被动标签必须在某个地方有无线电发射器来对其进行供电，而它自己则必须有接收这些发射的接收器。甚至就连主动标签一般还是需要与连接到网络的某种形式的发射器连络。在 RFID 领域中，这一发射器/ 网络端点通常被称为阅读器（Reader）。阅读器通常位于一个 RFID 系统的标签和事件过滤器之间。知道如何与标签通信，如何从读取动作中创建底层事件，以及如何发送这些事件给一个事件过滤器，这就是阅读器的职责。

我们可以从二个视角来描述阅读器。首先是阅读器的物理组件: 你可以在电路板上找到的东西。其次则是阅读器的逻辑部份。

我们还会继续说明RFID 打印机和用具。

5.1 RFID阅读器的物理组件

|因为阅读器与标签使用射频进行通信，所以任何 RFID 都必须有一个或多个天线。并且因为阅读器必须要与某些其他的设备或者服务器通信，所以它必须有某种类型的网络接口。通常的网络接口的例子为 10 BaseT 或 100 BaseT 以太网接口，或者 RS 232 或 RS 485 串行接口。一些阅读器甚至有 Bluetooth 或无线以太网接口。最后，为了实现通信协议和控制发射器，每个阅读器必须有微控制器或者微型处理器。下图展示了RFID 阅读器的实际成份。

图表 5‑1 READER的物理组件

5.1.1 天线子系统

虽然天线自己在概念上很简单，但是工程师一直在努力使其能够在低能量的情况下获得更好的接收性能，以及使天线工作在一些特殊的环境中。一些阅读器只有一个或者二个天线，并且和阅读器自己封装在一起；其他一些阅读器则可能在远程位置安装许多外接天线。阅读器所能控制的天线的数量的主要限制在于连接阅读器的发射器和接收器与天线之间的电缆的信号损失。 大多数安装都把天线安装在离阅读器2米左右的距离，当然更远些也是可以的。

一些阅读器使用一个天线来传输和另一个用来接收。在这种配置结构中，标签针对阅读器的场的运动方向特别重要。如果发射天线位于接收天线的“靠前些”，接收天线将会花更长的时间来接收来自标签的信号。如果天线布置与此相反，标签将会花更少的事件来激励，并且位于接收天线的范围之内。下图表示了两个具有标签的包装盒在一条传送带上依次经过第一个传输 (TX) 天线和一个接收 (RX) 天线。

箭头指出了传送带上的运动方向。当它经过 TX 天线的时候，每个盒子上的标签便被激励，然后它们开始广播响应。因为RX要稍微远离传送带一些，因此RX 天线将要比其应该的时间更长些来接收到响应，如果二个天线颠倒，则意谓有标签将会有更多的被读取的机会。

图表 5‑2 接收和发射天线的最佳布置

5.1.2 控制器

控制一个阅读器的计算装置的复杂程度可能从单芯片的处理器到能够运行网络操作系统和允许存储大量数据在硬盘上的完整的微型计算机。前者可以嵌入到一些移动设备之中。控制器负责控制阅读器一端的标签协议，以及构成一个事件的标签读取信息何时被传送到网络中。阅读器控制器也负责管理阅读器协议中的阅读器一侧的相关处理。

5.1.3 网络接口

如果阅读器不告诉任何人相关的事件信息，读取标签并且识别事件并没有多少用处。阅读器通过多种网络接口与其他装置进行通信。过去，大多数的 RFID 阅读器都具有串行接口RS 232 或 RS 422(点对点，双绞线) 或 RS 485 (可寻址的，双绞线)。最近，越来越多的阅读器支持Ethernet，甚至有些已经开始支持内建的无线以太网络， Bluetooth 和ZigBee 了。

图表 5‑3 Symbol的X480阅读器，具有以太网、USB以及串行接口。左边是天线接口

5.2 RFID Reader的逻辑组件

在 RFID 阅读器的控制器中，我们可以想像有四个处理不同职责的单独的子系统。下图就展示了阅读器的逻辑组件图，供参考。

图表 5‑4 READER的逻辑组件

5.2.1 Reader API

每个阅读器都会呈现一个允许其他应用来请求标签数据、监控阅读器状态或者控制诸如电源水平和当前之建设定之类的应用编程接口。这个组件最关心的是创建发送到RFID中间件的消息以及解析来自于RFID中间件的消息。API可以是同步的，也可以是非同步的。

5.2.2 通信

通信子系统主要处理阅读器可以用来与中间件通信的传输协议之上的通信细节。这也是具体实现诸如Bluetooth、Ethernet、或者专用鞋以来传输组成API的消息的组件。

5.2.3 事件管理器

当一个阅读器感知到一个标签的时候，我们称其为一个“发现”。一个不同于先前发现的另一次发现被称为一个“事件”。将这些事件进行清理称为是“事件过滤”。事件管理子系统就是定义什么类型的发现被视为事件，而哪些事件被认为足够有意义而必须立即报告到在网络上的外部应用。随着阅读器越来越智能，它们将会能够在这一级应用更复杂的处理，以减少网络流量。

5.2.4 天线子系统

天线子系统由使 RFID 阅读器能够质询 RFID 标签且控制实际的天线的接口和逻辑所组成。 这些组件要实现标签协议中的一些部分，并且与阅读器中的某些电路一起实现与标签的空中接口协议。

5.3 RFID 打印机、编码器和其他工具

大多数常用的应用场合都使用智能标签（Label）。我们前面说过，智能标签就是在纸质标签的夹层中插入RFID 电子标签。这个种标签的主要好处是，对于用户，除了编码RFID 标签的身份之外，还能在纸张标签上面打印条形码和/或人可读的本文。

RFID 打印机就是能够打印可读信息同时也能够编码RFID标签的设备。记住，一个阅读器也能够 “写”一个可写的标签，因此一个 RFID 阅读器和一台 RFID 打印机之间的主要不同与对编码标签的能力无关；不同之处在于后者同时还是一台激光或者喷墨打印机。

对于小规模的应用，一个操作员可以手动应用智能标签，但是大规模的应用需要所谓的“打印-使用”的自动装置。这些特殊的装置包含一个RFID 阅读器，一台打印机，以及一个能够将标签自动粘贴到经过的物品( 通常是盒子)的自动化系统。 方法可能是使用一种空气臂将打印和编码好的标签粘贴到盒子上。因为编码标签可能会失败必须被丢弃然后重新更换，因此这些装置通常都会成对或者更多地在一起安装。目前，一般这样的设备或者系统可以在一分钟编码和粘贴30 到 60个标签。然而，在第2代（Gen2）标签开始使用的时候，这个速度可成倍上升。

图表 5‑5 PRINT-AND-APPLY 设备的部件

图表 5‑6 Zebra公司的RFID标签打印机

5.3.1 Reader

RFID 即打即贴设备的厂商几乎都不是RFID Reader的厂商，因此一般来说，它们都会和通常的Reader场上进行合作。即打即贴设备通常将Reader API封装到自己的API中，然后提供一种方式来访问Reader API。

5.3.2 打印机

虽然即打即贴 RFID 设备上的打印机与其他条形码打印机并无什么本质不同，但和办公室用的打印机相比还是不同的。这些打印机通常都是用成卷的标签，以便能够打印一个面，然后将另一面用作粘贴之用。所有的这些打印机都能够按照描述适当的标签布局的型板来打印标签。 比如，某个模板会让整个两英寸宽的条形码占据标签的下部，而顶部则打印一个公司标记。它也可能设定人可读的零配件号码，序列号和公司名字字段的位置。

5.3.3 校验器

即打即用设备通常包含一个RFID验证步骤和一个条形码验证步骤。 典型地， RFID 校验是通过编码该标签的同一个Reader进行，而条形码校验则是通过打印机旁边的光学扫描器运行。

5.3.4 粘贴工具

这类设备一般使用某种方式将打印和编码好的，并且经过较严的标签粘贴到被标记的物品之上。但过程中需要注意静电防护的问题。

5.4 Reader的类型

阅读器，像标签一样，也有不同的方式，并且没有一个Reader能够适合和满足所有的场合。Reader可能具有许多不同的形状和大小，支持不同的协议，并且通常必须遵照管制的要求，即意谓着一个特定的Reader可能是用于某个地区，而不适合于另一个地区。

5.4.1 形状和尺寸

Readers 的大小从一个英寸到一台老式台式计算机那么大都有。Reader也可以嵌入到一些手持设备甚至移动电话之中。它们也可以被固定到一个防爆机架上（固定式）。通过与天线布置的设计和安排方案，可以形成不同的Reader系统。

5.4.2 标准和协议

Reader通常遵循与他们所读取的标签相同的标准和规范。但是有些reader支持不止一种协议。有些则只针对专门厂商的标签。

5.4.3 区域差别

每个地区都有不同的无线电管制规定，包括发射功率、频率范围等等。比如， EPC UHF reader在美国是阅读915 MHz 的标签，在欧洲则是869 MHz 。因此，必须仔细了解该地区的频率管制的详细规定，以选择或者配置可用的Reader。

5.5 阅读器、天线和阅读器系统

阅读器和天线必须被安装好之后才能使用。因为通过RFID，我们试图感应现实物理世纪的特质，特定物品在物理世界中的出现或者缺席全在于安装的实际情况。因为这一个原因，每个感应器的安装是不同的。可能的变化是无穷的，但是讨论RFID 的一些原型应用则能帮助你理解各种安装情形。这些种类可能包括门户系统，隧道，手持式，堆高机阅读器和智能货架。

5.5.1 门闸

这里，词语“Portal”意味着门口或者入口，而 RFID 门闸则是天线的一种安排方式。通过这种设计，阅读器能够识别通过（进入或者离开）一个门闸的被标记的物品。这是仓库的一种通常的装备，一般安装在物品进入或者离开的装卸台的地方。它也用来识别物品在一个工厂的不同区域之间的移动。门闸系统也可以是能够移动的装置；在这种应用环境下，阅读器和天线被内置到一个具有轮子的框架上，可以被推着沿轨道或者通道移动。这一般用作装卸识别，或者材料跟踪。下图是一个典型的门闸系统。

图表 5‑7 RFID PORTAL

5.5.2 隧道

隧道是一个包围型的装置，通常围着一条传送带，天线 ( 有时甚至阅读器)都可能被安装在其中。隧道类似于小型的门闸，但其好处是能够形成RF的屏蔽效应，不至于干扰附近的阅读器和天线的运作。这可以用在集配线或者包装传送带上，阅读器识别每个通过该隧道的被标识物品。下图是一个传送装置上的典型隧道示意。

图表 5‑8 TUNNEL

5.5.3 手持设备

整合了天线、控制器和通信组件的手持式阅读器能够允许操作员以方便与被标识物品的场合或者位置对其进行扫描识别。手持式 RFID 阅读器的使用与手持式条形码阅读器的使用非常相似的。并不令人惊讶，大部份这些 RFID 手持式阅读器的厂商同时也生产条形码扫描器。它们可能通过无线以太网络、射频调制解调器沟通与网络进行沟通。实际上大多数手持设备，是一个具有足够处理能力的计算机。下图是Symbol提供的一个手持式阅读设备。

图表 5‑9  带阅读器的手持设备

5.5.4 叉车阅读器

叉车（堆高机）也可以携带 RFID 阅读器，就象一个携带一个手持式阅读器的相同情形。叉车制造商开始提供 RFID 阅读器作为他们产品的可选择部件，正如他们过去已经提供的条形码阅读器或者操作员终端什么的。在叉车上添加这种阅读器设备的缺点是可靠性，以及在此类设备上加装阅读器的管制。下图 展示了一个叉车如何加装一个阅读器。

图表 5‑10 带阅读器的叉车示意图

4.3 Transponder中的信息处理

如果我们根据transponder 提供的信息和数据处理范围，以及数据内存的大小对RFID 系统进行分类，则又可以的得到另一个分类体系。这种方式的端点分别称为低端和高端系统。

图表 4‑12 RFID 系统分为中端、低端和高端系统

4.3.1 低端系统（Low-end system）

EAS 系统(Electronic Article Surveillance systems) 使用了最低端的low-end 系统。这些系统仅仅使用最简单的物理效应通过检测单元的reader来检查transponder 的可能出现。

