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RFID基础知识

时间:2011-12-31



一、 二、



三、 四、

五、

六、

什么是 RFID .............................................. 2 RFID 的组成及分类 ........................................ 2 (一) RFID 的组成 ........................................... 2 (二) RFID 的分类 ........................................... 3 RFID 技术原理与基本模型 .................................. 4 RFID 与普通条码标签对比的优缺点 .......................... 5 (一) 优点 ................................................. 5 (二) 缺点 ................................................. 5 RFID 技术各种技术规范 .................................... 6 (一) 三大 RFID 技术标准简介 ................................ 6 (二) 防碰撞机制技术 ....................................... 9 RFID 技术在仓储物流管理系统中的应用 ..................... 11 (一) RFID 系统的组成 ...................................... 11 (二) 实际仓储物流操作流程 ................................ 13

RFID 技术说明及应用
一 、 RFID 名称 RFID 是 Radio Frequency Identification 的缩写,即射频 (高频交流变化的电磁波)识别,俗称电子标签。 的组成及分类 二 、 RFID 的组成 及分类 (一) RFID 的组成 RFID 主要是由标签、阅读器、天线三个部分组成: 1. 标签(Tag) 由耦合元件及芯片组成,每个标签具有唯一的电子编码, 附着在物体上标识目标对象(应答器);

2. 阅读器(Reader) 读写标签信息的设备,可设计为手持式或固定式;只有当有 读写设备时,RFID 标签才能发挥其作用。RFID 读写设备有 RFID 读写模块、控制模块、接口模块等,这些设备可以将 RFID 的数据 读取或写入,并且做到很好的加密。 3. 天线(Antenna) 在标签和读取器间传递射频信号, 一般是长条和标签状。天

线有线性和圆极化两种设计,满足不同应用的需求。

(二) RFID 标签的分类 1. 按 RFID 的工作模式可分为: 被动式(无源)、半被动式、主动式(有源)。 被动式:没有电源是接受靠阅读器的电磁波进行驱动。 半被动式:也是靠阅读器的电磁波进行驱动,但内部有电源, 给标签供电,能有很好的回传效率。

主动式:有电源,标签靠自己的电源工作发出信号。 2. 按 RFID 的频率模式可分为: 低频(LF)、高频(HF)、超高频(UHF)具体见下表:
名称 极低频 ELF (Extremely Low Frequency) 超低频 SLF (Super Low Frequency) 特低频 ULF (Ultra Low Frequency) 甚低频 VLF (Very Low Frequency) 低频 LF ( Low Frequency) 中频 MF (Medium Frequency) 高频 HF (High Frequency) 甚高频 VHF (Very High Frequency) 特高频 UHF (Ultra High Frequency) 超高频 SHF (Super High Frequency) 极高频 EHF (Extremely High Frequency) 频率 3-30Hz 30-300Hz 300-3000Hz 3-30KHz 30-300KHz 0.3-3MKHz 3-30MHz 30-300MHz 300-3000MHz 3-30GHz 30-300GHz

其性能优缺点如下:
频率 低频 高频 特高频 优点 技术简单,有较好的绕开障 碍物功能,受环境影响小 相对低频有较好的通讯速 率和较长的工作距离 工作距离长大于 1m, 天线尺 寸短,可定向同时识别多个 目标 缺点 通讯速率低,工作距离短 <10cm(天线尺寸大)。 工作距离比较短<75cm,天线 尺寸长,受金属物影响较大。 各 国 的 频 率 不 同, 在 应 用 时 受 金 属 或 特 殊 材料 的 影 响 较 大。

技术原理与基本模型 三 、 RFID 技术原理 与基本模型 1. RFID 技术的基本工作原理 工作原理并不复杂:标签进入磁场后,接收解读器发出的射 频信号, 凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产 品信息(Passive Tag,无源标签或被动标签)或者主动发送 某一频率的信号(Active Tag,有源标签或主动标签);解读 器读取信息并解码后,送至数据管理系统进行有关数据处理。

