1、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用第二章 RFID技術(shù)2.1RFID技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)2.2RFID系統(tǒng)組成2.3RFID系統(tǒng)原理目 錄Contents本 章 學(xué) 習(xí) 重 點(diǎn)03（1）RFID的基本概念、特點(diǎn)及分類(lèi)。（2）RFID系統(tǒng)的組成和中間件技術(shù)。（3）RFID系統(tǒng)的電感耦合和電磁反向散射耦合原理。0201本 章 學(xué) 習(xí) 重 點(diǎn)物聯(lián)網(wǎng)的感知層是基礎(chǔ)層，承擔(dān)著信息采集的功能。在物聯(lián)網(wǎng)中，自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)可以對(duì)物品自動(dòng)進(jìn)行標(biāo)識(shí)和識(shí)別，并可以將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新，是全球物品信息實(shí)時(shí)共享的重要組成部分。從目前的發(fā)展階段來(lái)看，物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的瓶頸就在于感知層。RFID（射頻識(shí)別）技術(shù)是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，也是目前最重要的自動(dòng)識(shí)

2、別系統(tǒng)。它通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無(wú)須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，操作快捷方便。2.1 RFID技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí) RFID的基本概念和特點(diǎn)2RFID即射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification），又稱(chēng)無(wú)線射頻識(shí)別，是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。RFID常稱(chēng)為感應(yīng)式電子芯片或近接卡、感應(yīng)卡、非接觸卡、電子標(biāo)簽、電子條碼等。其基本原理是利用射頻信號(hào)通過(guò)空間耦合（交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)）實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸信息傳遞并達(dá)到識(shí)別的目的。防水耐高溫使用壽命長(zhǎng)讀取距離遠(yuǎn)便簽數(shù)據(jù)可以加密存儲(chǔ)數(shù)據(jù)容量大存儲(chǔ)信息可以隨意修

3、改可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)中的物體可識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽可在惡劣環(huán)境下工作隨著物聯(lián)網(wǎng)的興起和發(fā)展，RFID正在成為全球熱門(mén)的技術(shù)。目前，RFID應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，涉及動(dòng)物芯片、商品防偽、國(guó)防軍事、智能交通、電子門(mén)票、身份識(shí)別和一卡通等多種領(lǐng)域。RFID需要利用無(wú)線電頻率資源，因此RFID必須遵守?zé)o線電頻率管理的諸多規(guī)范。具體來(lái)說(shuō)，與同期或早期的接觸式識(shí)別技術(shù)相比較，RFID還具有如下一些特點(diǎn)。（1）數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)功能只要通過(guò)RFID讀寫(xiě)器，不需要接觸即可直接讀取射頻卡內(nèi)的數(shù)據(jù)信息到數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)，且一次可處理多個(gè)標(biāo)簽，也可將處理的數(shù)據(jù)狀態(tài)寫(xiě)入電子標(biāo)簽。（2）電子標(biāo)簽的小型化和多樣化RFID在讀取上不受尺寸大小與形狀的限制

4、。RFID電子標(biāo)簽正朝小型化發(fā)展，以便于嵌入到不同物品內(nèi)。（3）耐環(huán)境性RFID可以非接觸讀寫(xiě)（讀寫(xiě)距離可以從十厘米至幾十米），可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體，抗惡劣環(huán)境，且對(duì)水、油和藥品等物質(zhì)具有強(qiáng)力的抗污性。RFID可以在黑暗或臟污的環(huán)境之中讀取數(shù)據(jù)。2.1 RFID技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)（4）可重復(fù)使用由于RFID為電子數(shù)據(jù)，可以反復(fù)讀寫(xiě)，因此可以回收標(biāo)簽重復(fù)使用，提高利用率，降低電子污染。（5）穿透性RFID即便是被紙張、木材和塑料等非金屬、非透明材質(zhì)包覆，也可以進(jìn)行穿透性通信。但是它不能穿過(guò)鐵質(zhì)等金屬物體進(jìn)行通信。（6）數(shù)據(jù)的記憶容量大數(shù)據(jù)容量隨著記憶規(guī)格的發(fā)展而擴(kuò)大，未來(lái)物品所需攜帶的數(shù)據(jù)量會(huì)越來(lái)越大。

5、（7）系統(tǒng)安全性將產(chǎn)品數(shù)據(jù)從中央計(jì)算機(jī)中轉(zhuǎn)存到標(biāo)簽上將為系統(tǒng)提供安全保障。射頻標(biāo)簽中數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)可以通過(guò)校驗(yàn)或循環(huán)冗余校驗(yàn)的方法來(lái)得到保證。2.1 RFID技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)2.1 RFID技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí) RFID的分類(lèi)2RFID即射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification），又稱(chēng)無(wú)線射頻識(shí)別，是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。RFID常稱(chēng)為感應(yīng)式電子芯片或近接卡、感應(yīng)卡、非接觸卡、電子標(biāo)簽、電子條碼等。其基本原理是利用射頻信號(hào)通過(guò)空間耦合（交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)）實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸信息傳遞并達(dá)到識(shí)別的目的。1根據(jù)標(biāo)簽的供電形式分類(lèi)RFID電子標(biāo)簽的電能消耗是非常低的（一般是1/100 mW級(jí)

6、別）。按照獲取電能的方式不同，電子標(biāo)簽可分為有源電子標(biāo)簽、無(wú)源電子標(biāo)簽和半有源電子標(biāo)簽。據(jù)專(zhuān)家估計(jì)，目前市場(chǎng)上80%為無(wú)源電子標(biāo)簽，不到20%為有源電子標(biāo)簽。有源電子標(biāo)簽內(nèi)裝有電池，無(wú)源電子標(biāo)簽沒(méi)有內(nèi)裝電池。2.1 RFID技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)（1）有源電子標(biāo)簽有源電子標(biāo)簽又稱(chēng)主動(dòng)標(biāo)簽，通過(guò)標(biāo)簽自帶的內(nèi)部電池進(jìn)行供電，其電能充足，工作可靠，信號(hào)傳送距離遠(yuǎn)。有源電子標(biāo)簽的缺點(diǎn)主要是價(jià)格高，體積大，使用壽命受到限制，而且隨著電子標(biāo)簽內(nèi)電池電力的消耗，數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x會(huì)越來(lái)越小，影響系統(tǒng)的正常工作。（2）無(wú)源電子標(biāo)簽無(wú)源電子標(biāo)簽又稱(chēng)被動(dòng)標(biāo)簽，內(nèi)部不帶電池，需靠外界提供能量才能正常工作。無(wú)源電子標(biāo)簽典型的產(chǎn)生電

7、能的裝置是天線與線圈，當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入系統(tǒng)的工作區(qū)域，天線接收到特定的電磁波，線圈就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，再經(jīng)過(guò)整流并給電容充電，電容電壓經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓后可作為工作電壓。無(wú)源電子標(biāo)簽具有永久的使用期，常用于需要每天讀寫(xiě)或頻繁讀寫(xiě)信息的場(chǎng)合。無(wú)源電子標(biāo)簽的缺點(diǎn)主要是數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x要比有源電子標(biāo)簽短，需要敏感性比較高的信號(hào)接收器才能可靠識(shí)讀。2.1 RFID技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)（3）半有源電子標(biāo)簽半有源電子標(biāo)簽又稱(chēng)半被動(dòng)標(biāo)簽，可以使用微型紐扣電池給芯片供電，而天線接收、發(fā)射仍然通過(guò)讀寫(xiě)器發(fā)射的電磁波獲取能量，因此本身耗電很少。標(biāo)簽未進(jìn)入工作狀態(tài)前，一直處于休眠狀態(tài)，相當(dāng)于無(wú)源電子標(biāo)簽，標(biāo)簽內(nèi)部電池能量消耗很少，因而電池