带芯片的只读transponder 也归入低端系统。这些transponder都常具有一个永久编码的表示多个字节组成的唯一序列号的数据。如果一个只读transponder被放入一个reader的HF 场中， transponder 就会连续的广播其自身的序列号。对reader 来说是不能够寻址只读transponder的 — 这里只有从transponder 到reader的单向数据流。在实际运行的只读系统中，也有必要确保仅有一个transponder 处在reader的质询区，否则如果有多个transponders 同时发射其数据，将造成冲突。reader 将不能够监测到transponder。尽管有此限制，只读transponders 非常适合于那些只需要读取一个唯一编号的应用场合。因为只读transponder的功能简单，芯片面积可以最小化，因此可以达到低功耗和低成本。

只读系统可以运行于所有适用于RFID系统的频率。由于芯片的低功耗有效范围通常可以达到很远的距离。

只读系统通常可以用于之需要很少的数据读取或者替代条形码系统的场合。例如，生产流程的控制，货盘的标识，容器和气瓶的标识(ISO 18000)，以及动物的标识 (ISO 11785)。

4.3.2 中端系统

中端系统是各种具有科协数据存储体的系统，这意味着这个区域具有最多的变体。内存容量从几bytes 到超过100 Kbyte 的EEPROM (被动transponder) 或 SRAM (主动transponder)。这些transponder能够处理简单的reader 命令来在永久编码的状态机中有选择的读取或者写入数据。通常， transponders 也支持防冲突手段（anticollision procedure），以便 多个位于reader质询区的transponders 可以同时存在而不会干扰对方，并且reader也可以对他们进行有选择的寻址。

密码学过程，比如transponder 和reader之间的认证，以及数据流加密也常用在这些系统中。这些系统也通常可以工作在所有RFID 频段。

4.3.3 高端系统

高端系统（high-end system）由具有微处理器和职能卡操作系统的系统组成。微处理器的使用使得这些系统可以采用比固化的状态机的复杂逻辑更加高级的加密和认证算法。这个领域之高端的就是现代双接口智能卡（dual interface smart cards ），它还具有一个专门用作安全的密码学协处理器。协处理器的使用减少了大量的计算时间，使得其可以使用在对数据传输加密具有高安全要求的场合，比如电子钱包，公交票务等。

高端系统几乎都运行在13.56 MHz频率。transponder 和reader之间的数据传输描述在ISO 14443。

4.4 RFID 系统的选择原则

近年来RFID的应用高潮迭现，从公交卡中的非接触式IC卡的大规模使用到零售系统使用的低端系统和物流系统中使用的终端系统。并且各种可能的应用领域还在不断的开发。

市场上有各种不同的RFID 系统。各种不同的系统，其技术参数可能根据不同的应用需要进行优化。但是这些应用领域的技术要求会出现交叠，这样选择适合的系统并不是一件简单的事情。但是根据不同的应用要求，需要考虑的4个主要因素和要求就是：

•  运行频率
•  内存容量
•  有效范围，和
•  安全性。

4 标签

4.1 Transponder 的构成

4.1.1 Disk和coin

最常见的构成形式称为是disk (coin), 即transponder位于一个圆形的ABS注塑的腔中，至今从几毫米到10 cm 左右。中间通常有一个紧固螺钉孔。材料上除了ABS注塑之外，还包括polystyrol 或者环氧树脂等已达到更大的温度适应范围。

图表 4‑1 盘状transponder的不同构造。

4.1.2 玻璃腔体

玻璃transponders 可用于将其植入动物皮下一边进行识别和定位等。

图表 4‑2 玻璃体glass 的transponder，用于动物识别等。

长度大约为12-32 mm 的玻璃管包含一个安装在PCB载体上的微芯片和一个平滑电源电流的芯片电容。而transponder 则围绕在一个铁酸盐芯棒之上，厚度大约为0.03 mm 。这些内部足见嵌在一个软的粘合剂上以达到较强的机械稳定性。

图表 4‑3 玻璃体transponder 的结构

4.1.3 塑料腔体

塑料包装主要用于那些特别需要高度机械需要的场合。这种容器可以很容易的集成到其他产品中，比如 汽车防盗系统的车钥匙之中。 (图3-5)

图表 4‑4 塑料封装的Transponder

4.1.4 工具和气瓶标识

对于安装到金属表面的transponder 需要特殊构造。transponder coil 被绕在一个铁酸盐芯棒之上。transponder 芯片则安装在芯棒的反面并和transponder coil相接处。

为了取得充足的机械强度，抗震动和耐热性， transponder 芯片和芯棒都要使用环氧树脂铸入一个PPS 外壳中。用于工具的transponder 的外部尺寸和装配面积由ISO 69873 进行标准化。而用于气瓶的transponder 则需要不同的设计。展示了一个安装在金属表面的transponder 的机械轮廓。

图表 4‑5 采用ISO 69873标准格式的Transponder，用于工业自动化场合。

图表 4‑6 安装与金属表面的Transponder的机械轮廓图

4.1.5 钥匙

Transponder 也可以集成到车辆防盗或者高安全门禁所需的机械钥匙之中。它们通常基于塑料封装的transponder并注入一个钥匙体中。

钥匙化的transponder设计被证明是一种门禁和物理安全访问的流行做法。

图表 4‑7 钥匙状的RFID访问控制系统

4.1.6 ID-1 格式, 非接触式智能卡

ID-1 格式在信用卡和电话卡中最为常见 (85.72 mm x 54.03 mm x 0.76 mm ± tolerances)，也逐渐成为RFID系统中的非接触智能卡的常见形式。(Figure 2.11)。这种格式的主要优点是比较大的线圈区域，这样也增大了智能卡的适用范围。

图表 4‑8 非接触IC卡的轮廓

非接触智能卡在transponder 上叠片覆盖了四层PVC膜。每一层膜都使用100°C度以上的高温和高压进行烘烤以产生永久的结合。ID-1 格式的非接触智能卡还适合于进行广告传播和艺术装饰。

但是并不总是一定能够保证ISO 7810中为ID-1卡所规定的0.8 mm 的厚度。特殊需要的微波transponders 就要求更厚一些的设计，因为这种设计通常将transponder 插入两个PVC 外壳之中或者使用ABS注塑的方式进行封装。

图表 4‑9 塑料封套内的微波transponder

4.1.7 智能标签

术语smart label 指的是象纸张一张薄的transponder 格式。在这种格式的transponder中， transponder coil 被用于使用丝网印刷或者蚀刻的仅0.1 mm 厚的塑料薄膜上。这样 foil通常被层压在纸张上并且表面涂上一层粘合剂。transponders 通常以卷状的不干胶的形式提供，以便可以适用于行李、包裹或者其他货物的形式。(Figures 2.14, 2.15)。因为不干胶标签可以很容易的重印，因此还可以很简单的将所存储的数据和标签表面的条形码项联系。

图表 4‑10 智能标签（Smart Label）

4.1.9 芯片上线圈

前面所述的构成格式中， transponder都是由一个充当天线的transponder coil 和一个transponder 芯片所组成。而transponder coil 则通过常规的方式绑定到transponder chip。

图表 4‑11 一种由安装在很薄的塑料薄片上的transponder线圈和transponder 芯片构成的智能标签

4.1.10 其他形式

除了这些主要的设计，还存在一些应用特定的设计形式。比如用作比赛计时的“比赛信鸽transponder”。Transponder 还可以根据客户的需要进行定制。最好的形式可能是玻璃或者PP transponder。

4.2 频率，范围和耦合

RFID 系统的最重要的区分准则就是reader的工作频率，物理的耦合方法和系统范围。RFID 系统工作与很宽的不同的频段，从135 kHz 的长波到5.8 GHz 的微波。并使用电、磁以及电磁场作为物理耦合方法。最后，有效范围则从几mm到15 m。

对于很小的有效范围，通常小于1 cm的RFID系统，一般称为紧密耦合系统。为了运行， transponder 必须要插入reader 中或者接触其表面。紧密耦合系统一般使用电和磁场进行耦合，理论上可以工作于任何需要的频段，从DC 到30 MHz，因为transponder 的工作不依赖于场的辐射。紧密耦合可以得到充足的电源供应，所以即使微波和没有经过功耗优化的微处理器也可以工作。紧密耦合系统主要用于那些有严格安全需求，但是不需要太大范围的场合。比如电子门禁系统和非接触智能卡支付系统。紧密耦合系统采用ID-1 格式的非接触智能卡体系(ISO 10536)。但是，在市场中，其重要性正逐渐降低。

系统读写范围达到1 m 的RFID系统称为是远耦合系统。几乎所有远耦合系统都是基于磁感应耦合方式。 这些系统也被称为是inductive radio systems。 另外也有一些远耦合系统采用的是电容耦合方式。如今销售的RFID中至少90% 的是感应耦合系统。因此，市场中也有非常多种的这种系统存在。因此，也有一系列标准来规定用于各种应用的transponder 和reader 的技术参数，比如非接触smart card, 动物识别和工业自动化领域。它们还包括接近耦合（proximity coupling ）(ISO 14443, contactless smart card) 和邻近耦合 （vicinity coupling system） (ISO 15693, smart label 和 contactless smart cards)。大多使用低于 135 kHz 或者 13.56 MHz 的频率作为发射频率。一些特殊的应用 (如 Eurobalise) 也运行在27.125 MHz上。

有效范围远大于1m的RFID系统称为远距离系统（long-range system）。所有远距离系统都在UHF 和 微波波段使用电磁波。绝大多数这种系统由于其物理原理都使用后向散射系统。也有一些在微波波段使用表面声波transponders 。所有这些系统都工作在UHF 频段的 868 MHz (Europe) 和915 MHz (USA) 以及微波频段2.5 GHz 和5.8 GHz。通常3 m 的范围可以使用被动（无电池）的后向散射式（backscatter） transponder达到，而15 m 或者更大的范围则可以使用主动(内置电池)的后向散射式transponder达到。但是，主动transponder的电池并不用来作为在transponder和reader之间的数据传输提供电力，而是为微芯片和所存储的数据的保持提供电源。至于两者之间的数据传输所需的电力则主要是由从reader 接受的电磁场的能源提供。

3.4 RFID系统的基本分类

RFID 系统存在着无数的变体，也存在许多开发和制造商。如果想要对RFID系统有一个整体的了解，必须首先知道如何区分这些不同类型的RFID 系统。

图3.1是一个RFID体系分类的示意图。

图表 3‑4 各种不同的RFID系统

RFID系统的运行基于两种模式：全双工(FDX)/半双工(HDX)模式和顺序模式 (SEQ)。

在全双工和半双工模式下，收发器的响应在阅读器的RF域打开的时候是按广播方式运作的。因为从收发器到阅读器天线的信号和阅读器自身信号相比是非常微弱的，所以必须采取适当的传输方式来将收发器的信号和来自于其他阅读器的信号相区分。实践中，从收发器到阅读器的数据传输采用负载调制（load modulation）的方式，它使用副载波，以及阅读器传输频率的分谐波。

对此对应，顺序方式使用在阅读器RF域按规则的间隔关闭的场合。这个间隔将被收发器识别，然后被用来从收发器向阅读器传输数据。这种方式的缺点是，如果传输终端则收发器将失去电力，所以必不采取其他备用供电方式或者电池以保证收发器的供电的平滑性。

RFID 收发器的数据容量通常从数byte 到数K byte。所以1-bit 收发器则是这种规则的例外。实际只有1-bit的数据量已经足够用来向阅读器标识两种状态了: 即“收发器在域中”或者“收发器不在域中”。当然，这对于满足简单的监控或者信号发送功能已经足够。因为1-bit transponder 不需要电子芯片，这些transponders 便可以非常便宜的制造，甚至几分之一美分的价格。基于此原因，所以在Electronic Article Surveillance (EAS)系统中使用了大规模的1-bit transponder以保护货物在商店和交易中的状况。 如果某人试图将为付款的商品带离商店，那么装载出口的阅读器将识别到'transponder in the field'的状态，并采取必要的反应。而在正常收费后，1-bit transponder 将被去除或者予以禁止。

