用RFID系统,使得该技术现在迅速成为全球瞩目的焦点,并被列为21世纪最有前途的重要产业和应用技术之一。

  无线射频识别(RFID)技术是一种识别技术,与之对应的识别技术还有一维条码、二维条码、光学识别技术等。

  一套典型的RFID系统由电子标签、读写器和信息处理系统如图1所示。当带有射频识别标签(以下简称标签)的物品经过特定的信息读取装置(以下简称读写器)时,标签被读写器激活并通过无线电波开始将标签中携带的信息传送到读写器以及计算机系统完成信息的自动采集工作。电子标签可以如身份证大小,由人携带并当作信用卡使用,也可以像商品包装上的条型码似地贴附在商品等物品上。RFID计算机系统则根据需求承担相应的信息控制和处理工作。

  

  1 RFID的技术发展

  RFID技术并不是全新的技术,其应用最早可以追溯到第二次世界大战时期英国空军基地的军事设施上。近年来随着微电子、计算机和网络技术的发展,RFID技术的应用范围和深度都得到了迅速地发展。美国在伊拉克战争中对RFID技术的成功应用,以及全球有影响的大企业计划未来几年里在零售商店和货栈开始使用RFID系统,使得该技术现在迅速成为全球瞩目的焦点,并被列为21世纪最有前途的重要产业和应用技术之一。

  表1给出了RFID技术发展情况一览。值得注意的是目前RFID已经发展到一个非常关键的阶段,就是形成全球统一标准的阶段,大规模应用虽然还未形成,很多相关系统也还是试验或带有验证性质的,但是RFID走向大规模应用的发展趋势已经明朗。

  

  从技术上看,RFID最本质的特性就是无线通信技术和识别技术,有很多种技术实现方法,也有很多种应用形态。但从技术发展趋势来看,目前所采用的RFID技术主要从两个技术领域演变而来:自动识别技术和非接触型智能卡技术。

  以RFID技术为基础,添加不同的技术特征,会出现多种不同名称的扩展应用领域,如图2所示。

  

  图2中的智能化程度主要包含:芯片的可重复读写技术、芯片和识读器之间的安全技术、高速率数据传输技术、在无源或低功耗情况下传输其他动态信息的技术等。而价格低主要取决于芯片的大小尺寸、天线封装成本等因素。

  可以看到,价格低廉的标签是RFID广泛应用于物流管理关键,而用于电子支付的RFID技术则需要考虑鉴权和重复记录存储,对价格则不是很敏感;标签的识别和无线传输同时也是传输环境参数的较好载体,这也是RFID延伸到是未来传感网络的技术基础;此外,RFID技术也可以应用于短距离无线通信领域,与蓝牙等技术一样成为家庭网络的候选技术。

  就现阶段而言,价格低廉、传输距离适当、可广泛应用于物流管理的RFID技术是目前标准化组织和产业联盟的研究重点,也是国际标准化组织和产业联盟互相竞争的焦点。

  2 RFID标准化情况

  与RFID技术和应用相关的国际标准化机构主要有:国际标准化组织(ISO)、国际电工委员会(IEC)、国际电信联盟(ITU)、世界邮联(UPU)。此外还有其他的区域性标准化机构,如CEN;国家标准化机构,如BSI、ANSI、DIN;产业联盟,如ATA、AIAG、EIA等;这些机构均在制订与RFID相关的区域、国家或产业联盟标准,并希望通过不同的渠道提升为国际标准。

  与RFID技术有关的产业联盟主要是EPCglobal和泛在ID中心(Ubiquitous ID Center)。其中EPCglobal是由美国统一代码委员会(UCC)和欧洲物品编码(EAN)组织联合发起成立的一个独立的非盈利性机构,UCC和EAN分别是推广北美和欧洲条形编码的组织。EPCglobal目前以推广RFID电子标签的网络化应用为宗旨,继承了AutoIDcenter组织的统一行业内企业的技术标准制订工作,并成立公司(即EPCglobal Inc)统一研究标准并推动商业应用,此外还负责EPCgobal号码注册管理组织。

  RFID系统主要由数据采集和后台数据库网络应用系统两大部分组成。目前已经发布或者是正在制订中的标准主要是与数据采集相关的,主要有电子标签与读写器之间的空中接口、读写器与计算机之间的数据交换协议、RFID电子标签与读写器的性能和一致性测试规范以及RFID电子标签的数据内容编码标准等。

  国际标准化组织ISO和EPCglobal在RFID的空中接口方面形成了多个标准,如图3所示。现有的RFID技术工作在多个无线频率范围内,常见的工作频率有:低频125 kHz与134.2 kHz;高频13.56 MHz;超高频433 MHz、860 MHz~930 MHz、2.45 GHz等。在相同的频率下也有多种RFID技术标准共存,比如13.56 MHz就有ISO14443 TypeA、TypeB、ISO15693、ISO18000-3等标准存在,不同的标准采用的无线调制方式、基带编码格式、传输协议和传输距离各有差异,不同标准的RFID电子标签和识读器无法互通。

