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无线射频识别技术的应用与发展
2005-1-19
RFID是一种非接触式的自动识别技术,它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,识别工作无须人工干预。作为条形码的无线版本,RFID技术具有条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、读取距离大、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更改自如等特点,其应用将给零售、物流等产业带来革命性变化。 
  RFID技术具有很多突出的优点:实现了无源和免接触操作,应用便利,无机械磨损,寿命长,机具无直接对最终用户开放的物理接口,能更好地保证机具的安全性;数据安全方面除标签的密码保护外,数据部分可用一些算法实现安全管理,如DES、RSA、DSA、MD5等,读写机具与卡之间也可相互认证,实现安全通信和存储;总体成本一直处于下降之中,越来越接近接触式IC卡的成本,甚至更低,为其大量应用奠定了基础。如果RFID技术能与电子供应链紧密联系,那它很有可能在几年以内取代条形码扫描技术。 

  一、RFID技术标准 
  目前RFID存在两个技术标准阵营:一个是总部设在美国麻省理工学院的Auto-IDCenter,另一个是日本的UbiquitousIDCenter(UID)。前者的领导组织是美国的EPC(电子产品代码)环球协会,旗下有沃尔玛集团、英国Tesco等100多家欧美的零售流通企业,同时有IBM、微软、飞利浦、Auto-IDLab等公司提供技术研究支持。后者主要由日系厂商组成,有日本电子厂商、信息企业和印刷公司等,总计达352家。 
  日本UID标准和欧美的EPC标准在使用无线频段、信息位数和应用领域等存在诸多差异。例如日本的RFID采用的频段为2.45GHz和13.56MHz,欧美的EPC标准采用UHF频段,如902MHz~928MHz;日本的电子标签的信息位数为128位,EPC标准的位数为96位;日本的电子标签标准可用于库存管理、信息发送与接收以及产品和零部件的跟踪管理等,EPC标准侧重于物流管理、库存管理等。 
  由于两大阵营得到了不同的厂商支持,因而国际标准采纳何种标准,势必会影响各个厂商的市场份额,进而影响产业链各个环节的积极互动合作。在RFID的规模应用进程中,如何协调各大厂商利益,如何将分裂的各路诸侯纳入到统一的技术规范中,肯定要比解决单纯的技术问题复杂得多。 
  RFID的低频系统主要用于短距离、低成本的应用中,如多数的门禁控制、校园卡、煤气表、水表等;高频系统则用于需传送大量数据的应用系统;超高频系统应用于需要较长的读写距离和高读写速度的场合,其天线波束方向较窄且价格较高,在火车监控、高速公路收费等系统中应用。另外值得一提的是在供应链中的应用,EPC Global规定用于EPC的载波频率为13.56MHz和860MHz~930MHz两个频段,其中13.56MHz频率采用的标准原型是ISO/IEC15693,已经收入到ISO/IEC18000-3中。这个频点的应用已经非常成熟。 
  而860~930MHz频段的应用则较复杂,国际上各国家采用的频率不同:美国为915MHz,欧洲为869MHz,而我国由于被GSM、CDMA等占用,目前仍然待定。目前常用的RFID国际标准主要有用于对动物识别的ISO 11784和11785(表1),用于非接触智能卡的ISO 10536(Close coupled cards)、ISO 15693(Vicinity cards)、ISO 14443 (Proximity cards),用于集装箱识别的ISO 10374等。有些标准正在形成和完善之中, 比如用于供应链的ISO 18000(表2)无源超高频(860Mhz~930Mhz载波频率)部分的C1G2标准不久会正式推出,我国自己的国家标准最快也将很快会出台。 



  二、无线射频识别技术与传统条形码、二维条形码、蓝牙技术的比较 

  传统条形码(亦称一维条形码)技术相对成熟,在社会生活中处处可见,在全世界得到了极为广泛的应用。它作为计算机数据采集手段,以快速、准确、成本低廉等诸多优点迅速进入商品流通、自动控制、以及档案管理等各种领域,也是目前我国使用最多的一种条形码。但是由于传统条形码是一维的,它在垂直方向上不带任何信息,信息密度低,而且不能够显示汉字,容易因为磨损或皱折而被拒读,这在很大程度上限制了传统条码的应用范围。 
  20世纪70年代,在计算机自动识别领域出现了二维条形码技术,这是在传统条形码基础上发展起来的一种编码技术,它将条形码的信息空间从线性的一维扩展到平面的二维,具有信息容量大、成本低、准确性高、编码方式灵活、保密性强等诸多优点。因此自1990年起,二维条形码技术在世界上开始得到广泛的应用,经过几年的努力,现已应用在国防、公共安全、交通运输、医疗保健、工业、商业、金融、海关及政府管理等领域。 
  射频识别技术改变了条形码技术依靠"有形"的一维或二维几何图案来提供信息的方式,通过芯片来提供存储在其中的数量更大的"无形"信息。它最早出现在20世纪80年代,最初应用在一些无法使用条码跟踪技术的特殊工业场合,例如在一些行业和公司中,这种技术被用于目标定位、身份确认及跟踪库存产品等。射频识别技术起步较晚,至今没有制订出统一的国际标准,但是射频识别技术的推出绝不仅仅是信息容量的提升,它对于计算机自动识别技术来讲是一场革命,它所具有的强大优势会大大提高信息的处理效率和准确度。 
  随着通信技术的飞速发展和用户需求的不断增长,出现了许多的无线通信协议。在近距离无线通信领域,RFID、蓝牙、WiFi、UWB和 Zigbee等吸引了很多人的眼球。各种近距离无线通信技术都极力争取更多厂商的青睐而互相角逐。而RFID和蓝牙,则被更多的拿来相提并论。 
  RFID和蓝牙在使用频段、传输速率和标准化方面都存在较大差异,RFID和蓝牙的技术特点不同,使得其市场和应用范围也有较大区别。RFID易于操控,简单且特别适合用于自动化控制,由于该技术很难被仿冒、侵入,使RFID具备了极高的安全防护能力。蓝牙作为一种电缆替代技术,具有低成本高速率的特点,蓝牙技术的应用主要有以下3类:语音/数据接入,外围设备互连和个人局域网(PAN)。 
  由于蓝牙芯片的价格仍居高不下,以及兼容性方面的一些问题,限制了其推广。蓝牙高端市场一部分已被802.11无线局域网所侵占,其低端市场又可能被Zigbee所蚕食。基于RFID技术的NFC近距离通讯也对蓝牙造成了相当的威胁。RFID和蓝牙都有众多的开发商、制造商、行销商加入,用户对其需求也比较旺盛,特别是RFID的应用。由于RFID技术的特点非接触式的自动识别、工作距离长、适于恶劣环境多目标识别、运动目标识别等特点,具有巨大便利性,使其必然成为未来的发展方向。 