能否将数据写到transponder 中向我们提供了另一种分类RFID 系统的方式。在简单系统中， transponder的数据记录通常是简单的序列编码，并且可以是在芯片制造时写入的，而且在随后不能修改。用来存储数据的主要的方式是：在感应耦合的RFID 系统中，EEPROM占了统治地位。但是其缺点是在写操作时功耗很高，以及有限的写入周期寿命限制 (通常是100 000 到1 000 000)。FRAM最近也被用在隔离的场所。FRAM的读取功耗是EEPROM的100 分之1，而写入功耗则比后者低1000 倍。但是其制造比较困难，因此限制了市场的广泛使用。

特别是在微波系统中，则普遍使用 SRAM来作为数据存储媒介。其优点是极快的数据读写速度，而缺点则是必须要使用辅助电力供应以便保持数据的持久性。

在可编程系统中，对存储器的读写访问和其他读写授权必须由数据载体的内部逻辑进行控制。在最简单的场合中，这些功能可以通过状态机来实现。状态机也可以是下复杂的逻辑顺序。但是状态机方式则不够灵活，因为以编程状态的变更必须要随之进行芯片电路的变更。实际应用中将导致芯片重新布局，并产生额外的费用。

微处理器的使用可以改善这种状况。在处理器制造时，将使用掩模的方式采用一个操作系统来管理数据。因此变更可以更加便宜的实现，并且软件可以重新编程以适应不同的应用。

对于非接触式智能卡来说，使用状态机的数据载体一般存储卡（memory card），而与之对应的则是处理器卡（processor card）。

这里还应该提及那些使用物理效应来存储数据的transponder。包括只读表面声波transponder 和通常可以禁止（设置为0）但是不能重新激活（设置为1）的1-bit transponder。

RFID 系统的一个重要特征是transponder的供电。被动transponder 自身没有电源，因此操作被动 transponder 所需的所有电力必须来自于reader的电/磁场。相反，主动transponders 自己有辅助供电措施，如电池，可提供其自身运行所需的部分或者全部电力。

RFID 系统的主要特征之一是系统的运行频率和有效范围。RFID 系统的运行频率是reader 所发射的频率。而transponder 的发射频率则不重要。在大多数情况下，它和reader的发射频率是相等。但是， transponder的发射功率通常设置为比reader的发射功率还要低10的几次方。

将不同的发射频率分为3个主要频段：LF (低频, 30–300 kHz), HF (高频)/RF 射频 (3–30 MHz) 和UHF (甚高频, 300 MHz–3 GHz)/微波(>3 GHz)。 根据有效范围的进一步区分还可以将RFID 系统区分为紧密耦合(0–1 cm), 远耦合(0–1 m), 和长距离耦合(>1 m) 系统。

从transponder 发送数据到reader的方式可分为3类：

•  使用反射或反向散射(即对应于reader发射频率的反射波的频率→ 频率比1:1)
•  load modulation (reader的场受到transponder的影响 → 频率比 1:1),
•  在transponder中使用分谐波(1/n fold) 和谐波的产生(n-fold) 。

将标签附加到被标识的物品有多种方法。通常手工方式是最明显和最有效的方法。在条形码的使用场合，经常使用一种打印机来打印好标签然后通过某种方式在物品通过装配线上的某点的时候粘贴到物品上，对于Smart Label类型的RFID标签，也有类似的方式。这些Smart Label类型的设备同时编码RFID标签和在纸张上打印条形码以及人可读的其它标记。

•  采用何种方式来附加标签到物品考虑的因素包括：
•  使用自动化设备和系统的成本；
•  成卷的Smart Label可能存在的有缺陷的标签；
•  附加过程中可能因为敏感性会损坏标签；

另外，对于不同的形状、尺寸和本身特性的物体，标签的位置和附加方式需要考虑的问题和原则不尽相同，才能得到最大的可靠性和可读取性。详细信息参见DoD的标签附加注意事项。

3.2.2.1 跟踪物品的移动

附加了标签的物品被运输时，对于发送放和接受方来说都是有益的，因为他们都可以跟踪该物品的移动。对于整个业务流程来说，参与供应链的各方都应该能够跟踪其移动，或者共享相关的跟踪信息。以使得任何业务都能够对整个供应链得到一个实时的“数据快照”，从而驱动更加有效的业务流程处理。

对被标签物品的跟踪是通过该物品出现在各种关键控制点而得到的数据，这些控制点可能根据：

•  天线
•  阅读器
•  边缘服务器
• 中间件服务器

等进行联合的多层次的位置和领域标识。

3.2.2.2 在业务应用中使用RFID数据

在写入的时候，RFID系统所作的大部分工作主要集中在标签和阅读器的物理部分。因此确保选择正确的标签、阅读器和天线，并且对其进行正确的配置和设置以达到要求的读取率是非常重要的。但是，只有在将RFID各组件的跟踪信息集成到你的业务应用系统之中才能意识到RFID技术的真正好处。很有可能，使用RFID信息需要将其集成到你的现有业务应用之中，或者还需要对其进行某些修改。将RFID信息与企业业务系统进行集成与集成其它数据源没什么不同。因此，企业集成所需的架构方法、技术和产品也可以用在RFID信息的集成场合。

3.2.2.3 在B2B应用间共享RFID数据

一旦公司在内部集成了RFID数据，并且使其业务过程利用这些数据，便会逐渐发现RFID数据在逻辑上可以促进业务数据的共享从而改善B2B的业务集成。比如在使用了RFID技术的药品行业。某个药剂师甚至可以将某个配置了RFID标签的药品包装靠近RFID阅读器终端，就可以马上获得有关该药物的信息，比如政府药品管理部门的警告或其它用药信息。药房的POS系统可以根据该标签代码请求由药品供应商或者政府卫生管理部门提供的Web Services服务。药品公司也可以或者跟踪其所生产的具体每一件产品的信息，包括分销、运输以及使用等等。

所有这些应用情形都假定这些相关的各个公司会共享其信息。当然，驱动这样的B2B具有“一次性”的解决方案，但是长期来说，这并不使最节省成本的、最有效率的、最灵活的、以及最快捷的共享信息的方式。跨越企业边界共享信息和工作流并非新的概念。对于整个业界来说，需要某种标准化的共享信息的方式。

3.2.2.4 智能设备的自组织

目前最明显的趋势是越来越多的设备连接到Internet，如何提供、配置、监控和管理他们越发成为最大的挑战。一个连锁零售机构可能有数十台服务器连接着其数百个POS终端。但是，当该机构添置了具有RFID能力的智能货架或者POS终端的时候，又会有成百上千的天线和阅读器连接到上述基础设施架构中。RFID 中间件标准，比如应用层事件将会有助于将企业应用和阅读器或者天线之类的边缘设备分隔开来，但是要正确配置这些边缘产品将是一个非常消耗时间的工作。诸如Jini和网状网络（mesh networks）之类的技术，以及老些的SMTP技术都提供了动态配置和自愈特征，RFID中间件可以使用它们来改变阅读器和其它感应器的物理配置。

3.3 RFID 系统组件

下图展示了一个RFID系统的主要部件。我们以一个零售系统为例来说明。图的左下方是代表了被标记的商品的一系列标签。商店也有一系列的阅读器布置在货架和结账通道上。这些阅读器每分钟可以读取数百个甚至数千个标签。阅读器必须要仔细配置和进行管理，以便知道如何一些协同工作以覆盖到某个阅读器失效时出现的盲区。RFID中间件就代表着一个或者多个负责处理这些问题的软件模块。边缘应用代表着任何运行在商店之内的企业应用，比如POS系统。而RFID信息服务则代表着存储在边缘发生的RFID事件和相关数据的机制。同样，在企业数据中心或者其业务伙伴的数据中心也可以有相似的信息服务。这是因为RFID 信息是被存储在基础架构中的各个地方：比如边缘、数据中心之内或者业务伙伴处。

3.3.1 RFID 系统组件

企业数据中心中的两个主要部分是企业应用和企业服务总线。企业服务总线是一种基于分布式消息机制和SOA的集成基础架构。已经有很多这些基于标准的产品。而企业应用则是解决企业实际业务问题的各种应用，将要集成并且消费RFID数据。

企业数据中心中的两个主要部分是企业应用和企业服务总线。企业服务总线是一种基于分布式消息机制和SOA的集成基础架构。已经有很多这些基于标准的产品。而企业应用则是解决企业实际业务问题的各种应用，将要集成并且消费RFID数据。

3.3.2 标签（Tags）

RFID系统的本质能力是基站（阅读器）能够通过无线的通信机制，包括微波，但不包括红外和可见光，来识别另一个电子设备（标签）。因为阅读器能够识别某个特定的标签，因此系统便可以声称能够识别该标签所附着的对象。标签可以被封装在一些诸如塑料钮扣、玻璃腔体、纸质标签、甚至金属盒之内。它们可以被粘贴到包装上、嵌入到人体或者动物体内、夹在衣服上、或者隐藏在钥匙的头部。

对RFID标签的识别是通过RFID相应阅读器的询问，像阅读器通知其到场，并且标明他自己的身份（编码）。如下图所示，RFID 阅读器首先以一定的时间间隔（通常每秒数百次）发射一个预定频率的无线电信号。任何处于月底起的发射范围的标签都可以收到该发射信号，因为每一个标签都有一个能够在某个预定频率上监听这种信号的天线。标签使用接收自阅读器的能领来向阅读器响应相应的信号。标签可以在这些信号上调制信息，比如发送ID编号。

3.3.2.1 RFID标签和阅读器之间的通信

不同种类的标签和阅读器使用与不同的应用需要和环境。要决定使用哪种标签或阅读器涉及到许多因素。其中主要的因素之一是成本原因，因为标签的成本决定整个系统和运行的成本。阅读器本身也有许多需哟考虑的价格因素和特征。

RFID标签的重要特征包括：

• 封装

标签可以封装在PVC、玻璃、纸张、金属甚至塑料卡片之中。也可以镶嵌在珠宝上、悬挂在钥匙链上、或者嵌入到钥匙体之中。DIN/ISO 69873 标准就定义了一中可以插入到构造在机床工具的孔中的一种标签。有些用于汽车组装线的标签必须要承受油漆烘干室的高热环境。总而言之，封装标签的方式由多种多样的。比如，下图中就包含了两种不同的标签，一种在卡中，一种在钥匙中。

• 耦合

耦合意思是阅读器和标签之间通信的手段。不同的耦合方式各有优缺点。选择耦合方式的主要因素包括通信的有效范围、标签的价格、以及可能造成干扰的条件。

•  电力

大部分的标签都使用被动系统，从阅读器发射的电磁场或者无线电波中获取能量。也有一部分主动标签，由内置电池供应为芯片和其它感应器以电力。然而，主动标签一般还是使用来自阅读器的能量进行通信。还有一种标签是“双向标签”，不通过阅读器就可以在两个标签之间进行通信。

• 信息储存能力

标签都提供一定容量的信息存储能力。只读标签是在工厂预设了特定的值。还有一次读入和可多次写入的标签。有些标签还可以收集新的信息，比如温度和压力的感应值。标签的存储能力可能从1-bit 标签到数K字节。

•  标准符合性

不同的国家、地区和组织各种不同的RFID标准，有些是通用标准，有些则针对不同的应用场合。这些标准可能涉及到标签乃至系统的物理、电气、系统、软件、协议、运行、维护管理等等方面。

3.3.2..2 选择标签

在选择标签式可能涉及到许多因素，包括：

• 需要的读取范围

主动标签一般长于被动标签。

• 材料和封装

不同的材料具有不同的射频特性。液体可能会完全阻断无线电波。

• 格式和形状

根据不同的应用需要选择不同的形状尺寸。某些形式可能是标准界定的。

• 标准

选择不同的标准意味着决定整个RFID系统的工作环境，从数据编码、工作频率到阅读器等等。

• 成本

单个RFID标签的成本对于整个系统和项目设施具有非常重大的作用。

3.3.3阅读器

RFID 阅读器，也称质询器（interrogators），用来识别它附近到场的RFID标签。RFID将通过一个或者多个天线发射RF能量，并且形成一个质询区。质询区内的标签通过其天线的感应将其转换成能量，然后供应它的工作甚至它与阅读器之间的通信。标签然后通过变换天线的阻抗来以类似莫尔斯代码的方式向阅读器发送器身份编码。这仅是其中一种方式，不同的标签可能工作方式不同。