8、可維持幾年，甚至更長(zhǎng)。當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入讀寫(xiě)器的讀取區(qū)域，受到讀寫(xiě)器發(fā)出的射頻信號(hào)激勵(lì)而進(jìn)入工作狀態(tài)時(shí)，電子標(biāo)簽與讀寫(xiě)器之間信息交換的能量支持以讀寫(xiě)器供應(yīng)的射頻能量為主（反射調(diào)制方式），標(biāo)簽內(nèi)部電池的作用主要在于彌補(bǔ)標(biāo)簽所處位置的射頻場(chǎng)強(qiáng)不足，標(biāo)簽內(nèi)部電池的能量并不轉(zhuǎn)換為射頻能量。2.1 RFID技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)2根據(jù)標(biāo)簽的工作頻率分類(lèi)電子標(biāo)簽的工作頻率決定著射頻識(shí)別系統(tǒng)的工作原理（電感耦合還是電磁反向散射耦合）、識(shí)別距離、電子標(biāo)簽及讀寫(xiě)器實(shí)現(xiàn)的難易程度和設(shè)備的成本。電子標(biāo)簽依據(jù)頻率的不同可分為低頻電子標(biāo)簽、高頻電子標(biāo)簽、超高頻電子標(biāo)簽和微波電子標(biāo)簽。RFID系統(tǒng)主要頻段標(biāo)準(zhǔn)與特性2.1 RFID技術(shù)基礎(chǔ)

9、知識(shí)低頻段電子標(biāo)簽簡(jiǎn)稱(chēng)低頻電子標(biāo)簽，其工作頻率范圍為30300 kHz。典型工作頻率有125 kHz，133 kHz（也有接近的其他頻率的，如TI公司使用134.2 kHz）。低頻標(biāo)簽一般為無(wú)源電子標(biāo)簽，其工作能量通過(guò)電感耦合方式從讀寫(xiě)器耦合線圈的輻射近場(chǎng)中獲得。低頻標(biāo)簽與讀寫(xiě)器之間傳送數(shù)據(jù)時(shí)，低頻電子標(biāo)簽需位于讀寫(xiě)器天線輻射的近場(chǎng)區(qū)內(nèi)。低頻電子標(biāo)簽的讀寫(xiě)距離一般情況下小于1 m。1）低頻段電子標(biāo)簽低頻標(biāo)簽存在的優(yōu)勢(shì)是標(biāo)簽的芯片多采用普通的CMOS工藝，工作頻率不受無(wú)線電頻率管制約束；比較廉價(jià)、省電；同時(shí)可以穿透水、木材、有機(jī)組織等。低頻標(biāo)簽常適合近距離的、低速度的、數(shù)據(jù)量要求較少的識(shí)別應(yīng)用（

10、如動(dòng)物識(shí)別）等。低頻標(biāo)簽的劣勢(shì)主要體現(xiàn)在：標(biāo)簽存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量較少；只能適合低速、近距離識(shí)別應(yīng)用；與高頻標(biāo)簽相比，標(biāo)簽天線匝數(shù)更多，成本更高一些。2.1 RFID技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)低頻標(biāo)簽的典型應(yīng)用有動(dòng)物識(shí)別、容器識(shí)別、工具識(shí)別、電子閉鎖防盜（帶有內(nèi)置應(yīng)答器的汽車(chē)鑰匙）等。低頻標(biāo)簽有多種外觀形式，應(yīng)用于動(dòng)物識(shí)別的低頻標(biāo)簽外觀有項(xiàng)圈式、耳牌式、注射式、藥丸式等。（a）低頻動(dòng)物耳標(biāo) （b）低頻動(dòng)物腳環(huán)常見(jiàn)低頻電子標(biāo)簽2.1 RFID技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)中高頻段電子標(biāo)簽的工作頻率一般為330 MHz，典型工作頻率為13.56 MHz。該頻段的電子標(biāo)簽，從射頻識(shí)別應(yīng)用角度來(lái)說(shuō)，因其工作原理與低頻標(biāo)簽完全相同，即采用電感耦

11、合方式工作，所以宜將其歸為低頻標(biāo)簽類(lèi)中。另一方面，根據(jù)無(wú)線電頻率的一般劃分，其工作頻段又稱(chēng)為高頻，所以也常將其稱(chēng)為高頻標(biāo)簽。2）中高頻段電子標(biāo)簽高頻標(biāo)簽一般也采用無(wú)源設(shè)計(jì)，其工作能量同低頻標(biāo)簽一樣，也是通過(guò)電感耦合或電磁反向散射耦合方式從讀寫(xiě)器耦合線圈的輻射近場(chǎng)中獲得。標(biāo)簽與讀寫(xiě)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，標(biāo)簽必須位于讀寫(xiě)器天線輻射的近場(chǎng)區(qū)內(nèi)。中頻標(biāo)簽的讀寫(xiě)距離一般情況下也小于1 m。2.1 RFID技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)高頻標(biāo)簽的基本特點(diǎn)與低頻標(biāo)簽相似，由于其工作頻率的提高，可以選用較高的數(shù)據(jù)傳輸速率。高頻標(biāo)簽由于可方便地做成卡狀，典型應(yīng)用包括電子車(chē)票、電子身份證、電子閉鎖防盜（電子遙控門(mén)鎖控制器）等。（a）高

12、頻IC卡 （b）RFID門(mén)票常見(jiàn)高頻電子標(biāo)簽2.1 RFID技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)超高頻與微波頻段的電子標(biāo)簽也簡(jiǎn)稱(chēng)微波電子標(biāo)簽，其典型工作頻率為433.92 MHz，902928 MHz，2.45 GHz，5.8 GHz。微波電子標(biāo)簽可分為有源電子標(biāo)簽與無(wú)源電子標(biāo)簽兩類(lèi)。工作時(shí)，電子標(biāo)簽位于讀寫(xiě)器天線輻射場(chǎng)的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)內(nèi)，電子標(biāo)簽與讀寫(xiě)器之間的耦合方式為電磁反向散射耦合方式。讀寫(xiě)器天線輻射場(chǎng)為無(wú)源電子標(biāo)簽提供射頻能量，將有源電子標(biāo)簽喚醒。相應(yīng)的射頻識(shí)別系統(tǒng)讀寫(xiě)距離一般大于1 m，典型情況為47 m，最大可達(dá)10 m以上。讀寫(xiě)器天線一般均為定向天線，只有在讀寫(xiě)器天線定向波束范圍內(nèi)的電子標(biāo)簽才可被讀寫(xiě)。3）超高

13、頻與微波電子標(biāo)簽2.1 RFID技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)微波電子標(biāo)簽的典型特點(diǎn)主要集中在是否無(wú)源、無(wú)線讀寫(xiě)距離、是否支持多電子標(biāo)簽讀寫(xiě)、是否適合高速識(shí)別應(yīng)用、讀寫(xiě)器的發(fā)射功率容限、電子標(biāo)簽及讀寫(xiě)器的價(jià)格等方面。微波電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量一般限定在2 Kbit以?xún)?nèi)，從技術(shù)及應(yīng)用的角度來(lái)說(shuō)，微波電子標(biāo)簽并不適合作為大量數(shù)據(jù)的載體，其主要功能在于標(biāo)識(shí)物品并完成無(wú)接觸的識(shí)別過(guò)程。典型的數(shù)據(jù)容量指標(biāo)有1 Kbit，128 bit，64 bit等。微波電子標(biāo)簽的典型應(yīng)用包括移動(dòng)車(chē)輛識(shí)別、電子身份證、倉(cāng)儲(chǔ)物流應(yīng)用、電子閉鎖防盜（電子遙控門(mén)鎖控制器）等。（a）ETC不停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng) （b）機(jī)場(chǎng)行李自動(dòng)分揀系統(tǒng)微波電子標(biāo)簽應(yīng)

