RFID基础---RFID的技术特点

RFID的技术特点
1,读取方便快捷:
数据的读取无须光源，甚至可以透过外包装来进行。有效识别距离更大，采用自带电
池的主动标签时，有效识别距离可达到30 m以上;
2,识别速度快:
标签一进入磁场，解读器就可以即时读取其中的信息，而且能够同时处理多个标签，
实现批量识别;
3,数据容量大:
数据容量最大的二维条形码( PDF417)，最多 也只能储存2725 个数字;若包含字
母，存储量则会更少: RFID 标签则可以根据用户的需要扩充到数十K ;
4,使用寿命长，应用范围广:
无线电通信方式，使其可以应用于粉尘、油污等高污染环境和放射性环境，而且其封闭
式包装使得其寿命大大超过印刷的条形码:
5,标签数据可动态更改:
利用编程器可以向标签写入数据，从而赋予RFID标签交互式便携数据文件的功能，而
且写入时间相比打印条形码更少;
6,更好的安全性:
不仅可以嵌入或附着在不同形状、类型的产品上，而且可以为标签数据的读写设置密码
保护，从而具有更高的安全性;
7,动态实时通信:
标签以50 ~ 100次/秒的频率与解读器进行通信，所以只要RFID标签所附着的物体
出现在解读器的有效识别范围内，就可以对其位置进行动态追踪和监控。
RFID的技术标准
RFID的标准化涉及标识编码规范、操作协议及应用系统接口规范等多个部分。其中标识编码规范包括标识长度、 编码方法等;操作协议包括空中接口、命令集合、操作流程等规范目前已经发布或者是正在制订中的标准主要是与数据采集相关的。
主要有:
电子标签与读写器之间的空中接口
读写器与计算机之间的数据交换协议
RFID电子标签与读写器的性能和-致性测试规范
RFID电子标签的数据内容编码标准
RFID中国标准化情况
中国在RFID技术与应用的标准化研究工作上有- -定的基础，目前已从多个方面开展了相关标准的研究制订工作。制订了《集成电路卡模块技术规范》、《建设事业 IC卡应用技术》等应用标准，并得到了广泛应用。在技术标准方面，依据IS0/IEC15693系列标准已经完成国家标准的起草工作，参照ISO/IEC 18000系列标准制订国家标准的工作正在进行中。中国RFID标准体系框架的研究工作也已基本完成。
2007年4月底，信产部发布了《关于发布800/900 MHz频段射频识别(RFID)技术应用试行规定的通知》，根据信产部 《800/900 MHz 频段射频识别( RFID)技术应用规定(试行) 》的规定，中国800/900 MHz RFID 技术的试用频率为840 _845MHz和920925MHz，发射功率为2W。

RFID的关键技术
RFID的天线
标签天线就会受到所标识物体的形状以及物理特性的影响，如
●标签到附着物体的距离
●附着物体的介电常数
●金属表面的反射
●局部结构对辐射性能的影响
标签天线和阅读器天线分别承担接收能量和发射能量的作用，在要求低成本的同时，还要求有较高的可靠性。

