前    言

物聯網技術近幾年來得到了充分的發展。在物聯網技術中，自動識別是非常重要的。因為物聯網終需要實現機器與機器之間的自主學習、自主通信和相互控制，而這就需要有自動識別技術。條形碼和二維碼是自動識別技術的一種嘗試，但由於這類識別手段有內在的缺陷，導致仍然無法實現完全的自動識別。

射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID)技術的出現，讓自動識別有了真正實現的可能。盡管射頻技術歷史久遠，但作為自動識別手段，也隻是近些年來的事情。

射頻識別技術是通過無線電波進行數據傳遞的自動識別技術，是一種非接觸式的自動識別技術。它通過射頻信號自動識別目標對像，並獲取相關數據，其識別工作無須人工干預，可工作於各種惡劣環境中。

與條碼識別、磁卡識別和IC卡識別等技術相比，射頻識別技術以特有的無接觸、抗干擾能力強、可同時識別多個物品等優點，逐漸成為自動識別領域中秀和應用廣泛的技術之一，是目前重要的自動識別技術。

本書共分為9章。

第1章主要介紹射頻識別技術的發展歷史；第2章主要介紹射頻識別技術的工作原理；第3、第4章深入討論射頻識別技術的編解碼原理和數據傳輸等問題；第5章介紹射頻識別技術與EPC體繫的關繫；第6章介紹射頻識別技術與M2M體繫的關繫；第7章介紹射頻識別技術中間件開發技術；第8章介紹射頻識別技術應用過程中涉及的信息安全問題；第9章給出大量的射頻識別技術應用實例，供讀者參考。

本書具有以下特點。

* 體繫清晰：對射頻識別技術與物聯網其他領域技術的關繫進行完整的闡述。

* 知識面廣：通過大量的應用實例，說明射頻識別技術在物聯網技術中的重要作用，及在生產、生活中的廣泛應用。

* 淺顯易懂：適當減少射頻識別技術理論性的內容，增加大量實例應用，著重體現其技術性和實用性。

本書的第1、5、6、7章由王佳斌編寫，第4、8章由張維緯編寫，第3章由王佳斌和張維緯聯合編寫；第2、9章由黃誠惕編寫。全書由王佳斌統稿。

本書文字打印和繪圖由宋春紅、陳麗楓完成。

本書在編寫過程中，得到清華大學出版社編輯、華僑大學工學院領導和教師的大力支持，在此表示感謝！此外，本書在編寫過程中，參考了眾多的書籍和網絡資料，在此對書籍和資料的作者一並表示感謝！

由於作者水平有限，書中難免有疏漏之處，敬請廣大讀者批評指正。

第1章  射頻識別技術概述



學習目標

1. 掌握自動識別技術的種類。

2. 了解RFID技術的發展歷史及現狀。

3. 掌握RFID技術的體繫及其產業發展趨勢。





知識要點

自動識別技術、射頻識別技術、射頻識別技術體繫及產業發展趨勢。



1.1  自動識別技術

人類社會步入信息時代後，人們獲取和處理的信息量在不斷增大。傳統的信息采集是通過人工手段錄入的，不僅工作強度大，而且差錯率高。以計算機和通信技術為基礎的自動識別技術，可以對目標對像自動辨認，並可以工作在各種環境下，使人類能夠對大量信息進行及時、準確的處理。自動識別技術可以對每個物品進行標識和識別，並可以實時更新數據，是構建全球物品信息實時共享的基礎，是物聯網的重要組成部分。

1.1.1  自動識別技術的概念

自動識別技術，是用機器來識別不同物品的眾多技術的總稱。具體地說，就是使用識別裝置，通過被識別物品與識別裝置之間的接近運動，自動獲取被識別物品的相關信息。

自動識別技術是一種高度自動化的信息(數據)采集技術，可對記錄了字符、影像、條碼、聲音、信號等信息的載體進行自動識別，自動地獲取被標識物品的相關信息，並提供給後臺的計算機處理繫統，來完成相關的後續處理。

以往的信息識別和管理中，多采用單據、憑證、傳票為載體，以手工記錄、電話溝通、人工計算、郵寄或傳真等方法，對信息進行采集、記錄、處理、傳遞和反饋，不僅極易出現差錯，也使管理者對物品在流動過程中的各個環節難以統籌協調，不能繫統地控制，更無法實現繫統優化和實時監控，導致效率低下和人力、運力、資金、場地的大量浪費。

近幾十年來，自動識別技術在全球範圍內得到了迅猛發展，極大地提高了數據采集和信息處理的速度，改善了人們的工作和生活環境，提高了工作效率，並為管理的科學化和現代化做出了重要貢獻。

自動識別技術可以在制造、物流、防偽和安全等多個領域中應用，可以采用光識別、電識別、射頻識別等多種識別方式，是集計算機、光、電、通信和網絡技術於一體的高技術學科。

1.1.2  自動識別技術的分類

根據應用領域和具體特征，自動識別技術可分為條碼識別技術、生物識別技術、圖像識別技術、磁卡識別技術、IC卡識別技術、光學字符識別技術和射頻識別技術等。這裡介紹幾種典型的自動識別技術，分別采用了不同的數據采集技術。其中，對條碼使用光識別技術、對磁卡使用磁識別技術、對IC卡使用電識別技術、對射頻標簽使用無線識別技術。