14、用場(chǎng)景2.1 RFID技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)3根據(jù)標(biāo)簽的可讀性分類(lèi)（1）只讀（RO）標(biāo)簽只讀標(biāo)簽內(nèi)部有只讀存儲(chǔ)器（ROM）。ROM中存儲(chǔ)有電子標(biāo)簽的標(biāo)識(shí)信息。這些信息可以在電子標(biāo)簽制造過(guò)程中，由制造商寫(xiě)入ROM中，即電子標(biāo)簽在出廠時(shí)已將完整的信息寫(xiě)入電子標(biāo)簽。這種情況下，在應(yīng)用過(guò)程中，電子標(biāo)簽一般具有只讀功能。也可以在電子標(biāo)簽開(kāi)始使用時(shí)由使用者根據(jù)特定的應(yīng)用目的寫(xiě)入特殊的編碼信息。（2）可讀可寫(xiě)（RW）標(biāo)簽可讀可寫(xiě)標(biāo)簽內(nèi)部的存儲(chǔ)器，除了ROM、緩沖存儲(chǔ)器之外，還有非活動(dòng)可編程記憶存儲(chǔ)器。這種存儲(chǔ)器一般是EEPROM（電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器），它除了具有存儲(chǔ)數(shù)據(jù)功能外，還具有在適當(dāng)?shù)臈l件下允許多次對(duì)原有

15、數(shù)據(jù)的擦除以及重新寫(xiě)入數(shù)據(jù)的功能?？勺x可寫(xiě)電子標(biāo)簽還可能有隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM），用于存儲(chǔ)電子標(biāo)簽反應(yīng)和數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中臨時(shí)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。（3）一次寫(xiě)入多次讀出（WORM）標(biāo)簽一次寫(xiě)入多次讀出（WORM）的電子標(biāo)簽既有接觸式改寫(xiě)的電子標(biāo)簽存在，也有無(wú)接觸式改寫(xiě)的電子標(biāo)簽存在。這類(lèi)WORM電子標(biāo)簽一般大量用在一次性使用的場(chǎng)合，如航空行李標(biāo)簽、特殊身份證件標(biāo)簽等。2.1 RFID技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)4根據(jù)標(biāo)簽的工作方式分類(lèi)（1）主動(dòng)式電子標(biāo)簽一般來(lái)說(shuō)，主動(dòng)式RFID系統(tǒng)為有源系統(tǒng)，即主動(dòng)式電子標(biāo)簽用自身的射頻能量主動(dòng)地發(fā)送數(shù)據(jù)給讀寫(xiě)器，在有障礙物的情況下，只需穿透障礙物一次。由于主動(dòng)式電子標(biāo)簽自帶電池供電，

16、它的電能充足，工作可靠性高，信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn)。主要缺點(diǎn)是標(biāo)簽的使用壽命受到限制，而且隨著標(biāo)簽內(nèi)部電池能量的耗盡，數(shù)據(jù)傳輸距離越來(lái)越短，從而影響系統(tǒng)的正常工作。（2）被動(dòng)式電子標(biāo)簽被動(dòng)式電子標(biāo)簽必須利用讀寫(xiě)器的載波來(lái)調(diào)制自身的信號(hào)，標(biāo)簽產(chǎn)生電能的裝置是天線和線圈。電子標(biāo)簽進(jìn)入RFID系統(tǒng)工作區(qū)后，天線接收特定的電磁波，線圈產(chǎn)生感應(yīng)電流供給電子標(biāo)簽工作，在有障礙物的情況下，讀寫(xiě)器的能量必須來(lái)回穿過(guò)障礙物兩次。這類(lèi)系統(tǒng)一般用于門(mén)禁或交通系統(tǒng)中，因?yàn)樽x寫(xiě)器可以確保只激活一定范圍內(nèi)的電子標(biāo)簽。（3）半主動(dòng)式電子標(biāo)簽在半主動(dòng)式RFID系統(tǒng)里，電子標(biāo)簽本身帶有電池，但是電子標(biāo)簽并不通過(guò)自身能量主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)給讀

17、寫(xiě)器，電池只負(fù)責(zé)對(duì)電子標(biāo)簽內(nèi)部電路供電。電子標(biāo)簽需要被讀寫(xiě)器的能量激活，然后才通過(guò)反向散射調(diào)制方式傳送自身數(shù)據(jù)。一般來(lái)講，無(wú)源系統(tǒng)為被動(dòng)式，有源系統(tǒng)為主動(dòng)式。2.1 RFID技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)依據(jù)封裝形式，RFID標(biāo)簽可分為信用卡標(biāo)簽、線形標(biāo)簽、紙狀標(biāo)簽、玻璃管標(biāo)簽、圓形標(biāo)簽及特殊用途的異形標(biāo)簽等；根據(jù)耦合方式、工作頻率和作用距離的不同，RFID無(wú)線信號(hào)傳輸分為電感耦合方式和電磁反向散射耦合方式兩種；按照數(shù)據(jù)在RFID讀寫(xiě)器和標(biāo)簽之間的通信方式，可以分為全雙工系統(tǒng)、半雙工系統(tǒng)和時(shí)序系統(tǒng)等。RFID的種類(lèi)及特點(diǎn)2.1 RFID技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)RFID技術(shù)起源于第二次世界大戰(zhàn)時(shí)期，該技術(shù)被英軍用于識(shí)別敵我雙

18、方的飛機(jī)，此系統(tǒng)稱(chēng)為敵我識(shí)別系統(tǒng)（Identification Friend or Foe System，IFFS）。IFFS通過(guò)雷達(dá)發(fā)射微波查詢(xún)信號(hào)，英方飛機(jī)上安裝的識(shí)別電子標(biāo)簽可以對(duì)微波信號(hào)做出相應(yīng)回執(zhí)，這種技術(shù)在20世紀(jì)50年代成為現(xiàn)代空中交通管制的基礎(chǔ)，也是早期RFID技術(shù)的萌芽，主要應(yīng)用在軍事、實(shí)驗(yàn)室等。1948年HarryStockman的一篇具有里程碑意義的RFID研究論文“Communication by Means of Reflected Power”，以及信息技術(shù)（如晶體管集成電路、微處理芯片、通信網(wǎng)絡(luò)等新技術(shù)）的發(fā)展，拉開(kāi)了RFID技術(shù)的研究序幕。20世紀(jì)60年代出現(xiàn)了

19、一系列的RFID技術(shù)論文及專(zhuān)利文獻(xiàn)，RFID的應(yīng)用此時(shí)也應(yīng)運(yùn)而生，出現(xiàn)了商用RFID系統(tǒng)電子商品監(jiān)視（Electronic Article Surveillance，EAS）設(shè)備。EAS被認(rèn)為是RFID技術(shù)最早且最廣泛應(yīng)用于商業(yè)領(lǐng)域的系統(tǒng)。20世紀(jì)70年代，RFID技術(shù)成為人們研究的熱門(mén)課題，各種機(jī)構(gòu)都開(kāi)始致力于RFID技術(shù)的開(kāi)發(fā)，出現(xiàn)了一系列的研究成果，并且將RFID技術(shù)成功應(yīng)用于自動(dòng)汽車(chē)識(shí)別（Automatic Vehicle Identification，AVI）的電子計(jì)費(fèi)系統(tǒng)、動(dòng)物跟蹤及工廠自動(dòng)化等。0102032.1 RFID技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)20世紀(jì)80年代是充分使用RFID技術(shù)的十年，

