专注SIP通讯产品与方案

RFID-物联网通信的基础

RFID是“射频识别”的首字母缩写词,是指一种技术,其中编码在RFID标签或智能标签(定义见下文)中的数字数据由阅读器通过无线电波捕获。RFID类似于条形码,因为标签或标签中的数据由将数据存储在数据库中的设备捕获。然而,与使用条码资产跟踪软件的系统相比,RFID有几个优势。最值得注意的是,RFID标签数据可以在视线之外读取,而条形码必须与光学扫描仪对齐。RFID是一种利用无线射频技术去识别目标对象并获取相关信息的非接触式的双向通信技术,其系统由一个阅读器和若干标签组成,如图所示。标签分有源标签和无源标签,有源标签自身带电源,无源标签自身不带电源,能量来自阅读器发射的电磁波,把这个电磁波转化为自己工作的能源。
射频识别技术的基本原理
RFID是如何工作的?
RFID属于一组被称为自动识别和数据捕获(AIDC)的技术。AIDC方法自动识别对象,收集有关它们的数据,并将这些数据直接输入计算机系统,几乎不需要人工干预。RFID方法利用无线电波来实现这一点。简单来说,RFID系统由三个组件组成:RFID标签或智能标签、RFID阅读器和天线。RFID标签包含一个集成电路和一个天线,用于将数据传输到RFID阅读器(也称为询问器)。然后阅读器将无线电波转换为更有用的数据形式。从标签收集的信息然后通过通信接口传输到主机计算机系统,在那里数据可以存储在数据库中并在以后进行分析。其原理是利用射频信号和空间耦合(电感或电磁耦合),实现对被识物体的自动识别。其工作过程如图所示。
RFID的工作过程
RFID标签与条形码相比具有读写距离远、储存量高等特性,另外RFID技术具有以下特点:
(1)快速扫描。RFID识别器的防碰撞技术能够有效避免不同目标标签之间的相互干扰,可以同时识别多个目标,颠覆了以往条码、磁卡、IC卡等一次只能识别一个目标的技术。
(2)数据读写功能。通过射频读写器能够对支持读写功能的射频标签进行数据的写入与读出。而条码只支持数据读出功能,条码信息一旦录入便不能再修改。
(3)电子标签的小型化,形状多样化,使RFID更容易嵌入到不同的物体内,应用于不同的产品。
(4)耐环境性。RFID采用非接触式读写,不怕水、油等物质,可在黑暗以及脏污环境中读取数据。
(5)可重复使用。RFID电子标签中存储的是一定格式的电子数据,故可通过射频读写器对其进行反复读写,比传统的条码具有更高的利用率,对信息的更新提供了便捷。
(6)穿透性和无屏蔽阅读。在被纸张、木质材料以及塑料等非金属障碍物覆盖的情况下,射频卡也可以进行穿透性通信。而条形码在被覆盖或无光条件下将失去提供信息的能力。
(7)数据记忆容量大。一般条码的容量为30〜3000字符,而RFID的最大容量达到数兆字符。
(8)安全性、可靠性更高。RFID射频标签存储的是电子信息,可通过加密对数据进行保护。
射频识别的几种常见分类如表3-1所示。
分类标准 具体类别 特点
工作模式 主动式(有源标签)、被动式(无源标签) 有源标签发射功率低、通信距离长、传输容量大、可靠性高、兼容性好。无源标签体积小、质量轻、成本低、寿命长,但无源标签通常要求与读写器之间的距离较近,且读写功率大
工作频率 低频RFID、中高频
RFID、超高频RFID、微波RFID等
低频RFID标签典型的工作频率为125kHz与133kHz;中高频RFID标签典型的工作频率为13.56MHz;超高频RFID标签典型的工作频率为860〜960MHz;微波RFID标签典型的工作频率为2.45GHz与5.8GHz
封装形式 粘贴式RFID、卡式
RFID、扣式RFID等
灵活应用
2.射频识别的应用
随着物联网的发展,物联网逐步走进我们的生活。作为物联网中较早使用的无线通信技术,RFID的应用领域非常广泛,包括物流领域、交通运输、医疗卫生、市场流通、食品、商品防伪、智慧城市、信息、金融、养老、教育文化、残疾事业、劳动就业、智能家电、智慧工业、生态活动支援、犯罪监视安全管理、国防军事、警备、图书档案管理、消防及防灾、生活与个人利用等。下面是RFID的几个典型应用。
虽然RFID技术自二战以来一直在使用,但对RFID设备的需求正在迅速增加,部分原因是美国国防部(DoD)和沃尔玛发布的要求其供应商能够通过以下方式对产品进行追溯射频识别。 