1．條碼識別技術

條碼是由一組線條、空白條和數字符號組成的，按一定編碼規則排列的，用以表示一定字符、數字及符號的標簽信息載體。條碼是利用紅外光或可見光進行識別的。由掃描器發出的紅外光或可見光照射條碼，條碼中深色的"條痕"吸收光，淺色的"空白"將光反射回掃描器，掃描器將光反射信號轉換成電子脈衝，再由譯碼器將電子脈衝轉換成數據，後傳至後臺，完成對條碼的識別。

目前，條碼的種類很多，大體上可以分為一維條碼和二維條碼兩種。一維條碼和二維條碼都有許多碼制。條碼中，條、空圖案對數據不同的編碼方法，構成了不同形式的碼制。不同碼制有各自不同的特點、可以用於一種或若干種應用場合。

(1) 一維條碼。

一維條碼有許多種碼制，包括Code25碼、Code128碼、EAN-13碼、EAN-8碼、ITF25碼、庫德巴碼、Matrix碼和UPC-A碼等。如圖1-1所示為幾種常用的一維條碼樣圖。

         

                   (a) EAN-13碼         (b) EAN-8碼          (c) UPC-A碼

圖1-1  幾種常用的一維條碼樣圖

目前流行的一維條碼是EAN-13條碼。EAN-13條碼由13位數字組成，其中，前3位數字為前綴碼，目前國際物品編碼協會分配給我國並已經啟用的前綴碼為690~692。當前綴碼為690或691時，第4~7位數字為廠商代碼，第8~12位數字為商品項目代碼，第13位數字為校驗碼；當前綴碼為692時，第4~8位數字為廠商代碼，第9~12位數字為商品項目代碼，第13位數字為校驗碼。EAN-13條碼的構成如圖1-2所示。



              (a) 當前綴碼為690時                         (b) 當前綴碼為692時

圖1-2  EAN-13條碼的構成

(2) 二維條碼。

二維條碼技術是在一維條碼無法滿足實際應用需求的前提下產生的。二維條碼在橫向和縱向兩個方位同時表達信息，因此，能在很小的面積內表達大量信息。目前有幾十種二維條碼，常用的碼制有Data Matrix碼、QR Code碼、Maxicode碼、PDF417碼、Code49碼、Code 16K碼和Codeone碼等。如圖1-3所示為幾種常用的二維條碼樣圖。

  

                (a) Data Matrix碼         (b) QR Code碼         (c) Maxicode碼

圖1-3  幾種常用的二維條碼樣圖





2．磁卡識別技術

磁卡，從本質意義上講，與計算機用的磁帶或磁盤是一樣的，它可以用來記載字母、字符及數字信息。磁卡是一種磁介質記錄卡片，通過黏合或熱合，與塑料或紙牢固地整合在一起，能防潮、耐磨且有一定的柔韌性，攜帶方便，較為穩定可靠。

磁卡記錄信息的方法是變化磁極。在磁性變化的地方具有相反的極性(如S-N或N-S)，識讀器材能夠在磁條內探測到這種磁性變化。使用解碼器，可以將磁性變化轉換成字母或數字的形式，以便由計算機來處理。

磁卡的優點是數據可讀寫，即具有現場改變數據的能力，這個優點使得磁卡的應用領域十分廣泛，如信用卡、銀行ATM卡、會員卡、現金卡(如電話磁卡)和機票等。

磁卡的缺點，是數據存儲的時間長短受磁性粒子極性耐久性的限制。另外，磁卡存儲數據的安全性一般較低，如果磁卡不小心接觸磁性物質，就可能造成數據的丟失或混亂。隨著新技術的發展，安全性能較差的磁卡有逐步被取代的趨勢。

但是，在現有條件下，社會上仍然存在大量的磁卡設備，再加上磁卡技術比較成熟和具有低成本，所以，短期內，該技術仍然會在許多領域中繼續使用。如圖1-4所示為一種銀行磁卡，該銀行磁卡通過背面的磁條可以讀寫數據。

  

                   (a) 銀行卡正面                       (b) 銀行卡背面的磁條

圖1-4  銀行磁卡

3．IC卡識別技術

IC(Integrated Circuit)卡是一種電子式數據自動識別卡，IC卡分接觸式IC卡和非接觸式IC卡兩種，這裡介紹的是接觸式IC卡。

接觸式IC卡是集成電路卡，通過卡裡的集成電路來存儲信息，它將一個微電子芯片嵌入到卡基中，做成卡片的形式，通過卡片表面的8個金屬觸點與讀卡器進行物理連接，來完成通信和數據交換。IC卡使用了微電子技術和計算機技術，作為一種成熟的高技術產品，是繼磁卡之後出現的又一種新型的信息工具。

IC卡的外形與磁卡相似，區別在於數據存儲的媒體不同。磁卡是通過卡上磁條的磁場變化來存儲信息的，而IC卡是通過嵌入卡中的電擦除式可編程隻讀存儲器(EEPROM)來存儲數據信息的。IC卡與磁卡相比，具有存儲容量大、安全保密性好、有數據處理能力、使用壽命長等優點。