  三、射频识别技术RFID应用 

  射频识别技术以其独特的优势,逐渐的被广泛应用于工业自动化、商业自动化和交通运输控制管理等领域。随着大规模集成电路技术的进步以及生产规模的不断扩大,射频识别产品的成本将不断的降低,其应用将越来越广泛。 
  射频识别技术在国外发展非常迅速,射频识别产品种类繁多。在北美、欧洲、大洋洲、亚太地区及非洲南部,射频识别技术被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域:汽车、火车等交通监控;高速公路自动收费系统;停车场管理系统;物品管理;流水线生产自动化;安全出入检查;仓储管理;动物管理;车辆防盗等。而在中国,由于射频识别技术起步较晚,应用的领域不是很广,除了在中国铁路应用的车号自动识别系统外,主要应用仅限于射频卡。在我国,射频卡主要应用于公共交通、地铁、校园、社会保障等方面。上海、深圳、北京等地陆续采用了射频公交卡。在未来的一、两年,我国射频卡应用最大的项目将是第二代公民身份证。 
  
表3列举了射频识别技术几个典型的应用。 
 典型应用领域
 具 体 应 用
 
车辆自动识别管理
 铁路车号自动识别是射频识别技术最普遍的应用。
 
高速公路收费及智能交通系统
 高速公路自动收费系统是射频识别技术最成功的应用之一,它充分体现了非接触识别的优势。在车辆高速通过收费站的同时完成缴费,解决了交通的瓶颈问题,提高了车行速度,避免拥堵,提高了收费结算效率。 
 
货物的跟踪、管理及监控
 射频识别技术为货物的跟踪、管理及监控提供了快捷、准确、自动化的手段。以射频识别技术为核心的集装箱自动识别,成为全球范围最大的货物跟踪管理应用。 
 
仓储、配送等物流环节 
 射频识别技术目前在仓储、配送等物流环节已有许多成功的应用。随着射频识别技术在开放的物流环节统一标准的研究开发,物流业将成为射频识别技术最大的受益行业。 
 
电子钱包、电子票证
 射频识别卡是射频识别技术的一个主要应用。射频识别卡的功能相当于电子钱包,实现非现金结算。目前主要的应用在交通方面。 
 
生产线产品加工过程自动控制
 主要应用在大型工厂的自动化流水作业线上,实现自动控制、监视,提高生产效率,节约成本。 
 
动物跟踪和管理
 射频识别技术可用于动物跟踪。在大型养殖厂,可通过采用射频识别技术建立饲养档案、预防接种档案等,达到高效、自动化管理牲畜的目的,同时为食品安全提供了保障。射频识别技术还可用于信鸽比赛、赛马识别等,以准确测定到达时间。 
 

  四、射频识别技术RFID的发展 
  RFID技术已拥有较长的应用历史,但数字信息技术在各行业的广泛深入,为RFID技术提供了更广阔的发展前景。将来,RFID一旦在零售、医疗等行业甚至在政府部门等应用领域普及开来,各厂商的产品之间的标准化问题也会得到相应解决。另外,随着RFID技术在安全性和成本方面的全面进展,其潜在的商用价值将被逐渐发挥出来。 
  据美国的杨基集团(Yankee Group)对无线IC(RFID)基础设施市场的调查结果,到2008年RFID基础设施市场的销售额将达42亿美元。随着导入RFID规模的扩大,提供RFID标签、读取设备、网络装置等的厂商将明显受益。另外,数据库、企业应用、企业间通信、系统集成等领域也将出现无限商机。 

 

  我国政府在1993年制定的金卡工程实施计划及全国范围的金融卡网络系统的10年规划,是一个旨在加速推动我国国民经济信息化进程的重大国家级工程。由此各种自动识别技术的发展及应用十分迅猛。现在,射频识别技术作为一种新兴的自动识别技术,也将在中国很快地普及,可以说、我国射频识别产品的市场是十分巨大的,我国射频识别技术应用状况还处于初级阶段,市场前景非常广阔。不久的将来,我国射频识别技术应用将在生产线自动化、仓储管理、电子物品监视系统、货运集装箱的识别以及畜牧管理等方面有所突破。实现射频识别技术在我国成熟、全面的应用将是一个长期的过程,需要业内人士共同的努力。 
  总而言之,射频识别技术未来的发展中,在结合其它高新技术,比如GPS、生物识别等技术,由单一识别向多功能识别方向发展的同时,将结合现代通信及计算机技术,实现跨地区、跨行业应用;我们有理由相信RFID的发展潜力是巨大的,它的前景非常诱人,也将是未来一个新的经济增长点。 
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