阅读器也可以由多种方式，由固定的、移动的、也有手持的。阅读器连接到网络中的方式也有多种，这取决于其所持的网络连接的能力。下图所示是阅读器的组成。

3.3.3.1 阅读器的组成部件

一个阅读器通常典型地由四个子系统构成：

•  Reader API

Reader API 是阅读器的应用编程接口，允许程序员注册和捕获RFID阅读事件。它也提供配置、监控和其它管理阅读器的能力。

• 通信

阅读器是边缘设备，和其他RFID设备一样，需要连接到整个边缘网络和企业主干之中。通信组件就是处理网络连接功能，可能支持以太网、工业总线、高速串行接口、无线网络等等，也支持多种不同的网络协议。

• 事件管理

当阅读器读取到一个标签时，我们称之为一次发现。一次不同于上一次发现的发现就成为一次事件。对发现的分析也称事件过滤。事件管理就是定义那些类型的发现可以被视为事件，那些事件足够具有价值和兴趣，值得马上送到网络中的外部应用之中。

• 天线子系统

天线子系统又一个或者多个天线组成。它支持使阅读器能够质询标签的接口和逻辑，并且完成无线电波的发射和接收。

3.3.4 RFID 中间件

选择了正确的标签和阅读器，以及决定怎样布置天线只是构造RFID系统的第一步，因为识别到物品只是管理它们的第一个步骤。物品在供应连上移动时阅读数以百万的标签，以及将标签编码和有意义的信息联系在一起会产生的大量的具有复杂相互关系的数据。使用RFID中间件的好处之一就是提供一种标准化的方式来处理小小的标签所产生的大量的数据。除了事件过滤之外，你还需要有一种方式来封装应用接口，以便使它们不必知道整个基础架构，比如物理层面的阅读器以及其它设备。理想情况是，你需要一个RFID基础设施的基于标准的、应用层的接口，以便你的应用可以用来请求有意义的RFID发现。

下图所示是RFID中间件的主要部件。

3.3.4.1 RFID middleware的主要部件

3.3.4.2 使用RFID 中间件的动机

使用RFID中间件的主要动机是：

•  提供对阅读器的连接
•  处理来自于阅读器的初步的发现信息，以供应用之用
•  提供应用层接口来管理阅读器和捕获RFID事件

3.3.4.2 .1阅读器适配器

市场上有多种不同的RFID readers，每一种都有其专有的接口。要使得开发人员都能够了解不同的reader接口是不现实的。Reader接口、以及数据的访问和管理能力是各不相同的，所以应该使用中间件来屏蔽具体的Reader接口。reader adapter层就是将专有的reader 接口封装成通用的抽象接口提供给应用开发人员。

3.3.4.2 .2 事件管理器

对于一个完整的、具有RFID能力的大型企业的供应链系统中，可能具有成百上千个阅读器，或者每分钟同时有数百个阅读器在进行扫描。大部分发现都太过于细粒度，从而对应用来说没多大实际意义，所以需要对阅读器接口进行封装以隔离大部分原始数据的洪流。企业所以需要在其IT基础设施的边缘部署一些特殊目的的RFID中间件。

Readers 对接近它们的标签的读取准确率并不是100%的准确。假定100个物品出现在阅读器附近，该阅读器被设置为每分钟读取数百次。那么阅读器每次扫描到这些物品的机会是80%到99%。例如，对于2#物品来说，在多个扫描周期内有80%的机会被阅读器感应到则认为其到场。但是，这种RFID阅读方式产生的数据被认为是“原始数据”，需要进一步处理成为有意义的业务事件。

RFID 事件管理器（event manager）汇聚来自不同数据源（比如阅读器）的读取数据，并且基于预先配置的应用层时间过滤器进行调整和过滤。然后将经过过滤的数据送到后端系统。

我们来看事件管理器处理智能货架的情形。假定对于一个特定的应用，每个阅读器都会每分钟扫描货架10次。每次扫描都会返回一组发现，每个发现都会类似于下面的格式（包含这些信息）：

    Reader Observation

timestamp, 

reader code, 

antenna code, 

RF tag id, 

signal strength

假定一个电子零售商ABC公司要实现一个智能货架系统。平均每个货架四层，每层货架平均放置25个货物，则平均每行货架100个货物。该公司共有10个店铺，每个店铺平均有20个货架岛，每个岛平均20个货架（每侧各10个）。则整个公司共有400 个货架，因为这平均存活为40,000 个商品。下表是一个总计：

在此基础上产生的RFID数据量为：

l 每次扫描会产生包含目标货架上所有能够识别的商品的相关信息的发现

l 25 个商品/层 x 4 层/货架x 10 次扫描/分钟= 1,000 个发现/分钟.货架

l 1,000 个商品/分钟x 400 货架 = 400,000 发现/分钟

l 400,000 商品/分钟 x 60 分钟/小时= 2,400,000 发现/小时

l 假设商店每日营业10 小时。10 小时 x 2,400,000 i商品/小时 = 24,000,000 发现/日.店铺

l 10 店铺 = 240,000,000 发现。

所以数据量总结于下表：

这是多么巨大的数据量，这还不包括来自于收银台的RFID数据。处理这些数据需要严格的规划。如果将这些数据直接交给后端业务应用来处理，不但会加重后端系统的负担，而且会严重堵塞网络传输，消耗大量的带宽。并且，下游应用却认为绝大部分发现不是它们所感兴趣的。例如，一个客户取了一张DVD影碟，然后由在一段时间后将其放到货架上这样的事件。对于订单管理系统来说，这样的事件没什么意义，因为存货并没有改变。实施上，即使顾客买了那张DVD，对订单管理系统也没关系，只要存货还在安全范围上，这时，存货管理系统就有关系了。

所以需要有一种机制来汇聚各个阅读器不断产生的发现数据。以及对这些数据进行过滤、调整、和变换。这种机制就是位于边缘和企业数据中心之间的RFID中间件的职能。通过中间件，只有对应用具有重要意义的数据才传送给它，否则被中间件过滤掉。

那么，什么样的数据必须要被过滤掉？首先，因为天线之间是十分接近的(每个架两个)，则它们的都区范围会有所重叠。因此，来自于它们的发现数据便会需要被过滤来消除数据重复。另外，因为每一次单独的扫描都不会100%准确，所以这些发现将会被载多个读取周期之上汇聚在一起一边是数据更加平滑。（不准确的原因有多个因素，包括射频发射的因素、RFID标签布置的因素、障碍、以及环境因素等。) 也许一个顾客从走道上经过，也许他的手中或者购物车中就有某些商品，那么邻近的读写器也可能会读到这些商品。我们肯定应该过滤到这些虚假的发现以防止向存货系统发送大量的不准确的数据洪流。下图就表示了一个针对零售商店典型场景的数据过滤和平滑系统。

3.3.4.2 .23事件过滤

上图中的每个流程解释如下：

•  获取原始发现数据，比如进行EPC读取操作

阅读器将获得原始事件数据(发现)。

• 平滑数据

当前的读写器在单次扫描的时候基本上都不可能达到100%的准确，所以我们将根据分析多次扫描的发现数据的平均来得到实际的发现数据。例如，如果，如果70%的发现都告诉我们某个商品在某个地方，我们便会接受这个数据。当然这个阀值是可以调整的。

• 过滤重复数据

重复数据是因为不止一个天线读取到了同一个物品，因此这种数据应该被删除重复部分。

• 过滤来自过道的发现数据

来自于从走道上经过的商品的发现通常具有较低的信号强度并且是暂时的。它们也应该被过滤掉。

• 发布发现数据

经过了必要的过滤之后，我们的数据才可以提交给下游客户使用。

RFID 阅读器已经提供了一些过滤能力，并且随着reader 越来越聪明，它们自己将承担更过的过滤任务。那么还需要在中间间进行进一步的过滤吗？我们可以想到，一些过滤要求对来自多个阅读器、其他感应器、或者甚至其他系统（比如存货系统，在比较库存级别的情况下）的信息。这些更高阶的过滤需要发生在高于阅读器之上的事件层面的系统中进行。

3.3.4.3 应用层接口（ALI）

应用层接口在RFID中间件栈的顶层。其主要目的在于提供一个标准机制来使应用注册和接受来自于一组阅读器的经过过滤的事件。除此之外，ALI还提供标准的API来配置、监控和管理RFID 中间件以及它所控制的阅读器和感应器。许多RFID中间件供应商提供针对这些目的设计的专用接口。最近，EPCglobal 发布了一个应用层事件(ALE)规范来标准化RFID功能的事件管理部分。

最后，RFID 中间件具有不同的形态和规模。我们所述的仅仅是中间件的一个逻辑分解。实践中，你总可以找到能够针对特定应用类型部署在特定阅读器类型上的模块。

3.3.4.4 关的RFID标准

对于RFID中间件来说，应该有一些相关的标准。比如，对于EPCglobal 标准来说，就包括两种：

• 阅读器协议

对于象标签阅读器或者打印机、编码器之类的边缘RFID设备，由于有不同的厂商提供这些产品，因此需要有一种标准来对其进行界定。比如，EPCglobal就制定了相关的阅读器标准，包括Reader协议等等。这样FID middleware 产商才能据此兼容不同的Reader。

• 应用层事件(ALE)

ALE 是事件处于应用领域而非边缘领域，提供业务层面的标准接口来对经过边缘过滤的数据再进行处理。ALE 标准一般支持同步的请求响应模式或者异步的发布订阅模式，这主要取决于下层的通信基础，比如MOM或者服务户操作性框架，比如ESB。

3.3.5 RFID 服务总线

企业服务总线（ESB）是一个针对解决应用连接性、数据变换、有保证的事务、以及消息传递的分布式集成平台。而RFID 服务总线则是一个典型的用于集成使用RFID数据的集成中间件软件。一般来说，ESB产品典型地会提供web services、消息传递、业务流程编排、数据变换等功能。不同的厂商可能稍微有些不同。但是，同的来说， ESB能够通过可靠的消息机制来继承跨越企业边界的业务流程，而这些业务流程使用抽象端点表示的Web Services，必要时通过数据变换将数据统一到规范的数据标准之上。

RFID系统在企业架构中不能单独存在，因此它总是要和其它应用发生联系才能使数据具有真正的业务含义。比如企业仓库管理系统 (WMS)，企业资源计划 (ERP) 系统，企业资产管理系统（EAM）、或者POS系统。这些系统的数据统统都可以升级到能够驱动RFID数据的可能，然后将RFID的所有有点带入到企业业务流程之中。因此扩展现有应用来支持RFID将是非常重要的事情。

现在的集成领域，越来越多地采用ESB 架构的集成，使得在分布式的环境下实现统一的集成和写作，促进整个企业的数据交换和共享。最低限度，它可以集成各种采用不同技术开发的分散应用。它提供适配器来解析从其他系统的数据输入，然后将其转换为一种规范的通用格式 (通常是XML)，然后提供给同样具有适配器的数据消费者。一般来说，ESB服务还有业务流程编排的能力，通过定义的业务流程，连接不同的服务和数据，可以在一个引擎中执行。在RFID中间件系统中，一般通过事件管理起来提供类似的能力或者用标准服务中间件提供。

RFID 服务总线的主要目的在于将事件服务器捕获的应用层事件集成到企业边缘发生的工作流中。不同的厂商可能不同，但是RFID 服务总线基本上是一个运行边缘工作流并且提供与边远模块比如、POS、WMS集成能力的一种服务器。RFID服务总线也要集成到企业ESB中，以提供可配置的特定事件和发现来将RFID数据最终集成到企业应用中。因为典型的ESB产品可能很复杂，如果业务和应用简单，也可以使用基于应用服务器的定制实现来完成这部分功能。

