RFID标记技术及其应用

雷震洲

　　信息产业部电信研究院科技委副主任，教授级高工。曾任信息产业部电信研究院总工程师。现任中国人民政治协商会议全国委员会委员、中国通信学会会士、中国互联网协会理事兼互联网政策与资源工作委员会副主任委员、信息产业部通信科技委委员兼无线电频率规划专家咨询委员会副主任、美国IEEE高级会员。

　　射频标识（RFID）标记近年来引起了广泛的关注。RFID是用来描述可以通过射频进行传感的任何器件的一个术语，通常指的是利用射频来阅读一个小器件（称作标记）上的信息。RFID标记允许我们利用无线电波对多个标记成批阅读和进行远程阅读，其意义远远超过取代条形码。同一标记除了包含防盗功能外，还可以用来证明物品的归属、提供隐藏的认证、加速购物、节省柜子和地板空间以及减少整个供应链各个环节上所需时间。

　　RFID这一术语是在发明能够反射或重新发射射频信号的标记之后才出现的。在目前使用的RFID标记中，有些是装有微芯片的，有些则没有，并分为工作在300 Hz以下和工作在300 MHz以上（如微波标记等）的标记。

　　RFID目前被广泛应用于配送管理。随着薄、小、低成本RFID的问世，将来RFID标记不仅会被嵌入几乎所有的物件中取代条形码，而且还会越来越多地集成于网络之中，用于各个领域，成为网络社会无所不在的一个基本工具。

RFID标记的特点与类型

　　RFID标记的形状可以多种多样，从垂饰到珠子、钉子、标签或者微金属线与纤维，它们可以做在纸张中，甚至专门的印刷墨水中。从形式上看，有的是带有小天线的微芯片（microchip），有的看上去好像钞票上的防伪标记，有的以标签形式附加在产品和包装上。按应用环境与目的分，RFID标记包括盘、管、标签、卡和盒状多种类型（如表1所示）。它们还可粗分为有源标记和无源标记。前者包含电源，并发射无线电波；后者受外部无线电波激励时才发射无线电波。

三种不同的RFID技术

　　目前，主要有三种不同的RFID技术，分别为无源RFID、常规RFID和低成本RFID。它们有着某种程度的重叠，但各有千秋，适用于不同的应用。

　　无源RFID早已存在。它们自身不含电源或处理器，只有进入RFID阅读器的电磁场范围内才被激活。目前成千上万的建筑物使用无源RFID进入卡，数百万辆汽车使用附着在挡风玻璃上的无源RFID标记来付过路费。最近无源RFID标记的成本已经降到可以随意贴用的程度。一个价值10美分的无源RFID标记使用电子产品码（EPC）可以存储对某一物体的完整描述。

　　常规RFID标记几乎都含有一采用微芯片的晶体管电路。

　　术语“低成本RFID”在几年前才被启用。低成本RFID标记一般是指在传输距离小于1米时成本低于1美元，距离大于1米时成本低于5美元的RFID。它们与常规标记相比存在某些明显不同之处。低成本RFID标记具有容忍方向错误和昏暗、寿命期成本较低、有阅读能力的优点，最重要的是它们一般很便宜，便宜得可以随意使用，而且非常薄，薄得可以放入纸张之中，故可以做成所有平板形式的标记，一般把它们称作智能标签，包括智能票劵等。由于这些特点，低成本RFID标记将可以用于不同的新应用，会形成不同的供应商和最终用户群体。

　　低成本RFID可以分成两类，一类是基于芯片的技术，另一类是无芯片的标记。无芯片的标记仍可被询问以及保存数据，但是它们一般比有芯片的标记更便宜，在电子性能方面更原始些。

RFID标记的属性

1.有无EAS功能

　　不含信息的RF标记不属于RFID，因为它们只表示在与不在，只有1比特的信息。由于这些RF标记一般只用作商店和图书馆的防盗器件，通常被称作电子物品监视器（EAS）。现在每年大约使用60亿个EAS，其中无一使用芯片。一些新式的RFID也具备EAS功能，可以取代防盗标记。