防碰撞技术
碰撞
鉴于多个RFID标签工作在同一频率，当它们处于同一个阅读器的作用范围内时，在没
有防碰撞机制的情况下，信息传输过程将产生碰撞，导致信息读取失败。同时多个阅读
器之间工作范围重叠也将造成碰撞。
为了防止这些碰撞的产生，RFID 系统中需要设置一-定的相关命令，这
些命令被称为“防碰撞命令或算法”( ani-collision algorithms )。
RFID系统中防碰撞实现方法有以下四种:
频分多路( Frequency DivisionMultiple Access ，FDMA )
空分多路( Space Division Multiple Access ，SDMA )
时分多路( Time Division MultiPle Access ，TDMA ) .
码分多路( Code Division Multiple Access，CDMA )
1.频分多路( FDMA)法
FDMA是把若千个使用不同载波频率的传输通路同时供给通信用户使用的技术。
对于RFID系统来说，可以使用能够自由调制的、非发送频率的电子标签。
FDMA的缺点是读写器非常昂贵，因为在每个接收通路上都必须有自己单独的接收器
2.空分多路( SDMA)法
SDMA可以理解为在分离空间范围内重新使用确定资源的技术
二般又可以分为两种方法:
一种方法 是使单个阅读器的距离明显减小，而把大量的读写器和天线覆盖面积并排安置在一
个阵列中，当电子标签经过这个阵列时与之最近的读写器就与之交换信息，而因为每个天线
的覆盖面积小，所以相邻的读写器区域如有其他的电子标签仍可以相互交换信息而不受干扰。
这样许多电子标签在这个阵列中，由于空间分布就可以同时读出而不会相互影响。
第二种方法是在读写器上利用一个自适应控制的天线，直接对准某个电子标签。不同的电子
标签可以根据其在读写器作用范围内的角度位置区分开来。可以利用相控天线作为电子控制
定向天线。为了启动某-一电子标签，必须是电子标签扫描阅读周围的空间。直至电子标签被
读写器的“搜索波束”检测到为止。
缺点: SDMA 天线比较复杂，不易于实现，并且造价较高，这种方法被限制用于- -些特殊的
应用上。
3.时分多路( TDMA)法
TDMA法是把整个可供使用的通道容量按时间分配给多个用户的技术对于RFID系统，TDMA 成为防碰撞算法的最大的一族。相比其他种.类的防碰撞算法，TDMA 在通信形式、功耗、系统复杂性及成本等多个方面有着优势，因此使用TDMA来实现射频识别系统也是实际应用当中最为普遍的方式。TDMA法通常被分为两大类读写器控制防碰撞法和标签控制防碰撞法。
读写器控制防碰撞法是以读写器为主动控制器，进入射频场的所有标签同时由读写器进行控制和检查
阅读器依据标签的ID ( Idetification Number)首先向标签发射不同的询问信号或指令，阅读器依据选举方法或二进制树寻找方法，在同一时间内总是建立起一- 个通信关系，并且可以快速地按时间顺序操作
标签阅读器必须采用一定的防碰撞机制才能够顺利地完成在阅读器作用范围内的标签的识别、数据信息的读写操作:目前在射频识别系统中，主要是采用时分多路法的原理，使每个标签在单独的某个时隙内占用信道与阅读器进行通信，防止碰撞产生，使数据能够准确地在阅读器和标签之间进行传输。
阅读器使用选择、遍询、访问三个基本操作来管理标签群体。
选择(Select )
用于选定多个标签，从而进行遍询和访问的操作。Seleet 指令可连续使用，基于用户指定的条件来选择特定的多个标签。这个操作与在数据库中选择多条记录很相似。
遍询( Inventory )
用于识别标签的操作。读写器通过发送一个Query (查询) 指令来对标签进行遍询。会有一个或多个标签答复。读写器会在要求某一个标签发送EPC和CRC ( Cyclic Redundancy Check/Code循环冗余校验码)之前探测此标签是否正在答复。遍询( Inventory)操作由多条指令共同组成。
访问( Access )
与某个标签进行通信的操作(读取和写入)。 这个单独的标签必须在访问操作之前就被识别出来
4.码分多路( CDMA)法
CDMA技术的原理是基于扩频技术，而用户具有特征码，即CDMA包含扩频与分码两个基本概念。
扩频是信息带宽的扩展，即把需要传送的具有- -定信号带宽的信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机( PN)码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号转换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。码分是实现用户信道和基站的标识问题。可以用不同移相的伪随机系列来实现基站的码分选址，用一定的算法实现信道的选择,用周期足够长的PN序列实现用户的识别和多速率业务的识别。CDMA的缺点是频带利用率低、地址码选择较难、接收时地址码捕获时间较长。其通信频带及其技术复杂性等很难在RFID系统中推广应用。

