新入行的朋友可能会问什么是RFID?RFID是什么意思?RFID是Radio Frequency Identification的缩写,即射频识别,俗称电子标签。 RFID射频识别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,可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签, 操作快捷方便。
RFID标签具有体积小、容量大、寿命长、可重复使用等特点,可支持快速读写、非可视识别、移动识别、多目标识别、定位及长期跟踪管理。RFID技术与互联网、通讯等技术相结合,可实现全球范围内物品跟踪与信息共享。
要了解射频技术首先必须了解射频,射频(Radio Frequency)就是射频电流,它是一种高频交流变化电磁波的简称,每秒变化小于1000次的交流电称为低频电流,大于10000次的称为高频电流,而射频就是这样一种高频电流。在电子学理论中,电流流过导体,导体周围会形成磁场;交变电流通过导体,导体周围会形成交变的电磁场,被称为电磁波。在电磁波频率低于100khz时,电磁波会被地表吸收,不能形成有效的传输,但电磁波频率高于100khz时,电磁波可以在空气中传播,并经大气层外缘的电离层反射,形成远距离传输能力,我们把具有远距离传输能力的高频电磁波称为射频。
RFID的技术标准主要由ISO和IEC制定的。目前可供射频卡使用的几种射频技术标准有ISO/IEC 10536、ISO/IEC 14443、ISO/IEC 15693和ISO/IEC 18000。应用最多的是ISO/IEC 14443和ISO/IEC 15693,这两个标准都由物理特性、射频功率和信号接口、初始化和反碰撞以及传输协议四部分组成,主要用于门禁系统在前文中已有叙述。门禁系统使用的ID卡、IC卡都属于射频卡,本处主要论述应用于物流系统的RFID技术。
ISO/IEC的通用技术标准可以分为数据采集和信息共享两大类,数据采集类技术标准涉及标签、读写器、应用程序等,可以理解为本地单个读写器构成的简单系统,也可以理解为大系统中的一部分,其层次关系如图1所示;而信息共享类就是RFID应用系统之间实现信息共享所必须的技术标准,如软件体系架构标准等。
RFID基本上是由以下三部分组成
标签(Tag):由耦合元件及芯片组成,每个标签具有唯一的电子编码,附着在物体上标识目标对象;
阅读器(Reader):读取(有时还可以写入)标签信息的设备,可设计为手持式或固定式;
天线(Antenna):在标签和读取器间传递射频信号。
1、空中接口通信协议
空中接口通信协议规范 读写器与电子标签之间信息交互,目的是为 不同厂家生产设备之间的互联互通性[6]。ISO/IEC制定五种频段的空中接口协议,主要因为不同频段的RFID标签在识读速度、识读距离、适用环境等方面存在较大差异,单一频段的标准不能满足各种应用的需求。这种思想充分体现 标准统一的相对性,一个标准是对相当广泛的应用系统的共同需求,但不是所有应用系统的需求,一组标准可以满足更大范围的应用需求。
ISO/IEC 18000-1 信息技术-基于单品管理的射频识别-参考结构和标准化的参数定义。它规范 空中接口通信协议中共同遵守的读写器与标签的通信参数表、知识产权基本规则等内容。这样每一个频段对应的标准不需要对相同内容进行重复规定。
ISO/IEC 18000-2 信息技术-基于单品管理的射频识别-适用于中频125~134KHz,规定 在标签和读写器之间通信的物理接口,读写器应具有与Type A(FDX)和Type B(HDX)标签通信的能力;规定 协议和指令再加上多标签通信的防碰撞方法。
ISO/IEC 18000-3信息技术-基于单品管理的射频识别-适用于高频段13.56MHz,规定 读写器与标签之间的物理接口、协议和命令再加上防碰撞方法。关于防碰撞协议可以分为两种模式,而模式1又分为基本型与两种扩展型协议(无时隙无终止多应答器协议和时隙终止自适应轮询多应答器读取协议)。模式2采用时频复用FTDMA协议,共有8个信道,适用于标签数量较多的情形。
ISO/IEC 18000-4信息技术-基于单品管理的射频识别-适用于微波段2.45GHz,规定 读写器与标签之间的物理接口、协议和命令再加上防碰撞方法。该标准包括两种模式,模式1是无源标签工作方式是读写器先讲;模式2是有源标签,工作方式是标签先讲。
ISO/IEC 18000-6信息技术-基于单品管理的射频识别-适用于超高频段860~960MHz,规定 读写器与标签之间的物理接口、协议和命令再加上防碰撞方法。它包含TypeA、TypeB和TypeC三种无源标签的接口协议,通信距离最远可以达到10m。其中TypeC是由EPCglobal起草的,并于2006年7月获得批准,它在识别速度、读写速度、数据容量、防碰撞、信息安全、频段适应能力、抗干扰等方面有较大提高。2006年递交 V4.0草案,它针对带辅助电源和传感器电子标签的特点进行 扩展,包括标签数据存储方式和交互命令。带电池的主动式标签可以提供较大范围的读取能力和更强的通信可靠性,不过其尺寸较大,价格也更贵一些。
ISO/IEC 18000-7适用于超高频段433.92 MHz,属于有源电子标签。规定读写器与标签之间的物理接口、协议和命令再加上防碰撞方法。有源标签识读范围大,适用于大型固定资产的跟踪。
2、数据内容标准
数据内容标准主要规定数据在标签、读写器到主机(也即中间件或应用程序)各个环节的表示形式。因为标签能力(存储能力、通信能力)的限制,在各个环节的数据表示形式必须充分考虑各自的特点,采取不同的表现形式。另外主机对标签的访问可以独立于读写器和空中接口协议[2],也就是说读写器和空中接口协议对应用程序来说是透明的。RFID数据协议的应用接口基于ASN.1,它提供 一套独立于应用程序、操作系统和编程语言,也独立于标签读写器与标签驱动之间的命令结构。
ISO/IEC 15961规定 读写器与应用程序之间的接口[3],侧重于应用命令与数据协议加工器交换数据的标准方式,这样应用程序可以完成对电子标签数据的读取、写入、修改、删除等操作功能。该协议也定义 错误响应消息。
ISO/IEC 15962规定 数据的编码、压缩、逻辑内存映射格式[3],再加上如何将电子标签中的数据转化为应用程序有意义的方式。该协议提供 一套数据压缩的机制,能够充分利用电子标签中有限数据存储空间再加上空中通信能力。
ISO/IEC 24753扩展 ISO/IEC 15962数据处理能力[3],适用于具有辅助电源和传感器功能的电子标签。增加传感器以后,电子标签中存储的数据量再加上对传感器的管理任务大大增加 ,ISO/IEC 24753规定 电池状态监视、传感器设置与复位、传感器处理等功能。图1表明ISO/IEC 24753与ISO/IEC 15962一起,规范 带辅助电源和传感器功能电子标签的数据处理与命令交互。它们的作用使得ISO/IEC 15961独立于电子标签和空中接口协议。