2.数据类型

　　在RFID系统中，有两种不同的数据存储情况。在第一种情况中，标记能存储的数据很少，被询问的电子器件只是传感有关产品的一些独特情况。这种数据被称为唯一签名。使用这种数据的标记十分便宜，但用途却很有限。在另一种情况中，标记能存储更多的数字信息，阅读器可以直接从标记检索信息，无需参考中央数据库。这种标记比较贵，但有用得多，它们不像唯一签名那样需要很强的中央处理能力，耗时也少。

3.覆盖距离

　　RFID标记的覆盖距离相差很大。对所有各种标记都一样，要求的距离越大，标记就越贵。距离为几毫米的RFID可被嵌入钞票和凭证，用于高速分拣和认证，但是对于物业而言，通常需要3米或3米以上的距离，并具有快速阅读许多标记的能力。其它应用，例如公路收费和物件实时位置（如车库中的车等），需要阅读高达几百米的距离。

RFID标记的使用状况和趋势

　　在RFID标记的实际使用方面，目前在制造、配送、服务等领域已经开始。由于无源RFID的成本已经降到可以随意贴的程度，一个价值10美分的无源RFID标记使用电子产品码（EPC）可以存储对某一物体的完整描述。2003年在美国销售了5亿只左右的无源智能标签，主要用于图书馆和医院的防错以及玩具等。由于零售商和美国军方强行要求供货商在容器和集装箱等运输器具上放置无源RFID智能标签，现在RFID的发展速度加快了。2004年已经销出了10亿个智能标签，以后还将销售数十亿个。在美国使用无源RFID最多的是Wal-Mart，它要求其供货商到2005年在所有进货上贴上RFID标记。如果无源RFID出现在大多数的服装上和超市的大多数商品上，在2015年有可能销售数万亿个。有源RFID的销售量也会增长，但增长速度稍微慢些。不过，也有人认为，目前对无源RFID的用途和潜力存在估计过高的现象，在可预见的将来货架上的每件产品不会都使用RFID标记。

　　RFID标记技术的开发与标准化工作也在发展之中。1999年10月成立的国际研究机构--Auto-ID中心（基地在美国）一直在推进RFID的研发工作。Auto-ID中心在日本、英国、澳大利亚、中国和瑞士的研究机构都建立了相应的研发中心。

　　2003年11月RFID标准化工作从Auto-ID中心转移到全球电子产品码（EPC Global）组织。EPC Global是2003年5月由欧洲条形码管理机构--EAN国际协会和美国条形码管理机构--统一代码协会（UCC）成立的一个组织。与此同时，Auto-ID中心改名为Auto-ID实验室，成为EPC Global的一个研究分部。

RFID通过网络的先进应用

　　如前所述，RFID的意义远远超过取代条形码。如果把标记与网络链接起来，我们就可以把标记用作数据的输入端口，可以产生和利用诸如历史数据和实时数据等高级数据以及在各种机构和企业之间共享数据，为新的应用和服务创造机会。

　　RFID标记通过网络可以有各种各样的应用，它们分布在18个领域里，其中通过网络的许多应用如用条形码是不可想象的。

　　日本积极推动RFID标记的先进应用

　　RFID标记技术在日本“e-Japan战略II”中被提到日程上。在日本，有100多个机构参与了Auto-ID中心的工作，包括公司（食品、消费品、零售和交通运输）、系统供应商和标准化组织。2003年3月成立了无所不在ID中心，旨在营造一个无所不在计算环境。为了推进"目标"标识基本技术的确立和广泛使用，无所不在ID中心利用日本在超微芯片方面的世界领先技术在各种领域开展了许多应用。该中心设在T-Engine论坛之下，现有380多个外国与日本公司参与。2003年7月，日本总务省成立了一个名曰"RFID标记在无所不在网络时代中的先进应用"的研究组，对如何推进这一技术进行了综合研究，2004年3月完成最终研究报告。

