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【科普】射频技术RFID相关标准解析

2017-08-14
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 物联网涉及的关键技术非常多,从传感器技术到通信技术,从嵌入式微处理节点到计算机软件系统,包含了自动控制、通信、计算机等不同的领域,是跨学科的综合应用。目前介入物联网领域主要的国际标准组织有IEEE、ISO、ETSI、ITU-T、3GPP、3GPP2等,这些标准组织在物联网总体架构、感知技术、通信网络技术、应用技术等方面制订了一系列标准,今天我们主要探讨的是关于射频技术RFID的标准。


  射频识别(RFID)是一种无线通信技术,可以通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据,而无需识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触。


  许多行业都运用了射频识别技术,将标签附着在一辆正在生产的骑车中,厂家便可以追踪这辆车在生产线上的进度;将标签附着在药品包装上,仓库可以追踪药品的所在。标签也可以附于牲畜与宠物上,方便对牲畜与宠物的积极识别(就是防止数只牲畜或宠物使用同一个身份)。射频识别的身份识别卡可以使员工得以进入锁住的建筑部分,汽车上的射频应答器也可以用来征收路段与停车场的费用。


  某些射频标签附在衣物、个人财物上,甚至植入人体内,由于这项技术可能会在未经本人许可的情况下读取个人信息,这项技术也会有侵犯个人隐私的忧患。


       RFID的相关标准


  国际标准:由ISO(国际标准化组织)IEC(国际电工委员会)负责制定。ISO的主要功能是为人们制订国际标准达成一致意见提供一种机制。


  国家标准:由工业与信息化部与国家标准化管理委员会负责制定。


  行业标准:由国际、国家的行业组织制定,例如:国际物品编码协会(EAN)与美国统一代码委员会(UCC)制定的用语物体识别的EPC标准。


  此外,还有设计道德、伦理、健康、数据安全、隐私等的规范。


  标准的作用


  1.确保协同工作的进行,规范经济的实现,工作实施的安全性。


  2.主要目的在于通过制定、发布和实施标准,解决编码、通信、空中接口和数据共享问题,最大程度的促进RFID技术及相关系统的应用。


  接口协议


  一、空中接口


  空中接口通信协议规范 读写器与电子标签之间信息交互,目的是为 不同厂家生产设备之间的互联互通性。ISO/IEC制定五种频段的空中接口协议,这种思想充分体现 标准统一的相对性,一个标准是对相当广泛的应用系统的共同需求,但不是所有应用系统的需求,一组标准可以满足更大范围的应用需求。


  ISO/IEC 18000-1 信息技术-基于单品管理的射频识别-参考结构和标准化的参数定义。它规范空中接口通信协议中共同遵守的读写器与标签的通信参数表、知识产权基本规则等内容。这样每一个频段对应的标准不需要对相同内容进行重复规定。


  ISO/IEC 18000-2 信息技术-基于单品管理的射频识别-适用于中频125~134KHz,规定在标签和读写器之间通信的物理接口,读写器应具有与Type A(FDX)和Type B(HDX)标签通信的能力;规定协议和指令再加上多标签通信的防碰撞方法。


  ISO/IEC 18000-3信息技术-基于单品管理的射频识别-适用于高频段13.56MHz,规定 读写器与标签之间的物理接口、协议和命令再加上防碰撞方法。关于防碰撞协议可以分为两种模式,而模式1又分为基本型与两种扩展型协议(无时隙无终止多应答器协议和时隙终止自适应轮询多应答器读取协议)。模式2采用时频复用FTDMA协议,共有8个信道,适用于标签数量较多的情形。


  ISO/IEC 18000-4信息技术-基于单品管理的射频识别-适用于微波段2.45GHz,规定读写器与标签之间的物理接口、协议和命令再加上防碰撞方法。该标准包括两种模式,模式1是无源标签工作方式是读写器先讲;模式2是有源标签,工作方式是标签先讲。


  ISO/IEC 18000-6信息技术-基于单品管理的射频识别-适用于超高频段860~960MHz,规定读写器与标签之间的物理接口、协议和命令再加上防碰撞方法。它包含TypeA、TypeB和TypeC三种无源标签的接口协议,通信距离最远可以达到10m。其中TypeC是由EPCglobal起草的,并于2006年7月获得批准,它在识别速度、读写速度、数据容量、防碰撞、信息安全、频段适应能力、抗干扰等方面有较大提高。2006年递交 V4.0草案,它针对带辅助电源和传感器电子标签的特点进行 扩展,包括标签数据存储方式和交互命令。带电池的主动式标签可以提供较大范围的读取能力和更强的通信可靠性,不过其尺寸较大,价格也更贵一些。


