作者：唐志凌,沈敏
出版社：机械工业出版社
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射频识别(RFID)应用技术第2版试读：
前言
随着互联网、移动通信网、光纤通信网技术的飞速发展，物联网技术也随之得到了突飞猛进的发展。伴随着数字通信技术和大规模集成电路的广泛应用，物联网让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联网的互联、互通。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算、泛在网络的融合应用，被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。
物联网专业作为最近产生并发展的新专业，市场对相关技术人才的需求量大，但与之配套的教材和实训指导书却不能紧跟专业发展的步伐。为满足高职高专人才能力培养的特定需求，编者以重基础、宽口径的原则设计本书内容，本着理论够用、注重实践的思想编写了本书。通过本书的学习，读者可以了解射频识别（RFID）的应用方式和发展方向，掌握射频识别的基本体系和关键技术。
本书的编写以满足目标岗位对学生能力的要求为指导思想，前3章主要对RFID技术进行理论介绍，基于高职高专的教学特点，简化了复杂的射频电磁场理论和数字通信专业知识，重点对系统和设备应用进行介绍，让学生掌握最基础的理论概念。后4章着重于学生能力的培养，以几个RFID典型的实用系统为载体，从系统设计、系统框架组成、设备安装等方面进行编写，力图符合实际工程项目的设计流程，将理论知识融入实训项目中，并对每一个实训提出考核要求，让学生在完成实训项目中逐步掌握RFID系统和设备关键知识点，并具备一定的动手能力。完成本课程之后能够让学生对RFID技术和市场有所了解，对RFID系统和设备原理有足够的理解，熟练掌握RFID系统设计和设备安装的基本技能。
本书在第1版出版后受到读者的一致好评，教师和学生对本书内容提出了很好的意见和建议。在第2版中，编者增加了适应最新RFID系统的实训内容：智能门禁系统的安装与调试、智能交通ETC安装维护及编程、智能家居安全报警系统安装与调试，让学生在走向具体物联网工作岗位前能学习到真实的应用系统和设备，并增加了部分Java编程的内容。增加的实训内容部分主要采用深圳讯方公司的实训系统，感谢该公司提供了部分实训项目和设备。
本书由重庆工商职业学院唐志凌、沈敏任主编，唐志凌主要负责第2、4、5章的编写和全书统稿，沈敏主要负责第1、3、7章的编写；刘旭飞任副主编，主要负责第6章的编写；张小恒参编，负责实训的编写。本书内容丰富、资料齐全新颖、深入浅出，其中第7章可作为选讲，有一定单片机和编程基础的读者可自学。本书建议参考学时数为80学时，其中40学时为实训学时。
由于编者水平有限，书中难免存在一些缺点和错误，恳请广大读者批评指正。编者第1章 物联网及RFID技术1.1 物联网概述1.1.1 物联网的定义
物联网是新一代信息技术的重要组成部分，其英文名称是“The Internet of things”。顾名思义，“物联网就是物物相连的互联网”。这里有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了在任何物品与物品之间进行信息交换和通信。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算和泛在网络的融合应用，被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。物联网是互联网的应用拓展，与其说物联网是网络，不如说物联网是业务和应用。因此，应用创新是物联网发展的核心，以用户体验为核心是物联网发展的灵魂。
物联网这个概念，在我国早在1999年就提出来了，当时称为传感网。其定义是，通过射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）、红外感应器、全球定位系统和激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。“物联网概念”是在“互联网概念”的基础上，将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间，进行信息交换和通信的一种网络概念。1.1.2 物联网的发展背景
2009年1月28日，时任美国总统奥巴马与美国工商业领袖举行了一次“圆桌会议”。作为仅有的两名代表之一，IBM首席执行官彭明盛首次提出“智慧地球”这一概念，建议新政府投资新一代的智慧型基础设施。当年，美国将新能源和物联网列为振兴经济的两大重点。如今，“智慧地球”战略被不少美国人认为与当年的“信息高速公路”有许多相似之处，同样被他们认为是振兴经济、确立竞争优势的关键战略。该战略能否掀起如当年互联网革命一样的科技和经济浪潮，不仅为美国关注，更为世界所关注。目前，各国政府主要在医疗、电子政务、电网、教育、交通和城市管理等领域推行物联网。
2009年8月，时任总理的温家宝同志提出“感知中国”以来，物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一，写入“政府工作报告”。物联网在我国受到了全社会极大的关注，其受关注程度是与在美国、欧盟以及其他各国不可比拟的。