RFID-物联网通信的基础(图3)
无论是否需要RFID合规性,当前使用条码技术的应用程序都是升级到使用RFID或两者组合的系统的良好候选者。与条码相比,RFID具有许多优势,尤其是RFID标签可以比条码保存更多关于物品的数据。此外,RFID标签不易受到条码标签可能造成的损坏,如撕裂和涂抹。

1)供应链管理领域
无线射频识别技术适合在物流跟踪、货架识别等要求非接触式采集数据和要求频繁改变数据内容的场合使用,特别适合供应链管理。在供应链管理中无缝整合所有的供应活动,供应商、运输商、配送商、信息提供商和第三方物流公司整合到供应链当中。在每件商品中都贴上RFID标签,就不必打开产品外包装,系统就能对成箱成包的产品进行识别,从而准确地随时获取产品相关信息,如产品、生产地点、生产商、生产时间等。RFID标签可以对商品从原料、成品、运输、仓储、配送、上架、销售、售后等所有环节进行实时监控,不仅极大地提高了自动化程度,而且可大幅降低差错率,大幅削减获取产品信息的人工成本,显著提高供应链透明度,使物流各个环节实现自动化。
2)智能电子车牌
智能电子车牌是将普通车牌与RFID技术相结合形成的一种新型电子车牌。电子车牌是一个存储了经过加密处理的车辆数据的RFID电子标签。其数据由经过授权的阅读器才能读取。同时在各交通干道架设的监测基站通过移动通信终端与中心服务器相连,还可以与警用PDA相连。PDA放在监测基站前方,车辆经过监测基站时,摄像机将车辆的物理车牌拍摄下来,然后经过监测基站图像识别系统处理后,得到物理车牌的车牌号码;同时,RFID阅读器将读取电子车牌中加密的车辆信息,经监测基站解密后,得到电子车牌的车牌号码。
由于电子车牌经过了软硬件设计和数据加密,因此不能被仿制。每辆车配备的电子车牌都有与之对应的物理车牌号码,如果是假套牌,则没有与之对应的车牌号码,此时,监测基站会将物理车牌的车牌通过WLAN发送到前方交警的PDA上,提示交警进行拦截。同理,在此过程中智能车牌系统也能识别黑名单车辆、非法营运车辆。
RFID电子标签安全性能也非常重要。现有的RFID系统安全解决方案分为:第一类,通过物理方法,阻止标签与读写器之间的通信;第二类,通过逻辑方法,增加标签安全机制。
RFID系统安全解决方案
常用的物理方法如下:
(1)杀死(Kill)标签一使标签丧失功能阻止标签的跟踪。
(2)法拉第网罩(FaradayCage)由导电材料构成的法拉第网罩可以屏蔽无线电
波,使外部无线电信号不能进入网罩。
(3)主动干扰一用户使用某种设备将无线干扰信号广播出去,干扰读写器。
常用的逻辑方法如下:
(1)Hash锁——用Hash散列函数给标签加锁。
(2)随机Hash锁——将Hash锁扩展,使读写器每次访问标签的输出信息都不同,可以隐藏标签位置。
(3)Hash链——标签使用一个Hash函数,使每次标签被读写器访问后,都自动更新标识符,下次再被访问,就被认为是另一个标签。
(4)匿名ID方案一采用匿名ID,即使被截获标签信息,也不能获得标签的真实IDO
(5)重加密方案——采用第三方设备对标签定期加密。
RFID电子标签分为存储型和逻辑加密型两类。存储型电子标签是通过读取ID号来达到识别的目的,可应用于动物识别、跟踪追溯等方面。这种电子标签常应用唯一序列号来实现自动识别。逻辑加密型的RFID电子标签有些涉及小额消费,其安全设计是极其重要的。逻辑加密型的RFID电子标签内部存储区一般按块分布,并由密钥控制位设置每数据块的安全属性。VoIP通信也是必不可少的,这个我们放在后面讨论。