RFID系統(tǒng)的標準
RFID標準的發(fā)展體現(xiàn)了RFID技術的發(fā)展歷程。早在1948年,它的理論基礎就隨著雷達的應用和研究建立起來,20世紀90年代后進入商用階段。早期的RFID應用并沒有統(tǒng)一的標準,由各公司自己制定的標準,后來發(fā)展成為了第一代UHF RFID標準,例如,美國出現(xiàn)的以Matrics和Impinj等公司推出的EPC Class 0、Alien公司和Rafsec公司等支持的EPC Class1,以及在歐洲出現(xiàn)的以ISO組織支持的ISO-18000-6A/B等標準。由于這些標準互不兼容,因此無法在全球范圍內(nèi)通用。
隨著RFID技術的不斷成熟,跨地區(qū)、跨行業(yè)的應用的不斷增多,RFID產(chǎn)品間的互通性、兼容性變得越來越重要,RFID系統(tǒng)的標準化已經(jīng)成為該領域普遍關注的熱點。參與RFID標準研究的機構(gòu)分為標準化組織和產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。標準化組織又有國際標準化組織、區(qū)域性標準化組織和國家標準化組織。
國際標準化組織(ISO)和國際電工委員會(IEC)是從事RFID國際標準化研究的重要組織ISO/IEC18000標準是最早制定的關于RFID的國際標準,按頻段被劃分為7個部分。目前支持ISO/EC18000標準的RFID產(chǎn)品最多相對也最為成熟。
區(qū)域性的標準化組織—歐洲計算機制造協(xié)會(ECMA)在RFID基礎上提出了近距離通信(NFC)的技術標準,并獲得歐洲電信標準協(xié)會ETSD以及ISO/ IEC JTC1/SC6(系統(tǒng)間通信與信息交換)的認可,發(fā)布了相應的技術標準。
美國國家標準學會(ANSI)下的MH1、NCITS等也制定了與RFID技術相關的技術標準,大部分標準目前已經(jīng)或者正在上升為ISO標準。
除了標準化組織進行RFID的標準化研究外,一些行業(yè)協(xié)會也在從事RFID技術的市場標準化工作。目前比較有代表性的兩個組織是以歐美企業(yè)為主的EPC global和以日本企業(yè)為主的 Iniquitous ID。
美國EPC global是由美國統(tǒng)一代碼委員會(UCC)和國際物品編碼協(xié)會(EAN)兩大組織聯(lián)合成立的,它吸收了麻省理工學院Auto ID中心的研究成果后推出了系列標準草案。EPC global重視UHF頻段的RFID產(chǎn)品,極力推廣基于EPC編碼標準的RFID產(chǎn)品。目前,EPC global標準的推廣和發(fā)展十分迅速,許多大公司如沃爾瑪?shù)榷际荅PC標準的支持者。
日本Uniquitous ID一直致力于本國標準的RFID產(chǎn)品開發(fā)和推廣,拒絕采用美國的EPC編碼標準。與美國大力發(fā)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(jīng)開始了許多2.4 GHZ RFID產(chǎn)品的實驗和推廣工作。但是,迫于和美國UHF頻段RFID產(chǎn)品互通的壓力,日本也開始考慮和EPC標準兼容問題。
ISO/EC18000、美國EPC Global、日本Uniquitous ID都在分別制定標準。這3個主要標準相互之間并不兼容,主要差別在無線調(diào)制方式、傳輸協(xié)議和傳輸距離各有差異,因此不同標準的RFID標簽和讀寫器很難互通。
我國有關政府部門已經(jīng)充分認識到RFID產(chǎn)業(yè)的重要性,在2004年初,正式成立了電子標簽國家標準工作組,其目的就是制定中國自己的RFID標準,推動中國自己的RFID產(chǎn)業(yè)。