物联网的概念与其说是一个外来概念，不如说它已经是一个“中国制造”的概念，其覆盖范围与时俱进，已经超越了1999年Ashton教授和2005年国际电信联盟（ITU）报告所指的范围，物联网已被贴上“中国式”标签。国家发展和改革委员会（国家发改委）、国家工业和信息化部等部委正在会同有关部门，在新一代信息技术方面开展研究，以形成支持新一代信息技术的一些新政策措施，从而推动我国经济的发展。1.1.3 物联网的应用领域
信息时代，物联网无处不在。物联网应用涉及国民经济和人类社会生活的方方面面。物联网具有实时性和交互性的特点，其应用领域如图1-1所示。图1-1 物联网应用领域
1.智能家居
人们将智能家居产品集自动化控制系统、计算机网络系统和网络通信技术于一体，将各种家庭设备（如音视频设备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、数字影院系统和网络家用电器等）通过智能家庭网络联网实现自动化，通过电信运营商的宽带、固话和移动通信网络，可以实现对家庭设备的远程操控。与普通家居相比，智能家居不仅提供舒适宜人且高品位的家庭生活空间，实现更智能的家庭安防系统；而且将家居环境由原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具，提供全方位的信息交互功能。
2.智能医疗健康
人们通过智能医疗系统，借助简易实用的家庭医疗传感设备，对家中病人或老人的生理指标进行自测，并将生成的生理指标数据通过固定网络或移动通信无线网络传给护理人或有关医疗单位。根据用户需求，运营商还提供相关增值业务，如紧急呼叫救助服务、专家咨询服务、终生健康档案管理服务等。智能医疗系统真正解决了现代社会子女们因工作忙碌无暇照顾家中老人的无奈，可以随时关注老人的情况。
3.智慧城市
智慧城市产品包括对城市的数字化管理和城市安全的统一监控。前者利用“数字城市”理论，基于3S[即地理信息系统（Geographic Information System，GIS）、全球定位系统（Global Positioning System，GPS）、遥感系统（Remote Sensing，RS）]等关键技术，深入开发和应用空间信息资源，建设服务于城市规划、城市建设和管理，服务于政府、企业、公众以及人口、资源环境、经济社会的可持续发展的信息基础设施和信息系统；后者基于宽带互联网的实时远程监控、传输、存储和管理的业务，利用无处不达的宽带和移动通信网络，将分散、独立的图像采集点进行联网，实现对城市安全的统一监控、统一存储和统一管理，为城市管理和建设者提供一种全新、直观和视听觉范围延伸的管理工具。
4.智能环保
智能环保产品通过对实施地表水水质的自动监测，可以实现水质的实时连续监测和远程监控，及时掌握主要流域重点断面水体的水质状况，预警、预报重大或流域性水质污染事故，解决跨行政区域的水污染事故纠纷，监督总量控制制度的落实情况。如太湖环境监控项目，通过安装在环太湖地区的各个监控的环保和监控传感器，将太湖的水文和水质等环境状态提供给环保部门，实时监控太湖流域水质等情况，并通过互联网将监测点的数据报送至相关管理部门。
5.智能交通管理
智能交通系统包括公交行业无线视频监控平台、智能公交站台、电子票务、车管专家和公交手机一卡通5种业务。
1）公交行业无线视频监控平台利用车载设备的无线视频监控和GPS定位功能，对公交运行状态进行实时监控。
2）智能公交站台通过媒体发布中心与电子站牌的数据交互，实现公交调度信息数据的发布和多媒体数据的发布功能，还可以利用电子站牌实现广告发布等功能。
3）电子票务是二维码应用于手机凭证业务的典型应用。从技术实现的角度，手机凭证业务就是手机凭证，是以手机为平台、以手机身后的移动网络为媒介，通过特定的技术实现完成凭证功能。
4）车管专家利用全球卫星定位技术（GPS）、CDMA码分多址，无线通信技术（Code-Division Multiple Access，CDMA）、地理信息系统技术（GIS）、移动通信等高新技术，将车辆的位置与速度和车内外的图像、视频等各类媒体信息及其他车辆参数等进行实时管理，有效满足用户对车辆管理的各类需求。
5）公交手机一卡通将手机终端作为城市公交一卡通的介质，除完成公交刷卡功能外，还可以实现小额支付、空中充值等功能。
6.智能农业
智能农业产品通过实时采集温室内温度、湿度信号以及光照、土壤温度、CO浓度、叶面湿度和露点温度等环境参数，自动开启或者2关闭指定设备。可以根据用户需求，随时进行处理，为设施农业综合生态信息自动监测、对环境进行自动控制和智能化管理提供科学依据。通过模块采集温度传感器等信号，经由无线信号收发模块传输数据，实现对大棚温、湿度的远程控制。智能农业产品还包括智能粮库系统，该系统通过将粮库内温湿度变化的感知与计算机或手机的连接进行实时观察，记录现场情况，以保证量粮库内的温、湿度平衡。
7.智能物流零售
智能物流打造了集信息展现、电子商务、物流配载、仓储管理、金融质押、园区安保和海关保税等功能为一体的物流园区综合信息服务平台。信息服务平台以功能集成、效能综合为主要开发理念，以电子商务、网上交易为主要交易形式，建设了高标准、高品位的综合信息服务平台，并为金融质押、园区安保以及海关保税等功能预留了接口，可以为园区用户及管理人员提供一站式综合信息服务。
8.智能校园