20、更加完善的RFID應(yīng)用開(kāi)始涌現(xiàn)。世界各個(gè)國(guó)家對(duì)RFID的應(yīng)用興趣不盡相同， 在美國(guó)RFID技術(shù)主要應(yīng)用于傳輸業(yè)和訪問(wèn)控制， 在歐洲則是將短距離通信的RFID技術(shù)應(yīng)用于動(dòng)物監(jiān)控。第一個(gè)實(shí)用的RFID電子收費(fèi)系統(tǒng)于1987年在挪威正式投入使用。1989年美國(guó)達(dá)拉斯南部高速公路也開(kāi)始使用不停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng)，紐約港務(wù)局和新澤西港務(wù)局在林肯路的汽車(chē)入口處也使用了RFID系統(tǒng)。在歐洲，微型電路（EM）從1971年開(kāi)始研究超低功率的集成電路。1982年，米克朗集成微電子學(xué)開(kāi)始了ASIC（專(zhuān)用集成電路）技術(shù)，并在1987年由其奧地利分公司開(kāi)始開(kāi)發(fā)識(shí)別和智能卡芯片。2.1 RFID技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)20世紀(jì)90年代是RF

21、ID發(fā)展史上最為重要的十年，在這期間電子收費(fèi)系統(tǒng)在美國(guó)開(kāi)始大量部署，在北美共約有3億個(gè)RFID標(biāo)簽被安裝在汽車(chē)尾部。1991年，世界第一個(gè)高速公路不停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng)在美國(guó)俄克拉何馬州開(kāi)始投入使用。1992年，世界第一個(gè)電子收費(fèi)系統(tǒng)和交通管理系統(tǒng)的集成系統(tǒng)在美國(guó)休斯頓安裝并使用。多個(gè)地區(qū)和公司開(kāi)始注意到系統(tǒng)之間的互操作性，即運(yùn)行頻率和通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題。只有提供了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，RFID才能在更廣泛的領(lǐng)域得到應(yīng)用。例如，當(dāng)時(shí)E-zPass系統(tǒng)能夠兼容美國(guó)七大地區(qū)的電子收費(fèi)系統(tǒng)，通過(guò)這套系統(tǒng)，附帶同一個(gè)標(biāo)簽的汽車(chē)在七大地區(qū)均可使用。1995年，飛利浦半導(dǎo)體公司收購(gòu)了Mikron Graz。如今微型電路和

22、飛利浦半導(dǎo)體公司是歐洲的主要RFID廠商。從技術(shù)上看，數(shù)年前，所部署的RFID應(yīng)用基本上都是低頻（LF）和高頻（HF）的被動(dòng)式RFID技術(shù)。低頻和高頻系統(tǒng)都具有優(yōu)先的數(shù)據(jù)傳輸速度和有效距離。有效距離限制了可部署性，數(shù)據(jù)傳輸速度則限制了其可伸縮性。因此，20世紀(jì)90年代后期，開(kāi)始出現(xiàn)甚高頻（UHF）的主動(dòng)式標(biāo)簽技術(shù)，提供更遠(yuǎn)的傳輸距離，更快的傳輸速度。2.1 RFID技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)目前，我國(guó)的RFID產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)逐步形成，產(chǎn)業(yè)鏈中包括如下7個(gè)主要環(huán)節(jié)： RFID標(biāo)準(zhǔn)制定； RFID芯片制造和設(shè)計(jì) 天線設(shè)計(jì)和制造 封裝技術(shù) 標(biāo)簽材料的后續(xù)加工 系統(tǒng)和數(shù)據(jù)管理軟件平臺(tái)的構(gòu)建 RFID應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)標(biāo)簽制

23、造商主要使用封裝完畢后的標(biāo)簽材料進(jìn)行后續(xù)加工，處于產(chǎn)業(yè)鏈中的第5個(gè)環(huán)節(jié)。目前，中國(guó)已經(jīng)將RFID技術(shù)應(yīng)用于鐵路車(chē)號(hào)識(shí)別、身份證和票證管理、動(dòng)物標(biāo)識(shí)、特種設(shè)備與危險(xiǎn)品管理、公共交通及生產(chǎn)過(guò)程管理等多個(gè)領(lǐng)域。2.2 RFID系統(tǒng)組成 RFID系統(tǒng)組成2RFID的工作過(guò)程是標(biāo)簽進(jìn)入磁場(chǎng)通過(guò)天線接收讀寫(xiě)器發(fā)出的射頻信號(hào)憑借感應(yīng)電流的能量將儲(chǔ)存在芯片中的產(chǎn)品信息（無(wú)源標(biāo)簽或被動(dòng)標(biāo)簽）發(fā)送出去，或是以自身能量源主動(dòng)發(fā)送某頻率的信號(hào)（有源標(biāo)簽或主動(dòng)標(biāo)簽）讀寫(xiě)器接收標(biāo)簽信息并譯碼后，送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理2.2 RFID系統(tǒng)組成從RFID的工作過(guò)程可以看出，最簡(jiǎn)單的RFID系統(tǒng)是由電子標(biāo)簽、讀寫(xiě)器和天線

24、三部分組成，完整RFID系統(tǒng)還應(yīng)包括主機(jī)。RFID系統(tǒng)在具體的應(yīng)用過(guò)程中，根據(jù)不同的應(yīng)用目的和應(yīng)用環(huán)境，系統(tǒng)的組成會(huì)有所不同，但從RFID系統(tǒng)的工作原理來(lái)看，系統(tǒng)一般都是由信號(hào)發(fā)射機(jī)、信號(hào)接收機(jī)、發(fā)射接收天線等幾部分組成。RFID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.2 RFID系統(tǒng)組成1信號(hào)發(fā)射機(jī)信號(hào)發(fā)射機(jī)典型的形式是電子標(biāo)簽，也即射頻卡。標(biāo)簽相當(dāng)于條碼技術(shù)中的條碼符號(hào)，用來(lái)存儲(chǔ)需要識(shí)別傳輸?shù)男畔?。在RFID系統(tǒng)中，信號(hào)發(fā)射機(jī)為了不同的應(yīng)用目的，會(huì)以不同的形式存在，典型的形式是標(biāo)簽。另外，與條碼不同的是，標(biāo)簽必須能夠自動(dòng)或在外力的作用下，把存儲(chǔ)的信息主動(dòng)發(fā)射出去。2信號(hào)接收機(jī)在RFID系統(tǒng)中，信號(hào)接收機(jī)一般叫做讀寫(xiě)

25、器或閱讀器。讀寫(xiě)器的基本功能：提供與標(biāo)簽進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐緩?。提供相?dāng)復(fù)雜的信號(hào)狀態(tài)控制、奇偶錯(cuò)誤校驗(yàn)與更正功能等。2.2 RFID系統(tǒng)組成標(biāo)簽中除了存儲(chǔ)需要傳輸?shù)男畔⑼猓€必須含有一定的附加信息，如錯(cuò)誤校驗(yàn)信息等。識(shí)別數(shù)據(jù)信息和附加信息按照一定的結(jié)構(gòu)編制在一起，并按照特定的順序向外發(fā)送。讀寫(xiě)器通過(guò)接收到的信息來(lái)控制數(shù)據(jù)流的發(fā)送。一旦到達(dá)讀寫(xiě)器的信息被正確的接收和譯解后，讀寫(xiě)器通過(guò)特定的算法決定是否需要發(fā)射機(jī)對(duì)發(fā)送的信號(hào)重發(fā)一次，或者知道發(fā)射器停止發(fā)信號(hào)，這就是“命令響應(yīng)協(xié)議”。使用這種協(xié)議，即便在很短的時(shí)間、很小的空間讀寫(xiě)多個(gè)標(biāo)簽，也可以有效地防止“欺騙問(wèn)題”的產(chǎn)生。3只有可讀可寫(xiě)標(biāo)簽系統(tǒng)才需