依據是否帶有微處理器，IC卡可分為存儲卡和智能卡兩種。存儲卡僅包含存儲芯片而無微處理器，一般的電話IC卡即屬於此類。將帶有內存和微處理器芯片的大規模集成電路嵌入到塑料基片中，就制成了智能卡，它具有數據讀寫和處理功能，因而具有安全性高、可以離線操作等突出優點，銀行的IC卡通常是指智能卡。如圖1-5所示為幾種IC卡。

 

                   (a) 中國電信IC卡                  (b) 中國郵政儲蓄銀行IC卡

圖1-5  IC卡

4. 射頻識別技術

射頻識別技術是通過無線電波進行數據傳遞的自動識別技術。與條碼識別技術、磁卡識別技術和IC卡識別技術等相比，它以特有的無接觸、可同時識別多個物品等優點，逐漸成為自動識別領域中秀和應用廣泛的自動識別技術。

1.1.3  RFID技術

RFID技術是自動識別技術中的一種。RFID以電子標簽來標識某個物體，電子標簽包含某個芯片和天線，芯片用來存儲物體的數據，天線用來收發無線電波。電子標簽的天線通過無線電波，將物體的數據發射到附近的RFID讀寫器，RFID讀寫器就會對接收到的數據進行收集和處理。RFID與傳統的條碼識別相比，具有很大的優勢。

(1) RFID電子標簽抗污損能力強。

傳統的條碼載體是紙張，它附在物體和外包裝箱上，特別容易受到折損。條碼采用的是光識別技術，如果條碼的載體受到污染或者折損，將會影響信息的正確識別。而RFID采用電子芯片存儲信息，可以免受外部環境污損。

(2) RFID電子標簽安全性高。

條碼制作容易，操作簡單，但同時也產生了仿造容易、信息保密性差等缺點。RFID采用電子標簽存儲信息，數據可以通過編碼實現密碼保護，內容不易被偽造和更改。

(3) RFID電子標簽容量大。

條碼的標識容量有限。而RFID電子標簽的標識容量可以做到比條碼大很多，實現真正的"一物一碼"，可以滿足信息流量不斷增大和信息處理速度不斷提高的需求。

(4) RFID可實現遠距離同時識別多個電子標簽。

條碼識別一次隻能有一個條碼接受掃描，而且要求條碼與讀寫器的距離比較近。射頻識別采用無線電波進行數據交換，RFID讀寫器能夠遠距離同時識別多個RFID標簽，並可以識別高速運動的標簽。

(5) RFID是物聯網的基石。

條碼印刷上去就無法更改了。而RFID采用電子芯片存儲信息，可以隨時記錄物品在任何時候的任何信息，並可以很方便地新增、更改和刪除信息。RFID通過計算機網絡可以實現對物品透明化、實時的管理，實現真正意義上的"物聯網"。

1.2  射頻技術及其特點

射頻識別是無線電頻率識別(Radio Frequency Identification，RFID)的簡稱，即通過無線電波進行識別。在RFID繫統中，識別信息存放在電子數據載體中，電子數據裁體稱為應答器。應答器中存放的識別信息由閱讀器讀出。在一些應用中，閱讀器不僅可以讀出存放的信息，而且可以對應答器寫入數據，讀、寫過程是通過相互之間的無線通信來實現的。

射頻識別具有下述特點。

(1) 是通過電磁耦合方式實現的非接觸自動識別技術。

(2) 需要利用無線電頻率資源，必須遵守使用無線電頻率的眾多規範。

(3) 存放的識別信息是數字化的，因此，通過編碼技術，可以方便地實現多種應用，如身份識別、商品貨物識別、動物識別、工業過程監控等。

(4) 容易對多個應答器、多個閱讀器組合建網，以完成大範圍的繫統應用，並構成完善的信息繫統。

(5) 涉及計算機、無線數字通信、集成電路、電磁場等眾多學科，是一個新興的、融合了多種技術的領域。

1.2.1  RFID的發展簡史

在過去的半個多世紀中，RFID技術的發展經歷了以下幾個階段。

1941-1950年，雷達的改進和應用催生了RFID技術，1948年奠定了RFID技術的理論基礎。

1951-1960年，早期RFID技術的探索階段，主要處於實驗室研究中。

1961-1970年，RFID技術的理論得到了發展，開始了一些應用嘗試。

1971-1980年，RFID技術與產品研發處於一個大發展時期，各種RFID技術測試得到加速，出現了一些早的RFID技術應用。

1981-1990年，RFID技術及產品進入商業應用階段，多種應用開始出現，但成本成為制約進一步發展的主要問題。國內開始關注這項技術。

1991-2000年，大規模生產使得其成本可以被市場接受，技術標準化問題和技術支撐體繫的建立得到了重視，大量廠商進入，RFID產品逐漸走入人們的生活，國內研究機構開始跟蹤和研究該技術。

2001-至今，RFID技術得到了進一步豐富和完善，產品種類更加豐富，無源電子標簽、半有源電子標簽均得到了發展，電子標簽成本也不斷降低，RFID技術的應用領域不斷擴大，RFID與其他技術正在日益結合。  

縱觀RFID技術的發展歷程，我們不難發現，隨著市場需求的不斷發展，人們對RFID技術的認識水平正在日益提升，RFID技術已經逐漸走入生產和生活的各個領域；RFID技術及產品的不斷開發，必將帶來其應用發展的新高潮，並引發相關應用領域新的變革。



