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新聞來源:維基百科       發布時間:2019/9/2       共計:642 瀏覽
射頻識別(英語:Radio Frequency IDentification,縮寫:RFID)是一種無線通信技術,可以通過無線電信號識別特定目標并讀寫相關數據,而無需識別系統與特定目標之間建立機械或者光學接觸。

無線電的信號是通過調成無線電頻率的電磁場,把數據從附著在物品上的標簽上傳送出去,以自動辨識與追蹤該物品。某些標簽在識別時從識別器發出的電磁場中就可以得到能量,并不需要電池;也有標簽本身擁有電源,并可以主動發出無線電波(調成無線電頻率的電磁場)。標簽包含了電子儲存的信息,數米之內都可以識別。與條形碼不同的是,射頻標簽不需要處在識別器視線之內,也可以嵌入被追蹤物體之內。



許多行業都運用了射頻識別技術。將標簽附著在一輛正在生產中的汽車,廠方便可以追蹤此車在生產線上的進度。倉庫可以追蹤藥品的位置。射頻標簽也可以附于牲畜與寵物上,方便對牲畜與寵物的積極識別(防止數只牲畜使用同一個身份)。射頻識別的身份識別卡可以使員工得以進入建筑鎖住的部分,汽車上的射頻應答器也可以用來征收收費路段與停車場的費用。

某些射頻標簽附在衣物、個人財物上,甚至于植入人體之內。由于這項技術可能會在未經本人許可的情況下讀取個人信息,這項技術也會有侵犯個人隱私之隱憂。

廣泛應用
射頻標簽可以附著于物品上并用于對庫存、資產、人員等的追蹤與管理。譬如,射頻標簽可以附著于轎車上,電腦設備上,書籍上,移動電話上等。

貼式商品射頻辨識

讀取機

醫療用途射頻辨識
在社會媒體領域里,射頻識別被用于鏈接虛擬世界和現實世界。社會媒體中的射頻識別于2010年facebook年會上首次亮相。

射頻識別與手動系統如條形碼相比有幾項優勢。即便標簽被他物遮蓋或者不可見,射頻標簽只要靠近或經過一個讀取器就可以讀取。無論是在手提箱里,紙箱里,盒子里等,射頻標簽都可以被讀取。讀取機可以一次讀取上百個射頻標簽,而條形碼只能一次一讀。

在2011年,生產一個被動式射頻標簽的價格是美元5分起跳;配在金屬上的或是可以承受伽馬射線除菌過程的特殊標簽最高可以達到5美元。用于追蹤貨柜、醫療器械、或者在數據中心監視環境的主動式標簽的單價是50美元起跳,最高100元。可以監控溫度與濕度的“電池輔助型被動標簽”(Battery Assisted Passive tags,BAP tags)在美元3至10元之間。

射頻識別技術可應用的領域十分廣泛,主要決定因素是該項技術在相應領域中的經濟效益。經常提到的具體應用包括:

鈔票及產品防偽技術
身份證、護照、通行證(包括門票)
電子收費系統(如公交卡)
家畜、寵物或野生動物識別
病人識別及電子病歷

物流管理

射頻識別可以實現從商品設計、原材料采購、半成品與制成品之生產、運輸、倉儲、配送、銷售,甚至退貨處理與售后服務等所有供應鏈環節之即時監控,準確掌握產品相關信息,諸如各類、生產商、生產時間、地點、顏色、尺寸、數量、到達地、接收者等。



行李分類
香港國際機場及荷蘭阿姆斯特丹國際機場等都部署了使用被動式無電源標簽的射頻識別行李分類解決方案。和使用條碼的行李分類解決方案相比,使用被動式無電源標簽的射頻識別行李分類解決方案可從不同角度識別行李標簽的ID,識別速度更快,結果更準確,標簽上的信息儲存量也比條碼多。