2. 基本结构模型

与普通条码标签对比的优缺点 四 、 RFID 与普通条码标签 对比的优缺点 (一) 优点 RFID 具有很多优点如防水、防磁、耐高温、受环境影响小、 具有防碰撞冲突功能,体积小型化多样化、读取距离大、阅读 速度快、标签上的数据可以加密、存储数据容量大。 1. RFID 标签无需像普通条码标签那样瞄准扫描读取,只要被 置于读取设备形成的磁场中就可以准去读取。 2. RFID 标签每秒钟可进行上千次的读取几十到几百次的写操 作,能同时处理多个标签且高效准确,大幅度提高企业的 管理效率。 3. RFID 标签上的数据可反复修改,重复利用。 4. RFID 标签的读写,不需要以目视可见为前提,适应恶劣环 境。 (二) 缺点 虽然 RFID 在应用中有很多条形码无可比拟的优势,但在实 际应用中也存在诸多不利因素: 1. 标准化分歧,标准化是推动产品获得广泛的市场接受的必

要措施,但标签和阅读器的技术仍未同一,由于商业的利 益不同制造商开发的通讯协议使用不同的频率段,且编码 格式不一, 各个厂家不能兼容。 主要协议标准: ISO18000-6 Gen1、 Gen2(采用 32bit 加密机制解决防偷听、 偷窃等问题) 2. 标签成本与系统的前期投入大,尤其是标签的成本问题, 大量的限制了 RFID 的技术应用推广。 3. 隐私安全,RFID 标签存有附着物品的信息,不法分子采用 非法手段获取信息,造成极大的危害。 4. 技术成熟度问题,RFID 技术还有很多技术在应用时不够成 熟,如:多目标的防冲突问题。 五 、 RFID 技术各种技术规范 (一) 三大 RFID 技术标准简介 目前 RFID 技术存在三个标准体系: 标准体系、 Global ISO EPC 标准体系和 Ubiquitous ID 标准体系。 (1)ISO 标准体系 国际标准化组织(ISO)以及其他国际标准化机构如国际电工 委员会(IEC)、国际电信联盟(ITU)等是 RFID 国际标准的主要 制定机构。大部分 RFID 标准都是由 ISO(或与 IEC 联合组成)的 技术委员会(TC)或分技术委员会(SC)制定的。 RFID 领域的 ISO 标准可以分为以下四大类: 技术标准(如射频识别技术、IC 卡标准等) 数据内容与编码标准(如编码格式、语法标准等) 性能与一致性标准(如测试规范等标准) 应用标准(如船运标签、产品包装标准等) (2)EPC Global 标准体系

EPC Global 是由美国统一代码协会(UCC)和国际物品编码 协会(EAN)于 2003 年 9 月共同成立的非盈利性组织,其前身是 1999 年 10 月 1 日 在 美 国 麻 省 理 工 学 院 成 立 的 非 盈 利 性 组 织 Auto-ID 中心,以创建“物联网”(Internet of Things)为自己 的使命。为此,该中心将与众多成员企业共同制订一个统一的、 类似于 Internet 的开放技术标准,在现有计算机互联网的基础 上,实现商品信息的交换与共享。旗下有沃尔玛集团、英国 Tesco 等 100 多家欧美的零售流通企业,同时有 IBM、微软、飞利浦、 Auto-ID Lab 等公司提供技术研究支持。 EPC Global 致力于建立一个向全球电子标签用户提供标准化 服务的 EPC Global 网络,前提是遵循该公司制定的技术规范。目 前 EPC global Network 技术规范 1.0 版给出了所有的系统定义和 功能要求。EPC Global 已在加拿大、日本、中国等国建立了分支 机构,专门负责 EPC 码段在这些国家的分配与管理、EPC 相关技 术标准的制定、EPC 相关技术在本土的宣传普及以及推广应用等 工作。 EPC Global 提出的“物联网”体系架构由 EPC 编码、EPC 标 签及读写器、 中间件、 服务器和 EPCIS 服务器等部分构成。 EPC ONS EPC 是赋予物品的唯一的电子编码,其位长通常为 64 位或 96 位, 也可扩展为 256 位。对不同的应用,规定有不同的编码格式,主 要存放企业代码、商品代码和序列号等。最新的 GEN2 标准的 EPC 编码可兼容多种编码。EPC 中间件对读取到的 EPC 编码进行过滤 和容错等处理后,输入到企业的业务系统中。它通过定义与读写 器的通用接口(API)实现与不同制造商的读写器的兼容。ONS 服 务器根据 EPC 编码及用户需求进行解析,以确定与 EPC 编码相关 的信息存放在哪个 EPCIS 服务器上。EPCIS 服务器存储并提供与 EPC 相关的各种信息。这些信息通常以 PML 的格式存储,也可以 存放于关系数据库中。 (3)Ubiquitous ID Ubiquitous ID Center 是由日本政府的经济产业省牵头,主