3.3.5.1 RFID 信息服务

一般来说，不管是EPC还是其他什么标准化组织或者特定的系统，都只是提供一种物品识别系统的唯一性表示机制，而不是有关具体产品的。EPCglobal 设想了一种野心勃勃的业务和服务，设置一个EPC 信息服务(EPCIS)网络，来提供与EPC编码相关的信息的存储库和相关服务。EPCIS 服务器提供的信息可能包括携带EPC标签的物品的最后发现的位置 (基于RF reader 发现)，以及价格信息、产品手册、警告和参考信息等等。当然实现这个网络好需要很多的努力，包括技术和政策以及经济环境、贸易环境等因素，但是可以表现实现一个中介数据库来将RFID数据映射到与业务相关的信息上面。

EPCglobal 实际上是可以用现有的数据系统和数据源来进行RFID信息服务。例如，序列化全球贸易商品编号 (SGTIN) 就被EPC 用作消费产品和零售行业的标识符编码。

3.3.5.2 RFID 信息网路

因为RFID标签标记的产品可以在整个供应连中移动，那么该链条中的所有参与者都需要一种标准化的方式来供向它们的跟踪信息，并且基于EPC ID相关的来获得相关的参考信息。EPCglobal 设想的网状网的B2B EPCIS 系统就旨在提供一个与EPC相关的综合信息服务。EPCglobal Network 是想要通过不断推出的一系列标准来提供产品数据和信息交换的标准化网络和机制。通过结合RFID 技术和现有的Internet基础架构和软件集成技术，EPCglobal Network 将提供更好的产品在整个供应链中的跟踪的准确性和效率。

编码RFID标签分为两个步骤。

首先是选择唯一跟踪所需识别的物品的身份识别方案。其次是将这个身份识别附加到RFID标签之上。

3.2.1.1 决定身份编码方案

身份识别是一个鉴别某个对象或者物品的身份的动作过程。但是什么是身份（identity）? 在 RFID中，身份是一串附加到物品你上的字母或者数字编码，允许人工或者自动化设备能够识别到该物品的类型甚至其唯一性。这正如你在图书馆查询图书时，书籍是使用杜威十进制分类法或者通用十进制分类法来标识的。但是目前的图书分类法只能标识到书籍的类型而不能标识到

考虑到有时候需要进行实体的唯一性识别，比如产品、集装箱、物理资产、动物甚至人类本身。对一个大型企业来说，在企供应链上同时可能有数以百万的物品在流动。可以使用某种编号系统来对这些物品进行标识，但是如果在公司之外没有人，或者系统能够理解它们，其价值就大打折扣。所以需要行业的或者通用的标准方案。

1999年，美国的MIT、英国的剑桥、澳大利亚的Adelaide 、日本的Keio、中国的复旦以及新西兰的St. Gallen大学与行业伙伴如Sun Microsystems 和 Gillette组成了Auto-ID 中心。它们希望能够开发一个通用标准来减少单个标签的成本。因为该成本也是采用RFID应用的一个主要组成部分，而标准可以促进业务伙伴之间的信息共享程度从而减少单位成本。2003年8月， EPCglobal公司接管了该标准的管理，而该研究中心继续进行单独的研究工作。EPCglobal是欧洲物品编码国际组织（European Article Number International，即EAN International，现在是GS1)，统一代码协会（Uniform Code Council，即UCC，现在是GS1 US)，以及想要在RFID领域重塑条形码的EAN.UCC标准的成功的一些业界伙伴的合资企业。EPCglobal正在开发的标准的各个组件将构成一个所谓的“EPCglobal Network”。其理念是这个网络将兼容构建在整个供应链之上的标签、阅读器、以及信息系统，制造商、分销商、物流商以及零售商。EPCglobal 的编码方案被称之为电子产品代码（Electronic Product Code ：EPC)。

在现今的物品跟踪领域，主要使用的是EAN.UCC 条形码，为什么还要在RFID系统中使用同样的类似系统呢？事实上，我们可以在RFID标签中使用现有的成熟的条形码编码方案。但这些系统基本上是设计来跟踪物品的分类而不是单个物品的，但是如果加上序列号，光学代码和二维条码也可以用来跟踪到个体。那么物品级别的跟踪和RFID本身就是趋于一致的。比如，EPCglobal的版本1.1的标签数据标准，就定义了一个通用的身份类型：通用标识符(General Identifier:GID)。同时还定义了衍生自EAN.UCC 产品代码的五种特定的身份类型。这些特定的身份类型是在现有的EAN.UCC标识符，诸如连续全球贸易物品编号（SGTIN）或者连续运输集装箱代码（SSCC）之上添加一个额外的资产引用编号或者序列号而得来。

比如使用统一资源标识符（URI）可以标识一个GID为：

    urn:epc:id:gid:GeneralManagerNumber.ObjectClass.SerialNumber

那么，一个具体的GID可能会是这样：

    urn:epc:id:gid:00012345.054322.4208

GID中的urn:epc:id:gid 部分是静态的，作为标识符的一个头部（header），指出标识符的类型，以及基于EPC规范还会出现哪些字段域。该header后跟值字段域，其长度和编号是由header决定的。这三个段分别表示了GID的通用管理者编号（General Manager Number）、对象类（Object Class）， 以及序列号（Serial Number ）。

General Manager Number 标识了负责分配接下来的两个字段域的编号的组织（通常为一个公司或者贸易集团) 。Object Class 标识了产品的类型或者族。最后， Serial Number 被标签标识的对象类的一个特定实例。这种将一个特定范围的编号委托给某个通用管理者的方式，在允许组织管理其自身的产品编号而不用提交到中心当局，同时又确保了不与其他组织的产品相混淆，这就提供了一种灵活性。

3.2.1.2 将编码身份编码到RFID标签

选定编码方案或者方法之后，必须考虑到如何将这个身份标识编码（物理的）到RFID标签之中。所谓编码（Encoding）是将认可度的消息转换为机器可读的代码所必须遵循的规则。每种识别标签的类型，从条形码到光学散射代码到磁条再到RFID标签，都各自有一zhogbiaoshi期身份的特定的编码规则。

理论上讲，一旦对某个物品建立了一个身份标识，我们只需要将其简单地写到标签（Label）并将其贴到物品上即可。其它人就可以毫无困难地识别出它。但是，一个自动化的系统却要困难得多。以某种特定的字体打印下来可能对机器识别来说要容易得多，但是如果该身份之需要能够被自动系统阅读，为什么还要花费精力来研究如何更好地打印。

今天到处使用的条形码就是这种推理的结果。在条形码中，特定宽度的线条代表了特定的字母或者数字。条形码有不同的类型，每一种都有其特定的规则来描述其如何形成一个特定类型的身份。决定我们如何将数字和字母转换成特定的线条，以及我们可以添加什么特定的数字和字母来构成有效的标签的规则称为是标签编码规则，或者简称编码。因此，条形码可能会包含物品的身份，即一个指示所用的是何种条形码的编号，以及在许多情况下的一个标识分配该身份的组织的编号。下图是一个ISBM的条形码编号。

在上图中，标注A, B, 和 C 分别指示了条形码的不同部分。A部分包含数字636，即一个指示图书行业的编码。B 部分指示ISBN 编号本身。C部分是一个校验码，用于阅读器验证是否误读了该编码。中间的ISBM编码部分是根据ISBM规则的身份，而A和C则是根据条形码的要求所加。

为了选择适当的编码将身份写入到RFID标签中，你必须知道你将要写入的身份的类型和所用的标签的类型和存储容量。在EPC规范中，GID是一个纯粹身份（pure identity），它不能在没有通过某种形式的编码的情况下写入到任何类型的标签中。例如，假入我们想要将其写入到一个96-bit Class I EPC标签中，即一个可以保存96bit的ID，并且符合EPC标准的可写入标签。首先，我们需要将GID的各部分按照标签的要求正确排序，留下那些不是标签编码的部分。幸运的是，仅包含相关字段的GID对EPC来说已经是正确的顺序了。接下来可以添加必要的附加信息已产生一个阅读器和事件器都能够理解的URN 表示。对于一个GID在9bit标签中的URN表示是：

    urn:epc:tag:gid-96:FilterValue.GeneralManagerNumber.ObjectClass.SerialNumber

那么一个具体的例子可能是：

    urn:epc:tag:gid-96:0.00012345.054322.4208

如果应用直接和阅读器通信，你可能需要产生这些标签特定的URN。如果你的应用是通过某种形式的RFID中间件通信，或者某种具有数据管理能力的智能阅读器通信，你便可以使用某种纯粹的URN 身份表示。反之亦然：阅读器可以给你一个标签特定的URN，而中间件则可以给你一个独立于标签的纯粹身份。

一版来说，架构是指将系统分解为各个单独的组件，以表示它们之间如何一起协同工作来满足整个系统的需求和目的。随着技术的融合，RFID系统提供的一些主要功能已经对使用它的系统架构带来明显的影响。我们本部分将研究RFID加入到系统架构中的组件，以及这些组件如何影响系统的相关特性，比如：系统的非功能性需求，如性能、安全、可伸缩性、可管理性等等。并且对使用RFID的系统提出架构指南。.

3.1 与RFID相关的主要技术

RFID 可能在跟踪技术和传感器网络技术方面具有很强的相关性和可融和性，在很多领域的技术发展和进步也体现了这一征兆。

• 半导体技术的发展

根据摩尔定律，RFID 会越来越便宜，并且可能会集成更高的存储和处理能力，并且在市场可以接受大规模使用的场景。

• 智能设备

半导体技术的进步并不仅仅是使得RFID的成本变得越来越便宜，而且也随着网络和痛惜年技术的发展出现了许多智能设备，比如移动电话、PDA、数字媒体设备等，也包括RFID阅读器的传感器。智能设备和无处不在的网络连接和带宽会导致许多基于移动和边缘的应用。RFID 就是物联网（Network of Things）之随处连接以提供超出企业和组织数据中心和内部网络边界的自动化的理念的一种实现。智能家居、智能汽车、甚至智能衣服和消费品都是需要这些边缘处理能力的应用。比如当前的智能家居概念和实现就利用了大量各种具有IP能力的家用设备连接到住宅网关，然后由它在连接到互联网络。下图就描述了一个连接到Internet的智能设备的概念示意图，可称为网络化生活：

图表 3‑1 网络化智能生活

• 宽带、无线和更便宜的边缘处理服务

越来越普遍的宽带数据网络和超越连线和物理限制的无线通信，以及更加能够接受的强大的服务器，使得应用的架构越来越偏向于分布，即将业务的处理移到业务发生的地方，凡是保证中心的管理和统一的安全。这意味着在一个整体框架之下，可以部属各种企业应用组件到边缘位置，比如仓库和店面。

•  边缘处理能力

所谓边缘处理能力就是企业系统中由于强大但低廉的个人计算机、以及企业部属在边缘的服务器、以及到企业数据中心安全和可靠的宽带连接给企业带来的在边缘处理业务的计算能力。RFID 系统就将大量的计算、数据管理和带宽需求放到这些边缘。这并不是偶然的单独现象而是一个总体趋势。所谓边缘，就是分布于企业数据中心或者总部之外的地点，而大都是实际业务发生的所在地，比如仓库、店面、生产线甚至物流运输途中。

•  面向服务架构（SOA）

企业中成功采用RFID技术的关键在于如何将RFID数据集成到企业业务应用骨干中。RFID阅读器会产生大量的数据。如果它们不加过滤地传递到下游应用，可能会使其崩溃。为了避免后端关键业务应用遭受数据洪水，以及将重复、无效或者无用的数据隔离在物理设备，如阅读器和天线之外，可以使用专门的RFID中间件，比如事件管理器。SOA允许我们开发和部署松散耦合的应用组件，这些组件件使用简单但强大的服务接口来进行通信。目前许多RFID 中间件都基于Web Services标准，RFID中间件的总体架构也符合在企业业务系统中日益被接受和采用的SOA架构。