校园手机一卡通和金色校园业务促进了校园的信息化和智能化。校园手机一卡通主要实现电子钱包、身份识别和银行圈存等功能。电子钱包即通过手机刷卡实现主要校内消费；身份识别包括门禁、考勤、图书借阅和会议签到等；银行圈存即实现银行卡到手机的转账充值、余额查询。目前校园手机一卡通的建设，除了满足普通一卡通功能外，还实现了借助手机终端实现空中圈存、短信互动等应用。1.1.4 物联网的体系结构
物联网系统有3个层次：一是感知层，即利用RFID、传感器和二维码等随时随地获取物体的信息；二是网络层，通过各种电信网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递出去；三是应用层，把从感知层得到的信息进行处理，实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理等实际应用。物联网技术体系结构如图1-2所示。图1-2 物联网技术体系结构图
1.感知层
感知层是物联网的“皮肤和五官”。感知层包括二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS、传感器、终端和传感器网络等，主要是识别物体，采集信息，与人体结构中皮肤和五官的作用相似。
2.网络层
网络层是物联网的“神经中枢”以及“大脑”信息传递和处理。网络层包括通信与互联网的融合网络、网络管理中心、信息中心和智能处理中心等。网络层将感知层获取的信息进行传递和处理，类似于人体结构中的神经中枢和大脑。
3.应用层
应用层是将物联网的“社会分工”与行业专业技术深度融合，与行业需求结合，实现行业智能化，类似于人的社会分工，最终构成人类社会。1.1.5 物联网产业及市场
全球都将物联网视为信息技术的第三次浪潮，是确立未来信息社会竞争优势的关键。据美国独立市场研究机构（Forrester）预测，物联网所带来的产业价值要比互联网高30倍，物联网将形成下一个上万亿元规模的高科技市场。
将整体物联网按价值分类，硬件厂商的价值较小，传感器和芯片厂商加上通信模块提供商约占整体产业价值的15%左右，电信运营商提供的管道约占整体产业价值15%，剩下70%的市场价值均由系统集成商、服务提供商、中间件及应用商分享，而这类占产业价值大头的公司通常都集多种角色于一体，以系统集成商的角色出现。1.2 RFID技术
自动识别技术就是应用一定的识别装置，通过被识别物品和识别装置之间的接近活动，自动地获取被识别物品的相关信息，并提供给后台的计算机处理系统来完成相关后续处理的一种技术。自动识别的方法有多种，包括光学符号识别、智能IC卡识别、生物（指纹和语音）识别、条形码识别以及射频识别等。1.2.1 RFID的技术特点
射频识别技术（Radio Frequency Identification，RFID）是从20世纪90年代兴起的一项自动识别技术。它通过磁场或电磁场，利用无线射频方式进行非接触双向通信，以达到识别目的并交换数据。与之前广泛应用的识别方式—条形码相比，RFID技术无须直接接触、无须光学可视、无须人工干预即可完成信息输入和处理，操作方便快捷。RFID自动识别技术的优势及特点主要表现在如下几个方面。
1）快速扫描。条形码一次只能有一个条形码受到扫描，RFID读写器可以同时辨识读取数个RFID标签。
2）体积小型化、形式多样化。RFID在读取上并不受尺寸大小与形状限制，不需要为了读取精确度而配合纸张的固定尺寸和印刷品质。此外，RFID标签更可向小型化与多样形态发展，以应用于不同产品。
3）抗污染能力和耐久性。传统条形码的载体是纸张，容易受到污染，而RFID对水、油和化学药品等物质具有很强的抵抗性。此外，由于条形码是贴在塑料袋或外包装纸箱上，所以特别容易受到折损，RFID卷标是将数据存在芯片中，因此可以免受污损。
4）可重复利用。现今的条形码被印制上去之后就无法更改，而RFID标签则可以重复地新增、修改和删除其卷标中内储存的数据，方便信息的更新。
5）穿透性和无屏障阅读。在被覆盖的情况下，RFID能穿透纸张、木材和塑料等非金属或非透明的材质，并能进行穿透性通信，而条形码扫描机必须在近距离而且没有物体阻挡的情况下，才能读取条形码。
6）数据的记忆容量大。条形码最大的容量可存储数千字符，而RFID最大容量达到数兆字符。随着时代发展，数据容量有不断扩大的趋势，未来物品所需携带的资料量会越来越大，对标签所能扩充容量的需求也相应增加。
7）安全性。RFID承载的是电子式信息，其数据内容可经由密码保护，使其内容不易被伪造及更改。近几年来，RFID因其所具备的远距离读取、高存储量等特性而备受瞩目。1.2.2 RFID的应用
RFID技术最早的应用可追溯到第二次世界大战中飞机的敌我目标识别，英国空军受到雷达工作原理的启发开发了敌我飞机识别（Identification Friend or Foe，IFF）系统，希望被物体反射回来的雷达无线电波信号中能够包含敌我识别的信息，从而避免误伤己方飞机，但当时的应用方式仅仅是一种加密的ID号而已。随后的几十年间，随着晶体管、集成电路、微处理器和通信网络等技术相继取得突破，在商场和超市中使用电子防盗器（Electronic Ar-ticle Surveillance，EAS）来对付窃贼成为RFID技术首个世界范围内的商业应用。
RFID技术在20世纪80年代全面开花，在不同地域和不同应用方向上焕发生机。美国人的兴趣主要在交通管理、人员控制；而欧洲人则主要关注短距离动物识别以及工商业的应用。挪威于1987年建成了全球第一个商业化的公路电子收费系统，美国铁路协会和集装箱管理合作计划委员会也积极推动RFID技术的应用，在公路管理和林肯隧道的公共汽车上商业运行RFID系统。RFID技术终于通过电子收费系统找到实用化的立足点，并不断扩大应用领域。20世纪90年代中期，中国建设的铁路车号自动识别系统以RFID技术作为解决“货车自动抄车号”的最佳方案，从而为铁路管理信息等系统提供列车、车辆、集装箱实时追踪管理所需的准确和实时的基础信息，成为亚洲RFID技术最成功的应用之一。