26、要編程器。編程器是向標(biāo)簽寫(xiě)入數(shù)據(jù)的裝置。編程器寫(xiě)入數(shù)據(jù)一般來(lái)說(shuō)是離線完成的，也就是預(yù)先在標(biāo)簽中寫(xiě)入數(shù)據(jù)，等到開(kāi)始應(yīng)用時(shí)直接把標(biāo)簽黏附在被標(biāo)識(shí)項(xiàng)目上。也有一些RFID應(yīng)用系統(tǒng)，寫(xiě)數(shù)據(jù)是在線完成的，尤其是在生產(chǎn)環(huán)境中作為交互式便攜數(shù)據(jù)文件來(lái)處理時(shí)。編程器2.2 RFID系統(tǒng)組成4天線天線是標(biāo)簽與讀寫(xiě)器之間傳輸數(shù)據(jù)的發(fā)射、接收裝置。在實(shí)際應(yīng)用中，除了系統(tǒng)功率，天線的形狀和相對(duì)位置也會(huì)影響數(shù)據(jù)的發(fā)射和接收，需要專(zhuān)業(yè)人員對(duì)系統(tǒng)的天線進(jìn)行設(shè)計(jì)、安裝。小1 m的近距離應(yīng)用系統(tǒng)的RFID天線一般采用工藝簡(jiǎn)單、成本低的線圈型天線，它們主要工作在中低頻段。而1 m以上遠(yuǎn)距離的應(yīng)用系統(tǒng)需要采用微帶貼片型或偶極子型的

27、RFID天線，它們工作在高頻及微波頻段。這幾種類(lèi)型天線的工作原理是不相同的。線圈型微帶貼片型偶極子型2.2 RFID系統(tǒng)組成若從功能實(shí)現(xiàn)考慮，可將RFID系統(tǒng)分成邊沿系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分。這種觀點(diǎn)同現(xiàn)代信息技術(shù)觀點(diǎn)相吻合。邊沿系統(tǒng)主要是完成信息感知，屬于硬件組件部分；軟件系統(tǒng)完成信息的處理和應(yīng)用；通信設(shè)施負(fù)責(zé)整個(gè)RFID系統(tǒng)的信息傳遞；2.2 RFID系統(tǒng)組成 RFID系統(tǒng)中的軟件組件2RFID系統(tǒng)中的軟件組件主要完成數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)、管理及對(duì)RFID標(biāo)簽的讀寫(xiě)控制，是獨(dú)立于RFID硬件之上的部分。RFID系統(tǒng)歸根結(jié)底是為應(yīng)用服務(wù)的，讀寫(xiě)器與應(yīng)用系統(tǒng)之間的接口通常由軟件組件來(lái)完成。RFID軟件

28、組件邊沿接口系統(tǒng)中間件企業(yè)應(yīng)用接口應(yīng)用軟件2.2 RFID系統(tǒng)組成1邊沿接口系統(tǒng)邊沿接口系統(tǒng)主要完成RFID系統(tǒng)硬件與軟件之間的連接，通過(guò)使用控制器實(shí)現(xiàn)同RFID硬軟件之間的通信。主要任務(wù)從讀寫(xiě)器中讀取數(shù)據(jù)和控制讀寫(xiě)器的行為，激勵(lì)外部傳感器、執(zhí)行器工作；從不同讀寫(xiě)器中過(guò)濾重復(fù)數(shù)據(jù)；設(shè)置基于事件方式觸發(fā)的外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)；提供智能功能，選擇發(fā)送到軟件系統(tǒng)；遠(yuǎn)程管理功能；2.2 RFID系統(tǒng)組成2RFID中間件RFID中間件是介于讀寫(xiě)器和后端軟件之間的一組獨(dú)立軟件，它能夠與多個(gè)RFID讀寫(xiě)器和多個(gè)后端軟件應(yīng)用系統(tǒng)連接。應(yīng)用程序使用中間件所提供的通用應(yīng)用程序接口（API），就能夠連接到讀寫(xiě)器，讀取RFI

29、D標(biāo)簽數(shù)據(jù)。中間件屏蔽了不同讀寫(xiě)器和應(yīng)用程序后端軟件的差異，從而減輕了多對(duì)多連接的設(shè)計(jì)與維護(hù)的復(fù)雜性。使用RFID中間件的主要目的 隔離應(yīng)用層和設(shè)備接口； 處理讀寫(xiě)器和傳感器捕獲的原始數(shù)據(jù)，使應(yīng)用層看到的都是有意義的高層事件，大大減少所需處理的信息； 提供應(yīng)用層接口用于管理讀寫(xiě)器和查詢(xún)RFID觀測(cè)數(shù)據(jù)，目前大多數(shù)可用的RFID中間件都有這些特性。2.2 RFID系統(tǒng)組成3企業(yè)應(yīng)用接口企業(yè)應(yīng)用接口是RFID前端操作軟件，主要是提供給RFID設(shè)備操作人員使用的，如手持讀寫(xiě)設(shè)備上使用的RFID識(shí)別系統(tǒng)；超市收銀臺(tái)使用的結(jié)算系統(tǒng)；門(mén)禁系統(tǒng)使用的監(jiān)控軟件；此外還應(yīng)當(dāng)包括將RFID讀寫(xiě)器采集到的信息向軟件

30、系統(tǒng)傳送的接口軟件。2.2 RFID系統(tǒng)組成（1）讀/寫(xiě)功能讀功能就是從電子標(biāo)簽中讀取數(shù)據(jù)，寫(xiě)功能就是將數(shù)據(jù)寫(xiě)入電子標(biāo)簽。這中間涉及編碼和調(diào)制技術(shù)的使用，例如采用FSK還是ASK方式發(fā)送數(shù)據(jù)。（2）防碰撞功能很多時(shí)候不可避免地會(huì)有多個(gè)電子標(biāo)簽同時(shí)進(jìn)入讀寫(xiě)器的讀取區(qū)域，要求同時(shí)識(shí)別和傳輸數(shù)據(jù)，這時(shí)就需要前端軟件具有防碰撞功能。具有防碰撞功能的RFID系統(tǒng)可以同時(shí)識(shí)別進(jìn)入識(shí)別范圍內(nèi)的所有電子標(biāo)簽，其并行工作方式大大提高了系統(tǒng)的效率。前端軟件最重要的功能是保障電子標(biāo)簽和讀寫(xiě)器之間的正常通信，通過(guò)硬件設(shè)備的運(yùn)行和接收高層的后端軟件控制來(lái)處理和管理電子標(biāo)簽和讀寫(xiě)器之間的數(shù)據(jù)通信。2.2 RFID系統(tǒng)組成

31、（3）安全功能確保電子標(biāo)簽和讀寫(xiě)器雙向數(shù)據(jù)交換通信的安全。在前端軟件設(shè)計(jì)中可以利用密碼限制讀取標(biāo)簽內(nèi)信息、讀寫(xiě)一定范圍內(nèi)的標(biāo)簽數(shù)據(jù)及對(duì)傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行加密等措施來(lái)實(shí)現(xiàn)安全功能，也可以使用硬件結(jié)合的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)安全功能。標(biāo)簽不僅提供了密碼保護(hù)，而且能對(duì)數(shù)據(jù)從標(biāo)簽傳輸?shù)阶x取器的過(guò)程進(jìn)行加密，而不僅是對(duì)標(biāo)簽上的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。（4）檢/糾錯(cuò)功能由于使用無(wú)線方式傳輸數(shù)據(jù)很容易被干擾，使得接收到的數(shù)據(jù)產(chǎn)生畸變，從而導(dǎo)致傳輸出錯(cuò)。前端軟件可以采用校驗(yàn)和的方法，如循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）、縱向冗余校驗(yàn)（LRC）、奇偶校驗(yàn)等檢測(cè)錯(cuò)誤?？梢越Y(jié)合自動(dòng)重傳請(qǐng)求（ARQ）技術(shù)重傳有錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)來(lái)糾正錯(cuò)誤，以上功能也可以通過(guò)硬件來(lái)