图表 3‑2 企业边缘

3.2 关键功能

RFID系统具有多重可能的不同用法，这自然会影响到其架构的差别。例如，通常由制造商实现的用于标签和物流跟踪的应用的实现通常关注于产品的自动化标签以及在物流过程中的特定的阅读器能够以一种高于最小可接受准确率来读取。总而言之，这些系统都主要集中于实现的物理方面，而不是产生诸如提前装船通知之类的简单报表。这样的话，它们趋向于具有最小的数据管理和交换要求。但另一方面，一家药品公司可能会想要根据其药品从工厂到分销商再到零售药店，这就需要具有实时的信息，包括某件在流程的某个点上某件商品位于何处之类的详细信息，以及它们是被如何以及在何处生产的，以及到过什么地方。很多可能，零售商和制造商都需要这些跟踪信息的某些部分。因此，这种系统将要求不但具有单个物品级的跟踪能力，还需要具有某种程度的B2B信息交换能力。

下图所示是RFID的5种基本能力和相关不同应用对这些能力的需求映射。

可以想见， RFID 系统将不断演进以满足更广的应用需要，因此也要求不同的架构方式。但是我们可以定义通用的，失和于所有RFID用法的RFID 系统架构或者实现。但是，几乎对每个RFID系统来说可能都需要某些特定的能力。

图表 3‑3 不同的RFID应用系统需要的能力

总的来说，一个RFID 系统必须能够提供下述特征或者能力中的全部或者部分：:

•  编码RFID标签的能力
•  附加经过编码的RFID标签到被标识物品上的能力
•  跟踪被标签的物品的移动的能力
•  将RFID信息集成到业务应用的能力
•  产生能够在业务之间共享的信息的能力
• 开发自组织智能设备的能力

2.1 概述

射频识别标签（RFID）技术是一种综合了自动识别技术（Auto-ID）和无线电射频通信技术的新技术。它可望在网络、生活、经济、文化、道德和伦理、法律、军事等等诸多方面带来彻底的变革，成为继Internet和无线和移动通信之后又一个决定性的社会变革力量。并最终可能和Internet(IPV6)、移动通信网络、无线传感器网络、生物识别技术、GPS技术等融合。

RFID 的出现可追溯至上世纪30年代，当然其基本技术无线电射频技术还可以追溯至1897年Guglielmo Marconi 发明无线电的时候。RFID 采用与无线电广播相同的物理原理来发射和接收数据。

RFID的基本前端系统一般由3个部分组成：

• 标签（tag）或者雷达收发器（transponder）；
• 接收器（receiver）或者阅读器（reader）；
• 天线。

而这些部件则有许多变体，基于不同的功率、发射范围和距离、天线设计、工作频率、数据容量、管理和操作软件、数据编码格式、空中接口和通信协议等等。这样，便出现了许多不同类型的系统，具有不同的特点和针对的应用范畴。

这些应用中涉及和影响到当今社会、生活、经济、军事、法律和文化的方方面面。而目前最热烈和最受关注的莫过于廉价标签在商品（货物）流通生命周期过程中的识别应用。

2.2 发展和趋势

2.2.1 早期

RFID技术很早就和军事联系在一起。在上世纪30年代，美国陆军和海军都面临着在陆地、海上和空中对目标的识别的问题。1937年，美国海军研究试验室（U.S. Naval Research Laboratory (NRL)）开发了敌我识别系统（Identification Friend-or-Foe (IFF) system），来将盟军的飞机和敌方的飞机区别开来。这种技术后来在50年代成为现代空中交通管制的基础。并且是早期RFID技术的萌芽，而优先地应用在军事、实验室等。

早期系统组件昂贵而庞大，但随着集成电路、可编程存储器、微处理器、以及软件技术和编程语言的发展，创造了RFID技术推广和部署的基础。

60年代后期和70年代早期，有些公司（如Sensormatic 和Checkpoint Systems）开始推广稍微不那么复杂的RFID系统的商用，主要用于电子物品监控（electronic article surveillance (EAS)），即保证仓库、图书馆等等的物品安全和监视。这种早期的商业RFID 系统，称为1-bit 标签系统，相对容易构建、部署和维护。但是这种1比特系统只能检测被表示的目标是否在场，不能有更大的数据容量，甚至不能区分被标识目标之间的差别。

图表 2‑1 早期的RFID发展里程碑

2.2.2 从检测到唯一性识别

因此早期的1bit系统只能作为简单的检测用途。

在70年代，制造、运输、仓储等行业都试图研究和开发基于IC的RFID 系统的应用。比如、工业自动化、动物识别、车辆跟踪等等。在此期间，基于IC的标签体现出了可读写存储器、更快的速度、更远的距离等优点。但这些早期的系统仍然是专有的设计、没有相关标准、也没有功率和频率的管理。

在80年代早期，更加完善的RFID 技术和应用出现，比如铁路车辆的识别、农场动物和农产品的跟踪。

90年代，道路电子收费系统在大西洋沿岸得到广泛应用，从意大利、法国、西班牙、葡萄牙、挪威，到美国的达拉斯、纽约和新泽西。这些系统提供了更完善的访问控制特征，因为它们集成了支付功能，也成为综合性的集成RFID应用的开始。

从90年代开始，多个区域和公司开始注意这些系统之间的互操作性，即运行频率和通信协议的标准化问题。只有标准化，才能将RFID的自动识别技术得到更广泛的应用。比如，这时期美国出现的E-ZPass 系统。

同时，作为访问控制和物理安全的手段， RFID 卡钥匙开始流行起来，试图取代传统的访问控制机制。这种称为非接触式的IC智能卡具有较强的数据存储和处理能力，能够针对持有人进行个性化处理，也能够更灵活地实现访问控制策略。

图表 2‑2 唯一性识别的应用

2.2.3 RFID的热潮和整合性应用

在上世纪末期，大量的RFID 应用指数般地试图扩展到全球范围。

在美国，Texas Instruments 则是这方面的推动先锋。TI从1991年开始建立德州仪器注册和识别系统（Texas Instruments Registration and Identification Systems (TIRIS)）。该系统如今叫TI-RFid (Texas Instruments Radio Frequency Identification System)，已经是一个主要的RFID应用开发平台。

在欧洲，EM Microelectronic-Marin 从1971年开始研究超低功率的集成电路。1982年，Mikron Integrated Microelectronics 开始了ASIC技术，并在1987年由其奥地利分公司开始开发识别和智能卡芯片。1995年，Philips Semiconductors 收购了Mikron Graz。如今EM Microelectronic 和Philips Semiconductors 是欧洲的主要RFID 厂商。

从技术上看，数年前，所部署的RFID应用基本上都是低频(LF) 和高频 (HF) 的被动式RFID技术。LF 和HF 系统都具有优先的数据传输速度和有效距离。因此，有效距离限制了可部署性。数据传输速度则限制了其可伸缩性。因此，90年代后期，开始出现甚高频(UHF)的主动式标签技术，提供更远的传输距离，更快的传输速度。基于此，重载的企业应用才开始使用这种技术，比如供应链管理中的托盘和包装跟踪、存货和仓库管理、集装箱管理、物流管理等等。并且逐渐试图成为合成的企业应用（包括ERP、SCM、CRM、EAM、B2B等等）的数据和语义基础。

从90年代末期到现在，零售巨头如Wal-Mart，Target，Metro Group 以及一些政府机构，如美国国防部 (DoD)，都开始推进RFID应用，并要求他们的供应商也采用此技术。同时，标准化的纷争出现了多个全球性的RFID标准和技术联盟，主要有EPCglobal、AIM Global、ISO/IEC、UID、IP-X 等。这些组织主要在标签技术、频率、数据标准、传输和接口协议、网络运营和管理、行业应用等方面试图达成全球统一的平台。

图表 2‑3 整合应用开始

2.3 RFID系统的组成

一个RFID 系统 通常有两个组件组成： (Figure 1.7):

• 收发器（transponder）或者标签（Tag），位于或者通过某种物理手段附加于被识别的对象之上；
• 讯问器（interrogator）或者阅读器（reader），取决于设计和所采用的技术，可以是阅读或者读写设备。
• 

图表 2‑4 RFID系统的主要构成

阅读器通常包含一个射频模块(发射器和接收器)，一个控制单元和一个与收发器的耦合单元。另外，某些阅读器还包含其他数据接口系统(RS 232, RS 485,TCP/IP等)，以便将数据转发到其他系统 (PC, 机器人控制系统等)。

雷达收发器，表示RFID系统的实际数据载体，通常有一个耦合单元和一个电子芯片组成。(Figure 1.9)。雷达收发器通常不具备自身电源供应，当它不在质询器的质询范围时，整体呈被动状态。它只有在质询器的质询范围之内才被激活。激活雷达收发器的电力通过耦合单元传输给收发器，所需的数据和时钟脉冲也是如此。

图表 2‑5 RFID 数据承载设备的主要布局。上面是一个UHF标签，下面是一个HF标签。

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。

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:

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:

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

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：

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。

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”。

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250到1100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。

图表 1‑8 不同识别技术的比较

目前所定义 RFID 产品的工作频率有低频（ LF ）、高频 (HF) 和甚高频 (UHF) 的频率范围内的，并且符合不同标准的不同的产品。不同频段的 RFID 产品和系统会有不同的特性。所以基于本应用我们对各频段进行分析。

低频 ( 从 125KHz 到 134KHz)

RFID 技术首先是在低频得到广泛的应用和推广。该频率主要是通过电感耦合的方式进行工作 , 也就是在读写器线圈和感应器线圈间存在着变压器耦合作用。通过读写器交变场的作用在感应器天线中感应的电压被整流 , 可作供电电源供标签使用。磁场区域能够很好的被定义，但是场强下降得太快。 所以读写距离受到影响。

低频 RFID 的特性有：

1.       工作在低频的感应器的一般工作频率从 120KHz 到 134KHz 。该频段的波长大约为 2500m .

2.       除了金属材料影响外，一般低频能够穿过任意材料的物品而不降低它的读取距离。 因此传输特性较好。

3.       工作在低频的读写器在全球没有任何特殊的无线电许可限制。

4.       低频产品有不同的封装形式。好的封装形式虽然价格昂贵，但是具有 10 年以上的使用寿命或者能够工作在恶劣的环境中。

5.       虽然该频率的磁场区域下降很快，但是能够产生相对均匀的读写区域。

6.       相对于其他频段的 RFID 产品，该频段数据传输速率比较慢。

7.       低频感应器的价格相对与其他频段来说要贵。

基于以上特点， LF RFID 的主要应用领域是：

1．             畜牧业的管理和动物标识系统

2．             汽车防盗和无钥匙开门系统的应用

3．             体育比赛计时系统的应用

4．             自动停车场收费和车辆管理系统

5．             自动加油系统的应用

6．             酒店门锁系统的应用

7．             门禁和安全管理系统

主要符合的国际标准有：

• ISO 11784 RFID 畜牧业的应用－编码结构
• ISO 11785 RFID 畜牧业的应用－技术理论
• ISO 14223-1 RFID 畜牧业的应用－空中接口
• ISO 14223-2 RFID 畜牧业的应用－协议定义
• ISO 18000-2 定义低频的物理层、防冲撞和通讯协议
• DIN 30745 主要是欧洲对垃圾管理应用定义的标准
•  

高频 ( 工作频率为 13.56MHz)

在该频率工作的感应器不再需要线圈进行绕制，可以通过腐蚀印刷的方式制作天线。感应器一般通过负载调制的方式 的方式进行工作。也就是通过感应器上的负载电阻的接通和断开促使读写器天线上的电压发生变化，实现用远距离感应器对天线电压进行振幅调制。如果人们通过数据控制负载电压的接通和断开，那么这些数据就能够从感应器传输到读写器。