要由日本厂商组成,目前有日本电子厂商、信息企业和印刷公司 等达 300 多家参与。该识别中心实际上就是日本有关电子标签的 标准化组织。 uID Center 的泛在识别技术体系架构由泛在识别码 (ucode) 、 信息系统服务器、 泛在通信器和 ucode 解析服务器等四部分构成。 ucode 是赋予现实世界中任何物理对象的唯一识别码。它具备了 128 位的充裕容量, 并可以用 128 位为单元进一步扩展至 256、 384 或 512 位。ucode 的最大优势是能包容现有编码体系的元编码设 计,可以兼容多种编码。ucode 标签具有多种形式,包括条码、 射频标签、智能卡、有源芯片等。泛在识别中心把标签进行分类, 设立了 9 个级别的不同认证标准。信息系统服务器存储并提供与 ucode 相关的各种信息。 ucode 解析服务器确定与 ucode 相关的信 息存放在哪个信息系统服务器上。ucode 解析服务器的通信协议 为 ucodeRP 和 eTP,其中 eTP 是基于 eTron(PKI)的密码认证通 信协议。泛在通信器主要由 IC 标签、标签读写器和无线广域通信 设备等部分构成,用来把读到的 ucode 送至 ucode 解析服务器, 并从信息系统服务器获得有关信息。 泛在识别中心对网络和应用安全问题非常重视,针对未来可 能出现的安全问题如截听和非法读取等,节点进行信息交换时需 要相互认证,而且通信内容是加密的,避免非法阅读。

下表列出了 EPC global 和 uID Center 的概要对比。 EPCglobal 编码体系 uID Center

EPC 编码,通常为 64 位 ucode 编码,码长为 128 并可以用 128 位为单 或 96 位, 也可扩展为 256 位, 位。对不同的应用,规定 元 进 一 步 扩 展 至 256 、 有不同的编码格式, 主要 384 或 512 位。ucode 的 存放企业代码、 商品代码 最 大 优 势 是 能 包 容 现 有 和序列号等。 最新的 GEN2 编码体系的元编码设计,

标准的 EPC 编码可兼容 可以兼容多种编码。 多种编码。 技 对 象 名 ONS 术 解析服 支 务 撑 中间件 系 息共享 安 全 认 基于互联网的安全认证 证 提出了可用于多种网络 的安全认证体系 eTron EPC 中间件 泛在通信器 信息系统服务器 ucode 解析服务器

体 网 络 信 EPCIS 服务器

日本 UID 标准和欧美 EPC 标准,主要涉及产品电子编码、射频 识别系统及信息网络系统三个部分, 其思路在大多层面上都是 一致的。在使用的无线频段、信息位数和应用领域等方面有许 多不同点。例如,日本的电子标签采用的频段为 2.45GHz 和 13.56MHz,欧美的 EPC 标准采用 UHF 频段,从 902~928MHz; 日本的电子标签的信息位数为 128 位,EPC 标准的位数为 96 位。在 RFID 技术的普及战略方面,EPC global 将应用领域限 定在物流领域,着重于成功的大规模应用;而 uID Center 则 致力于 RFID 技术在人类生产和生活的各个领域中的应用,通 过丰富的应用案例来推进 RFID 技术的普及。 (二) 防碰撞机制技术 防碰撞问题一直是 RFID 技术研究的重点。由于其碰撞形式的 复杂性研究人员把他分为两种:多标签的防碰撞问题(多地址接

