RFID(Radio Frequency Identification)是一種無線射頻識別技術，它是自動識別技術的一種。

RFID 最早的應用可追溯到第二次世界大戰中用于區分聯軍和納粹飛機的“敵我辨識”系統。隨著技術的進步，RFID 應用領域日益擴大，現已涉及到人們日常生活的各個方面，并將成為未來信息社會建設的一項基礎技術。RFID 典型應用包括：在物流領域用于倉庫管理、生產線自動化、日用品銷售；在交通運輸領域用于集裝箱與包裹管理、高速公路收費與停車收費；在農牧漁業用于羊群、魚類、水果等的管理以及寵物、野生動物跟蹤；在醫療行業用于藥品生產、病人看護、醫療垃圾跟蹤；在制造業用于零部件與庫存的可視化管理；RFID 還可以應用于圖書與文檔管理、門禁管理、定位與物體跟蹤、環境感知 和支票防偽等多種應用領域。

目前，RFID 已成為IT 業界的研究熱點，被視為IT 業的下一個“金礦”。各大軟硬件廠商，包括IBM、Motorola、Philips、TI、Microsoft、Oracle、Sun、BEA、SAP 等在內的各家企業都對RFID 技術及其應用表現出了濃厚的興趣，相繼投入大量研發經費，推出了各自的軟件或硬件產品及系統應用解決方案。在應用領域，以Wal-Mart、UPS、Gillette 等為代表的大批企業已經開始準備采用RFID 技術對業務系統進行改造，以提高企業的工作效率并為客戶提供各種增值服務。在標簽領域，RFID 標簽與條碼相比，具有讀取速度快、存儲空間大、工作距離遠、穿透性強、外形多樣、工作環境適應性強和可重復使用等多種優勢。因此，分析RFID技術現狀，并展望其未來無疑將非常重要。

1.研究現狀

當前RFID 的研究主要圍繞RFID 技術標準、RFID 標簽成本、RFID 技術和RFID 應用系統等多個方面展開。

1.1 RFID 技術標準

RFID 的標準化是當前亟需解決的重要問題，各國及相關國際組織都在積極推進RFID 技術標準的制定。目前，還未形成完善的關于RFID 的國際和國內標準。RFID 的標準化涉及標識編碼規范、操作協議及應用系統接口規范等多個部分。其中標識編碼規范包括標識長度、編碼方法等；操作協議包括空中接口、命令集合、操作流程等規范。當前主要的RFID 相關規范有歐美的EPC 規范、日本的UID（Ubiquitous ID）規范和ISO 18000系列標準。其中ISO 標準主要定義標簽和閱讀器之間互操作的空中接口。

EPC 規范由Auto-ID 中心及后來成立的EPCglobal 負責制定。Auto-ID 中心于1999年由美國麻省理工大學（MIT）發起成立，其目標是創建全球“實物互聯”網（internet ofthings），該中心得到了美國政府和企業界的廣泛支持。2003 年10 月26 日，成立了新的EPCglobal 組織接替以前Auto-ID 中心的工作，管理和發展EPC 規范。關于標簽，EPC 規范已經頒布第一代規范。

UID（Ubiquitous ID）規范由日本泛在ID 中心負責制定。日本泛在ID 中心由T-Engine論壇發起成立，其目標是建立和推廣物品自動識別技術并最終構建一個無處不在的計算環境。該規范對頻段沒有強制要求，標簽和讀寫器都是多頻段設備，能同時支持13.56MHz 或2.45GHz 頻段。UID 標簽泛指所有包含ucode 碼的設備，如條碼、RFID 標簽、智能卡和主動芯片等，并定義了9 種不同類別的標簽。

1.2 RFID 技術研究

當前，RFID 技術研究主要集中在工作頻率選擇、天線設計、防沖突技術和安全與隱私保護等方面。

1.2.1 工作頻率選擇

工作頻率選擇是RFID 技術中的一個關鍵問題。工作頻率的選擇既要適應各種不同應用需求，還需要考慮各國對無線電頻段使用和發射功率的規定。當前RFID 工作頻率跨越多個頻段，不同頻段具有各自優缺點，它既影響標簽的性能和尺寸大小，還影響標簽與讀寫器的價格。此外，無線電發射功率的差別影響讀寫器作用距離。