32、實(shí)現(xiàn)。2.2 RFID系統(tǒng)組成4應(yīng)用軟件由于信息是為生產(chǎn)決策服務(wù)的，因此，RFID系統(tǒng)所采集的信息最終要向后端應(yīng)用軟件傳送，應(yīng)用軟件系統(tǒng)需要具備相應(yīng)的處理RFID數(shù)據(jù)的功能。應(yīng)用軟件的具體數(shù)據(jù)處理功能需要根據(jù)客戶(hù)的具體需求和決策的支持度來(lái)進(jìn)行軟件的結(jié)構(gòu)與功能設(shè)計(jì)。應(yīng)用軟件也是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，它負(fù)責(zé)與讀寫(xiě)器通信，將讀寫(xiě)器經(jīng)過(guò)中間件轉(zhuǎn)換之后的數(shù)據(jù)，插入到后臺(tái)企業(yè)倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，對(duì)電子標(biāo)簽管理信息、發(fā)行電子標(biāo)簽和采集的電子標(biāo)簽信息集中進(jìn)行存儲(chǔ)和處理。（1）RFID系統(tǒng)管理管理系統(tǒng)設(shè)置及系統(tǒng)用戶(hù)信息和權(quán)限。（2）電子標(biāo)簽管理在數(shù)據(jù)庫(kù)中管理電子標(biāo)簽序列號(hào)和每個(gè)物品對(duì)應(yīng)的序號(hào)及產(chǎn)品名稱(chēng)、型號(hào)規(guī)格，

33、芯片內(nèi)記錄的詳細(xì)信息等，完成數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)所有電子標(biāo)簽的信息更新。（3）數(shù)據(jù)分析和存儲(chǔ)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，生成相關(guān)報(bào)表，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)管理。2.2 RFID系統(tǒng)組成 RFID中間件技術(shù)2RFID中間件技術(shù)將企業(yè)級(jí)中間件技術(shù)延伸到RFID領(lǐng)域，是RFID產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵共性技術(shù)。它是RFID讀寫(xiě)器和應(yīng)用系統(tǒng)之間的中介。RFID中間件屏蔽了RFID設(shè)備的多樣性和復(fù)雜性，能夠?yàn)楹笈_(tái)業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供強(qiáng)大的支撐，從而驅(qū)動(dòng)更廣泛、更豐富的RFID應(yīng)用。1RFID中間件的組成RFID中間件（即RFID Edge Server）是EPCglobal推薦的RFID應(yīng)用框架中相當(dāng)重要的一環(huán)，它負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)與RF

34、ID硬件及配套設(shè)備的信息交互與管理，同時(shí)作為一個(gè)軟硬件集成的橋梁，完成與上層復(fù)雜應(yīng)用的信息交換。鑒于使用中間件的3個(gè)主要原因，大多數(shù)中間件應(yīng)由讀寫(xiě)器適配器、事件管理器和應(yīng)用程序接口3個(gè)組件組成。2.2 RFID系統(tǒng)組成（1）讀寫(xiě)器適配器讀寫(xiě)器適配器的作用是提供讀寫(xiě)器接口。假若每個(gè)應(yīng)用程序都編寫(xiě)適應(yīng)于不同類(lèi)型讀寫(xiě)器的API程序，那將是非常麻煩的事情。讀寫(xiě)器適配器程序提供一種抽象的應(yīng)用接口，來(lái)消除不同讀寫(xiě)器與API之間的差別。（2）事件管理器事件管理器的作用是過(guò)濾事件。讀寫(xiě)器不斷從電子標(biāo)簽讀取大量未經(jīng)處理的數(shù)據(jù)，一般說(shuō)來(lái)應(yīng)用系統(tǒng)內(nèi)部存在大量重復(fù)數(shù)據(jù)，因此數(shù)據(jù)必須進(jìn)行去重和過(guò)濾。而不同的數(shù)據(jù)子集，中

35、間件應(yīng)能夠聚合匯總應(yīng)用系統(tǒng)定制的數(shù)據(jù)集合。事件管理器就是按照規(guī)則取得指定的數(shù)據(jù)。過(guò)濾有兩種類(lèi)型，一是基于讀寫(xiě)器的過(guò)濾；二是基于標(biāo)簽和數(shù)據(jù)的過(guò)濾。提供這種事件過(guò)濾的組件就是事件管理器。（3）應(yīng)用程序接口應(yīng)用程序接口的作用是提供一個(gè)基于標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)接口。這是一個(gè)面向服務(wù)的接口，即應(yīng)用程序?qū)咏涌?，它為RFID數(shù)據(jù)的收集提供應(yīng)用程序?qū)诱Z(yǔ)義。2.2 RFID系統(tǒng)組成2RFID中間件的主要功能RFID中間件的任務(wù)主要是對(duì)讀寫(xiě)器傳來(lái)的與標(biāo)簽相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾、匯總、計(jì)算、分組，減少?gòu)淖x寫(xiě)器傳往應(yīng)用系統(tǒng)的大量原始數(shù)據(jù)，生成加入了語(yǔ)義解釋的事件數(shù)據(jù)。因此說(shuō)，中間件是RFID系統(tǒng)的“神經(jīng)中樞”，也是RFID應(yīng)用的核

36、心設(shè)施。（1）數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集RFID中間件最基本的功能是從多種不同讀寫(xiě)器中實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)。在當(dāng)前的形勢(shì)，RFID應(yīng)用處于起始階段，特別是在物流等行業(yè)，條碼等還是主要的識(shí)別方式，而且現(xiàn)在不同生產(chǎn)商提供的RFID讀寫(xiě)器接口未能標(biāo)準(zhǔn)化，功能也不盡相同，這就要求中間件能兼容多種讀寫(xiě)器。2.2 RFID系統(tǒng)組成（2）數(shù)據(jù)處理RFID的特性決定了它在短時(shí)間內(nèi)能產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)有效利用率非常低，必須經(jīng)過(guò)過(guò)濾聚合處理，縮減數(shù)據(jù)的規(guī)模。此外，RFID本身具有錯(cuò)讀、漏讀和多讀等在硬件上無(wú)法避免的問(wèn)題，通過(guò)軟件的方法彌補(bǔ)，事件的平滑過(guò)濾可確保RFID事件的一致性、準(zhǔn)確性。這不但需要進(jìn)行數(shù)據(jù)底層處理，也需要進(jìn)行

37、高級(jí)處理功能，即事件處理。（3）數(shù)據(jù)共享RFID產(chǎn)生的數(shù)據(jù)最終的目的是數(shù)據(jù)的共享，隨著部署RFID應(yīng)用的企業(yè)增多，大量應(yīng)用出現(xiàn)推動(dòng)數(shù)據(jù)共享的需求，高效快速地將物品信息共享給應(yīng)用系統(tǒng)，提高了數(shù)據(jù)利用的價(jià)值，是RFID中間件的一個(gè)重要功能。這主要涉及數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、訂閱和分發(fā)，以及瀏覽器控制。（4）安全服務(wù)RFID中間件采集了大量的數(shù)據(jù)，并把這些數(shù)據(jù)共享，這些數(shù)據(jù)可能是很敏感的數(shù)據(jù)，比如個(gè)人隱私，這就需要中間件實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信安全機(jī)制，根據(jù)授權(quán)提供給應(yīng)用系統(tǒng)相應(yīng)的數(shù)據(jù)。2.2 RFID系統(tǒng)組成3RFID中間件的工作機(jī)制及特點(diǎn)從理論上講，中間件的工作機(jī)制為：在客戶(hù)端上的應(yīng)用程序需要從網(wǎng)絡(luò)中的某個(gè)地方獲取一定