进入21世纪后，几家跨国大型零售商WalMart、Metro和Tesco等相继宣布了各自的RFID计划，以提高供应链的透明度和效率，并得到供应商的支持。从此，RFID技术打开了一个新的巨大市场。RFID技术的诸多特点决定了其应用领域具有广泛性，但是各项核心技术的成熟度不同又决定了其应用必是分阶段实现的。20世纪70年代兴起的不停车收费技术是基于管理部门提高服务水平要求的结果，而RFID标签的体积和成本则不是主要的考虑内容。随后出现的电子防盗系统关注的是可靠性和成本，尽管功能相对简单，但仍取得了商业上的成功。进入新世纪，一方面大规模集成电路设计技术取得突飞猛进的发展，另一方面企业出于提高自身竞争力的考虑，主动寻找新的技术提高管理和流通效率，成本越来越低的RFID标签可被方便地粘贴于射频的包装上，并取代条形码成为供应链管理增值的主要手段。
此外，生物特征识别技术、微电子机械系统技术的兴起，也促成了一些集成多种功能的RFID应用，比如集成指纹、虹膜等身份信息的机器可读旅行证件（Machine Readable Trave-ling Document，MRTD）又称为电子护照或集成微传感器的RFID标签传感器等。
基于下一代移动通信技术与互联网技术的不断成熟，对物品进行精确管理的涉及公共安全方面的需求也在不断产生，如高价值资产管理、危险品跟踪和食品安全追溯等。特别是RFID技术与卫星定位及移动通信技术具有很强的互补性，未来组成的无线传感网可以应用于室内定位和未知环境探测等方面。1.2.3 RFID的发展历程
近年来，随着大规模集成电路、网络通信和信息安全等技术的发展，RFID技术进入商业化应用阶段。RFID技术具有非接触识别、多目标识别和高速移动物体识别等特点，显示出巨大的发展潜力和应用空间，被认为是21世纪最有发展前途的信息技术之一，已得到全球业界的高度重视。RFID技术的发展基本可按每10年为周期划分为以下几个阶段，如表1-1所示。表1-1 RFID技术的发展阶段
RFID技术一方面在不断拓展应用领域的广度，另一方面也在拓展应用领域的深度。例如在制造业中，RFID技术就正在进入制造过程的核心，在信息管理、制造执行、质量控制、标准符合性、跟踪和追溯、资产管理以及仓储量可视化等方面发挥着越来越大的作用。
RFID技术涉及信息、制造和材料等诸多高科技领域，涵盖无线通信、芯片设计与制造、天线设计与制造、标签封装、系统集成和信息安全等技术，一些国家和国际跨国公司都在加速推动RFID技术的研发和应用进程。在过去几十年间，共产生数千项关于RFID技术的专利。近年来，射频识别技术在国内外发展很快，RFID产品种类很多，像TI、Motorola、Phil-ips和Microchip等世界知名厂商都在生产RFID产品，并且各有特点，自成体系。RFID技术已经被广泛应用在工业自动化、商业自动化和交通运输控制管理等诸多领域。随着成本的下降和标准化的实现，RFID技术的全面推广和应用具有不可逆转的趋势。
由我国多个部委联合发布的《中国射频识别技术政策白皮书》和《中国射频识别技术发展与应用报告》不仅为中国RFID产业发展指明了方向，而且全面带动了全国范围内RFID应用的发展。在推进物联网发展、实现流通现代化的目标后，RFID应用的全面推进更是指日可待。1.3 RFID系统的组成、工作流程和分类1.3.1 RFID系统的组成
作为物联网的核心技术之一，RFID技术的应用领域非常广泛。不同领域的应用需求不同，造成了目前多种标准和协议的RFID设备共存的局面，这就使得应用系统架构复杂程度大为提高，但就基本的RFID系统来说，其组成相对简单而清晰，主要包括RFID标签、读写器、天线、中间件和应用软件5个部分。（1）RFID标签
RFID标签俗称为电子标签，也称为应答器（Transponder Responder，TAG），根据工作方式可分为主动式（有源）和被动式（无源）两大类。被动式是RFID系统是目前研究的重点。被动式RFID标签由标签芯片和标签天线或线圈组成，利用电感耦合或电磁反向散射耦合原理实现与读写器之间的通信。RFID标签中存储一个唯一编码，通常为64bit、96bit甚至更高。其地址空间大大高于条形码所能提供的空间，因此可以实现单品级的物品编码。图1-3所示是一款RFID标签芯片的内部结构框图，主要包括射频前端、模拟前2端、数字基带处理单元和E PROM存储单元4部分。（2）读写器
读写器又称为阅读器（Reader）或询问器（Ingerrogator），是对RFID标签进行读/写操作的设备，主要包括射频模块和数字处理单元两部分。一方面，RFID标签返回的微弱电磁信号通过天线进入读写器的射频模块并转换为数字信号，再经过读写器的数字信号处理单元对其进行必要的加工整形，最后从中解调并返回信息，完成对RFID标签的识别或读/写操作；另一方面，上层中间件及应用软件与读写器进行交互，实现操作指令的执行和数据汇总上传，在上传数据时，读写器会对RFID标签数据进行去重过滤或简单的条件过滤，因此在很多读写器中还集成了微处理器和嵌入式系统，实现一部分中间件的功能，如信号状态控制、奇偶位错误校验与修正等。未来的读写器呈现出智能化、小型化和集成化的趋势。在物联网系统中，读写器将成为同时具有通信、控制盒、计算（Communication，Control，Computing）功能的核心设备。图1-3 一款RFID标签芯片的内部结构框图（3）天线