安全与隐私问题
RFID安全问题集中在对个人用户的隐私保护、对企业用户的商业秘密保护、防范对RFID系统的攻击以及利用RFID技术进行安全防范等多个方面。解决安全性的途径是设计更复杂的微处理器以及更大容量的内存，这样就可以进行更复杂的加密算法以防止数据的非法窃取。
1.攻击类型与隐私威胁
在RFID研究领域，安全是指下面的-一个或者多个元素
:机密性，即消息内容的安全;
完整性;
发送方和接收方的身份认证;
消息的有效性和可用性。
2.RFID安全与隐私保护的需求特点
从RF子系统的构成-一标签和读写器以及它们之间的通信安全考虑，
188安全协议应满足以下需求。
( 1)消息内容的保密性
标签与读写器通信的内容被攻击者获取后，攻击者不能利用该信息获得与标签内容相关
的信息。
( 2)位置隐私的安全性
通常情况下标签检测到信号后会返回信息给读写器而不会判断读写器的合法性，标签持
有者的位置隐私将受到威胁。要解决这一-问题，需要标签检测到信号后可以返回不同的
信息，以便实现位置隐私的保护。
(3)不可推理规则
目前的标签标识码的设计还类似于条形码的编码形式，攻击者可以根据标签的标识码推
断出物品的类别，并据此判断出携带者的行为习惯和状态信息。
( 4)前向安全性
该情况假设标签的通信状态及保密信息都被攻击者掌握，攻击者不能够递推追溯该标签之
前的通信内容，据此判断出标签的历史位置信息，分析出标签持有者的行为习惯等信息。
(5)抗欺骗性
欺骗可以分为两种，标签欺骗读写器以及读写器欺骗标签。欺骗的- -种方式就是攻击者将
窃听的通信消息按照- -定 的顺序重放来实施欺骗，也称为重放攻击。
(6)抵抗拒绝服务攻击
拒绝服务攻击的根本目的是使受害主机或网络无法正常工作。对于RFID系统来说，应当
尽可能使后端数据库主机提高搜索和计算能力，协议设计时应考虑这一- -问题。
( 7)系统的工作性能
鉴于标签资源和计算能力的限制，协议设计时应当尽可能降低标签端的信息存储量和计算
复杂度。同时也要提高服务器数据库的搜索性能，以便快速鉴别标签的合法性。
3.解决方法
解决安全与隐私保护问题主要有三种方式，即物理保护机制、基于密码技术的软件安全机制以及两种安全机制的结合。
1)物理保护机制
(1) Kill命令机制
其基本原理是从物理上销毁RFID标签，一且对标签实施 了销毁命令，标签将不可用。
虽然使用销毁标签的方法可以很好地解决隐私保护问题，但与此同时也牺牲了标签的其他辅助功
能，如售后服务、智能家电应用、产品回收等。
简单地采用销毁标签的方法是一个有效而不实用的隐私保护技术。
(2)静电屏蔽机制
静电屏蔽的工作原理是使用Faraday Cage来屏蔽标签，使标签不能接收来自任何读写器发出
的信号，以此来保护消费者个人隐私。
这种隐私保护技术可以在特定场合发挥很好的作用，比如当流通货币或电子护照普遍使用时，该01
方法可以有效保护个人隐私。
(3)主动干扰
基本原理是使用一个电子设备持续不断地发送信号，以干扰任何靠近标签的读写器所发出
的信号。
使用这种方法的时候，标签持有者需随身携带一- 个可发出干扰信号的设备，在需要进行主
动干扰时打开设备。
此方法会带来成本的增加，而且使用者需要另外携带一个设备 会带来不便。另外，使用主
动干扰可能在无意间破坏到其他正常合法的标签与读写器之间的通信。
( 4 ) Blocker Tag机制
读写器必须使用tree-walk识别算法来指定唯一标签， 才能和标签通信。Blocker
Tag是一种被动式干扰器。读写器进行树形结构搜索时，如果搜索到Blocker Tag 保护
的范围，Blocker Tag 便发出干扰信号，读写器无法确定该标签是否存在，也无法和标
签通信。消费者完成购物，商家会提供一个免 费的Blocker Tag 和所购商品放在一一起,
防止非法读写器询问标签。
这个方法要使用一个额外的标签，增加了应用成本。读写器必须使用树形搜索识别算法，
限制了应用的广泛性。
2) RFID安全协议
目前主要的研究内容是利用各种成熟的密码机制来设计符合RFID安全需求的通信协议。
到目 前为止，国内外已经提出 了多种 RFID安全通信协议 。这些协议通常会用到Hash函数、伪随机数生成器、对称加密体制等方法。
RFID技术的应用
1.美国技术创新博物馆利用RFID技术拓展参观者体验