1.2.2  RFID的發展現狀

從全球範圍來看，美國已經在RFID標準的建立、相關軟硬件數據的開發與應用領域走在了世界的前列。歐洲RFID標準追隨美國主導的EPCglobal標準。在封裝繫統應用方面，歐洲與美國基本處在同一階段。日本雖然已經提出了UID標準，但主要得到的是其本國廠商的支持，如要成為國際標準，還有很長的路要走。在韓國，RFID技術的重要性得到了加強，政府給予了高度重視，但韓國在RFID標準上至今仍模糊不清。

美國的TI、RFID等集成電路廠商目前都在RFID領域投入巨資進行芯片開發。Symbol等公司已經研發出同時可以閱讀條形碼和RFID的掃描器。IBM、Microsoft和HP等公司也在積極開發相應的軟件及繫統，來支持RFID技術的應用。目前，美國的交通、車輛管理、身份識別、生產線自動化控制、倉儲管理及物資跟蹤等領域已經在逐步應用RFID技術。在物流方面，美國已有100多家企業承諾支持RFID技術應用。另外，值得注意的是，美國政府是RFID技術應用的積極推動者。

歐洲的Philips、STMicroelectronics公司在積極開發廉價的RFID芯片；Checkpoint公司在開發支持多繫統的RFID識別繫統；諾基亞公司在開發能夠基於RFID技術的移動電話購物繫統；SAP公司則在積極開發支持RFID的企業應用管理軟件。在應用方面，歐洲對諸如交通管理、身份識別、生產線自動化控制、物資跟蹤等封閉繫統的應用研究與美國基本處於同一階段。目前，歐洲有許多大型企業都紛紛進行RFID技術的應用實驗。

日本是一個制造業強國，在RFID研究領域起步較早，政府也將RFID作為一項關鍵的技術來發展。2004年7月，日本經濟產業省METI選擇了七大產業做RFID技術的應用實驗，包括消費電子、書籍、服裝、音樂CD、建築機械、制藥和物流。從近來日本RFID領域的動態來看，與行業應用相結合的基於RFID技術的產品和解決方案已經開始集中出現，這為RFID技術在日本的應用推廣，特別是在物流等非制造領域的應用推廣，奠定了堅實的基礎。

韓國主要通過國家的發展計劃，且聯合企業的力量，來推動RFID技術的發展，即主要是由產業資源部和情報通信部來推動RFID技術的發展計劃。特別值得注意的是，自2004年3月韓國提出IT839計劃以來，RFID技術的重要性得到了進一步確認。雖然目前韓國在RFID技術的開發和應用領域乏善可陳，但值得關注的是，在韓國政府的高度重視下，韓國關於RFID的技術開發和應用實驗正在加速開展。

中國人口眾多，經濟規模不斷擴大，已經成為全球制造中心，RFID技術有著廣闊的應用市場。近年來，中國已初步開展了RFID相關技術的研發和產業化工作，並在部分領域開始應用。中國已經將RFID技術應用於鐵路車號識別、身份證和票證管理、動物標識、特種設備與危險品管理、公共交通以及生產過程管理等多個領域，但規模化的實際應用項目還很少。目前，我國RFID應用以低頻和高頻標簽產品為主，如城市交通一卡通和中國第二代身份證等項目。我國超高頻產品的應用剛剛興起，還未開始規模化生產，產業鏈尚未形成。我國第二代身份證從2005年開始，已經進入全面換發階段，現已基本完成全國16歲以上人口的換發工作，全國換發總量將達到10億。

2004年12月16日，非營利性標準化組織--EPCglobal批準了對EPCglobal成員和簽訂了EPCglobal IP協議的單位免收專利費的空中接口新標準--EPC Gen2。這一標準是RFID技術、互聯網和產品電子代碼(EPC)組成的EPCglobal網絡的基礎。

EPC Gen2的獲批對於RFID技術的應用和推廣具有非常重要的意義，它為在供應鏈應用中使用的UHF RFID提供了全球統一的標準，給物流行業帶來了革命性的變革，推動了供應鏈管理和物流管理向智能化方向發展。

自2004年起，全球範圍內掀起了一場RFID的熱潮，包括沃爾瑪、保潔、波音公司在內的商業巨頭，無不積極推動RFID在技術制造、零售、交通等行業的應用。RFID技術及應用正處於迅速上升的時期，被業界公認為是21世紀有潛力的技術之一，它的發展和應用推廣，將是自動識別行業的一場技術革命。當前，RFID技術的應用和發展還面臨一些關鍵問題與挑戰，主要包括標簽成本、標準制定、公共服務體繫、產業鏈形成以及技術和安全等問題。

1.3  RFID技術標準

目前，RFID技術還未形成統一的全球化標準，但業界已經廣泛認同市場將走向多標準的統一。RFID繫統主要是由數據采集和後臺數據庫網絡應用繫統兩大部分組成的。目前已經發布或正在制定中的標準主要是與數據采集相關的，其中包括標簽與讀卡器之間的空中接口、讀卡器與計算機之間的數據交換協議、標簽與讀卡器的性能和一致性測試規範以及標簽的數據內容編碼標準等。後臺數據庫網絡應用繫統目前並沒有形成正式的國際標準，隻有少數產業聯盟制定了一些規範，現階段還在不斷演變中。