天线（Antenna）是RFID标签与读写器之间实现射频信号空间传播和建立无线通信连接的设备。RFID系统包括两类天线，一类是RFID标签上的天线，与RFID标签集成为一体，另一类是读写器天线，既可以内置于读写器中，又可以通过同轴电缆与读写器的射频输出端口相连。在实际应用中，天线设计参数是影响RFID系统识别范围的主要因素。对高性能的天线，不仅要求其具有良好的阻抗匹配特性，而且需要根据应用环境的特点对其方向特性、极化特性和频率特性进行专门设计。（4）中间件
中间件（Middleware）是一种面向消息的、可以接受应用软件端发送的请求，对指定的一个或多个读写器发起操作并接收、处理后向应用软件返回结果数据的特殊化软件。中间件在RFID应用中除了可以屏蔽底层硬件带来的多种业务场景、硬件接口、使用标准造成的可靠性和稳定性问题，还可以为上层应用软件提供多层次、分布式、异构的信息环境下业务信息和管理信息的协同。（5）应用软件
应用软件（Application Software）是直接面向最终用户的人机交互界面，协助使用者完成对读写器的指令操作以及对中间件的逻辑设置，逐级将RFID原始数据转化为使用者可以理解的业务事件，并使用可视化界面进行展示。1.3.2 RFID系统的工作流程
RFID系统工作流程图如图1-4所示。读者希望获得经过某个位置的RFID标签列表，即在应用软件端向与该位置相关的逻辑读写器ID发出读取RFID标签指令。该指令传送到中间件后，将逻辑读写器ID转换为映射表中的物理读写器ID，并按照该物理读写器的通信协议向其发出指令。读写器接收到该指令后，通过天线散射一定频率的射频信号，当RFID标签进入天线工作区域时产生感应电流，RFID标签获得能量被激活。处于激活状态的RFID标签将返回应答信号。天线接收到从RFID标签发送来的载波信号后传送到读写器，读写器进行解调和过滤后将RFID标签ID信息返回给中间件。中间件首先将来自不同物理读写器的信息格式进行统一，然后存入内存数据库中，并根据预先设定的过滤规则将读写器事件转化为满足用户请求的信息，发送给应用软件端，并将RFID标签列表展现给使用者。图1-4 RFID系统工作流程图1.3.3 RFID系统的分类
自RFID技术诞生以来，在使用频率、交互原理以及供电方式等方面都呈现出多样化的趋势，可将RFID系统按照以下几种类型进行分类。
1.按照使用频率进行分类
RFID系统主要依赖电磁波传播，除了交互原理外，不同的发射频率还会在RFID系统的读写距离、数据传输速率和可靠性等参数上产生比较大的差异。可以说，RFID系统的工作频率是决定系统性能和可行性的主导因素。
目前，国际上常用的RFID系统大多工作在供工业、科研及医疗机构（Industrial、Scientif-ic and Medical，ISM）使用的专用频段，即ISM频段。RFID系统主要工作在以下4个频段。（1）低频（LF，135kHz）
低频这个频段的识别距离只有几厘米，但是由于该频段的信号能穿透动物体内的高湿环境，因此被广泛应用于动物识别。（2）高频（HF，13.56MHz）
高频是一个开放频段，标签的识别距离最远为1～1.5m，写入距离最远也可达1m。在这个频段运行的标签绝大部分是无源的，依靠读写器供给能源，我国的第二代身份证采用这个频段的RFID产品。（3）超高频（UHF，433MHz、860～960MHz）
超高频这个频段的标签和读写器在空气中的有效通信距离最远。这个频段的信号虽然不能穿透金属、液体、湿气等悬浮颗粒物质，但是数据传输速率更快，并可同时读取多个标签。但这个频段在各国均被发配为移动通信专用频段，频谱资源比较紧张，不同国家之间会产生一定程度的频率冲突。（4）微波（MW，2.45GHz、5.8GHz）
微波这个频段的优势在于其受各种强电磁场（如电动机、焊接系统等）的干扰小，识别距离介于高频和超高频系统之间，而且可以将标签设计得很小，但是成本较高。
RFID常用频段特性的对比和主要应用方面如表1-2所示。表1-2 RFID常用频段特性的对比和主要应用方面
2.根据交互原理进行分类
在目前广泛应用的RFID技术体系中，电感耦合和电磁反向散射耦合是RFID标签与读写器数据交互的主要技术原理，此外还有声表面波技术和有机RFID技术等。（1）电感耦合
读写器线圈的近场辐射通过电感耦合的方式供给标签能量，同时通过负载调制方法读取标签内容，由于近场辐射强度随着距离增加有很大的衰减，采用这种技术的RFID系统只能在近距离范围内（小于1m），其原理与变压器的工作原理系统相同，因此又被称为变压器模型。
读写器天线产生一个电磁场，标签线圈通过该磁场感应出电压，以提供给标签工作的能量，从读写器到标签的数据传输室是通过改变传输场的一个参数（幅度、频率或相位）来实现的。从标签返回的数据传输是通过改变场的负载来实现（幅度和相位）的。（2）电磁反向散射耦合
电磁反向散射耦合主要用于远距离读取的超高频和微波系统中。远场的电磁传播基于电磁波的空间传播规律，发射后的电磁波遇到目标后，一部分能量被标签吸收用来对内部芯片进行供电；另一部分能量通过电磁反向散射的方式被反射回读写器中，同时带回目标信息。其工作原理与雷达工作原理相同，因此又称为雷达模型。（3）声表面波