門禁系統
許多地區、倉庫、辦公室、學校及住宅等,都在大門及房門設有讀卡器,用以控制何人、何時、何地的出入。在整個電子商務領域,許多人把射頻識別技術視為繼互聯網和移動通信兩大技術浪潮后的又一次大潮。

圖書館
圖書館已經使用射頻識別來代替館藏上的條碼。標簽能夠包含識別信息或只作為一個數據庫的主鍵。一個射頻識別系統能夠代替或輔助條碼,并能提供另一種目錄管理和讀者自助式借閱的方法。它同樣可以當作一種安全設備來代替傳統的電磁安全條碼。據估計如今全球超過3,000萬的館藏已使用射頻識別標簽,里面包括羅馬的一些梵諦岡圖書館。

既然射頻識別標簽能夠透過一個物體被讀取,那就沒有必要打開一本書的封面或DVD殼來掃描它。無論是在傳輸帶上運輸的書本還是一疊厚厚的書本都能被讀取,這減少了工作人員作業的時間,并且能由借閱者們自行完成,也減少了需要圖書館工作人員幫助的時間。借由便攜式閱讀器,在一整排書架上的材料目錄在幾秒內就能被掃描完成。然而在2008年這項技術對許多小型圖書館來說還太昂貴。對于一個中型圖書館來說更換周期也大約在11個月左右。一項2004年荷蘭的預估指出一個一年借出10萬本書的圖書館需要支付5萬歐元的費用(借還機需一萬,監測門廊需一萬,標簽每個0.36歐元)。射頻識別技術取代了大部分職員的職能,這意謂著所需工作人員的減少和其中一些人員的被解雇。不過在北美迄今還未發生過一起圖書館因引入射頻識別而解雇職員的事情。事實上,圖書館在人事上的預算減少而在基礎設施上的預算增加,使得圖書館通過增設自動化設備來彌補職員人數的減少。不過,讓射頻識別技術接管的工作對管理員來說并不是首要任務。一項在荷蘭的調查表明,借閱者對工作人員如今能更好地回答疑問感到滿意。

隱私問題在圖書館使用射頻識別過程中被提了出來。由于一些射頻識別標簽能夠在高達100米的地方被讀取,一些人士擔憂敏感信息會以一種不合法的方式被讀取。其實,圖書館的射頻識別標簽不包含任何光顧者的信息。大多數圖書館使用的標簽所發出的頻率只能在大約3米范圍內才能被讀取。不過另一種非圖書館機構能夠在不被管理員許可的情況下偷偷記錄下每一個離開圖書館的人的射頻識別標簽。一個簡單的應對方法是讓書本發射只與圖書館數據庫有相關含義的密碼。另一種強化方法是在每本書被歸還后重新賦予密碼。將來,讀者可能會變得無處不在(并可能聯網),那時被盜的書籍即使在圖書館外也能被追蹤。如果標簽小到在一個隨即頁中幾乎不可見,那么移除標簽也會變得困難。標簽也很可能是由出版方植入的。

射頻識別芯片植入人體
美國食物及藥物管理局允許VeriChip公司將射頻識別芯片直接移植到人體內,讓使用者不需攜帶卡片也可被識別[2]。此外,也有科技狂熱者將射頻識別植入體內,控制自己的電子設備。

運作標簽
無線射頻辨識系統將標簽附著在要辨識的物體上。一個叫詢問器(或稱閱讀器)的雙向無線電波收發器向標簽發出信號并解讀其應答。閱讀器一般會將其收到的信息傳輸到載有射頻識別中間件或者射頻識別軟件的電腦系統上。

射頻識別標簽利用電子技術將訊息儲存在一個永久性的儲存區上,標簽中間有一個微型無線電波收發器。閱讀器發出編碼過的無線電信號來“詢問”射頻標簽,標簽收到信號后發出自身的識別訊息來應答。識別訊息既可以是標簽自身的串行號,也可以是其他有關產品的信息,如物料編號、生產日期、批數或批號、抑或是其他特定信息。

