RFID前端技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系簡(jiǎn)述

文章出處：http://bookmouse.cn 作者：中科院自動(dòng)化所RFID研究中心   人氣： 發(fā)表時(shí)間：2011年11月05日

級(jí)別：全國(guó)

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發(fā)文機(jī)關(guān)：中科院自動(dòng)化所RFID研究中心

正 文：     RFID技術(shù)具有很多突出的優(yōu)點(diǎn):實(shí)現(xiàn)了無(wú)源和免接觸操作，應(yīng)用便利，無(wú)機(jī)械磨損，壽命長(zhǎng)，機(jī)具無(wú)直接對(duì)最終用戶開(kāi)放的物理接口，能更好地保證機(jī)具的安全性；數(shù)據(jù)安全方面除標(biāo)簽的密碼保護(hù)外，數(shù)據(jù)部分可用一些算法實(shí)現(xiàn)安全管理，如DES、RSA、DSA、MD5等，讀寫機(jī)具與卡之間也可相互認(rèn)證，實(shí)現(xiàn)安全通信和存儲(chǔ)；總體成本一直處于下降之中，越來(lái)越接近接觸式IC卡的成本，甚至更低，為其大量應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)；應(yīng)用領(lǐng)域也非常寬，RFID技術(shù)已經(jīng)在物流管理、生產(chǎn)線工位識(shí)別、綠色畜牧業(yè)養(yǎng)殖個(gè)體記錄跟蹤、汽車安全控制、身份證、公交等領(lǐng)域大量成功應(yīng)用。          世界排名第一的零售商沃爾瑪在2003年宣布，到2005年1月份時(shí)要求它前100大的供應(yīng)商采用RFID技術(shù)，實(shí)現(xiàn)貨品自動(dòng)識(shí)別，以繼續(xù)提高其供應(yīng)鏈的管理能力。這也威脅到我國(guó)的零售商是否能繼續(xù)銷售自己的產(chǎn)品，因?yàn)橛?0%的貨品都是由中國(guó)廠商生產(chǎn)的，可見(jiàn)RFID識(shí)別技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)自下而上地被推動(dòng)。          另外，還有諸如Target、Tesco、FDA等也宣布了其使用計(jì)劃。          RFID推廣受標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題困擾          目前，世界一些知名公司各自推出了自己的很多標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)互不兼容，表現(xiàn)在頻段和數(shù)據(jù)格式上的差異，這也給RFID的大范圍應(yīng)用帶來(lái)了困難。          目前全球有兩大RFID標(biāo)準(zhǔn)陣營(yíng)：歐美的Auto-ID Center與日本的Ubiquitous ID Center（UID）。前者的領(lǐng)導(dǎo)組織是美國(guó)的EPC環(huán)球協(xié)會(huì)，旗下有沃爾瑪集團(tuán)、英國(guó)Tesco等企業(yè)，同時(shí)有IBM、微軟、飛利浦、Auto-ID Lab等公司提供技術(shù)支持。后者主要由日系廠商組成。          歐美的EPC標(biāo)準(zhǔn)采用UHF頻段，為860MHz～930MHz，日本RFID標(biāo)準(zhǔn)采用的頻段為2.45GHz和13.56MHz；日本標(biāo)準(zhǔn)電子標(biāo)簽的信息位數(shù)為128位，EPC標(biāo)準(zhǔn)的位數(shù)則為96位。          將RFID應(yīng)用到供應(yīng)鏈中還存在另外一些需要解決的問(wèn)題，如讀寫設(shè)備的可靠性、成本、數(shù)據(jù)的安全性、個(gè)人隱私的保護(hù)和與系統(tǒng)相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)的可靠性、數(shù)據(jù)的同步等等，不解決好以上問(wèn)題，肯定會(huì)制約RFID的進(jìn)步，不過(guò)最近RFID相關(guān)的高層會(huì)議接連不斷，RFID技術(shù)的快速發(fā)展已呈燎原之勢(shì)。          RFID技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)面面觀          通常情況下，RFID閱讀器發(fā)送的頻率稱為RFID系統(tǒng)的工作頻率或載波頻率。RFID載波頻率基本上有3個(gè)范圍：低頻(30kHz～300kHz)、高頻(3MHz～30MHz)和超高頻(300MHz～3GHz)。常見(jiàn)的工作頻率有低頻125kHz與134.2kHz、高頻13.56MHz、超高頻433Mhz、860MHz～930MHz、2.45GHz等。          