声表面波是沿物体表面传播的一种弹性波，由英国物理学家瑞利在19世纪80年代研究地震波的过程中偶尔发现。利用声表面波原理设计的RFID标签出现于20世纪80年代，其基本结构是在具有压电特性的基片材料抛光面上制作两个声电换能器，分别作为输入换能器和输出换能器。换能器的两条总线与RFID标签天线相连，在换能器之间的晶体表面设有按照特定规律设计的反射器，以表示编码信息。
在声表面波RFID标签接收到高频脉冲后，输入换能器将高频脉冲转换为声表面波，并沿晶体表面的反射器组传播，反射器组对入射表面波部分反射，再经过输出换能器将反射声脉冲串重新转换为高频脉冲串，从而达到数据交互的目的。（4）有机RFID标签技术
有机RFID标签技术采用有机薄膜晶体管（OTFT），又称为塑料晶体管，与MOS晶体管的最大不同在于OTFT采用有机半导体材料取代MOS中的无机半导体材料。有机RFID标签通过印制电子技术使用金属和有机墨水将有机薄膜晶体管直接制备在同一基底上形成标签芯片和天线，再通过印制技术批量生产，使制造工艺得到简化，制造成本大大降低。
有机印制标签其基本交互原理与基于硅片制备的RFID标签一样，也是基于电感或电磁耦合实现自动识别，二者的主要区别在于基底材料和加工工艺不同。
3.根据RFID产品供电方式进行分类
根据RFID产品供电方式进行分类，可分为3大类，即无源RFID产品、有源RFID产品和半有源RFID产品。（1）无源RFID产品
无源RFID产品发展最早，也是发展最成熟、市场应用最广的产品。比如，公交卡、食堂餐卡、银行卡、宾馆门禁卡和二代身份证等，这些应用在人们的日常生活中随处可见，属于近距离接触式识别类。其产品的主要工作频率有低频125kHz、高频13.56MHz、超高频433MHz和超高频915MHz。（2）有源RFID产品
有源RFID产品是最近几年慢慢发展起来的，其远距离自动识别的特性，决定了其巨大的应用空间和市场潜质。在远距离自动识别领域（如智能监狱、智能医院、智能停车场、智能交通、智慧城市、智慧地球及物联网等）有重大应用。有源RFID在这个领域异军突起，属于远距离自动识别类。产品主要工作频率有超高频433MHz、微波2.45GHz和5.8GMHz。（3）半有源RFID产品
半有源RFID产品结合了有源RFID产品及无源RFID产品的优势，在低频125kHz频率的触发下，让微波2.45GHz发挥优势。半有源RFID技术也可以叫作低频激活触发技术，利用低频近距离精确定位，微波远距离识别和上传数据来解决单纯的有源RFID和无源RFID没有办法实现的功能。简单来说，就是近距离激活定位、远距离识别及上传数据。
半有源RFID是一项易于操控、简单实用且特别适合用于自动化控制的灵活性应用技术，识别工作无需人工干预，它既可支持只读工作模式，又可支持读写工作模式，且无需接触或瞄准；可在各种恶劣环境下自由工作，短距离射频产品不怕油渍、灰尘污染等恶劣的环境，可以替代条码，例如用在工厂的流水线上跟踪物体；长距射频产品多用于交通上，识别距离可达几十米，如自动收费或识别车辆身份等。该产品集有源RFID和无源RFID的优势于一体，在门禁进出管理、人员精确定位、区域定位管理、周界管理、电子围栏及安防报警等领域有着很大的优势。1.4 RFID标准体系简介
随着RFID技术的不断成熟和跨企业、跨地区商业应用的增多，RFID产品间的互通性变得越来越重要，标准化工作已经成为RFID领域普遍关注的热点。RFID标准体系通常有空中接口规范、物理特性、读写器协议、编码体系、测试规范、应用规范、数据管理以及信息安全等标准组成。
目前国际上制定RFID标准的主要组织是国际标准化组织（International Organization for Standardization，ISO）和国际电工委员会（International Electrotechnical Commission，IEC），其中ISO/IEC JTC1 SC31负责制定与RFID技术相关的国际标准。除了ISO以外，还有一些相关组织，如EPCglobal也在RFID标准化方面起到重要的影响作用。在国际标准化组织的积极推动下，各区域性和行业性RFID组织已经开始重视应用层面上的互联互通工作，未来的标准有望实现最终统一。1.4.1 ISO/IEC RFID标准体系概述
ISO和IEC作为一个整体，担负着制定全球国际标准的任务，是世界上历史最长、涉及领域最多的国际标准制定组织，也是制定RFID标准最早的组织，主要涵盖了技术标准、数据结构、性能标准、应用标准和标准解析等内容。1.4.2 ISO/IEC 18000空中接口标准
ISO/IEC 18000空中接口通信协议主要规范了读写器与电子标签之间信息交互，目的是为不同厂家生产设备之间的互联互通性。ISO/IEC制定5种频段的空中接口协议，这种思想充分体现出标准统一的相对性，一个标准是满足相当广泛的应用系统的共同需求，但不是满足所有应用系统的需求，而一组标准可以满足更大范围的应用需求。ISO/IEC 18000标准的结构图如图1-5所示。（1）ISO/IEC 180001标准
ISO/IEC 180001标准基于单品管理的射频识别参考结构和标准化的参数定义。它规范空中接口通信协议中共同遵守的读写器与标签的通信参数表、知识产权基本规则等内容。这样每一个频段对应的标准不需要对相同内容进行重复规定。（2）ISO/IEC 180002标准
