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浅谈技术RFID技术

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1.ISO/IEC标准

国际标准化组织ISO/IEC是信息技术领域最重要的标准化组织之一,其制定的RFID空中接口协议系列标准受到了最为广泛的关注。电子标签和读写器之间通过相应的空中接口协议才能进行相互通信。空中接口协议定义了读写器与标签之间进行命令和数据双向交换的机制,即读写器发给标签的命令和标签发给读写器的响应。因此空中接口标准在RFID系统中举足轻重,它将直接决定系统传输和识别的可靠性和有效性。ISO/IEC制定的一些RFID空中接口标准,其中影响最大的主要有ISO/IEC 14443、ISO/IEC 15693和ISO/IEC 18000三个系列标准。

ISO/IEC 14443:2001《识别卡—无触点的集成电路卡—接近式卡》标准采用的载波频率为13.56MHz,定义了TYPE A、TYPEB两种类型协议,通信速率为106 kbps。该标准在国内外的应用已经非常广泛,我国第二代居民身份证中的射频识别技术采用的就是ISO/IEC 14443 TYPE B协议。TYPE B与TYPE A相比,由于调制深度和编码方式的不同,具有传输能量不中断、速率更高、抗干扰能力更强的优点。该系列标准共分为物理特性、空中接口和初始化、防冲突和传输协议、扩展命令集和安全特性四个部分。符合该标准的RFID设备及标签的最大识读距离约为250px。

ISO/IEC 15693:2001《识别卡—无触点的集成电路卡—邻近式卡》标准采用的载波频率仍为13.56MHz,同样分为物理特性、空中接口和初始化、防冲突和传输协议、扩展命令集和安全特性四个部分。目前该标准已被广泛应用,符合该标准的RFID设备已经非常成熟,最大识读距离可达1m。

上述两个标准采用的频率均为13.56MHz,处于我们通常所说的HF(高频)频段内。读写设备和标签采用近距离磁场耦合的方式来工作,标签感应读写设备所产生的磁场信号,并依靠磁场的变化来传递信息,因此工作距离很近。由于高频RFID原理简单,性能稳定,已经广泛地应用于电子票证、门禁管理、图书馆管理等领域。

ISO/IEC18000:2004《信息技术-用于单品管理的射频识别技术》系列标准是由ISO/IEC JT SC31自动识别和数据采集分技术委员会负责制定的用于单品管理的空中接口通信协议标准,它涵盖了从125kHz到2.45GHz的通信频率,识读距离由几厘米到几十米。该系列标准分为六个部分,其中受到最为广泛关注的ISO/IEC 18000-6:2004 《860~960MHz频率下的空中接口通信参数》进行介绍。

ISO/IEC18000-6:2004 《860~960MHz频率下的空中接口通信参数》适用于860~960MHz频段,规定了读写器与标签之间的物理接口、协议和命令以及防碰撞方法。它包含Type A、Type B和Type C三种无源标签的接口协议。符合此标准的RFID设备工作在UHF(超高频),标签和读写设备采用反向散射的方式工作,标签利用接收到的由读写器发出的射频能量,将其中的编码信息利用电波传播回去,其工作距离较大,可超过十米。此标准中符合Type A协议的标签存储容量大,可达几Kbit,抗冲突能力弱,指令类型多,已鲜有应用。符合Type B协议的标签储存容量可达2Kbit,有一定的抗冲突能力。符合Type B协议的RFID技术只在少数闭环系统中得到应用,如我国某移动通信运营商的资产管理系统。目前Type C协议的应用前景最为看好,其前身就是EPCglobal Class 1Gen2超高频空中接口协议标准。符合Type C协议的标签读写速度快,抗干扰性好,抗冲突能力强,可达1000标签,未来成本会很低(低于5美分),适合开环应用。该标准已经得到了世界上众多的企业的支持,目前已经开始应用到供应链管理、图书馆管理、资产追踪、后勤管理等众多领域。

2. EPCglobal标准

前面所述的ISO/IEC空中接口协议标准侧重于数据采集,即读写器与标签之间进行通信的方式,而在物品编码规则和数据采集后处理方面EPCglobal制定的一系列标准则更加成熟。EPCglobal旨在改变整个世界,它通过搭建一个可以自动识别任何地方任何事物的开放性全球网络(即EPC系统或物联网),来为公司提供某些他们梦寐以求的、几乎完美的供应链可见度。在物联网的构想中,RFID标签中储存的EPC代码,可以通过无线数据通信网络自动采集到中央信息系统,以实现对物品的识别,进而通过开发的计算机网络实现信息交换和共享,实现对物品的透明化管理。EPCglobal主要标准如下:

(1)EPC标签数据规范:规定了EPC编码结构,包括所有编码方式的转换机制等。

(2)空中接口协议:它规范了电子标签与读写器之间命令和数据交互。如前文所述其中的UHF C1G2 已经成为ISO/IEC 18000-6 Type C标准。

(3)RP读写器数据协议:提供读写器与主机(主机是指中间件或者应用程序)之间的数据与命令交互接口。

(4)LLRP低层读写器协议:它为用户控制和协调读写器的空中接口协议参数提供通用接口规范,它与空中接口协议密切相关。可以配置和监视ISO/IEC 18000-6 Type C中防碰撞算法的时隙帧数、Q参数、发射功率、接收灵敏度、调制速率等,可以控制和监视选择命令、识读过程、会话过程等。

(5)RM读写器管理协议:位于读写器与读写器管理之间的交互接口。它规范了访问读写器配置的方式,比如天线数等;它规范了监控读写器运行状态的方式,比如读到的标签数、天线的连接状态等。另外还规范了RFID设备的简单网络管理协议SNMP和管理系统库MIB。读写器管理协议位于管理平面。

(6)ALE应用层事件标准:提供一个或多个应用程序向一台或多台读写器发出,对EPC数据请求的方式等。通过该接口,用户可以获取过滤后、整理过的EPC数据。

(7)EPCIS捕获接口协议:提供一种传输EPCIS事件的方式,包括EPCIS仓库,网络EPCIS访问程序,以及伙伴EPCIS访问程序。

(8)EPCIS询问接口协议:提供EPCIS访问程序从EPCIS仓库或EPCIS捕获应用中得到EPCIS数据的方法等。

(9)EPCIS发现接口协议:提供锁定所有可能含有某个EPC相关信息的EPCIS服务的方法。

(10)TDT标签数据转换框架:提供了一个可以在EPC编码之间转换的文件,它可以使终端用户的基础设施部件自动地知道新的EPC格式。

(11)用户验证接口协议:验证一个EPCglogal用户的身份等,该标准目前正在制定中。

(12)物理标记语言PML:它是用来描述物品静态和动态信息,包括物品位置信息、环境信息、组成信息等。PML是基于为人们广为接受的可扩展标识语言(XML)发展而来的。PML的目标是为物理实体的远程监控和环境监控提供一种简单、通用的描述语言。可广泛应用在存货跟踪、自动处理事务、供应链管理、机器控制和物对物通信等方面。

EPCglobal已经得到沃尔玛、微软、飞利浦、IBM等众多企业的支持,具有广阔的应用前景。沃尔玛早在2005年就将基于该标准的RFID技术应用到货品管理中。 沃尔玛更多的上游供应商也逐步开始进行相关测试,应用的规模不断扩大并取得的一定成效。随着RFID技术逐渐完善和成本降低,相信为每个零售级商品贴上RFID标签的日子不远了。

 

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