射頻識別標簽包括被動式標簽(無源標簽)、主動式標簽(有源標簽)、以及電池輔助式無源標簽。主動(有源)標簽內置有電池,周期性發射識別信號。電池輔助式無源(BAP)標簽內置有小電池,只在射頻閱讀器附近才會觸發。被動式標簽沒有電池,它是用閱讀器傳出的無線電波的能量來供給自身電力,所以更加便宜小巧。然而,為了使被動式標簽工作,必須將其照射在約莫三倍于信號傳輸能量級的環境中,這導致了干涉和輻射問題。

標簽可以是只讀式或讀寫式的:只讀式標簽,廠方定出一個串行號,作為登陸該物品數據庫的密碼;讀寫式標簽,系統使用者可以把某物品的特定數據寫進標簽。現場可編程序的標簽是單次寫入多次讀取(WORM)的,用戶可以把產品的電子碼寫進空白標簽里。一個沒有串行號的標簽常常會有被操控的危險。

射頻識別標簽至少有兩部分:一是一個集成電路來存儲和處理信息、調制和解調一段射頻信號、從閱讀器傳來信號中的收集直流電能等等;二是一個天線收取信號傳導信號。標簽信息被儲存在了非易失性內存中。射頻識別標簽包括一個邏輯集成芯片或一個已編程或可編程的數據處理器來分別處理和傳送傳感器數據。

射頻識別閱讀器發出一個加密的無線信號來詢問標簽。標簽收到信號后用它本身的串行號和其他信息來回應它。這可能是獨一無二的標簽串行號或者是像儲藏量、份額、批號、生產日期這樣的與產品相關的具體信息。

閱讀器
固定式閱讀器,裝置若干部便可以創造一個可嚴密控制的“詢問區”,標簽進出詢問區時就可以在這個界限分明的閱讀器區域中被讀取。移動式閱讀器則可以手持使用或者裝在車輛上使用。

頻率
射頻識別頻帶大陸簡體詞匯
頻帶 頻帶分級級別 規章管理 讀取范圍(米) 數據速度 備注 標簽估價
(以2006年美元計算)
120到150千赫 (低頻) 無規定 0.1 低速 動物識別,工廠數據的收集 1元
13.56兆赫 (高頻) 全世界通用ISM頻段 1 低速到中速 小卡片 0.50元
433兆赫 (特高頻) 近距離設備SRD 1-100 中速 國防應用(主動式標簽) 5元
868到870兆赫(歐洲)
902到928兆赫(北美) 特高頻 ISM頻段 1-2 中速到高速 歐洲商品編碼,各種標準 0.15元(被動式標簽)
2450到5800兆赫 (微波) ISM頻段 1-2 高速 802.11WLAN(無線局域網),藍牙標準 25元(主動式)
3.1到10吉赫 (微波) 超寬頻 最高200 高速 需要半主動或主動標簽 設計為5元
閱讀器和標簽之間的信號傳播有好幾種方式。這幾種方式卻相互不能兼容,而是要取決于標簽所使用的頻帶。靠短波和長波運作的標簽的非常接近讀取器的天線(短于一個波長的距離)。在近場區中,標簽以電子的方式與讀取器中的發射器緊密地耦合在一起。該標簽可以通過改變標簽所表示的電氣負載,調制由讀取器產生的電場。通過在較低和較高的相對負載之間進行切換,該標簽產生讀取器可以檢測到的變化。在UHF和更高的頻率上,該標簽不止有讀取器的一個無線電波長。標簽可以反饋信號。有源標簽可以包含功能分離的發射器和接收器,標簽不必對讀取器詢問信號的頻率作出回應。[6]