ISO/IEC 180002标准基于单品管理的射频识别，适用于中频125～134kHz，规定在标签和读写器之间通信的物理接口，读写器应具有与Type A（FDX）和Type B（HDX）标签通信的能力；规定协议和指令再加上多标签通信的防碰撞方法。图1-5 ISO/IEC18000标准的结构图（3）ISO/IEC 180003标准
ISO/IEC 180003标准基于单品管理的射频识别，适用于高频段13.56MHz，规定读写器与标签之间的物理接口、协议和命令再加上防碰撞方法。关于防碰撞协议可以分为两种模式，而模式1又被分为基本型与两种扩展型协议（无时隙无终止多应答器协议和时隙终止自适应轮询多应答器读取协议）。模式2采用时频复用FTDMA协议，共有8个信道，适用于标签数量较多的情形。（4）ISO/IEC 180004标准
ISO/IEC 180004标准基于单品管理的射频识别，适用于微波段2.45GHz，规定读写器与标签之间的物理接口、协议和命令再加上防碰撞方法。该标准包括两种模式：模式1是无源标签，工作方式是读写器先讲；模式2是有源标签，工作方式是标签先讲。（5）ISO/IEC 180006标准
ISO/IEC 180006标准基于单品管理的射频识别，适用于超高频段860～960MHz，规定读写器与标签之间的物理接口、协议和命令再加上防碰撞方法。它包含TypeA、TypeB和TypeC 3种无源标签的接口协议，通信距离最远可以达到10m。其中TypeC是由EPCglobal起草的，它在识别速度、读写速度、数据容量、防碰撞、信息安全、频段适应能力和抗干扰等方面有较大提高。V4.0草案针对带辅助电源和传感器电子标签的特点进行扩展，包括标签数据存储方式和交互命令。带电池的主动式标签可以提供较大范围的读取能力和更强的通信可靠性，不过其尺寸较大，价格也更贵一些。（6）ISO/IEC 180007标准
ISO/IEC 180007标准适用于超高频段433.92MHz，属于有源电子标签，规定读写器与标签之间的物理接口、协议和命令再加上防碰撞方法。有源标签识读范围大，适用于大型固定资产的跟踪。1.4.3 ISO/IEC数据标准
ISO/IEC数据标准主要规定数据在标签、读写器到主机（即中间件或应用程序）各个环节的表示形式。因为标签能力（存储能力、通信能力）的限制，所以在各个环节的数据表示形式必须充分考虑各自的特点，采取不同的表现形式。另外，主机对标签的访问可以独立于读写器和空中接口协议，也就是说，读写器和空中接口协议对应用程序来说是透明的。RFID数据协议的应用接口基于ASN.1，它提供一套独立于应用程序、操作系统和编程语言，也独立于标签读写器与标签驱动之间的命令结构。ISO/IEC数据标准的结构图如图1-6所示。（1）ISO/IEC 15961标准
ISO/IEC 15961标准规定了读写器与应用程序之间的接口，侧重于应用命令与数据协议加工器交换数据的标准方式，这样应用程序可以完成对电子标签数据的读取、写入、修改和删除等操作功能，该协议也定义了错误响应消息。图1-6 ISO/IEC数据标准的结构图（2）ISO/IEC 15962标准
ISO/IEC 15962标准规定了数据的编码、压缩和逻辑内存映射格式，再加上如何将电子标签中的数据转化为应用程序有意义的方式。该协议提供了一套数据压缩的机制，能够充分利用电子标签中有限数据存储空间再加上空中通信能力。（3）ISO/IEC 24753标准
ISO/IEC 24753标准扩展了ISO/IEC 15962数据处理能力，适用于具有辅助电源和传感器功能的电子标签。增加传感器以后，电子标签中存储的数据量再加上对传感器的管理任务大大增加，ISO/IEC 24753规定了电池状态监视、传感器设置与复位和传感器处理等功能。ISO/IEC 24753与ISO/IEC 15962一起，规范了带辅助电源和传感器功能电子标签的数据处理与命令交互。它们的作用使得ISO/IEC 15961独立于电子标签和空中接口协议。（4）ISO/IEC 15963标准
ISO/IEC 15963标准规定了电子标签唯一标识的编码标准，兼容ISO/IEC 78166、ISO/TS14816、EAN.UCC标准编码体系、INCITS 256再加上保留对未来扩展。需注意的是与物品编码的区别，物品编码是对标签所贴附物品的编码，而该标准标识的是标签自身。1.4.4 ISO/IEC应用标准
ISO/IEC比较重视RFID应用系统的标准化工作，将ISO/IEC 24752调整为6个部分，并重新命名为ISO/IEC 24791。制定该标准的目的是对RFID应用系统提供一种框架，并规范了数据安全和多种接口，便于RFID系统之间的信息共享；使得应用程序不再关心多种设备和不同类型设备之间的差异，便于应用程序的设计和开发；能够支持设备的分布式协调控制和集中管理等功能，优化密集读写器组网的性能。ISO/IEC应用技术标准的主要目的是解决读写器之间再加上应用程序之间共享数据信息，随着RFID技术的广泛应用，RFID数据信息的共享越来越重要。
应用技术标准与用户应用系统既有相同点又有区别，应用技术标准针对一大类应用系统的共同属性，而用户应用系统针对具体的一个应用。如果用面向对象分析思想来比喻、把通用技术标准看成是一个基础类的话，那么应用技术标准就是一个派生类。
在20世纪90年代，ISO/IEC已经开始制定集装箱自动识别标准ISO 10374，后来又制定集装箱电子官方标准ISO 18185，动物管理标准ISO 11784/5、ISO 14223等。随着RFID技术的应用越来越广泛，ISO/IEC认识到需要针对不同应用领域中所涉及的共同要求和属性制定通用技术标准，而不是完全独立制定每一个应用技术标准，即通用技术标准。