  

  2.1ISO/IECRFID国际标准化状况

  在ISO/IEC JTC31组的工作范围内,在ISO 18000系列标准的范畴下,对RFID技术及应用的研究相对比较完整[1-6]。目前很多RFID技术及应用标准仍在制订之中,尚未发布。此外,ISO/IEC SC17、TC122等工作组也已经发布了一些标准,这些标准相对比较成熟,在部分行业内已经开始使用。

  根据ISO/IEC JTC31 RFID技术的标准化工作计划,ISO将RFID的国际标准分为空中接口标准、数据结构标准、一致性测试标准和应用标准4个方面。一致性测试标准主要针对的是电子标签和卡之间的空中接口和数据传输测试标准。此外,其他3类标准对应的逻辑架构结构如图4所示。

  

  图5给出了ISO/IEC在RFID技术标准化领域的工作内容。

  

  在ISO发布的RFID空中接口标准中涉及到较多的基本专利,在ISO/IEC 18000系列标准的文本中已经有一些公司的专利声明。ISO组织对知识产权的基本政策是专利持有者将按照公平、合理、无歧视的原则进行许可。

  2.2EPC标准体系

  EPCglobal是一个产业联盟,以推广RFID电子标签的网络化应用为宗旨,不但发布了EPC电子标签和读写器方面的技术标准,还推广RFID在物流管理领域的网络化管理和应用,此外还负责EPCgobal号码注册管理组织。可以简单地将EPCglobal的研究范围总结为:电子标签(含电子标签和识读器的技术特性)、EPC、目标命名业务(ONS)(类似于因特网的域名服务器(NDS)系统,使物流环节能够共享EPC产品的产地信息等)、描述物品信息的标准化语言(PML)。

  EPCglobal的标准化结构框架如图6所示。

  

  可以看到,EPCglobal体系的标准化工作为4个方面:

  电子标签和读写器的物品编码信息承载的技术要求;

  EPC电子标签信息规范,即物品编码的规则;

  EPCglobal提供业务方面,分为物品编码分配管理和目标命名业务;

  软件方面的标准,分为应用层事件(与物流管理相关的数据采集和刷新等)和EPC信息业务层面(与物品信息对应的信息描述)。

  与ISO相比,EPCglobal标准在电子标签和读写器的空中接口技术要求上略有差异;在EPC电子标签信息规范方面要求只能接受EPCglobal承认的代码,在软件标准化方面进展比ISO快一些;同时制订了EPC物品编码分配管理规则以及目标命名业务的措施推广EPCglobal业务。

  此外,EPC定义了电子标签的种类,按照电子标签实现的功能分为只读式、带附加功能的被动式、半主动式、宽带点到点通信主动式以及在可以和不同级别电子标签进行通信的无源标签等5类,如图7所示。

  

  目前阶段在EPC联盟中重点推广的是只读的等级0(Class0)和Class1类电子标签或者是拥有少量附加功能的电子标签。到ClassIV和ClassV阶段可以看到,电子标签会朝着点到点的宽带通信以及电子标签之间的通信发展。

  2.3RFID中国标准化情况

  中国在RFID技术与应用的标准化研究工作上有一定的基础,目前已从多个方面开展了相关标准的研究制订工作。制订了《集成电路卡模块技术规范》、《建设事业IC卡应用技术》等应用标准,并得到了广泛应用。在技术标准方面,依据ISO/IEC15693系列标准已经完成国家标准的起早工作,参照ISO/IEC18000系列标准制订国家标准的工作正在进行中。此外,中国RFID标准体系框架的研究工作也已基本完成。另外2007年4月底,信产部发布了《关于发布800/900 MHz频段射频识别(RFID)技术应用试行规定的通知》,根据信产部《800/900 MHz频段射频识别(RFID)技术应用规定(试行)》的规定,中国800/900 MHz RFID技术的试用频率为840~845 MHz和920~925 MHz,发射功率为2 W。

  3 结束语

  20世纪90年代以来,RFID技术得到了快速发展。经济发达国家和地区已经将其应用于很多领域,并积极推动相关技术与应用标准的国际化。近年来,中国已初步开展了RFID相关技术的研发及产业化工作,并在部分领域开始应用。当前RFID技术发展迅速,但尚未成熟,中国有必要抓住这一时机,集中开展RFID核心技术研发,制订符合中国国情的技术标准,促进具有竞争力的产业链形成,使中国在该领域占有一席之地。

关键字:RFID技术  电子标签  无线射频识别  光学识别  ClassV  AutoIDcen

编辑:孙树宾 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/afdz/2008/0710/article_832.html
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