高频 RFID 的主要特性：

1.       工作频率为 13.56MHz ，该频率的波长大概为 22m 。

2.       除了金属材料外，该频率的波长可以穿过大多数的材料，但是往往会降低读取距离。感应器需要离开金属一段距离。

3.       该频段在全球都得到认可并没有特殊的许可限制。

4.       感应器一般以电子标签的形式存在，方便使用。

5.       虽然该频率的磁场区域下降很快，但是能够产生相对均匀的读写区域。

6.       该系统具有防冲撞特性，可以同时读取多个电子标签。

7.       可以把某些数据信息写入标签中。

8.       数据传输速率比低频要快，价格不是很贵。

基于以上特性，高频主要应用有：

1 ． 图书管理系统的应用

2 ． 瓦斯钢瓶的管理应用

3 ． 服装生产线和物流系统的管理和应用

4 ． 三表预收费系统

5 ． 酒店门锁的管理和应用

6 ． 大型会议人员通道系统

7 ． 固定资产的管理系统

8 ． 医药物流系统的管理和应用

9 ． 智能货架的管理

符合的国际标准：

• ISO/IEC 14443 近耦合 IC 卡，最大的读取距离为 10cm .
• ISO/IEC 15693 疏耦合 IC 卡，最大的读取距离为 1m .
• ISO/IEC 18000-3 该标准定义了 13.56MHz 系统的物理层，防冲撞算法和通讯协议。
• 13.56MHz ISM Band Class 1 定义 13.56MHz 符合 EPC 的接口定义。

甚高频 ( 工作频率为 860MHz 到 960MHz 之间 )

甚高频系统通过电场来传输能量。电场的能量下降的不是很快，但是读取的区域不是很好进行定义。该频段读取距离比较远，无源可达 10m 左右。主要是通过电容耦合的方式进行实现。

因此该频段的 RFID 具有以下特性：

1．             在该频段，全球的定义不是很相同－欧洲和部分亚洲定义的频率为 868MHz ，北美定义的频段为 902 到 905MHz 之间，在日本建议的频段为 950 到 956 之间。该频段的波长大概为 30cm 左右。 目前国内的频段没有明确的划分，相关国家标准还未出台。其中还包括对发射功率和其他相关指标，数据和传输接口等的定义。

2．             甚高频频段的电波不能通过许多材料，特别是水，灰尘，雾等悬浮颗粒物资。相对于高频的电子标签来说，该频段的电子标签不需要和金属分开来。

3．             电子标签的天线一般是长条和标签状。天线有线性和圆极化两种设计，满足不同应用的需求。

5 ． 该频段有好的读取距离，但是对读取区域很难进行定义。 需要对天线布置进行配合。

6 ． 有很高的数据传输速率，在很短的时间可以读取大量的电子标签。

基于以上特性，本频段的主要应用有：

•   供应链上的管理和应用
•   生产线自动化的管理和应用
•   航空包裹的管理和应用
•   集装箱的管理和应用
•   铁路包裹的管理和应用
•   后勤管理系统的应用

符合的国际标准：

a) ISO/IEC 18000-6 定义了甚高频的物理层和通讯协议；空气接口定义了 Type A 和 Type B 两部分；支持可读和可写操作。

b) EPCglobal 定义了电子物品编码的结构和甚高频的空气接口以及通讯的协议。例如： Class 0, Class 1, UHF Gen2 。

c) Ubiquitous ID 日本的组织，定义了 UID 编码结构和通信管理协议。

由于集成的RFID系统实际上是一个计算机网络应用系统，因此安全问题类似病相关于网络和计算机安全。而安全的主要目的则是保证存储数据和在各子系 统/模块之间传输的数据的安全。但是 RFID系统的安全仍然有两个特殊的特点：首先，RFDI标签和后端系统之间的通信是非接触和无线的，使它们很易受到窃听；其次，标签本身的计算能力和可 编程性，直接受到成本要求的限制。更准确地说，标签越便宜，则其计算能力越弱，而更难以实现对安全威胁的防护。
我们将分析RFID系统的主要脆弱性，以及相关的安全风险评估和建议的解决方案。

RFID 组件的安全脆弱性

在RFID系统中，受到非授权攻击的数据可能保存在标签中、阅读器中、或者后端计算机中，或者当数据在各个组件之间传输的时候。我们将分别说明：

标签中数据的脆弱性

通常每个标签包含一个IC，本质上说是一个具有存储器的微芯片。在其中的数据受到的威胁类似于计算机中保存的数据。非授权地通过阅读器或者其他手段读取标签中的数据将使其丧失安全性；在可读写的标签情况下，甚至可能非授权地改写或者也删除标签中的数据。

标签和阅读器之间的通信脆弱性

当标签传输数据给阅读器，或者阅读器质询标签的时候，数据通过无线电波进行传输。在这种交换中，数据安全是脆弱的。利用这种脆弱性的攻击手段包括：

1. 非授权的阅读器截取数据；
2. 第3方阻塞或者欺骗数据通信；
3. 非法标签发送数据；

阅读器中的数据的脆弱性

当数据从标签出收集到阅读器中之后，在发送到后端系统之前，阅读器一般要进行一些初步处理。在这种处理中，数据则受到和其他任何计算机安全脆弱性相 似的问题。而且，有两点特别需要注意，一些移动式阅读器需要特别关注；其次，阅读器多是专有的设备，很难具有公共接口进行安全加固。

后端系统的脆弱性

数据进入后端系统之后，则属于传统的网络安全、应用安全的范畴。在这一领域具有比较强的安全基础，有很多手段来保证这一范畴的安全。
值得注意的是，基于应用层的安全（XML消息一级）正在不断发展和完善中，而基于RFID的中间件基础将大量采用基于XML的技术。

评估RFDI系统的风险

不同类型的系统由于其特点可能面临不同的安全风险。我们将RFID应用系统分为两种类型，消费者RFID应用和企业RFID应用。

消费者应用的风险

消费者RFID应用主要是指收集和管理有关消费者数据的应用。主要包括访问控制、电子收费系统、或者零售POS系统等等。这些系统由于将消费者数据和RFID数据发生了关联，其安全风险也包括两个方面：

1. 对后端业务系统的损害；
2. 对消费者隐私的损害；
3. 对消费者经济的直接和间接损害。

企业应用的风险

企业RFID应用时企业内部相关的业务系统使用RFID技术驱动。典型地包含企业供应链管理，以及相关的集成，如ERP、工业自动化等等。企业应用 的风险主要体现在对机构的直接和间接经济损害，以及对该机构的产品、服务设计到的客户的损害。而且这还体现在由于集成化程度和数据共享程度越高，受到的安 全风险越大、损害的范围越大（比如可能损害到企业的伙伴）。
另一方面，如果系统与消费者相关联，则存在于上述消费者应用类似的风险。
国防和军事领域的RFID应用的安全风险类似于企业应用，但是它则完全涉及到国家的安全。

保护RFID数据的安全

由于保存于阅读器或者后端系统中的数据属于传统信息安全的范畴，我们主要提及标签中的数据安全和标签与阅读器通信安全的解决方案。如下表：

1 保护RFID数据安全的解决方案

安全许可

对于某些不需要经常移动的被标签目标，可以通过常规的物理安全手段限制对标签的访问。不幸的是，被标签的目标一般都需要移动。

使用只读标签

这种方式消除了数据被篡改和删除的风险，但是仍然具有被非法阅读的风险。

限制标签和阅读器之间的通信距离

采用不同的工作频率、天线设计、标签技术和阅读器技术可以限制两者之间的通信距离，降低非法接近和阅读标签的风险，但是这仍然不能解决数据传输的风险还以损害可部署性为代价。

实现专有的通信协议

在高度安全敏感和互操作性不高的情况下，实现专有通信协议是有效的。它涉及到实现一套非公有的通信协议和加解密方案。基于完善的通信协议和编码方 案，可实现较高等级的安全。但是这样便丧失了与采用工业标准的系统之间的RFID数据共享能力。当然，还可以通过专用的数据网关来进行处理。.

屏蔽

当然，屏蔽掉标签之后，也同时丧失了RF特征。但是在不需要阅读和通信的时候，这也是一个主要的保护手段。特别是包含有金融价值和敏感数据的标签（高端标签，如智能卡）的场合。可以在需要通信的时候接触屏蔽。

使用杀死命令（Kill Command）

Kill命令是用来在需要的时候是标签失效的命令。接收到这个命令之后，标签便终止其功能，无法再发射和接收数据。屏蔽和杀死都可以使标签失效，但后者是永久的。
特别是在零售场合，基于保护消费者隐私的目的，必须在离开卖场的时候杀死标签。
这种方式的最大缺点是影响到反向跟踪，比如退货、维修和服务。因为标签已经无效，相应的信息系统将不能再识别该数据。

物理损坏

物理损坏是指使用物理手段彻底销毁标签，并且不必象杀死命令一样担心是否标签的确失效。但是对一些嵌入的，难以接触的标签则难以做到。

认证和加密

可使用各种认证和加密手段来确保标签和阅读器之间的数据安全。比如，直至阅读器发送一个密码来解锁数据之前，标签的数据一直处于锁定状态。更严格的 还可能同时包括认证和加密方案。但是标签的成本直接影响到其计算能力以及采用的算法的强度。因此，一般来说，在高端RFID系统（智能卡）和高价值的被标 签物品场合，可以采用这种方式。

选择性锁定

这种方法使用一个特殊的称为锁定者（Blocker）的RFID标签来模拟无穷的标签的一个子集。这一方法可以把阻止非授权的阅读器读取某个标签的子集。
这一方法克复或者平衡了以上方法的缺点，也消除了加密和认证方案带来的高成本性。这一方法在安全性和成本之间取得了较好的平衡。需要的时候，Blocker标签可以防止其他阅读器读取和跟踪其附近的标签，而在需要的时候，则可以取消这种阻止，使标签得以重新生效。

推荐安全策略

没有任何一个单一的手段可以彻底保证RFID应用的安全。在很多时候，都需要采用综合性的解决方案。对于采用某些标准的RFID应用，比如ISO 或者EPCglobal，标准体系对安全有其自己的考虑和解决。
不管如何，在实施和部署RFID应用系统之前，必须进行充分的业务安全评估和风险分析，考虑综合的解决方案、考虑成本和收益之间的关系。
很多时候需要专门的安全机构进行咨询和服务。

因为RFID要产生和辐射电磁波，所以法律上将其归为无线通信系统（radio systems）。 无线电服务必须在不被RFID 系统所干扰和影响的前提之下。为了确保RFID 系统不会干扰邻近的广播和电视，移动无线服务(警用，安全，工业)，航海和海空无线通信服务和移动电话服务，这一点很重要。
所以必须仔细的规划适用于RFID系统所用的频率范围。(基于此，通常只可能使用保留工业、科学和医疗用途的频段。这些频段称为是ISM 频段，可以用作RFID 应用。


图表 1 RFID 系统使用的频段

除了ISM 频率，整个低于135 kHz (在北美、南美和日本为<400 kHz)也是可以使用的，因为这些频率可以工作于高磁场强度，特别是针对感应耦合式RFID 系统。
因此， RFID 最重要的频段是0–135 kHz, 以及ISM频段中围绕6.78M(在德国已经不适合)，13.56 MHz，27.125 MHz，40.68 MHz，433.92 MHz，869.0 MHz，915.0 MHz (非欧洲地区)，2.45 GHz， 5.8 GHz 和24.125 GHz的频段。
RFID 在各个频段总体分布如下图：

图表 4‑2  估计的RFID在各频段的全球总体分布图（百万单位）

频段 9–135 kHz

低于135 kHz 的频率被各种无线服务大量使用，因为他们没有保留作ISM 频段。这个长波频段的传播特性可以使得在低技术成本下达到连续传播超过1000 km 半径的范围。通常这个范围的服务服务是用作航空和航海的导航服务 (LORAN C, OMEGA, DECCA)，授时服务，标准频率服务以及军方的无线电服务。因此，位于中欧Mainflingen的授时发射机DCF 77 使用的就是77.5 kHz的频率。因此RFID 系统在此频率运行可能会影响到reader周围数百米范围内的无线接收的时钟失效。
为了防止这种冲突，欧洲对感应式无线电系统的管制法案 220 ZV 122，将定义一个从70 到119 kHz的保护区，这个区域将不再分配给RFID 系统。

频段6.78 MHz

频率6.765–6.795 MHz 属于短波频段。其传播条件可以是你能够在白天的传播达到100 km。而在夜间，横贯大陆的传播都是可能的。这个范围主要云南关于宽范围的无线电服务，例如广播，天气和航空无线电服务以及新闻社。
这个频段在德国还没有被通过为ISM 频段，但是已经被ITU指定为ISM 波段，并且已经在法国用作RFID系统。而CEPT/ERC和 ETSI 则在CEPT/ERC 70-03准则中将起指定为协调波段。