低頻頻段能量相對較低，數據傳輸率較小，無線覆蓋范圍受限。為擴大無線覆蓋范圍，必須擴大標簽天線尺寸。盡管低頻無線覆蓋范圍比高頻無線覆蓋范圍小，但天線的方向性不強，具有相對較強的繞開障礙物能力。低頻頻段可采用1 至2 個天線，以實現無線作用范圍的全區域覆蓋。此外，低頻段電子標簽的成本相對較低，且具有卡狀、環狀、鈕扣狀等多種形狀。高頻頻段能量相對較高，適于長距離應用。低頻功率損耗與傳播距離的立方成正比，而高頻功率損耗與傳播距離的平方成正比。由于高頻以波束的方式傳播，故可用于智能標簽定位。其缺點是容易被障礙物所阻擋，易受反射和人體擾動等因素影響，不易實現無線作用范圍的全區域覆蓋。高頻頻段數據傳輸率相對較高，且通訊質量較好。表1為RFID 頻段特性表。

表1RFID 頻段特性

1.2.2 RFID 天線研究

天線是一種以電磁波形式把無線電收發機的射頻信號功率接收或輻射出去的裝置。天線按工作頻段可分為短波天線、超短波天線、微波天線等；按方向性可分為全向天線、定向天線等；按外形可分為線狀天線、面狀天線等。

受應用場合的限制，RFID 標簽通常需要貼不同類型、不同形狀的物體表面，甚至需要嵌入到物體內部。RFID 標簽在要求低成本的同時，還要求有高的可靠性。此外，標簽天線和讀寫器天線還分別承擔接收能量和發射能量的作用，這些因素對天線的設計提出了嚴格要求。當前對RFID 天線的研究主要集中在研究天線結構和環境因素對天線性能的影響上。

天線結構決定了天線方向圖、極化方向、阻抗特性、駐波比、天線增益和工作頻段等特性。方向性天線由于具有較少回波損耗，比較適合電子標簽應用；由于RFID 標簽放置方向不可控，讀寫器天線必須采取圓極化方式（其天線增益較大）；天線增益和阻抗特性會對RFID 系統的作用距離產生較大影響；天線的工作頻段對天線尺寸以及輻射損耗有較大影響。

天線特性受所標識物體的形狀及物理特性影響。如金屬物體對電磁信號有衰減作用，金屬表面對信號有反射作用，彈性基層會造成標簽及天線變形，物體尺寸對天線大小有一定限制等。人們根據天線的以上特性提出了多種解決方案，如采用曲折型天線解決尺寸限制，采用倒F 型天線解決金屬表面的反射問題等。

天線特性還受天線周圍物體和環境的影響。障礙物會妨礙電磁波傳輸；金屬物體產生電磁屏蔽，會導致無法正確地讀取電子標簽內容；其他寬頻帶信號源，比加發動機、水泵、發電機和交直流轉換器等，也會產生電磁干擾，影響電子標簽的正確讀取。如何減少電磁屏蔽和電磁干擾，是RFID 技術研究的一個重要方向。

1.2.3 防沖突技術研究

鑒于多個電子標簽工作在同一頻率，當它們處于同一個讀寫器作用范圍內時，在沒有采取多址訪問控制機制情況下，信息傳輸過程將產生沖突，導致信息讀取失敗。同時多個閱讀器之間工作范圍重疊也將造成沖突。文獻提出了Colorwave 算法以解決閱讀器沖突問題。根據電子標簽工作頻段之不同，人們提出了不同的防沖突算法。對于標簽沖突，在高頻（HF）頻段，標簽的防沖突算法一般采用經典ALOHA 協議。使用ALOHA 協議的標簽，通過選擇經過一個隨機時間向讀寫器傳送信息的方法，來避免沖突。絕大多數高頻讀寫器能同時掃描幾十個電子標簽。在超高頻（UHF）頻段，主要采用樹分叉算法來避免沖突。同采用ALOHA 協議的高頻頻段電子標簽相比，樹分叉算法泄漏的信息較多，安全性較差。