信令
電子產品碼(EPC)是標簽中儲存的常見的數據類型。當由RFID標簽打印機寫入標簽時,標簽包含96位的數據串。前8位是一個標題,用于標識協議的版本。接下來的28位識別管理這個標簽的數據的組織;該組織的編號是由EPCglobal協會分配的。接下來的24位是對象分類,用于確定是什么類別的產品,最后36位是這個標簽唯一的串行號。最后這兩個字段是由發布該標簽的組織來設置的。與URL不同的,總的電子產品碼編號可以用來作為進入全球數據庫的鑰匙,它能唯一地標識一個特定的產品。

一般來說,會有多個標簽同時回應標簽讀取器,例如,很多個貼有標簽的單獨的產品可能會被放在一個共用的盒子或一個共用的托盤上進行運輸。沖突檢測在能夠讀取這樣的數據時是非常重要的。使用兩種不同類型的協議來“辯識”某一標簽,能夠從許多類似的標簽之中讀取出它的數據。在slotted Aloha系統中,讀取器發出一個初始化命令和一個參數,標簽單獨用來偽隨機地延遲它們的回應。當使用“自適應二進制樹”的協議時,讀取器發送一個初始化符號,然后一次發送一位ID數據,只有與這一位相符的標簽才會響應,最終只有一個標簽能符合整個ID字符串。

用于識別RFID標簽的二進制樹法一例。
這兩種方法在用于多個標簽或多個重疊的讀取器時都有缺點。

電子產品碼信息系統
RFID標簽中的EPC信息,可由后臺信息系統EPCIS來儲存與管控,EPCIS (EPC Information Service)是GS1在其EPCglobal Network架構中的一個重要標準,它負責儲存EPC及其相關動態信息,每一筆信息稱為事件(Event),并依權限提供查詢界面。

EPCIS所儲存的EPC事件中,包含此EPC在某時某地之各種狀態,并歸納成4W(What/When/Where/Why),各參與單位都能以本身的權限查詢物品的狀態,其事件資料可以被如下范例解讀:

What - 識別代碼為12345商品于
When - 2012年3月1日上午10時在
Where - 工廠甲之閘門A,被讀取到
Why - 正要被運送(shipping),其后續狀態為運送中(in-transit)
EPCIS標準是公開且免費的,有意愿的廠商都可以從GS1 EPCglobal下載規格后開發實作,如果儲存及查詢的資料是跨國性的,則建議采用標準EPC編碼、標準商用字匯編碼及標準資料格式,以期對商品資料的判讀一致。在實務上,各廠商亦可不自行建置而租賃集中式的EPCIS系統,例如國內創識科技的T2 EPCIS系統。

射頻識別標簽的類別

RFID反饋信號。
依據標簽內部供電有無,RFID標簽分為被動式、半被動式(也稱作半主動式)、主動式三類。

被動式
被動式標簽沒有內部供電電源,其內部集成電路通過接收到的電磁波進行驅動,這些電磁波是由RFID讀取器發出的。當標簽接收到足夠強度的訊號時,可以向讀取器發出數據。這些數據不僅包括ID號(全球惟一代碼),還可以包括預先存在于標簽內EEPROM(電可擦拭可編程只讀內存)中的數據。

由于被動式標簽具有價格低廉,體積小巧,無需電源等優點。目前市場所運用的RFID標簽以被動式為主。

被動式射頻標簽借由讀取器發射出的電磁波獲得能量,并回傳相對應的反向散射信號至讀取器。然而在傳播路徑衰減的環境下,限制了標簽的讀取距離。

半被動式
一般而言,被動式標簽的天線有兩種作用:

接收讀取器所發出的電磁波,藉以驅動標簽內的IC。
標簽回傳信號時,需要借由天線的阻抗作信號的切換,才能產生0與1的數字變化。關鍵是,想要有最好的回傳效率的話,天線阻抗必須設計在“開路與短路”,這樣又會使信號完全反射,無法被標簽的IC接收,半主動式的標簽設計就是為了解決這樣的問題。半主動式的規格類似于被動式,只不過它多了一顆小型電池,電力恰好可以驅動標簽內的IC,若標簽內的IC僅收到讀取器所發出的微弱信號,標簽還是有足夠的電力將標簽內的內存資料回傳到讀取器。這樣的好處在于,半主動式標簽的內建天線不會因讀取器電磁波信號強弱,而無法執行任務,并自有足夠的電力回傳信號。相較之下;半主動式標簽,比被動式標簽在反應上速度更快,距離更遠及效率更好。
主動式
與被動式和半被動式不同的是,主動式標簽本身具有內部電源供應器,用以供應內部IC所需電源以產生對外的信號。一般來說,主動式標簽擁有較長的讀取距離和可容納較大的內存容量可以用來儲存讀取器所傳送來的一些附加訊息。主動式與半被動式標簽差異為:主動式標簽可借由內部電力,隨時主動發射內部標簽的內存資料到讀取器上。

主動式標簽又稱為有源標簽,內建電池,可利用自有電力在標簽周圍形成有效活動區,主動偵測周遭有無讀取器發射的呼叫信號,并將自身的資料傳送給讀取器。

技術及性能參數
射頻識別標簽是目前射頻識別技術的關鍵。射頻識別標簽可存儲一定容量的信息并具一定的信息處理功能,讀寫設備可通過無線電信號以一定的數據傳輸率與標簽交換信息,作用距離可根據采用的技術從若干厘米到1公里不等。

識別標簽的外形尺寸主要由天線決定,而天線又取決于工作頻率和對作用距離的要求。目前有四種頻率的標簽在使用中比較常見。他們是按照他們的無線電頻率劃分:低頻標簽(125或134.2 kHz),高頻標簽(13.56 MHz),超高頻標簽(868~956 MHz)以及微波標簽(2.45 GHz)。由于目前尚未制定出針對超高頻標簽使用的全球規范,所以此類標簽還不能夠在全球統一使用。而超高頻標簽的應用目前也最受人們的注意,此類標簽主要應用在物流領域。頻率越高,作用距離就越大,數據傳輸率也就越高,識別標簽的外形尺寸就可以做得更小,但成本也就越高。目前面向消費者的識別標簽外形尺寸需求,一般以信用卡或商品條形碼為準。

2005年初每標簽的價格仍在30歐分左右,大批量(十億個以上)生產的射頻識別標簽的價格在2011年已在10歐分上下。

鑒于標簽和讀寫設備之間無需建立機械或光學接觸,密碼技術在整個射頻識別技術領域中的地位必將日益提高。隨著射頻識別的普及,不同廠家的標簽和讀寫設備之間的兼容性也將成為值得關注的問題。

此外,使用壽命、使用環境和可靠性也是重要參數。

射頻識別技術還包括了一整套信息技術基礎設施,包括:

射頻識別標簽,又稱射頻標簽、電子標簽,主要由存有識別代碼的大規模集成線路芯片和收發天線構成,目前主要為無源式,使用時的電能取自天線接收到的無線電波中的能量;
射頻識別讀寫設備以及

與相應的信息服務系統,如進存銷系統的聯網等。


將射頻類別技術與條碼技術相互比較,射頻類別擁有許多優點,如:
可容納較多容量。
通信距離長。
難以復制。
對環境變化有較高的忍受能力。
可同時讀取多個標簽。
相對地有缺點,就是建置成本較高。不過目前透過該技術的大量使用,生產成本就可大幅降低。

局限、問題與隱憂
金屬及液體環境對射頻識別的影響
RFID特高頻(UHF)標簽因電磁反向散射(Backscatter)特點,對金屬和液體等環境比較敏感,可導致這種工作頻率的被動標簽(Passive tag)難以在具有金屬表面的物體或液體環境下進行工作,但此類問題隨著技術的發展已得到完全解決。

使用風險
由于RFID標簽無須直接與收發器接觸,使用者會在不知情的情況下被他人讀取標簽內存儲的信息,構成安全隱憂。
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