RFID的低頻系統(tǒng)主要用于短距離、低成本的應(yīng)用中，如多數(shù)的門禁控制、校園卡、煤氣表、水表等；高頻系統(tǒng)則用于需傳送大量數(shù)據(jù)的應(yīng)用系統(tǒng)；超高頻系統(tǒng)應(yīng)用于需要較長(zhǎng)的讀寫距離和高讀寫速度的場(chǎng)合，其天線波束方向較窄且價(jià)格較高，在火車監(jiān)控、高速公路收費(fèi)等系統(tǒng)中應(yīng)用。另外值得一提的是在供應(yīng)鏈中的應(yīng)用，EPC Global規(guī)定用于EPC的載波頻率為13.56MHz和860MHz～930MHz兩個(gè)頻段，其中13.56MHz頻率采用的標(biāo)準(zhǔn)原型是ISO/IEC15693，已經(jīng)收入到ISO/IEC18000-3中。這個(gè)頻點(diǎn)的應(yīng)用已經(jīng)非常成熟。          而860～930MHz頻段的應(yīng)用則較復(fù)雜，國(guó)際上各國(guó)家采用的頻率不同：美國(guó)為915MHz，歐洲為869MHz，而我國(guó)由于被GSM、CDMA等占用，目前仍然待定。          目前常用的RFID國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)主要有用于對(duì)動(dòng)物識(shí)別的ISO 11784和11785，用于非接觸智能卡的ISO 10536(Close coupled cards)、ISO 15693(Vicinity cards)、ISO 14443 (Proximity cards)，用于集裝箱識(shí)別的ISO 10374等。有些標(biāo)準(zhǔn)正在形成和完善之中，比如用于供應(yīng)鏈的ISO 18000無(wú)源超高頻（860Mhz～930Mhz載波頻率）部分的C1G2標(biāo)準(zhǔn)不久會(huì)正式推出，我國(guó)自己的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)最快在今年年末會(huì)出臺(tái)。下面對(duì)這幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)加以簡(jiǎn)述。          ISO 11784和ISO 11785          ISO 11784和11785分別規(guī)定了動(dòng)物識(shí)別的代碼結(jié)構(gòu)和技術(shù)準(zhǔn)則，標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有對(duì)應(yīng)答器樣式尺寸加以規(guī)定，因此可以設(shè)計(jì)成適合于所涉及的動(dòng)物的各種形式，如玻璃管狀、耳標(biāo)或項(xiàng)圈等。          代碼結(jié)構(gòu)為64位，如表1所示。其中的27至64位可由各個(gè)國(guó)家自行定義。               技術(shù)準(zhǔn)則規(guī)定了應(yīng)答器的數(shù)據(jù)傳輸方法和閱讀器規(guī)范。工作頻率為134.2KHz，數(shù)據(jù)傳輸方式有全雙工和半雙工兩種，閱讀器數(shù)據(jù)以差分雙相代碼表示。應(yīng)答器采用FSK調(diào)制，NRZ編碼。          由于存在較長(zhǎng)的應(yīng)答器充電時(shí)間和工作頻率的限制，通信速率較低。          ISO 10536、ISO 15693和          ISO 14443          ISO 10536標(biāo)準(zhǔn)主要發(fā)展于1992到1995年間，由于這種卡的成本高，與接觸式IC卡相比優(yōu)點(diǎn)很少，因此這種卡從未在市場(chǎng)上銷售。          ISO 14443和ISO 15693標(biāo)準(zhǔn)在1995年開(kāi)始操作，單個(gè)系統(tǒng)于1999年進(jìn)入市場(chǎng)，兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的完成則是在2000年之后。二者皆以13.56MHz交變信號(hào)為載波頻率：ISO15693讀寫距離較遠(yuǎn)，當(dāng)然這也與應(yīng)用系統(tǒng)的天線形狀和發(fā)射功率有關(guān)；而ISO 14443 讀寫距離稍近，但應(yīng)用較廣泛，目前的第二代電子身份證采用的標(biāo)準(zhǔn)是ISO 14443 TYPE B協(xié)議。          ISO14443定義了TYPE A、TYPE B兩種類型協(xié)議。通信速率為106kbits/s，它們的不同主要在于載波的調(diào)制深度及位的編碼方式。          從PCD向PICC傳送信號(hào)時(shí)，TYPE A采用改進(jìn)的Miller編碼方式，調(diào)制深度為100%的ASK信號(hào)；TYPE B則采用NRZ編碼方式，調(diào)制深度為10%的ASK信號(hào)。          從PICC向PCD傳送信號(hào)時(shí)，二者均通過(guò)調(diào)制載波傳送信號(hào),副載波頻率皆為847KHz。