频段13.56 MHz

频段13.553–13.567 MHz 位于短波波段的中间。其传输特性使得其可以整天都可以达到横贯大陆的传播。这个范围一般用于范围要求非常广的无线电服务，比如新闻社和电信点对点服务(PTP)。
这个范围内的其他ISM 应用，除RFID之外，主要还有远程控制系统，远程控制模型，试验无限设备和寻呼系统。

频段27.125 MHz

频段26.565–27.405MHz分配给美国、加拿大和欧洲的CB 广播。无须注册和免费的无线电系统，功率小于4 Watts 的私人无线电爱好者可以使用，传输可超过30 km。
这个频段的ISM 应用除RFID之外，还有电疗器械（医用设备）、高频焊接设备（工业应用）、远程控制模型和寻呼系统。
当安装27 MHz RFID 系统时，必须特别注意附近的高频工业焊接设备。HF 焊接设备可产生很高的场强，可以干扰附近的RFID 系统的运行。当为医院规划27 MHz RFID 系统时，也要考虑电疗设备的因素。

频段40.680 MHz

范围40.660–40.700 MHz 位于VHF 频段的低端。其传输特性仅限于地面波，所以由于建筑物和其他障碍所产生的衰减很明显。这个频段邻近的其他ISM 范围主要由移动商业无线电系统(森林，高速公路管理等) 以及电视广播的(VHF 频段 I)。
这个频段主要的ISM 应用包括遥感和远程控制应用。这个范围目前很少用作RFID 系统。 这个频段所能达到的有效范围要远远低于更低的频段所能达到的范围，因为这个频段的7.5 m 波长不适合构造小巧和便宜的backscatter transponders。

频段433.920 MHz

这个频段430.000–440.000 MHz 主要分配给全球的业务无线电爱好者。无线电爱好者使用这个频段来进行声音和数据的传输以及通过中继广播站和卫星的通信。
UHF 频段的传输特性近似于光。当遇到建筑物和其他障碍时将会出现衰减和反射。依赖于操作方法和发射功率，无线电爱好者使用的系统可能达到的范围在30 到300 km之间。使用卫星也可以达到全球连接。
ISM 范围433.050–434.790 MHz 主要位于业务爱好者使用频段的中部，并且被各种各样的应用所占据。包括，内部通话器，遥感发射器，无绳电话，短距离对讲机，车库自动进入发射器等等。所幸的是，这个频段的干扰倒是很少见。

频段869.0 MHz

频段868–870 MHz 在欧洲主要用作短距离设备(SRD) ，因此在 CEPT的43个成员国中都可以用作RFID系统。
亚太地区的国家也正在考虑通过这个频率为SRD频率。.

频段915.0 MHz

这个频段在欧洲未作为ISM 应用。欧洲之外(美国和澳洲) 频段888–889 MHz 和902–928 MHz 是可用作后向散射式RFID系统的。
其邻近频段主要由D-net 电话和CT1+ 和 CT2 标准的无绳电话所占据。

频段2.45 GHz

ISM 频段2.400–2.4835 GHz 部分和业余无线电爱好者使用的频率和电波探测服务是用的频率相重叠。这一段的UHF 频率和更高的SHF 频率的传播特性几乎相当于光。建筑物和其他障碍将是很好的反射体，并且产生非常强的衰减。
除了backscatter RFID 系统之外，主要的ISM 应用包括遥感发射器和PC WLAN 系统。

频段5.8 GHz

ISM 频段5.725–5.875 GHz 部分和无线电爱好者使用频率和电波探测服务的频率相重叠。
这一频段的主要服务包括运动传感器（用作防盗等），非接触式卫生间干手器，以及RFID系统。

频段24.125 GHz

ISM 频段24.00–24.25 GHz 部分和业务爱好者使用频率，电波探测服务和卫星地球资源服务的频率重叠。
目前还没有RFID系统运行于此频段。


中国国内的800-900M UHF频段，由于中国的GSM移动通信这个全球最大的网络以及其他一些应用占用了大量的频宽，显得非常拥挤。在11月初召开的RFID全球论坛上，国家无委会透露说，他们已经对此频段进行了大量的测试，并且有了一些调整方案。估计在960M以下。这也可能和该次会议上成立的标准工作组的进展相关。

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。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。

图 1 RFID的应用市场增长
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。

自动识别系统Automatic Identification Systems）

图2 主要的自动识别技术

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 (欧洲物体编码)，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：

图表 3  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：

• Code Codabar: 医学和临床应用，        以及高安全需求的领域
• Code 2/5 interleaved: 自动化工业，    货物存储，         货盘，         装船容器和重工业。
• Code 39: 流程工业，      物流，         大学和图书馆。

图4  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），即 “便携式数据文件”。

图表5 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：

• 信息容量大

根据不同的条空比例每平方英寸可以容纳250到1100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。

• 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。

• 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。

• 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。

• 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。

• 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。

• 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。

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。

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，请参见我编写的《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。

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。

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。

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下表所示。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。

图表6 不同识别技术的比较

概述

射频识别标签（RFID）技术是一种综合了自动识别技术（Auto-ID）和无线电射频通信技术的新技术。它可望在网络、生活、经济、文化、道德和伦理、法律、军事等等诸多方面带来彻底的变革，成为继Internet和无线和移动通信之后又一个决定性的社会变革力量。并最终可能和Internet(IPV6)、移动通信网络、无线传感器网络、生物识别技术、GPS技术等融合。
RFID 的出现可追溯至上世纪30年代，当然其基本技术无线电射频技术还可以追溯至1897年Guglielmo Marconi 发明无线电的时候。RFID 采用与无线电广播相同的物理原理来发射和接收数据。
RFID的基本前端系统一般由3个部分组成：

• 标签（tag）或者雷达收发器（transponder）；
• 接收器（receiver）或者阅读器（reader）；
• 天线。

而这些部件则有许多变体，基于不同的功率、发射范围和距离、天线设计、工作频率、数据容量、管理和操作软件、数据编码格式、空中接口和通信协议等等。这样，便出现了许多不同类型的系统，具有不同的特点和针对的应用范畴。
这些应用中涉及和影响到当今社会、生活、经济、军事、法律和文化的方方面面。而目前最热烈和最受关注的莫过于廉价标签在商品（货物）流通生命周期过程中的识别应用。

发展和趋势

早期

RFID技术很早就和军事联系在一起。在上世纪30年代，美国陆军和海军都面临着在陆地、海上和空中对目标的识别的问题。1937年，美国海军研究试验室（U.S. Naval Research Laboratory (NRL)）开发了敌我识别系统（Identification Friend-or-Foe (IFF) system），来将盟军的飞机和敌方的飞机区别开来。这种技术后来在50年代成为现代空中交通管制的基础。并且是早期RFID技术的萌芽，而优先地应用在军事、实验室等。
早期系统组件昂贵而庞大，但随着集成电路、可编程存储器、微处理器、以及软件技术和编程语言的发展，创造了RFID技术推广和部署的基础。
60年代后期和70年代早期，有些公司（如Sensormatic 和Checkpoint Systems）开始推广稍微不那么复杂的RFID系统的商用，主要用于电子物品监控（electronic article surveillance (EAS)），即保证仓库、图书馆等等的物品安全和监视。这种早期的商业RFID 系统，称为1-bit 标签系统，相对容易构建、部署和维护。但是这种1比特系统只能检测被表示的目标是否在场，不能有更大的数据容量，甚至不能区分被标识目标之间的差别。

图1  早期的RFID发展里程碑

从检测到唯一性识别

因此早期的1bit系统只能作为简单的检测用途。
在70年代，制造、运输、仓储等行业都试图研究和开发基于IC的RFID 系统的应用。比如、工业自动化、动物识别、车辆跟踪等等。在此期间，基于IC的标签体现出了可读写存储器、更快的速度、更远的距离等优点。但这些早期的系统仍然是专有的设计、没有相关标准、也没有功率和频率的管理。
在80年代早期，更加完善的RFID 技术和应用出现，比如铁路车辆的识别、农场动物和农产品的跟踪。
90年代，道路电子收费系统在大西洋沿岸得到广泛应用，从意大利、法国、西班牙、葡萄牙、挪威，到美国的达拉斯、纽约和新泽西。这些系统提供了更完善的访问控制特征，因为它们集成了支付功能，也成为综合性的集成RFID应用的开始。
从90年代开始，多个区域和公司开始注意这些系统之间的互操作性，即运行频率和通信协议的标准化问题。只有标准化，才能将RFID的自动识别技术得到更广泛的应用。比如，这时期美国出现的E-ZPass 系统。
同时，作为访问控制和物理安全的手段， RFID 卡钥匙开始流行起来，试图取代传统的访问控制机制。这种称为非接触式的IC智能卡具有较强的数据存储和处理能力，能够针对持有人进行个性化处理，也能够更灵活地实现访问控制策略。

图2  唯一性识别的应用

RFID的热潮和整合性应用

在上世纪末期，大量的RFID 应用指数般地试图扩展到全球范围。
在美国，Texas Instruments 则是这方面的推动先锋。TI从1991年开始建立德州仪器注册和识别系统（Texas Instruments Registration and Identification Systems (TIRIS)）。该系统如今叫TI-RFid (Texas Instruments Radio Frequency Identification System)，已经是一个主要的RFID应用开发平台。
在欧洲，EM Microelectronic-Marin 从1971年开始研究超低功率的集成电路。1982年，Mikron Integrated Microelectronics 开始了ASIC技术，并在1987年由其奥地利分公司开始开发识别和智能卡芯片。1995年，Philips Semiconductors 收购了Mikron Graz。如今EM Microelectronic 和Philips Semiconductors 是欧洲的主要RFID 厂商。
从技术上看，数年前，所部署的RFID应用基本上都是低频(LF) 和高频 (HF) 的被动式RFID技术。LF 和HF 系统都具有优先的数据传输速度和有效距离。因此，有效距离限制了可部署性。数据传输速度则限制了其可伸缩性。因此，90年代后期，开始出现甚高频(UHF)的主动式标签技术，提供更远的传输距离，更快的传输速度。基于此，重载的企业应用才开始使用这种技术，比如供应链管理中的托盘和包装跟踪、存货和仓库管理、集装箱管理、物流管理等等。并且逐渐试图成为合成的企业应用（包括ERP、SCM、CRM、EAM、B2B等等）的数据和语义基础。
从90年代末期到现在，零售巨头如Wal-Mart，Target，Metro Group 以及一些政府机构，如美国国防部 (DoD)，都开始推进RFID应用，并要求他们的供应商也采用此技术。同时，标准化的纷争出现了多个全球性的RFID标准和技术联盟，主要有EPCglobal、AIM Global、ISO/IEC、UID、IP-X 等。这些组织主要在标签技术、频率、数据标准、传输和接口协议、网络运营和管理、行业应用等方面试图达成全球统一的平台。

图3 整合应用开始

RFID系统的组成

一个RFID 系统 通常有两个组件组成： (Figure 1.7):

• 收发器（transponder）, 位于被识别的对象；
• 讯问器（interrogator）或者阅读器（reader），取决于设计和所采用的技术，可以是阅读或者读写设备。

图4 RFID系统的主要构成
阅读器通常包含一个射频模块(发射器和接收器)，一个控制单元和一个与收发器的耦合单元。另外，某些阅读器还包含其他数据接口系统(RS 232, RS 485,TCP/IP等)，以便将数据转发到其他系统I (PC, 机器人控制系统等)。
雷达收发器，表示RFID系统的实际数据载体，通常有一个耦合单元和一个电子芯片组成。(Figure 1.9)。雷达收发器通常不具备自身电源供应，当它不在质询器的质询范围时，整体呈被动状态。它只有在质询器的质询范围之内才被激活。激活雷达收发器的电力通过耦合单元传输给收发器，所需的数据和时钟脉冲也是如此。

图表 5  RFID 数据承载设备的主要布局，左边是具有天线线圈的感应耦合transponder；右边是具有偶极天线的微波Tag/transponder