2.商品防伪

3 .RFID在育种中的应用
在现代化，标准化，规模化的种子基地生产中，为了方便种子成熟后的收获及后期入库和运输，制种基地需要一定的种子生产配套设施(育 种小车)减少收种过程中的人为混杂及机械混杂。同时记录下种子的重量含水量，植株高度等相关信息;根据这些信息对种子进行初步的分装处理提高生产效率。通过内置的信息管理系统记录种子信息。

RFID技术是数据自动收集、识别、定位系统的一部分，RFID 技术的应用可以大幅提高育种运作效率，通过天线与RFID电子标签进行无线通信，可以实现对标签识别码和内存数据的读出或写入操作。可以加快种子出入库时间，减少现场操作人员，实现快速而精确的库存盘点，实.现准确定位跟踪。
4. RFID技术的其它应用案例
门禁管制: 人员出入了]禁监控管理
动物监控:畜牧动物管理 、宠物识别、野生动物生态的追踪
交通运输:高速公路的收 费系统
物流管理:航空运输的行李识别， 存货、物流运输管理
医疗应用:医院的病历系统、仪器仪表设备管理
物料管控工厂物料的自动化盘点及控制系统
质量追踪:成品质量追踪、回馈
资源回收:栈板 、可回收容器等管理
防盗应用:超市、图书馆或书店的防盗管理
防仿假冒:名牌烟酒及 贵重物品的打假防伪
联合票证:多 种用途的智能型储值卡、一卡通等
危险物品:军械枪支 、雷管炸药管制
RFID技术的应用前景
任何对象的读取、识别和跟踪任务都可以受益于经过深思熟虑的RFID技术应用，特别是当每个数据都必须被写入到芯片、被授权用户修改以及防止对可分段存储器的非授权访问。ABI Research认为，到2016年，成长最快的RFID应用是供应链管理所需的单品追踪( Item-level Tracking)，成长率可超越37%的水准。该机构表示，其成长动力将来自对于被动式UHF系统的大量需求，其支持案例有
在美国与欧洲等市场的服装零售业卷标应用;
韩国因政府规定对药品追踪的应用;
对烟酒类产品与其他防仿冒商品的卷标应用，特别是在中国;
化妆品、消费性电子装置等其他商品长期以来的应用。
从垂直市场来看，在五年期间成长最快的应用项目依序为零售消费者包装产品( CPG )、零售商店 ( Retail In-store )、医疗与生 命科学产业，以及各种非CPG制造业与商业服务领域。更具体地说，主要的RFID应用可分为传统与现代两大类;前者包括接入控制( Access Control)、 动物识别、汽车防盗、AVI与e-ID文件后者则包括资产管理、行李托运、货柜追踪，以及保全、销售终端非接触式支付、立即寻址、供应链管理与交通票务等。估计在2011 ~ 2016年，现代化RFID应用的成长性将会是传统应用的两倍。
目前射频识别正在迈入下一阶段的技术演进，包括许多RFID 项目规模不断扩展、持续部署的基础建设、不断深化的技术融合，以及业界对此技术的投资增长。
多种以RFID技术为核心的应用， 如供应链管理、库存控制、票务、身份证和电子商务等，都在经历前所未有的高速成长。随着RFID 的应用更加广泛和深入，这个产业也形成了从制造到销售的完整价值链。
尽管迄今多数的大型RFID项目仍然部署在美洲和欧洲，但未来，随着制造业务持续转移到亚太区，加上源卷标(在原始发货点即贴上的卷标)日益成为标准程序，亚太地区( APAC )市场最终将成为全球RFID市场枢纽。