38、的數(shù)據(jù)或服務(wù)，這些數(shù)據(jù)或服務(wù)可能處于一個(gè)運(yùn)行著不同操作系統(tǒng)的特定查詢(xún)語(yǔ)言數(shù)據(jù)庫(kù)的服務(wù)器中?？蛻?hù)/服務(wù)器應(yīng)用程序中負(fù)責(zé)尋找數(shù)據(jù)的部分只需訪問(wèn)一個(gè)中間件系統(tǒng)，由中間件完成到網(wǎng)絡(luò)中尋址數(shù)據(jù)源或服務(wù)，進(jìn)而傳輸客戶(hù)請(qǐng)求、重組答復(fù)信息，最后將結(jié)果送回應(yīng)用程序的任務(wù)。中間件作為一個(gè)用API定義的軟件層，在具體實(shí)現(xiàn)上應(yīng)具有強(qiáng)大的通信能力和良好的可擴(kuò)展性。作為一個(gè)中間件應(yīng)具備： 標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議和接口，具備通用性、易用性； 分布式計(jì)算，提供網(wǎng)絡(luò)、硬件、操作系統(tǒng)透明性； 滿(mǎn)足大量應(yīng)用需要； 能運(yùn)行于多種硬件和操作系統(tǒng)平臺(tái)。其中，具有標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議和接口更為重要，因?yàn)橛纱丝蓪?shí)現(xiàn)不同硬件、操作系統(tǒng)平臺(tái)上的數(shù)據(jù)共享、應(yīng)用互操作。

39、2.2 RFID系統(tǒng)組成4RFID中間件體系結(jié)構(gòu)根據(jù)RFID應(yīng)用需求，中間件必須具備通用性、易用性、模塊化等特點(diǎn)。對(duì)于通用性要求，系統(tǒng)采用面向服務(wù)架構(gòu)（Service Oriented Architecture，SOA）的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，Web Services以服務(wù)的形式接受上層應(yīng)用系統(tǒng)的定制要求并提供相應(yīng)服務(wù)，通過(guò)讀寫(xiě)器適配器提供通用的適配接口以“即插即用”的方式接收讀寫(xiě)器進(jìn)入系統(tǒng)；對(duì)于易用性要求，系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)，以Web服務(wù)器作為系統(tǒng)的控制樞紐，以Web瀏覽器作為系統(tǒng)的控制終端，可以遠(yuǎn)程控制中間件系統(tǒng)及下屬的讀寫(xiě)器。并發(fā)訪問(wèn)技術(shù)目錄服務(wù)及定位技術(shù)數(shù)據(jù)及設(shè)備監(jiān)控技術(shù)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪問(wèn)技術(shù)安全和集成

40、技術(shù)進(jìn)程及會(huì)話管理技術(shù)數(shù)據(jù)讀出和寫(xiě)入數(shù)據(jù)過(guò)濾和聚合數(shù)據(jù)的分發(fā)數(shù)據(jù)的安全2.2 RFID系統(tǒng)組成例如，根據(jù)SOA的分布式架構(gòu)思想，RFID中間件可按照SOA類(lèi)型來(lái)劃分層次，每一層都有一組獨(dú)立的功能及定義明確的接口，而且都可以利用定義明確的規(guī)范接口與相鄰層進(jìn)行交互。由此，便于把功能組件合理劃分為相對(duì)獨(dú)立的模塊，使系統(tǒng)具備更好的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性。中間件系統(tǒng)設(shè)備管理系統(tǒng)（包括數(shù)據(jù)采集及預(yù)處理）事件處理數(shù)據(jù)服務(wù)接口模塊按照數(shù)據(jù)流程2.2 RFID系統(tǒng)組成讀寫(xiě)器傳遞上來(lái)的數(shù)據(jù)存在著大量的冗余信息及一些誤讀的標(biāo)簽信息，所以要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾，消除冗余數(shù)據(jù)。預(yù)處理內(nèi)容包括集中處理所屬讀寫(xiě)器采集到的標(biāo)簽數(shù)據(jù)，并

41、統(tǒng)一進(jìn)行冗余過(guò)濾、平滑處理、標(biāo)簽解讀等工作。經(jīng)過(guò)處理后，每條標(biāo)簽內(nèi)容包含的信息有標(biāo)準(zhǔn)EPC格式數(shù)據(jù)、采集的讀寫(xiě)器編號(hào)、首次讀取時(shí)間、末次讀取時(shí)間等，并以一個(gè)讀周期為時(shí)間間隔，分時(shí)向事件處理子系統(tǒng)發(fā)送，為進(jìn)一步的數(shù)據(jù)高級(jí)處理做好必要準(zhǔn)備。1）設(shè)備管理系統(tǒng)設(shè)備管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能一是為網(wǎng)絡(luò)上的讀寫(xiě)器進(jìn)行適配，并按照上層的配置建立實(shí)時(shí)的UDP連接并做好接收標(biāo)簽數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備；二是對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。2.2 RFID系統(tǒng)組成各種應(yīng)用程序以不同的方式頻繁地從RFID系統(tǒng)中取得數(shù)據(jù)2）事件處理有限的網(wǎng)絡(luò)帶寬設(shè)計(jì)一套消息傳遞系統(tǒng)設(shè)備管理系統(tǒng)產(chǎn)生事件，并將事件傳遞到事件處理系統(tǒng)中，由事件處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，

42、然后通過(guò)數(shù)據(jù)服務(wù)接口把數(shù)據(jù)傳遞到相關(guān)的應(yīng)用系統(tǒng)。在這種模式下，讀寫(xiě)器不必關(guān)心哪個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)需要什么數(shù)據(jù)。同時(shí)，應(yīng)用程序也不需要維護(hù)與各個(gè)讀寫(xiě)器之間的網(wǎng)絡(luò)通道，僅需要將需求發(fā)送到事件處理系統(tǒng)中即可。 基于內(nèi)容的路由功能； 數(shù)據(jù)分類(lèi)存儲(chǔ)功能; 數(shù)據(jù)緩存功能；2.2 RFID系統(tǒng)組成來(lái)自事件處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)一般以臨時(shí)XML文件的形式和磁盤(pán)文件方式保存，供數(shù)據(jù)服務(wù)接口使用。一方面可通過(guò)操作臨時(shí)XML文件，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)入庫(kù)前數(shù)據(jù)過(guò)濾功能；另一方面又實(shí)現(xiàn)了RFID數(shù)據(jù)的批量入庫(kù)，而不是對(duì)于每條來(lái)自設(shè)備管理系統(tǒng)的RFID數(shù)據(jù)都進(jìn)行一次數(shù)據(jù)庫(kù)的連接和斷開(kāi)操作，減少了因數(shù)據(jù)庫(kù)連接和斷開(kāi)而浪費(fèi)的寶貴資源。2.2 RFID

43、系統(tǒng)組成3）數(shù)據(jù)服務(wù)接口來(lái)自事件處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)最終是分類(lèi)的XML文件。同一類(lèi)型的數(shù)據(jù)以XML文件的形式保存，并提供給相應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)應(yīng)用程序使用。而數(shù)據(jù)服務(wù)接口主要是對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾、入庫(kù)操作，并提供訪問(wèn)相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)的服務(wù)接口。（1）將存放在磁盤(pán)上的XML文件進(jìn)行批量入庫(kù)操作，當(dāng)XML數(shù)據(jù)量達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，啟動(dòng)數(shù)據(jù)入庫(kù)功能模塊，將XML數(shù)據(jù)移植到各種數(shù)據(jù)庫(kù)中。（2）在數(shù)據(jù)移植前將重復(fù)的數(shù)據(jù)過(guò)濾掉。數(shù)據(jù)過(guò)濾過(guò)程一般在處理臨時(shí)存放的XML文件的過(guò)程中完成。（3）為企業(yè)內(nèi)部和企業(yè)外部訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)提供Web Services接口。2.3 RFID系統(tǒng)原理RFID系統(tǒng)的基本工作原理為：由讀寫(xiě)器通過(guò)發(fā)射天線