TYPE A采用開(kāi)關(guān)鍵控（On-Off keying）的Manchester編碼；TYPE B采用NRZ-L的BPSK編碼。          TYPE B與TYPE A相比，由于調(diào)制深度和編碼方式的不同，具有傳輸能量不中斷、速率更高、抗干擾能力更強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。          ISO 15693標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的載波頻率亦為13.56MHz，VCD和VICC全部都用ASK調(diào)制原理，調(diào)制深度為10%和100%，VICC必須對(duì)兩種調(diào)制深度正確解碼。          從VCD向VICC傳送信號(hào)時(shí)，編碼方式為兩種：“256出1”和“4出1”。二者皆以固定時(shí)間段內(nèi)以位置編碼。這兩種編碼方式的選擇與調(diào)制深度無(wú)關(guān)。當(dāng)“256出1”編碼時(shí)，10%的ASK調(diào)制優(yōu)先在長(zhǎng)距離模式中使用，在這種組合中，與載波信號(hào)的場(chǎng)強(qiáng)相比，調(diào)制波邊帶較低的場(chǎng)強(qiáng)允許充分利用許可的磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)IC卡提供能量。與此相反，閱讀器的“4出1”編碼可和100%的ASK調(diào)制的組合在作用距離變短或在閱讀器的附近被屏蔽時(shí)使用。          從VICC向VCD傳送信號(hào)時(shí)，用負(fù)載調(diào)制副載波。電阻或電容調(diào)制阻抗在副載波頻率的時(shí)鐘中接通和斷開(kāi)。而副載波本身在Manchester編碼數(shù)據(jù)流的時(shí)鐘中進(jìn)行調(diào)制，使用ASK或FSK調(diào)制。調(diào)制方法的選擇是由閱讀器發(fā)送的傳輸協(xié)議中FLAG字節(jié)的標(biāo)記位來(lái)標(biāo)明，因此，VICC總是支持兩種方法：ASK(副載波頻率為424KHz)和FSK(副載波頻率為424/484KHz）。數(shù)據(jù)傳輸速率的選擇同樣由FLAG中的位來(lái)表明，而且必須兩種速率都支持：高速和低速。這兩種速率根據(jù)采用的副載波速率不同而略有不同，采用單副載波時(shí)低速為6.62kbits/s，高速為26.48kbits/s；采用雙副載波時(shí)則分別為6.67kbits/s和26.69kbits/s。          可見(jiàn)，ISO 15693應(yīng)用更加靈活，操作距離又遠(yuǎn)，更重要的是它與ISO 18000-3兼容，了解ISO 15693標(biāo)準(zhǔn)對(duì)將來(lái)了解我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是有助益的，因?yàn)槲覈?guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)肯定會(huì)與ISO 18000大部分兼容。          如果在同一時(shí)間段內(nèi)有多于一個(gè)的VICC或PICC同時(shí)響應(yīng)，則說(shuō)明發(fā)生沖撞。RFID的核心是防沖撞技術(shù)，這也是和接觸式IC卡的主要區(qū)別。ISO 14443-3規(guī)定了TYPE A和TYPE B的防沖撞機(jī)制。二者防沖撞機(jī)制的原理不同:前者是基于位沖撞檢測(cè)協(xié)議，而TYPE B通過(guò)系列命令序列完成防沖撞；ISO 15693 采用輪尋機(jī)制、分時(shí)查詢的方式完成防沖撞機(jī)制，在標(biāo)準(zhǔn)的第三部分有詳細(xì)規(guī)定。          防沖撞機(jī)制使得同時(shí)處于讀寫區(qū)內(nèi)的多張卡的正確操作成為可能，只用算法編程，讀頭即可自動(dòng)選取其中一張卡進(jìn)行讀寫操作。這樣既方便了操作，也提高了操作的速度。          如果與硬件配合，可用一些算法快速實(shí)現(xiàn)多卡識(shí)別，比如TI公司的R6C接口芯片有一個(gè)解碼出錯(cuò)指示引腳，利用它可以快速識(shí)別多卡：當(dāng)沖撞產(chǎn)生時(shí)引腳電平發(fā)生變化，此時(shí)記錄下用來(lái)查詢的低UID位，然后在此低位基礎(chǔ)上增加查詢位數(shù)，直到?jīng)]有沖撞發(fā)生，這樣就可以識(shí)別出所有卡片。          ISO 10374          ISO 10374標(biāo)準(zhǔn)說(shuō)明了基于微波應(yīng)答器的集裝箱自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)。          應(yīng)答器為有源設(shè)備，工作頻率為850MHz～950Mhz及2.4GHz～2.5GHz。