RFID技术分类研究

本文是“RFID分类研究总论”的续篇，侧重于分析研究在“RFID分类研究总论”中提出的“RFID技术分类研究”子项的内容。本文所采用的研究方法、立场与观点与前篇文章保持一致。从内在逻辑关系上来说，本文的研究内容居于“RFID分类研究总论”之后，其后续内容是“RFID产品分类研究”。
       “RFID分类研究总论”、“RFID技术分类研究”和后续的“RFID产品分类研究”三篇文章合并起来形成一个有关RFID分类研究的完整体系。

二、RFID技术的分类

现实中，人们看到的是RFID产品、用到的却是RFID技术提供给RFID产品的功能。RFID产品是RFID技术有形的外表、RFID技术是RFID产品无形的内里。RFID产品承载着RFID技术，RFID技术的不断发展、促进着RFID产品的不断更新。RFID产品的分类与RFID技术的分类密切相关。在此，首先以RFID系统的概念为依托，着重讨论RFID技术的分类。

       RFID系统包括电子标签和读写器两个基本组成部分。虽然电子标签个体在通常的意义上价格比读写器个体要低许多，但是由于电子标签是物品标识信息的载体，跟随着所标识的物品走遍天下、散布在物品驻留的各个角落之中，而读写器则主要分布在电子标签信息的采集点上。因而，人们见得更多的是电子标签，数量最多的也是电子标签，标识物品最为直接的RFID系统组成单元也是电子标签，并且在大千世界中，由于各种具体应用及需求不同，存在着大量不同类型且互不兼容的电子标签。即便是在相互兼容的电子标签集合中，也会因为应用的需求不同，产品开发的厂家不同，设计人员的灵感不同，生产制作的工艺不同，造成最终应用的产品多种多样。

       由于电子标签的数量大，个体相对小，价值相对低，因而在RFID系统设计的时候，通常为了达到RFID系统的综合目标，最优先考虑的是如何设计一个简单而有效能的电子标签，而将完成RFID系统相对复杂一些的适应性方面的问题留给了读写器一方来完成。由此决定了在RFID系统中，电子标签是技术的主导方。在更多的情况下，是设计读写器以适应一种或多种电子标签的读写需要。

       在上述内在原因的驱使下，也有看法直接将电子标签技术等同于RFID技术，将电子标签技术的分类等同于RFID技术的分类。本文采纳并支持这种观点。

      在后续的讨论中，为了讨论方便起见，将直接以对电子标签技术的讨论来指代对RFID技术的讨论，对电子标签技术的分类来指代对RFID技术的分类。

1. RFID技术分类的依据
       通过前面的讨论，综合提取出最重要的RFID技术分类依据有三项：一项是电子标签的供电方式；另一项是电子标签工作的频率，即电子标签无接触传送标识信息所采用的射频载波的频率；第三项是电子标签工作时的内部状态。

       此外，其他的划分依据还有电子标签与读写器之间的通信方式是单向、半双工或全双工；电子标签的数据是否可改写，有线改写还是无线改写；电子标签的存储数据量等，在此不做详细讨论。

2. 依电子标签供电方式的分类
       依电子标签工作时的供电方式得到的RFID技术/电子标签技术的分类如图1所示。根据图1的划分，无源电子标签、半无源电子标签和有源主动式电子标签的基本定义如下：

      （1）无源电子标签的基本定义：电子标签无内置电池，其工作所需的电源来自读写器构建的射频场。
       有源电子标签是指具有内置电池的电子标签，详细分类又可将有源电子标签分为半无源电子标签和有源主动式电子标签。

图1 依供电方式分类的RFID技术/电子标签技术

（2）半无源电子标签的基本定义：电子标签具有内置电池，电子标签向外传送信息的实现方式遵循负载反射调制技术的原理实现。也就是说，内置电池的能量并不转化成电子标签外送信息所需的射频能量，标签外送信息所需的射频能量仍然依赖于读写器发出的载波能量信号。

        （3）有源主动式电子标签的基本定义：电子标签具有内置电池，并且电子标签具有利用自身电池能量向外发送信息的能力。

3. 依电子标签工作频率的分类
       依电子标签的工作频率因素得到的RFID技术/电子标签技术的分类如图2所示。

图2 依工作频率划分的RFID技术/电子标签技术

低频类RFID技术/电子标签技术的特点是电子标签与读写器之间的无接触耦合一般通过交变的磁场实现。典型的频率界限是频率低于30MHz。目前的主流RFID技术集中在频率低于135kHz的动物识别应用与频率为13.56MHz的卡片（含柔性膜贴方式）识别方面。

       高频类RFID技术/电子标签技术的特点是电子标签与读写器之间的无接触耦合一般通过传播的电磁场实现。典型的工作频率包括：433MHz，860-960MHz，2.45GHz及5.8GHz等。

4. 依电子标签内部状态的分类
       电子标签工作时的内部状态在很大程度上决定着读写器的工作方式及设计方案，比如RFID系统是否支持同一阅读区中的多标签读写功能等。依电子标签内部状态的RFID技术/电子标签技术分类如图3所示。

图3 依内部状态划分的RFID技术/电子标签技术

无内置状态机模型的电子标签是指电子标签没有时间记忆功能，最典型的情况是电子标签的工作对外呈现出纯组合电路的性质，复杂一些的情况包括电子标签内置了随机数产生器用于控制电子标签的工作状态。例如，电子标签上电后即进入循环发送内置完整存储信息的状态，铁路车号自动识别应用采用的电子标签技术即属于这种情况。

       一般情况下，无内置状态机模型的电子标签对应的RFID系统不具备多标签识别的功能，但也有例外情况。如果电子标签内置了随机数产生器，即使无内置状态机，也可由随机数产生器的作用引起同时获得激励的电子标签交错发送信息，从而可以实现多标签识别的功能。

       无内置状态机模型的电子标签通常还具有WORM（Write Once, Read Many）特性，即一次完成电子标签信息的写入，多次重复读电子标签的信息。对应的RFID系统中的读写器一般仅需配置读功能，由此可简化相应的读写器设计。

       有内置状态机模型的电子标签是指电子标签具有时间记忆功能，最典型的情况是电子标签的工作对外呈现出时序电路的性质。有内置状态机模型的电子标签通常具有多标签识别的功能。通常来说，有内置状态机模型的电子标签的状态数为3-5个，复杂一些的也可将状态机的概念扩展为内置可编程的微处理器。例如：ISO/IEC 18000-6B定义的电子标签的内置状态机模型可用图4来表示。

       由图4可见，ISO/IEC 18000-6B定义的电子标签内置状态机共有4个独立状态，包括了未获得激励时的下电状态。

       对于含有内置状态机模型的电子标签来说，内置的状态机就相当于电子标签的大脑，必须保证其惟一性和一致性。因而，在原始设计时一定要确保不允许在同一个电子标签中存在有两个相互独立的状态机。否则，将不能保证电子标签的正常工作。

图4 ISO/IEC 18000-6B定义的电子标签内置状态机模型

三、小结
       本文的分析研究工作延续了“RFID分类研究总论”的内容，详细分析研究了RFID技术分类的相关问题。主要的内容与观点汇总如下：

（1）确认并认同了从技术分类角度出发，可以直接将RFID技术与电子标签技术分类相等同的基本观点。
        （2）通过对RFID技术的整体研究，将RFID技术的分类依据疏理为：依电子标签供电方式的分类，依电子标签工作频率的分类，依电子标签内部状态的分类三大依据。略去了其他非重要因素的分类。