44、發(fā)送特定頻率的射頻信號(hào)，當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入有效工作區(qū)域時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而獲得能量被激活，使得電子標(biāo)簽將自身編碼信息通過(guò)內(nèi)置天線發(fā)射出去；讀寫(xiě)器的接收天線接收到從標(biāo)簽發(fā)送來(lái)的調(diào)制信號(hào)，經(jīng)天線的調(diào)制器傳送到讀寫(xiě)器信號(hào)處理模塊，經(jīng)解調(diào)和解碼后將有效信息送到后臺(tái)主機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理；主機(jī)系統(tǒng)根據(jù)邏輯運(yùn)算識(shí)別該標(biāo)簽的身份，針對(duì)不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，最終發(fā)出信號(hào)控制讀寫(xiě)器完成不同的讀寫(xiě)操作。2.3 RFID系統(tǒng)原理從電子標(biāo)簽到讀寫(xiě)器之間的通信和能量感應(yīng)方式來(lái)看，RFID系統(tǒng)主要有電感耦合（磁耦合）和電磁反向散射耦合（電磁場(chǎng)耦合）兩種。電感耦合方式一般適合于中、低頻率工作的近距離RFID系統(tǒng)；電磁反

45、向散射耦合方式一般適合于高頻、微波工作頻率的遠(yuǎn)距離RFID系統(tǒng)。（a）電感耦合方式 （b）電磁反向散射耦合方式 電感耦合和電磁反向散射耦合原理圖2.3 RFID系統(tǒng)原理電感耦合RFID系統(tǒng)2電感耦合的射頻載波頻率為13.56 MHz和小于135 kHz的頻段，識(shí)別作用距離小于1 m，典型作用距離為1020 cm。電感耦合方式的電路結(jié)構(gòu)2.3 RFID系統(tǒng)原理1應(yīng)答器（電子標(biāo)簽）的能量供給電磁耦合方式的應(yīng)答器幾乎都是無(wú)源的，能量（電源）從讀寫(xiě)器獲得。由于讀寫(xiě)器產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度受到電磁兼容性能有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格限制，因此系統(tǒng)的工作距離較近。Vs為射頻信號(hào)源，L1和C1構(gòu)成諧振回路（諧振于Vs的頻率），R

46、s是射頻源的內(nèi)阻，R1是電感線圈L1的損耗電阻。Vs在L1上產(chǎn)生高頻電流i，諧振時(shí)高頻電流i最大，高頻電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)穿過(guò)線圈，并有部分磁力線穿過(guò)距離讀寫(xiě)器電感線圈L1一定距離的應(yīng)答器線圈L2。由于所有工作頻率范圍內(nèi)的波長(zhǎng)（13.56 MHz的波長(zhǎng)為22.1 m，135 kHz的波長(zhǎng)為2 400 m）比讀寫(xiě)器和應(yīng)答器線圈之間的距離大很多，所以?xún)删€圈之間的電磁場(chǎng)可以視為簡(jiǎn)單的交變磁場(chǎng)。2.3 RFID系統(tǒng)原理穿過(guò)電感線圈L2的磁力線通過(guò)感應(yīng)，在L2上產(chǎn)生電壓，將其通過(guò)VD和C0整流濾波后，即可產(chǎn)生應(yīng)答器工作所需的直流電壓。電容器C2的選擇應(yīng)使L2和C2構(gòu)成對(duì)工作頻率諧振的回路，以使電壓V2達(dá)到最大

47、值。電感線圈L2可以看做變壓器初次級(jí)線圈，不過(guò)它們之間的耦合很弱。讀寫(xiě)器和應(yīng)答器之間的功率傳輸效率與工作頻率、應(yīng)答器線圈的匝數(shù)、應(yīng)答器線圈包圍的面積、兩線圈的相對(duì)角度，以及它們之間的距離是成比例的。因?yàn)殡姼旭詈舷到y(tǒng)的效率不高，所以只適合于低電流電路。只有功耗極低的只讀電子標(biāo)簽（小于135 kHz）可用于1 m以上的距離。具有寫(xiě)入功能和復(fù)雜安全算法的電子標(biāo)簽的功率消耗較大，因而其一般的作用距離為15 cm。2.3 RFID系統(tǒng)原理2數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)答器向讀寫(xiě)器的數(shù)據(jù)傳輸采用負(fù)載調(diào)制方法。應(yīng)答器二進(jìn)制數(shù)據(jù)編碼信號(hào)控制開(kāi)關(guān)器件，使其電阻發(fā)生變化，從而使應(yīng)答器線圈上的負(fù)載電阻按二進(jìn)制編碼信號(hào)的變化而改變。負(fù)

48、載的變化通過(guò)L2映射到L1，使L1的電壓也按二進(jìn)制編碼規(guī)律變化。該電壓的變化通過(guò)濾波放大和調(diào)制解調(diào)電路，恢復(fù)應(yīng)答器的二進(jìn)制編碼信號(hào)，這樣，讀寫(xiě)器就獲得了應(yīng)答器發(fā)出的二進(jìn)制數(shù)據(jù)信息。提示電感耦合系統(tǒng)是通過(guò)空間高頻交變磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)耦合，依據(jù)的是電磁感應(yīng)定律。電磁反向散射耦合系統(tǒng)，即雷達(dá)原理模型，發(fā)射出去的電磁波碰到目標(biāo)后反射，同時(shí)攜帶回目標(biāo)信息，依據(jù)的是電磁波的空間傳播規(guī)律。2.3 RFID系統(tǒng)原理 電磁反向散射耦合RFID系統(tǒng)2電磁反向散射耦合方式一般適合于高頻、微波工作的遠(yuǎn)距離射頻識(shí)別系統(tǒng)。典型的工作頻率有433 MHz，915 MHz，2.45 GHz，5.8 GHz，識(shí)別作用距離大于1 m，典

49、型作用距離為310 m。1反向散射雷達(dá)技術(shù)為RFID的反向散射耦合方式提供了理論和應(yīng)用基礎(chǔ)。當(dāng)電磁波遇到空間目標(biāo)時(shí)，其能量的一部分被目標(biāo)吸收，另一部分以不同的強(qiáng)度散射到各個(gè)方向。在散射的能量中，一小部分反射回發(fā)射天線，并被天線接收（因此發(fā)射天線也是接收天線），對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行放大和處理，即可獲得目標(biāo)的有關(guān)信息。2.3 RFID系統(tǒng)原理2RFID反向散射耦合方式一個(gè)目標(biāo)反射電磁波的頻率由反射橫截面來(lái)確定。反射橫截面的大小與一系列的參數(shù)有關(guān)，如目標(biāo)的大小、形狀和材料，電磁波的波長(zhǎng)和極化方向等。由于目標(biāo)的反射性能通常隨頻率的升高而增強(qiáng)，所以RFID反向散射耦合方式采用特高頻和超高頻，應(yīng)答器和讀寫(xiě)器的距離大于1 m。收發(fā)通信系統(tǒng)讀寫(xiě)器應(yīng)答器天線2.3 RFID系統(tǒng)原理無(wú)源應(yīng)答器的能量由讀寫(xiě)器提供，讀寫(xiě)器天線發(fā)射的功率P1經(jīng)自由空間衰減后到達(dá)應(yīng)答器，到達(dá)功率中被吸收的功率經(jīng)應(yīng)答器中的整流電路后