信息技術發展到今天，已經沒有多少人還對標準的重要性持有任何懷疑態度。RFID的技術標準之爭非常強烈，各行業都在發展自己的RFID技術標準，這也是RFID技術目前沒有統一國際標準的原因之一。關鍵是，RFID技術不僅與商業利益有關，甚至還關繫到國家或行業的利益，以及信息的安全。

目前，全球存在五大RFID技術標準化勢力，即ISO/IEC、EPCglobal、Ubiquitous ID Center、AIM Global和IP-X。其中，前三個標準化組織勢力比較強大；而AMI和IP-X的勢力則相對弱小。這五大RFID技術標準化組織紛紛制定自己的RFID技術相關標準，並在全球積極推廣這些標準。

1.3.1  全球三大標準體繫的比較

1. ISO制定的RFID標準體繫

RFID的標準化工作早可追溯到20世紀90年代。1995年，國際標準化組織ISO/IEC聯合技術委員會JTC1設立了子委員會SC31(以下簡稱SC31)，負責 RFID標準化研究工作。

SC31委員會由來自各個國家的代表組成，如英國的BSI
IST34委員、歐洲的CEN TC225成員。他們既是各大公司的內部咨詢者，也是不同公司利益的代表者。因此，在ISO標準制定的過程中，有企業、區域標準化組織和國家三個層次的利益代表者。

SC31子委員會負責的RFID標準，可以分為4個方面：數據標準(如編碼標準ISO/IEC
15691，數據協議ISO/IEC 15692、ISO/IEC
15693，解決了應用程序/標簽和空中接口多樣性的要求，提供了一套通用的通信機制)；空中接口標準(ISO/IEC 18000繫列)；測試標準(性能測試標準ISO/IEC
18047和一致性測試標準ISO/IEC 18046)；實時定位(RTLS)(ISO/IEC 24730繫列應用接口與空中接口通信的標準)方面的標準。

如圖1-6所示為RFID技術的國際標準，如圖1-7所示為RFID繫統與ISO/IEC數據標準和空中接口標準的關繫。



圖1-6  RFID技術的國際標準



圖1-7  RFID繫統與ISO/IEC數據標準和空中接口標準的關繫

ISO對於RFID的應用標準是由應用相關的子委員會制定的。RFID在物流供應鏈領域中的應用標準由ISO TC 122/104聯合工作組制定，包括ISO 17358(應用要求)、ISO
17363(貨運集裝箱)、ISO 17364()、ISO 17365()、ISO 17366(產品包裝)、ISO
17367(產品標簽)。RFID在動物追蹤方面的標準由ISO TC 23 SC19制定，包括ISO 11784/11785(動物RFID在畜牧業的應用)，ISO
14223(動物RFID在畜牧業的應用-高級標簽的空中接口、協議定義)。從ISO制定的RFID標準內容來說，RFID應用標準是在RFID編碼、空中接口協議、讀寫器協議等基礎標準之上，針對不同的使用對像，確定的使用條件、標簽尺寸、標簽粘貼位置、數據內容格式、使用頻段等方面的特定應用要求的具體規範，同時，也包括數據的完整性、人工識別等其他一些要求。

通用標準提供了一個基本框架，而應用標準是對它的補充和具體規定。這一標準制定思想，既保證了RFID技術具有互通和互操作性，又兼顧了應用領域的特點，能夠很好地滿足應用領域的具體要求。

2. EPCglobal

與ISO的通用性RFID標準相比，EPCglobal標準體繫是面向物流供應鏈領域的，可以看成是一個應用標準。

EPCglobal的目標，是解決供應鏈的透明性和追蹤性問題。透明性和追蹤性，是指供應鏈各環節中所有合作伙伴都能夠了解單件物品的相關信息，如位置、生產日期等信息。為此，EPCglobal制定了EPC編碼標準，它可以實現對所有物品提供單件標識；也制定了空中接口協議、讀寫器協議。這些協議與ISO標準體繫類似。

在空中接口協議方面，目前EPCglobal的策略盡量與ISO兼容，如CiGen2 UHF RFID標準，遞交給ISO後，將成為ISO 18000 6C標準。但EPCglobal空中接口協議有它的局限範圍，僅僅關注UHF(860~930MHz)。

除了信息采集以外，EPCglobal非常強調供應鏈各方之間的信息共享，為此制定了信息共享的物聯網相關標準，包括EPC中間件規範、對像名解析服務ONS(Object Naming Service)、物理標記語言PML(Physical Markup Language)。這樣，從信息的發布、信息資源的組織管理、信息服務的發現以及大量訪問之間的協調等方面，都做出了規定。

"物聯網"的信息量和信息訪問規模大大超過了普通的因特網。"物聯網"是基於因特網的，與因特網具有良好的兼容性。物聯網標準是EPCglobal所特有的，ISO僅僅考慮自動身份識別與數據采集的相關標準，而對數據采集以後如何處理、共享，並沒有做規定。

物聯網是未來的一個目標，對當前應用繫統建設來說，具有指導意義。

3. 日本UID制定的RFID技術標準體繫

日本"泛在ID"(Ubiquitious
ID，UID)中心制定的RFID標準，思路類似於EPCglobal，目標也是構建一個完整的標準體繫，即從編碼體繫、空中接口協議到泛在網絡體繫結構，應有盡有。但是，其每一個部分的具體內容，當然存在差異。為了制定具有自主知識產權的RFID標準，在編碼方面制定了uCode編碼體繫，它能夠兼容日本已有的編碼體繫，同時，也能兼容國際上其他的編碼體繫。在空中接口方面，積極參與了ISO的標準制定工作，也盡量考慮與ISO相關標準兼容。