只要應(yīng)答器處于此場(chǎng)內(nèi)就會(huì)被活化并采用變形的FSK副載波通過(guò)反向散射調(diào)制做出應(yīng)答。信號(hào)在兩個(gè)副載波頻率40kHz和20kHz之間被調(diào)制。          此標(biāo)準(zhǔn)和ISO 6346共同應(yīng)用于集裝箱的識(shí)別，ISO 6346規(guī)定了光學(xué)識(shí)別，ISO 10374則用微波的方式來(lái)表征光學(xué)識(shí)別的信息。          ISO 18000          ISO 18000是一系列標(biāo)準(zhǔn)。此標(biāo)準(zhǔn)是目前最新的也是最熱門的標(biāo)準(zhǔn)，原因是它可用于商品的供應(yīng)鏈，其中的部分標(biāo)準(zhǔn)也正在形成之中。表2是ISO 18000標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容。               其中ISO 18000-6基本上是整合了一些現(xiàn)有RFID廠商的產(chǎn)品規(guī)格和EAN-UCC所提出的標(biāo)簽架構(gòu)要求而訂出的規(guī)范。它只規(guī)定了空氣接口協(xié)議，對(duì)數(shù)據(jù)內(nèi)容和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)無(wú)限制，因此可用于EPC。          實(shí)際上，若采用ISO 18000-6對(duì)空氣接口的規(guī)定加上EPC系統(tǒng)的編碼結(jié)構(gòu)再加上ONS架構(gòu)，就可以構(gòu)成一個(gè)完整的供應(yīng)鏈標(biāo)準(zhǔn)。          花好還需綠葉扶          應(yīng)用好RFID技術(shù)，除了接口的設(shè)計(jì)，還有天線的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)等，這在以后的實(shí)際應(yīng)用中會(huì)不斷地積累經(jīng)驗(yàn)，不斷地改進(jìn)創(chuàng)新。因?yàn)檫@項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用前景決定了它的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的日臻完善。近年來(lái)，射頻識(shí)別已經(jīng)逐步發(fā)展成為一個(gè)獨(dú)立的跨學(xué)科的專業(yè)領(lǐng)域，這個(gè)領(lǐng)域與其他傳統(tǒng)學(xué)科不同，它將大量來(lái)自完全不同專業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)綜合到一起：如高頻技術(shù)、電磁兼容性、半導(dǎo)體技術(shù)、數(shù)據(jù)保護(hù)和密碼學(xué)、電信、制造技術(shù)和許多專業(yè)領(lǐng)域。所以在這個(gè)領(lǐng)域要做的事很多，要探討的問(wèn)題也很多，但這一切都是值得努力去做的。          小資料2:數(shù)字調(diào)制技術(shù)          數(shù)字調(diào)制是指用數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)制模擬信號(hào)，主要有三種形式：移幅鍵控法ASK、移頻鍵控法FSK、移相鍵控法PSK。          幅度鍵控（ASK）：即按載波的幅度受到數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制而取不同的值，例如對(duì)應(yīng)二進(jìn)制0，載波振幅為0；對(duì)應(yīng)二進(jìn)制1，載波振幅為1。調(diào)幅技術(shù)實(shí)現(xiàn)起來(lái)簡(jiǎn)單，但容易受增益變化的影響，是一種低效的調(diào)制技術(shù)。在電話線路上，通常只能達(dá)到1200bps的速率。               頻移鍵控（FSK）：即按數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的值（0或1）調(diào)制載波的頻率。例如對(duì)應(yīng)二進(jìn)制0的載波頻率為F1，而對(duì)應(yīng)二進(jìn)制1的載波頻率為F2。該技術(shù)抗干擾性能好，但占用帶寬較大。在電話線路上，使用FSK可以實(shí)現(xiàn)全雙工操作，通?？蛇_(dá)到1200bps的速率。               相移鍵控（PSK）：即按數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的值調(diào)制載波相位。例如用180相移表示1，用0相移表示0。這種調(diào)制技術(shù)抗干擾性能最好，且相位的變化也可以作為定時(shí)信息來(lái)同步發(fā)送機(jī)和接收機(jī)的時(shí)鐘，并對(duì)傳輸速率起到加倍的作用。