上面兩種標簽防沖突方法均屬于時分多址訪問（TDMA）方式，應用比較廣泛。除此之外，目前還有人提出了頻分多址訪問（FDMA）和碼分多址訪問（CDMA）方式的防沖突算法，主要應用于超高頻和微波等寬帶應用場景。

1.2.4 安全與隱私問題

RFID 安全問題集中在對個人用戶的隱私保護、對企業用戶的商業秘密保護、防范對RFID 系統的攻擊以及利用RFID 技術進行安全防范等多個方面。面臨的挑戰是：

（1）保證用戶對標簽的擁有信息不被未經授權訪問，以保護用戶在消費習慣、個人行蹤等方面的隱私；
（2）避免由于RFID 系統讀取速度快，可以迅速對超市中所有商品進行掃描并跟蹤變化，而被利用來竊取用戶商業機密；
（3）防護對RFID 系統的各類攻擊，如：重寫標簽以竄改物品信息；使用特制設備偽造
標簽應答欺騙讀寫器以制造物品存在的假相；根據RFID 前后向信道的不對稱性遠距離竊聽標簽信息；通過干擾RFID 工作頻率實施拒絕服務攻擊；通過發射特定電磁波破壞標簽等；
（4）如何把RFID 的唯一標識特性用于門禁安防、支票防偽、產品防偽等。

1.3 RFID 應用研究

基于RFID 標簽對物體的唯一標識特性，引發了人們對基于RFID 技術的應用進行研究的熱潮。物流與實物互聯網是當前RFID 應用研究的熱點，其他應用研究還包括空間定位與跟蹤、普適計算、系統安防等多個方面。

1.3.1 物流與實物互聯網

實物互聯網是通過給所有物品貼上RFID 標簽，在現有互連網基礎之上構建所有參與流通的物品信息網絡。實物互聯網的建立將對生產制造、銷售、運輸、使用、回收等物品流通的各個環節，并將對政府、企業和個人行為帶來深刻影響。通過實物互聯網，世界上任何物品都可以隨時隨地按需的被標識、追蹤和監控。實物互聯網被視為繼Internet 后IT 業的又一次革命。

1.3.2 空間定位與跟蹤

無線及移動通信設備的普及帶動了人們對位置感知服務的需求，人們需要確定物品的三維坐標并跟蹤其變化。現有的定位服務系統主要包括基于衛星定位的GPS 系統、基于紅外線或超聲波的定位系統以及基于移動網絡的定位系統。RFID 的普及為人與物體的空間定位與跟蹤服務提供了一種新的解決方案。RFID 定位與跟蹤系統主要利用標簽對物體的唯一標識特性，依據讀寫器與安裝在物體上的標簽之間射頻通信的信號強度來測量物品的空間位置，主要應用于GPS 系統難以應用的室內定位。

1.3.3 普適計算

RFID 標簽具有對物體的唯一標識能力，可以通過與傳感器技術相結合，感知周圍物品和環境的溫度、濕度和光照等狀態信息，并利用無線通信技術方便地把這些狀態信息及其變化傳遞到計算單元，提高環境對計算模塊的可見度，構建未來普適計算的基礎設施，讓計算無處不在，主動地、按需地為人們提供服務。

2 結論

RFID 將構建虛擬世界與物理世界的橋梁。可以預見，在不久的將來，RFID 技術不僅會在各行各業被廣泛采用，最終RFID 技術將會與普適計算技術相融合，對人類社會產生深遠影響。

作為全球的制造業基地，中國將是未來全球最大的RFID 應用市場。這對于國內的科研機構和企業將是一次難得的機遇。目前，我國在RFID 芯片、RFID 系統安全等核心技術方面的研究幾乎還是空白，在RFID 應用方面也還處于起步階段。但是可以相信，在政府推動、企業參與的環境下，在龐大市場空間的吸引下，在中國會有越來越多的企業和研究機構參與RFID 技術的研發和應用，會有更多的企業利用RFID 技術進行企業信息化改造。中國將不僅主導RFID 技術的應用市場，也應該成為RFID 技術的全球研發中心。

作者：吳永