在信息共享方面，UID主要依賴於日本的泛在網絡，它可以獨立於因特網，實現信息的共享。泛在網絡與EPCglobal的物聯網還是有區別的。EPC采用業務鏈的方式，面向企業、面向產品信息的流動(物聯網)，比較強調與互聯網的結合；而UID采用扁平式信息采集分析方式，強調信息的獲取與分析，比較強調前端的微型化和集成。

4. AIM Global

AIM Global即全球自動識別組織。AIDC(Automatic
Identification and Data Collection)組織原先制定過通行全球的條形碼標準，於1999年，另外成立了AIM(Automatic Identification Manufactures)組織，目的是推出RFID技術標準。

AIM Global有13個國家與地區性的分支，且目前的全球會員數已超過1000個。



5. IP-X

IP-X即南非、澳大利亞、瑞士等國的RFID技術標準組織。

6. ISO/IEC的RFID技術標準體繫中的主要標準

(1) 空中接口標準。

空中接口標準體繫定義了RFID不同頻段的空中接口協議及相關參數。所涉及的問題包括時序繫統、通信握手、數據幀、數據編碼、數據完整性、多標簽讀寫防衝突/干擾和抗干擾、識讀率和誤碼率、數據的加密和安全性、讀卡器與應用繫統之間的接口等，以及讀卡器與標簽之間進行命令和數據雙向交換的機制、標簽與讀卡器之間的操作性等問題。

(2) 數據格式管理標準。

數據格式管理是對編碼、數據載體、數據處理與交換的管理。數據格式管理標準繫統主要規範物品編碼、編碼解析和數據描述之間的關繫。

(3) 信息安全標準。

標簽與讀卡器之間、讀卡器與中間件之間、中間件與中間件之間，以及RFID的相關信息網絡方面，均需要相應的信息安全標準的支持。

(4) 測試標準。

對於標簽、讀卡器、中間件，根據其通用產品規範，指定測試標準；針對接口標準，制定相應的一致性測試標準。測試標準包括編碼一致性測試標準、編碼測試標準、讀卡器測試標準、空中接口一致性測試標準、閃頻性能測試標準、中間件測試標準。

(5) 網絡服務規範。

網絡協議是完成有效、可靠通信的一套規則，是任何一個網絡的基礎，包括物品注冊、編碼、解析、檢索和定位服務等。

(6) 應用標準。

RFID技術標準包括基礎性標準和通用性標準，以及針對事務對像的應用(如動物識別、集裝箱識別、身份識別，交通運輸、軍事物流、供應鏈的管理等)標準，後者是根據實際需求制定的相應標準。

7. 三大標準體繫空中接口協議的比較

目前，ISO/IEC 18000、EPCglobal、日本UID這三個空中接口協議正在完善中。這三個標準相互之間並不兼容，主要差別在通信方式、防衝突協議和數據格式三個方面，但在技術上，差距其實並不大。

這三個標準都按照RFID的工作頻率分為多個部分。在這些頻段中，以13.56MHz頻段的產品為成熟，處於860~960MHz內的UHF頻段的產品因為工作距離遠且可能成為全球通用的頻段，所以受重視，發展快。

ISO/IEC 18000標準是早開始制定的關於RFID的國際標準，按頻段被劃分為7個部分。目前，支持ISO/IEC 18000標準的RFID產品多。

EPCglobal是由UCC和EAN兩大組織聯合起來、吸收了麻省理工Auto-ID中心的研究成果後推出的繫列標準草案。EPCglobal重視UHF頻段的RFID產品，極力推廣基於EPC編碼標準的RFID產品。目前，EPCglobal標準的推廣和發展十分迅速，許多大公司，如沃爾瑪等，都是EPC標準的支持者。

日本的UID中心一直致力於本國標準的RFID產品的開發和推廣，拒絕采用美國的EPC編碼標準。與美國大力發展UHF頻段RFID不同的是，日本對2.4GHz微波頻段的RFID似乎更加青睞。目前，日本已經開始了許多2.4GHz RFID產品的實驗和推廣工作。

標準的制定將面臨越來越多的知識產權糾紛。不同的企業都想為自己的利益努力。同時，EPC在努力成為ISO的標準，ISO終如何接受EPC的RFID標準，還有待觀望。

全球標準的不統一，導致硬件產品的兼容方面必然不理想，會阻礙應用的發展。

8. EPCglobal與日本UID標準體繫的主要區別

(1) 編碼標準不同。

EPCglobal使用EPC編碼，代碼為96位。日本UID使用uCode編碼，代碼為128位。uCode的不同之處，在於能夠繼續使用在流通領域中常用的"JAN代碼"等現有的代碼體繫。uCode使用泛在ID中心制定的標識符對代碼種類進行識別。比如，希望在特定的企業和商品中使用JAN代碼時，在IC標簽代碼中寫入表示"正在使用JAN代碼"的標識符即可。同樣，在uCode中，還可以使用EPC。