  ISO/IEC 18000-7适用于超高频段433.92 MHz,属于有源电子标签。规定读写器与标签之间的物理接口、协议和命令再加上防碰撞方法。有源标签识读范围大,适用于大型固定资产的跟踪。


  二、数据标准


  空中接口通信协议规范 读写器与电子标签之间信息交互,目的是为 不同厂家生产设备之间的互联互通性。ISO/IEC制定五种频段的空中接口协议,这种思想充分体现 标准统一的相对性,一个标准是对相当广泛的应用系统的共同需求,但不是所有应用系统的需求,一组标准可以满足更大范围的应用需求。


  ISO/IEC 18000-1 信息技术-基于单品管理的射频识别-参考结构和标准化的参数定义。它规范空中接口通信协议中共同遵守的读写器与标签的通信参数表、知识产权基本规则等内容。这样每一个频段对应的标准不需要对相同内容进行重复规定。


  ISO/IEC 18000-2 信息技术-基于单品管理的射频识别-适用于中频125~134KHz,规定在标签和读写器之间通信的物理接口,读写器应具有与Type A(FDX)和Type B(HDX)标签通信的能力;规定协议和指令再加上多标签通信的防碰撞方法。


  ISO/IEC 18000-3信息技术-基于单品管理的射频识别-适用于高频段13.56MHz,规定 读写器与标签之间的物理接口、协议和命令再加上防碰撞方法。关于防碰撞协议可以分为两种模式,而模式1又分为基本型与两种扩展型协议(无时隙无终止多应答器协议和时隙终止自适应轮询多应答器读取协议)。模式2采用时频复用FTDMA协议,共有8个信道,适用于标签数量较多的情形。


  ISO/IEC 18000-4信息技术-基于单品管理的射频识别-适用于微波段2.45GHz,规定读写器与标签之间的物理接口、协议和命令再加上防碰撞方法。该标准包括两种模式,模式1是无源标签工作方式是读写器先讲;模式2是有源标签,工作方式是标签先讲。


  ISO/IEC 18000-6信息技术-基于单品管理的射频识别-适用于超高频段860~960MHz,规定读写器与标签之间的物理接口、协议和命令再加上防碰撞方法。它包含TypeA、TypeB和TypeC三种无源标签的接口协议,通信距离最远可以达到10m。其中TypeC是由EPCglobal起草的,并于2006年7月获得批准,它在识别速度、读写速度、数据容量、防碰撞、信息安全、频段适应能力、抗干扰等方面有较大提高。2006年递交 V4.0草案,它针对带辅助电源和传感器电子标签的特点进行 扩展,包括标签数据存储方式和交互命令。带电池的主动式标签可以提供较大范围的读取能力和更强的通信可靠性,不过其尺寸较大,价格也更贵一些。


  ISO/IEC 18000-7适用于超高频段433.92 MHz,属于有源电子标签。规定读写器与标签之间的物理接口、协议和命令再加上防碰撞方法。有源标签识读范围大,适用于大型固定资产的跟踪。


  ISO/IEC 24730-3适用于433MH的RTLS空中接口协议。


  三、技术标准


  1.集装箱

  ISO TC 104技术委员会专门负责集装箱标准制定,是集装箱制造和操作的最高权威机构。与RFID相关的标准,由第四子委员会(SC4)负责制定。包括如下标准:


  1)ISO 6346 集装箱-编码、ID和标识符号,1995制订


  该标准提供集装箱标识系统。集装箱标识系统用途很广泛,比如在文件、控制和通信(包括自动数据处理),象集装箱本身显示一样。在集装箱标识中的强制标识再加上在自动设备标识AEI(Automatic Equipment Identification)和电子数据交换EDI(Electronic Data Interchange)应用的可选特征。该标准规定集装箱尺寸、类型等数据的编码系统再加上相应标记方法,操作标记和集装箱标记的物理展示。