1.集装箱运输应用标准
ISO TC 104技术委员会专门负责集装箱标准制定，是集装箱制造和操作的最高权威机构。与RFID相关的标准，由第四子委员会（SC4）负责制定，包括如下标准。（1）ISO 6346集装箱编码、ID和标识符号标准
ISO 6346集装箱编码、ID和标识符号标准提供集装箱标识系统。集装箱标识系统用途很广泛，比如在文件、控制和通信（包括自动数据处理）方面，与集装箱本身显示一样。对集装箱标识中的强制标识再加上在自动设备标识（Automatic Equipment Identification，AEI）和电子数据交换（Electronic Data Interchange，EDI）应用的可选特征。该标准规定在集装箱尺寸、类型等数据的编码系统中再加上相应的标记方法、操作标记和集装箱标记的物理展示。（2）ISO 10374集装箱自动识别标准
ISO 10374集装箱自动识别标准基于微波应答器的集装箱自动识别系统，把集装箱当作一个固定资产来看。应答器为有源设备，工作频率为850～950MHz及2.4～2.5GHz。只要应答器处于此场内，就会被活化并采用变形的FSK副载波通过反向散射调制做出应答。信号在两个副载波频率40kHz和20kHz之间被调制。因为它在1991年制定，所以还没有用RFID这个词，实际上有源应答器就是今天的有源RFID电子标签。此标准和ISO 6346共同应用于集装箱的识别，ISO 6346规定光学识别，ISO 10374则用微波的方式来表征光学识别的信息。（3）ISO 18185集装箱电子官方标准
ISO 18185集装箱电子官方标准被海关用于监控集装箱装卸状况，包含7部分，即空中接口通信协议、应用要求、环境特性、数据保护、传感器、信息交换的消息集和物理层特性要求。此标准涉及的空中接口协议并没有引用ISO/IEC 18000系列空中接口协议，主要原因是它们的制定时间早于ISO/IEC 18000系列空中接口协议。
2.物流管理应用标准
为使RFID能在整个物流供应链领域发挥重要作用，ISO TC 122包装技术委员会和ISO TC 104货运集装箱技术委员会成立联合工作组JWG，负责制定物流供应链系列标准。工作组按照应用要求、货运集装箱、装载单元、运输单元、产品包装和单品5级物流单元，制定6个应用标准。（1）ISO 17358应用标准
ISO 17358应用标准是供应链RFID的应用要求标准，由TC 122技术委员会主持，正在制订过程中。该标准定义供应链物流单元各个层次的参数，定义了环境标识和数据流程。（2）ISO 17363～17367系列标准
ISO 17363～17367系列标准是供应链RFID物流单元系列标准分别对货运集装箱、可回收运输单元、运输单元、产品包装、产品标签的RFID应用进行规范。该系列标准内容基本相同，如空中接口协议采用ISO/IEC 18000系列标准。在具体规定上存在差异，分别针对不同的使用对象进行补充规定，如使用环境条件、标签的尺寸和标签张贴的位置等特性；根据对象的差异，要求采用电子标签的载波频率也不同。货运集装箱、可回收运输单元和运输单元使用的电子标签一定是重复使用的，产品包装则要根据实际情况而定，而产品标签来说通常是一次性的。另外，还要考虑数据的完整性、可视识读标识等因素。可回收单元在数据容量、安全性和通信距离方面的要求较高。这个系列标准正在制订过程中。
3.动物管理应用标准
ISO TC 23/SC 19负责制订动物管理RFID方面标准，包括ISO 11784/11785和ISO 14223标准。
ISO 11784编码结构标准规定动物射频识别码的64位编码结构。动物射频识别码要求读写器与电子标签之间能够互相识别。通常由包含数据的比特流再加上为保证数据正确所需要的编码数据。代码结构为64位，其中的27～64位可由各个国家自行定义。1.4.5 软件标准
ISO/IEC 247911体系架构给出软件体系的总体框架和各部分标准的基本定位。它将体系架构分成3大类，即数据平面、控制平面和管理平面。数据平面侧重于数据的传输与处理，控制平面侧重于运行过程中对读写器中空中接口协议参数的配置，管理平面侧重于运行状态的监视和设备管理。这3个平面的划分使得软件架构体系的描述得以简化，每一个平面包含的功能将减少，在复杂协议的描述中经常采用这种方法。每个平面包含数据管理、设备管理、应用接口、设备接口和数据安全5个标准的部分内容。（1）ISO/IEC 247912数据管理标准
ISO/IEC 247912数据管理标准主要包括读、写、采集、过滤、分组、事件通告和事件订阅等功能。另外支持ISO/IEC 15962提供的接口，也支持其他标准的标签数据格式。该标准位于数据平面，已经给出标准草案。（2）ISO/IEC 247913设备管理标准
ISO/IEC 247913设备管理标准类似于EPCglobal读写器管理协议，能够支持设备的运行参数设置、读写器运行性能监视和故障诊断。性能监视包括历史运行数据收集和统计等功能。故障诊断包括故障的检测和诊断等功能。（3）ISO/IEC 247914应用接口标准
位于最高层，提供读、写功能的调用格式和交互流程。据估计，类似于ISO/IEC 15961应用接口，但是肯定还需要扩展和调整，该标准位于数据平面。（4）ISO/IEC 247915设备接口标准
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