(2) 根據IC標簽代碼檢索商品詳細信息的功能上有區別。

EPCglobal中心的前提條件是經過網絡，而UID中心還設想了離線使用的標準功能。Auto ID中心和UID中心在使用互聯網進行信息檢索的功能方面基本相同。UID中心使用名為"讀卡器"的裝置，將所讀取到的ID標簽代碼發送到數據檢索繫統中。數據檢索繫統通過互聯網訪問泛在ID中心的"地址解決服務器"來識別代碼。

除此之外，UID中心還設想了不通過互聯網就能夠檢索商品詳細信息的功能。具體來說，就是利用具備便攜信息終端(PDA)的高性能讀卡器，預先把商品詳細信息保存到讀卡器中，即便不接入互聯網，也能夠了解與讀卡器中IC標簽代碼相關的商品詳細信息。泛在ID中心認為"如果必須隨時接入互聯網纔能得到相關的信息，那麼其方便性就會降低。如果多隻限定兩萬種藥品等商品的話，將所需信息保存到PDA中就可以了。"

(3) 采用的頻段不同。

日本的電子標簽采用的頻段為2.45GHz和13.56MHz。歐美的EPC標準采用UHF頻段，例如902~928MHz。此外，日本的電子標簽標準可用於庫存管理、信息發送和接收，以及產品和零部件的跟蹤管理等。EPC標準側重於物流管理、庫存管理等。

1.3.2  超高頻RFID技術協議標準的發展與應用

超高頻RFID技術協議標準在不斷更新，已出現了代和第二代標準。第二代標準是從區域版本到全球版本的一次轉移，增加了靈活性操作、魯棒防衝突算法、向後兼容性，使用會話、密集條件閱讀、覆蓋編碼等功能。RFID技術應用還存在著一些問題，但前景廣闊。本小節主要考慮超高頻RFID技術協議標準的發展與應用。

1．超高頻RFID技術協議標準

(1) 代超高頻RFID技術協議標準(以下簡稱Gen1協議標準)。

目前已經推出的代超高頻RFID技術協議標準有EPC
Tag Data Standard 1.1、EPC Tag Data Standard 1.3.1、EPC Tag Data Translation 1.0等。美國的MIT實驗室自動化識別繫統中心(Auto - ID)建立了產品電子代碼管理中心網絡，並推出了代超高頻RFID技術協議標準：0類、1類。ISO 18000-6標準是ISO和IEC共同制定的860~960MHz空中接口RFID技術通信協議標準，其中的A類和B類是代標準。

(2) 第二代超高頻RFID技術協議標準(以下簡稱Gen2協議標準)。

Auto - ID在早期就認識到了一些專有RFID技術標準化的問題，於是在2003年就開始研究第二代超高頻RFID技術協議標準。到2004年末，Auto - ID的全球電子產品碼管理中心(EPC Global)推出了更廣泛適用的超高頻RFID技術協議標準版本ISO 18000-6C，但直到2006年，纔被批準為個全球第二代超高頻RFID技術標準協議。

Gen2協議標準解決了代部署中出現的問題。由於Gen2協議標準適合全球使用，ISO纔接受了ISO/IEC 18000-6空中接口協議的修改版本--C版本。事實上，由於Gen2協議標準有很強的協同性，因此，從Gen1協議標準到Gen2協議標準的升級是從區域版本到全球版本的一次轉移。

第二代超高頻RFID技術協議標準的設計，改進了ISO
18000-6超高頻空中接口協議標準和代EPC超高頻協議標準，彌補了代超高頻協議標準的一些缺點，增加了一些新的安全技術。

2．Gen2協議標準的一些改進與安全漏洞

Gen2協議標準具有更大的存儲空間、更快的閱讀速度、更好的噪聲易感性抑制。

Gen2協議標準采用更安全的密碼保護機制，它的32位密碼保護也比Gen1協議標準的8位密碼安全。

Gen2協議標準采用了讀卡器永遠鎖住標簽內存並啟用密碼保護閱讀的技術。

EPCglobal和ISO標準組織還考慮了使用者和應用層次上的隱私保護問題。如果要避免通信被竊聽造成的隱私侵害或信息洩露，就需要關注安全漏洞(即關鍵隨機原始碼的定義與管理)。但是，Gen2協議標準仍然沒有解決覆蓋編碼的隨機數交換、標簽可能被復制等一些關鍵問題。對於研究人員來說，的挑戰是防止射頻中信息的偷竊和偷聽行為。

很多RFID技術協議標準在解決無線連接下通信的安全和可信賴問題時，卻受到標簽處理能力小、內存少、能量少等問題的困擾。雖然為確保標簽在各種威脅條件下的閱讀可靠性和安全性，Gen2協議標準中采用了很多安全技術，但也存在安全漏洞。

3．Gen2協議標準的一些技術改進

(1) 操作的靈活性。

Gen2協議標準的頻率為860~960MHz，覆蓋了所有的國際頻段，因而遵守ISO 18000 -6C協議標準的標簽在這個區間性能不會下降。Gen2協議標準當然支持了歐洲使用的865~868MHz頻段、美國使用的902~928MHz頻段。因此，ISO 18000-6C協議標準是一個真正靈活的全球Gen2協議標準。