  2)ISO 10374 集装箱自动识别标准,1991制订,1995年修订


  该标准基于微波应答器的集装箱自动识别系统,是把集装箱当作一个固定资产来看。应答器为有源设备,工作频率为850MHz~950Mhz及2.4GHz~2.5GHz。只要应答器处于此场内就会被活化并采用变形的FSK副载波通过反向散射调制做出应答。信号在两个副载波频率40kHz和20kHz之间被调制。因为它在1991年制定,还没有用RFID这个词,实际上有源应答器就是今天的有源RFID电子标签。此标准和ISO 6346共同应用于集装箱的识别,ISO 6346规定 光学识别,ISO 10374则用微波的方式来表征光学识别的信息。


  3)ISO 18185,集装箱电子官方标准草案(陆、海、空)


  该标准是海关用于监控集装箱装卸状况[9],包含7个部分,它们是:空中接口通信协议、应用要求、环境特性、数据保护、传感器、信息交换的消息集、物理层特性要求。


  以上两个标准涉及到的空中接口协议并没有引用ISO/IEC 18000系列空中接口协议,主要原因它们的制定时间早于ISO/IEC 18000系列空中接口协议。


  2.物流管理

  为使RFID能在整个物流供应链领域发挥重要作用,ISO TC 122包装技术委员会和ISO TC 104货运集装箱技术委员会成立联合工作组JWG,负责制定物流供应链系列标准。工作组按照应用要求、货运集装箱、装载单元、运输单元、产品包装、单品五级物流单元,制定六个应用标准。


  1)ISO 17358 应用要求

  这是供应链RFID的应用要求标准,由TC 122技术委员会主持,正在制订过程中。该标准定义 供应链物流单元各个层次的参数,定义 环境标识和数据流程。


  2)ISO 17363~17367系列标准

  供应链RFID物流单元系列标准分别对货运集装箱、可回收运输单元、运输单元、产品包装、产品标签的RFID应用进行规范。该系列标准内容基本类同,如空中接口协议采用ISO/IEC 18000系列标准。在具体规定上存在差异,分别针对不同的使用对象做 补充规定,如使用环境条件、标签的尺寸、标签张贴的位置等特性,根据对象的差异要求采用电子标签的载波频率也不同。货运集装箱、可回收运输单元和运输单元使用的电子标签一定是重复使用的,产品包装则要根据实际情况而定,而产品标签来说通常是一次性的。另外还要考虑数据的完整性、可视识读标识等。可回收单元在数据容量、安全性、通信距离要求较高。这个系列标准正在制订过程中。


  这里需要注意的是ISO 10374、ISO 18185和ISO 17363三个标准之间的关系,它们都针对集装箱,但是ISO 10374是针对集装箱本身的管理,ISO 18185是海关为监视集装箱,而ISO 17363是针对供应链管理目的而在货运集装箱上使用可读写的RFID标识标签和货运标签。


  3.动物管理

  ISO TC 23/SC 19负责制订动物管理RFID方面标准,包括ISO 11784/11785和ISO 14223三个标准。


  ISO 11784 编码结构

  它规定动物射频识别码的64位编码结构,动物射频识别码要求读写器与电子标签之间能够互相识别。通常由包含数据的比特流再加上为 保证数据正确所需要的编码数据。代码结构为64位,其中的27至64位可由各个国家自行定义。


  与RFID技术相关的标准


  1.无线通信管理

  频谱分布、功率、电磁兼容等。


  2.人类健康的有关标准和规范

  国际非电离辐射保护委员会(ICNIRP)所提出的标准和规范


  3.数据安全的有关标准和规范

  经济合作与发展组织(OECD)


  4.隐私问题

  目前,很多用于物品识别的应答器(电子标签)都能支持KILL命令


  RFID的标准体系框架

来源:鼎酷IOT部落


温馨提示

村田将于2017年8月16~18日参加2017第九届深圳国际物联网博览会,欢迎到现场观展。

会期:2017年8月16日~18日

展位号:深圳会展中心 2号馆B19


重点展示产品/演示:

RFID标签模块MAGICSTRAP®

娱乐用带天线的超小型HF/NFC嵌入式标签

医疗用超小型HF/NFC嵌入式标签

品牌保护用带天线的可注塑超小型UHF嵌入式标签

工厂自动化用可焊接超小型UHF嵌入式标签

洗衣用耐高温超薄柔性UHF标签



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