铁手剑谱

上善若水
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射频识别标签(RFID)(1)

这个系列会陆续编写有关RFID的基础知识和产业及应用分析。

1 介绍

1.1 RFID领域和市场概述

近年来,自动识别系统 (Auto-ID) 在很多服务领域、商务和分销、物流、工业和制造以及材料流等领域变得越老越流行。在这些领域中,自动识别过程提供关于人员、动物、货物、材料和产品等在传输过程中的信息。

普遍使用的条形码标签在很久前出发了一场识别系统的革命,但是现在随着急剧增长的编号数量已经发现越来越不适用了。条形码可以十分便宜,但是其致命缺陷是其低存储容量和不能重新编程的特点。

技术上讲,更好的方案是在硅芯片之上存储数据。我们日常生活中在用的最常见的电子数据设备是接触式IC卡(电话卡,银行卡等)。然是机械接触的IC卡却限制了其适用性。在数据承载设备和阅读器之间的非接触式数据传输可以带来更大的灵活性。在理想情况下,用于操作数据承载设备所需的电力也可以通过非接触方式从阅读器进行传输。因为用于传输数据和电力的方式,非接触ID 系统也称为是RFID系统(射频识别)。

活跃在RFID系统领域中进行开发和销售的公司的数量说明了这是一个应该认真对待的市场。在2000年,RFID系统在美国的销售额大约是9亿美元,并可望在2005年达到26.5亿美元,在2008年达到42亿美元左右。RFID 市场因此成为射频技术领域 (还包括移动电话和无绳电话)增长最快的领域。

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图表 1‑1 RFID的应用市场细分及增长

并且,近年来,非接触识别已经发展成一本独立的交叉学科,它整合了多种完全不同的领域:高频技术和EMC,半导体技术,数据保护和加密,通信,制造科学和其他相关领域的技术。

标准方面,目前RFID尚未形成统一的全球化标准,市场呈现多种标准并存的局面。从全球范围来看,美国已经在RFID标准建立、软硬件技术开发、应用等方 面走在世界前列。欧洲RFID标准追随美国主导的EPC global标准,在封闭系统应用方面与美国基本处于同一阶段。日本提出了UID标准,但支持者主要是本国厂商。韩国政府对RFID给予了高度重视,但至今韩国在RFID标准上仍模糊不清。在我国,科技部、信息产业部正联合14个部委制订《中国RFID发展策略白皮书》,预计2006年上半年可以发布。但 使用频率没有完全开放、产业整体发展水平滞后和实际应用匮乏,仍在很大程度上制约着我国RFID标准的制订与实施。

市场规模方面,截至到2005年底,全世界已经安装了约5000个RFID系统,实际年销售额约9.64亿美元。在零售巨头沃尔玛、麦德龙的推动下, RFID在零售业也取得了一定进展,但整体规模仍十分有限。随着Gen2标准的完善和实施成本的逐渐下降,我们预计,2006年全球RFID产业将取得实 质性突破。2007年,全球RFID将全面启动,进入快速增长阶段,增长率超过50%。这一过程将至少持续到2009年,之后会保持平稳增长态势。在我 国,2005年RFID市场规模达到了16亿元人民币,与2004年同比增长25%。详细情况如下图所示:

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图表 1‑2 2004-2009中国RFID市场规模

应用领域方面,我国RFID主要应用于物流、医疗、货物和危险品追踪管理监控、民航行李和包裹管理、强制性检验产品、证件防伪、不停车收费、电子门票等领域。另外,在汽车防盗物品跟踪等各方面也在不断开拓新的应用。详细分布如下图所示:

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图表 1‑3 中国RFID主要应用领域

从产业链的角度来看,RFID产业链包括:芯片、标签、天线、读写器、中间件、系统集成以及实施咨询等环节。其中RFID芯片全球范围内仍然由飞利浦、西门子、ST、德仪等传统半导体厂商所垄断。荷兰皇家飞利浦电子是该领域的龙头老大,其RFID标签累计出货量已经超过了10亿只。国内的复旦微电子、大唐微电子等半导体厂商虽然也已进军这一领域,但目前仅局限于第二代身份证、智能卡等业务。标签、天线、读写器等环节,总体而言也是Alien、 Intermec、Symbol等国外厂商的天下,国内只有为数不多的几家厂商在进行相关研究。中间件、系统集成方面,IBM、HP、微软、SAP、 Sybase、Sun等国际巨头已经抢占了有利位置,国内像用友之类的ERP企业也开始涉足这一领域,但研发进程和投资力度显然与上述几家国外厂商无法同 日而语。总之,中国RFID目前还没有形成完善的产业链,市场上绝大部分产品都是代理国外的。虽然目前开展RFID业务的企业已经超过了100家,但总体 而言仍受核心技术缺失的困扰,真正具有较强自主研发实力的企业并不多,而且大都集中于低端产品,同质竞争比较严重,拥有政府背景的企业更易占据有利竞争位置。

2006年,中国RFID市场仍会以产业链壮大与市场培育为主。标准的出台会对中国RFID产业产生积极的促进,预计会有越来越多的企业加入到这个行 业的竞争中,但只有像深圳远望谷、实华开这样有深厚背景和技术积累的企业才具有利用本地化优势与国外厂商一决高下的实力。不过,中国未来巨大的潜在市场规 模,无疑为国内各类RFID厂商提供了广阔的生存空间。

1.2 自动识别系统(Automatic Identification Systems)

图表 1‑4 主要的自动识别技术

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1.2.1 条形码系统

条形码系统(Bar Code System)在过去20年历牢牢的统治着识别系统领域。 据专家估计,在上世界90年代早期,条形码系统在西欧的总容量曾达到30亿德国马克。

条形码是由平行排列的线条和间隔所组成的二进制编码。它们根据预定的模式进行排列并且表达相应记号系统的数据项。宽窄不同的线条和间隔的排列次序可以解释成数字或者字母。它可以进行光学扫描阅读,即根据黑色线条和白色间隔对激光的不同反射来识别。但是尽管其物理原理相似,目前在用的大约有10数种不同的编码和布局方案。

最流行的条形码方案是EAN 编码 (欧洲物品编码),它在1976年设计,本来针对杂货店。EAN 编码是美国UPC (通用产品编码)的发展。今天, UPC表达为EAN 编码的子集,并且可以兼容之。

EAN 编码由13位数字组成:国家标识符,公司标识符,制造商的物品标识符和校验位。如图3:

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图表 1‑5 EAN编码的条形码实例

除了EAN 之外,下列条形码在各种领域也很流行:

n Code Codabar: 医学和临床应用,以及高安全需求的领域

n Code 2/5 interleaved: 自动化工业,货物存储,货盘,集装箱和重工业。

n Code 39: 流程工业,物流,大学和图书馆。

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图表 1‑6 ISBN统一书号代码

由于一维条码的信息容量很小,如商品上的条码仅能容纳几位或者几十位阿拉伯数字或字母,商品的详细描述只能依赖数据库提供,离开了预先建立的数据库,一维条码的使用就受到了局限。基于这个原因,人们迫切希望发明一种新的码制,除具备一维条码的优点外,同时还有信息容量大、可靠性高、保密防伪性强等优点。为了满足人们的这种需求,美国Symbol公司经过几年的努力,于1991年正式推出名为PDF417的二维条码,简称为PDF417条码(见下图1),即 “便携式数据文件”。

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图表 1‑7 二维条码PDF417

PDF417条码是一种高密度、高信息含量的便携式数据文件,是实现证件及卡片等大容量、高可靠性信息自动存储、携带并可用机器自动识读的理想手段。PDF417条码具有如下特点:

n 信息容量大

根据不同的条空比例每平方英寸可以容纳2501100个字符。在国际标准的证卡有效面积上(相当于信用卡面积的2/3,约为76mm*25mm), PDF417条码可以容纳1848个字母字符或2729个数字字符,约500个汉字信息。这种二维条码比普通条码信息容量高几十倍。