入技术);多读写器防碰撞问题。 1、 多地址接入技术

其具体表现在多目标环境下的防碰撞技术, 其直接影响系统的 识别速度和可容纳的目标数量。 无线通信系统中多路存取方法一般有以下几种形式: 空分多路(SDMA) 法、频分多路(FDMA)法、时分多路(TDMA)法和码分多路(CDMA)法。基 于RFID系统的特点,考虑到了电子标签的低功耗、低存储能力、低价 格、尽量少的计算能力等要求,电子标签的内部电路及其天线部分不 可能做成适用SDMA,FDMA或CDMA那么复杂功能的设计,因此RFID的防 碰撞方法主要采用时分多址(TDMA)方式。 为实现多目标识别而采取的防碰撞机制可分为两大类。一类是以 询问器(读写器)为主导的“读写器先讲一一RTF"型,是目前最常用的 方法,建立在这种类型的典型标准有IS018000 B型。另一类则是采用 “标签先讲一一TTF"型,也就是IS018000 A或IS018000 C所采用的防 碰撞方式。最近还出现“标签只说一一TTO"的更为高效的模式。 在识别过程中,单个读写器是识别的主体,标签只是被动的被识别, 并不参与碰撞侦测,因而标签的防碰撞算法比较简单易行,其碰撞模 型也比较容易建立。大量的针对标签的防碰撞方案被提出,都能够很 好解决标签的碰撞问题。相比之下,多读写器共同工作的环境下,其 碰撞模型则要复杂的多,难以建立。国内外在这方面的研究都只是在 理论的层面上做了分析, 许多研究者将移动通讯系统中的解决方案应 用到读写器碰撞问题中,并做了大量工作:Robert JamesWaters的硕

士论文中关于频率分配问题的研究、Kin Seong对蜂窝通信系统中频 率碰撞解决方案应用于RFID系统中读写器防碰撞问题做了探讨。此 外,欧盟制定的ETSI EN 208标准是专门为RFID读写器开发的标准, 它的防碰撞解决方案基于CSMA协议的“先听再说",还有EPCglobal 定的UHF第二代标签标准通过把读写器和射频标签的信号传输分割开 来解决碰撞问题。读写器碰撞问题涉及到频率的分配问题心引,尽管 这一点与蜂窝通信系统相似,但毕竟RFID系统还是有其自身的独特 性,因此针对RFID读写器碰撞问题的解决方案,还没有付诸于实际的 成形的优化算法。MITAuto.ID Center的James waldrop提出了 colorwave算法口引,还有Junius Ho等人提出I拘HiQ算法口都是针对 读写器碰撞问题的解决方案 六 、 RFID 技术在仓储物流管理系统中的应用 (一) RFID 系统的组成 1. 设备组成 RFID 标签打印机、RFID 阅读器(手持式、固定式)、报警 设备、货物查找触摸屏设备(盘点)、数据管理服务器、RFID 系统管理软件。 a) RFID 标签打印机:根据系统指令打印并写入相关数据的 RFID 标签。 b) RFID 阅读器:可根据要求读写标签 c) 报警设备:提供错误报警信号 d) 触摸屏设备:可放置在移动叉车上方便查找并取出货

物,通过 GPRS 或 WIFI 与主机实时通讯。 2. 系统软件组成 根据用户的需求选择对应的系统管理模块: a) 仓储管理模块
序 号 1 功能模块 RFID 标签 管理 二 级 子 功 能 模 功能说明 块 货 位 标 签 管 增加货位标签 理 作废货位标签 托 盘 标 签 管 增加托盘标签 理 作废托盘标签 产 品 标 签 管 标签初始化 理 打印管理 管理打印的产品标签 箱标签管理 标签初始化 增加新箱 增加产品 自周转箱或货位取出 的产品放入包装箱 减少产品 自包装箱取出产品放 入周转箱或货位 新增货位 删除货位 增减产品 增加产品 自周转箱产品放入货 位上 减少产品 自货位产品放入包装 箱内 移动产品 自某货位产品移到另 货位 新增封箱 箱检 打印装箱单 变更封箱 增减产品数量 增加托盘 删除托盘 清空托盘 出库后操作 上托盘 增加箱 减少箱 新增员工 减少员工 新增箱类别 减少箱类别 新增货位类 型 子功能模块

2

装箱管理

3

货位管理

4

封箱管理 (箱检) 托盘管理

5

5 6 7

员工管理 箱类别管 理 货位类型 管理

减少货位类 型

b) 出入库管理模块

序 号 1

功能管理 产品入库

子功能 标签扫描

二级功能 产品标签扫描 箱标签扫描 托盘标签扫描 分配货位 货位查询

功能说明

货位管理

2

产品出库

托盘管理 入库数据上 传 形成入库单 入库单查询 入库单打印 标签扫描 产品标签扫描 箱标签扫描 托盘标签扫描 出库数据上 传 托盘管理 托盘查询 回收托盘 货位管理 货位查询 回收货位

对应的产品、箱标、托 盘信息

(二) 实际仓储物流操作流程 1. RFID 系统实际操作图解示例

2. 操作流程图


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