RFID系統(tǒng)的分類
RFID系統(tǒng)按照不同的原則有多種分類方法。常用的分類方法有兩種:按RFID標簽有源、無源劃分和按工作頻率劃分。
1、按RFID標簽有源、無源劃分
按照RFID標簽有源和無源,RFID系統(tǒng)可分為:主動式、半主動式和被動式3種。
主動式和半主動式標簽內(nèi)部都攜帶電源,因此均為有源標簽。主動標簽和一臺通用無線收發(fā)終端沒有太大區(qū)別,例如,Wi-Fi RFID和ZigBee RFID等,這種標簽的無線信號收發(fā)都由標簽內(nèi)的電源供電,其工作距離遠,價格也最貴;半主動標簽與主動標簽不同,內(nèi)部電源只是對標簽內(nèi)部處理芯片供電,例如,接收解調(diào)、譯碼編碼和控制等部分的芯片,半主動標簽不同于主動標簽的是它本身并不發(fā)送電磁波,而是反向散射來自閱讀器的電磁波,這使得它比主動標簽省電,有更長的工作時間,比被動標簽有更強的處理能力,更遠的識讀能力,能適應較惡劣通信環(huán)境要求。主動標簽和半主動標簽由于成本均較高,限制了它們的推廣,目前只是在一些特定場合中應用,例如,高速公路自動繳費、高速電氣化火車的定位等領域。
無源被動RFID標簽內(nèi)部沒有電源設備,其內(nèi)部集成電路通過接收由閱讀器發(fā)出的電磁波進行驅(qū)動,向閱讀器發(fā)送數(shù)據(jù)。與前述兩種類型比較起來,最大的優(yōu)勢就是成本低,它的成本只是前兩種的十分之一或幾十分之一,由于被動標簽的成本優(yōu)勢,使它得到了大規(guī)模的應用,也成為了近年來RFID產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要方向。
2、按RFID系統(tǒng)工作頻率劃分
RFID系統(tǒng)工作頻率可以分為低頻(LF)、高頻(HF)、超高頻(UHF)和微波(MF)。
被動式RFID按工作方式有兩種:電磁感應和反向散射。其中,低頻和高頻RFID的工作原理都成為電磁感應,這是因為LF RFID的波長都較長,例如:LF RFID的波長約為2km,HF RFID的波長約為22m,即使標簽與閱讀器有1m的距離,也僅是整個波長的5%(取13.56MHz無線信號的波長),標簽天線與閱讀器天線之間的電磁場分不清哪個是發(fā)射場,哪個是反射場,稱為電磁互耦更恰當些。對于UHF和MF頻段的RFID,可輕易地將工作時電磁波分為發(fā)射電磁波和反射電磁波,因此它們的工作方式稱為反向散射。
閱讀器讀頭天線是一個線圈,工作時產(chǎn)生一定頻率的交變電磁場;標簽天線也是一個線圈,放在感應區(qū)中,根據(jù)法拉第電磁感應定律,可以產(chǎn)生感生電動勢和電流,經(jīng)濾波為標簽芯片供電;標簽芯片通過控制標簽內(nèi)與標簽天線相連的負載,改變互感量,由此改變讀頭和標簽之間的電磁場;閱讀器讀頭感應到互感的變化,解調(diào)出標簽傳遞的信息。電磁互耦的工作距離短,適用于門禁、身份證等短距離自動識別應用,但不適用于需要幾米識讀距離的場合,例如,物流、供應鏈管理等,在這些領域里,UHIE RPID的特點得到了充分發(fā)揮。
閱讀器發(fā)送電磁波給標簽,標簽通過天線拾取無線電波能量,以供標簽芯片工作,標簽芯片控制天線的負載,影響天線的雷達散射截面(Radar Cross Section,RCS)值,從而調(diào)制反射信號;閱讀器天線接收到標簽反向散射的信號后,解調(diào)出標簽的信息。UHF RFID工作距離長,為物流、倉儲等應用提供了快捷的自動識別方法,已成為了RFID行業(yè)的發(fā)展熱點。