n 编码范围广

PDF417条码可以将照片、指纹、掌纹、签字、声音、文字等凡可数字化的信息进行编码。

n 保密、防伪性能较好

PDF417条码具有多重防伪特性,它可以采用密码防伪、软件加密及利用所包含的信息如指纹、照片等进行防伪,因此具有极强的保密防伪性能。

n 译码可靠性高

普通条码的译码错误率约为百万分之二左右,而PDF417条码的误码率不超过千万分之一,译码可靠性极高。

n 修正错误能力强

PDF417条码采用了世界上最先进的数学纠错理论,如果破损面积不超过50%,条码由于沾污、破损等所丢失的信息,可以照常破译出丢失的信息。

n 容易制作且成本低

利用现有的点阵、激光、喷墨、热敏/热转印、制卡机等打印技术,即可在纸张、卡片、PVC、甚至金属表面上印出PDF417二维条码。由此所增加的费用仅是油墨的成本,因此人们又称PDF417是“零成本”技术。

n 条码符号的形状可变

同样的信息量,PDF417条码的形状可以根据载体面积及美工设计等进行自我调整。

在我国,中国物品编码中心介绍了二维条码国家标准《四一七条码》,即GB/T17172-1997。

1.2.2 光学字符识别

光学字符识别Optical character recognition (OCR)最早在上世纪60年代开始应用。人们开发了一些特殊的字体,以便能够使人和机器都能够阅读。OCR 系统最大的优点是信息的高密度性以及在紧急情况下人可以介入进行可视阅读。

今天, OCR已经被用在生产,服务和管理领域,并且在银行用作支票的注册。

但是, OCR系统没有成为通用手段的原因是其高昂的价格和与其他识别方式相比更加复杂的阅读器。

1.2.3 生物特征识别

生物特征识别(Biometrics 是基于人类人体自身所带的某种身体或者行为特征进行模版化后对个体进行识别。因此,该方式具有其他方式所不具备的特征,即识别特征是天然的不可重复的(理论上)。对于方式来说,主要有指纹、掌纹、声音、语音、虹膜、视网膜、步态、面容等等。其中指纹方式是最流行和普遍的。

关于生物特征识别的详细内容,请参见公司编写的《生物特征识别系统》和《生物特征识别和信息安全》两篇白皮书。

1.2.4 智能卡

智能卡(smart card是一个数据存储系统,也可以提供附加的计算能力,并且对数据存储提供内置的防篡改支持第一个智能卡是1984年发行的预付费电话卡。智能卡被放入阅读器中,这样,就与只能卡的触角之间形成了电流通路。阅读器向智能卡提供电源和和时钟脉冲。两者之间的数据传输使用双向串行接口的(I/O port)的方式。基于内部功能的不同,智能卡的基本类型分为两种:内存卡和处理器卡。

智能卡的一个主要优势是存储在其上的数据可以防止非授权的访问和修改。因此,智能卡克易失得与这些信息相关的服务完成简单、便宜和安全的服务事务。因此在安全访问,认证、金融和电信领域使之成为微电子领域增站最快的一块。

1.2.5 RFID系统

RFID 和上述的智能卡系统非常紧密相关。和智能卡类似,数据被存储在一个电子数据承载设备——收发器(transponder)之上。但是,和智能卡不同,数据承载设备和阅读器之间的电源供应和数据传输不是基于接触的电流方式,而是基于磁场或电磁场的方式。其基本的依赖技术包括射频和雷达工程技术。RFID 的缩写代表radio frequency identification,即是说,信息是通过无线电波承载的。因为RFID 系统和其他识别系统相比有很多优点,RFID 系统开始大规模的占领市场。一个主要的应用领域就是非接触式智能卡在短程公共交通中的应用。

1.3 不同识别系统的比较

上述各种不同的识别系统之间的比较如表 1.1)所示。并且在接触式智能卡和RFID 系统之间有着紧密地联系。从某一方面说,后者弥补了前者的几乎所有缺点。

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图表 1‑8 不同识别技术的比较

posted on 2007-08-07 12:51 铁手 阅读(1997) 评论(2)  编辑  收藏 所属分类: 安全RFID

评论

# re: 射频识别标签(RFID )(1) 2007-08-07 13:07 left

路过!

有回看电视,是某动物养殖基地,啥动物忘记了,好像很珍贵,种源又稀少,只好近亲配种。

基地科技人员厉害, 动物都打了rfid标签,有效控制了近亲生育,哈哈。
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# re: 射频识别标签(RFID )(1) 2007-08-07 20:27 交口称赞

相当看好rfid
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