(2) 魯棒性防衝突算法。

Gen1協議標準要求RFID讀卡器隻識別序列號的標簽。如果兩個標簽的序列號相同，它們將拒絕閱讀，但Gen2協議標準可同時識別兩個或更多相同序列號的標簽。

Gen2協議標準采用了時隙隨機防衝突算法。當載有隨機(或偽隨機)數的標簽進入槽計數器時，根據讀卡器的命令，槽計數器會相應地減少或增加，直到槽計數器為0時，標簽回答讀卡器。

Gen2協議標準的標簽使用了不同的Aloha算法(也稱為Aloha槽)實現反向散射。

Gen1協議標準和ISO協議標準也使用了這種算法。但Gen2協議標準在查詢命令中引入了一個Q參數。讀卡器能從0~15之間選出一個Q參數對防衝突結果進行微調。例如，讀卡器在閱讀多個標簽的同時，也發出Q參數(初始值為0)的查詢命令，那麼Q值的不斷增加，將會處理多個標簽的回答，但也會減少多次回答的機會。如果標簽沒有給讀卡器響應，則Q值減少的同時也會增加標簽的回答機會。這種獨特的通信序列，使得反衝突算法更具魯棒性。因此，當讀卡器與某些標簽進行對話時，其他標簽將不可能進行干擾。

(3) 讀取率和向後兼容性的改進。

Gen2協議標準的一個特點，是讀取率的多樣性。它讀取的小值是40kb/s，高端應用的值是640kb/s。這個數據範圍的一個好處是向後兼容性，即讀卡器更新到Gen2協議標準隻需要一個固件的升級，而不是任何固件都要升級。Gen1協議標準中的0類與1類協議標準的數據讀取速率分別被限制在80kb/s和140kb/s。由於讀取速率低，很多商業應用都使用基於微控制器的低成本讀卡器，而不是基於數字信號處理器或高技術微處理控制器的讀卡器。為享受Gen2協議標準的真正好處，廠商就會為更高的數據讀取率去優化自己的產品，這無疑需要硬件升級。

一個理想的適應性產品是使終用戶根據不同應用，從讀取率的值到值間挑選任意數值的讀取率。無論是傳送帶上物品的快速閱讀，還是在嘈雜昏暗環境下的低速密集閱讀，Gen2協議標準的標簽數據讀取率都比Gen1協議標準的標簽快3~8倍。

(4) 會話的使用。

在任意給定時間與不同給定預期下，Gen1協議標準不支持一組標簽與給定標簽群間的通信。例如，在Gen1協議標準中，為避免對一個標簽的多次閱讀，讀卡器在閱讀完成後，給標簽一個睡眠命令。如果別處的另一個讀卡器靠近它，並在這個區域尋找特定項目時，就不得不調用和喚醒所有標簽。在這種情況下，將中斷發出睡眠命令讀卡器的計數，強迫讀卡器重新開始計數。

Gen2協議標準在讀取標簽時使用了會話概念。會話假設至多4個讀卡器與一個標簽在相互不干擾的情況下進行各自的操作。兩個或更多的讀卡器能使用會話方式分別與一個共同的標簽群進行通信。

(5) 密集閱讀條件的使用。

除使用會話進行數據處理外，Gen2協議標準的閱讀工作還可以在密集條件下進行，即克服Gen1協議標準中存在的閱讀衝突狀態。

Gen2協議標準通過分割頻譜，為多個通道進一步克服這個限制，使得讀卡器工作時不能相互干涉或違反安全要求。

(6) 使用查詢命令改進Ghost閱讀。

閱讀慢和閱讀距離短限制了RFID技術的發展，Gen2協議標準對此做了改進，其主要處理方法是Ghost閱讀。Ghost閱讀是Gen2標準協議保證引入標簽序列號合法性、沒有來自環境的噪聲、沒有由硬件引起的小故障的機制。Ghost閱讀中，利用一個信號處理器處理標簽序列號的噪聲。因為Gen2協議標準是基於查詢的，所以讀卡器不能創造任何Ghost序列號，也就能很容易地探測和排除整合型攻擊。

(7) 覆蓋編碼。

覆蓋編碼(Cover Coding)是在不安全通信連接下為減少竊聽威脅而隱匿數據的一項技術。在開放環境下使用所有數據既不安全也不容易實現。假如攻擊者能竊聽會話的一方(讀卡器到標簽)但不能竊聽到另一方(標簽到讀卡器)，Gen2協議標準使用覆蓋編碼去閱讀/寫入標簽內存，從而實現數據的安全傳輸。

RFID技術的應用越來越廣，目前應用多的是Gen1協議標準標簽。Gen1協議標準標簽的主要應用領域有物流、零售、制造業、服裝業、身份識別、圖書館、交通等，但應用中的突出問題主要有價格問題、隱私問題、安全問題等。隨著國際通用的Gen2協議標準的出臺，Gen2協議標準RFID技術的應用將越來越多。它已有了一些應用案例。例如，基於Gen2協議標準的電子醫療繫統，充分利用了Gen2協議標準的靈活性、可量測性、更高的智能性。由於超高頻Gen2協議標準RFID技術具有一次性讀取多個標簽、識別距離遠、傳送數據速度快、安全性高、可靠性好、壽命長、耐戶外惡劣環境等特點，得到了世界各國的重視和歐美大企業的青睞。在我國，隨著經濟高速發展和運用信息技術提高企業效益的形勢的推動，政府也提出要大力發展互聯網產業，加之RFID繫統價格的逐年下降，這將極大地促進