　　2003年9月，日本的无所不在网络论坛也成立了RFID标记先进应用研究组。研究组的主要任务包括：进行验证测试；开展研究开发和标准化工作；进行调查研究；负责信息收集、交流和提供；完成研究组管理委员会认为必要的其它工作。在该研究组底下又成立了两个专门委员会。一个叫无线电通信专门委员会，主要对新的RFID标记频谱（950 MHz频段及其相邻频率）的验证测试进行协调、评估和分析；另一个叫应用验证测试专门委员会，主要是促进用户参与型的验证测试，研究、提议和验证商业模式。在应用验证测试专门委员会下还设立了用户接受、技术最优化使用、法律体制和商业模式四个工作小组。

　　“e-Japan战略II”提议在医疗和食品应用方面首先引入RFID标记，并提出了一项基于未来需求在800MHz~900MHz频段内研究新频谱分配的政策。日本内务通信部（MIC）（原总务省，2004年9月10日易名）对无线电波的使用采取了放松的策略。通过对各种工业应用的调查，认为130 kHz、13.5 MHz和2.4 GHz频段对RFID标记的使用是安全的。除此之外，950 MHz频段及其相邻频率也可在新的频谱分配中加以考虑。目前，MIC正在审查在950 MHz频段及其相邻频率上进行的验证测试和技术标准。

　　RFID标记先进应用虽然在日本已经产生很大的社会经济影响，但仍有许多问题有待解决，如技术开发和标准化、应用环境的营造、国民与社会的认同等，任务依然十分繁重。RFID标记应用对社会经济的影响深度在很大程度上取决于这些问题的解决。基于这种情况，日本MIC拟围绕以下六点研究稳步推进RFID标记先进应用得以早日实现的措施。

·促进有关RFID标记先进应用的研究开发工作；

·通过用户参与型的验证测试形成社会共识；

·对950 MHz频段及其相邻频率的新频谱分配的可行性进行验证；

·促进RFID标记应用的措施；

·建立安全使用RFID标记的规则；

·促进战略性的标准化活动。

　　目前，RFID标记作为条形码的取代物，主要用于物流管理和房间出入管理方面。但是在将来，它们将通过强化组网功能和先进应用，升级为满足无所不在网络时代的需求。从2004年开始，MIC打算启动研究开发工作，进一步加强组网功能和实现RFID标记在无所不在网络中的先进应用。研究工作包括：开发能使RFID属性信息在不同平台之间按环境的动态变化进行交换的技术，能把RFID标记集成在网络之中的技术，能控制对RFID标记信息接入权的技术。MIC将同其它政府部门和相关机构一起来解决各种政策问题，如RFID广泛使用之后带来的行政管理问题以及跟新频谱分配有关的系统问题。

成本与经济效益

　　成本是RFID最关键的问题。当某一应用一年要使用数十亿个标记时，只有占据系统成本大部分的智能标签非常便宜，我们才用得起。一些超市和制造商认为，只有当某一器件的价格为0.01美分或更低时它们才会取代条形码。对智能标签而言，由于需要存储必要的数据和达到一定的覆盖距离等因素，要达到上述成本至少在三年之后。相反，车辆和货物的条形码已经被售价1美元的RFID所取代，因为它带来的好处太多了。例如，可以高速阅读、容忍方向错误、假读或读不出的情况很少。贴在纸板箱和集装箱等上面的标记现在正以10美分到1美元的价格在迅速发展，使系统成本不断下降。对于这种应用，最大订单的标记价格已经下降到5美分，估计到2007年，一年的标记销售量约100亿个。

　　标记价格在使用量很大时（特别是在每阅读器有很多标记时）更是关键。最极端的情况是The Internet of Things之梦。The Internet of Things是由EPC Global推出的概念，有时称作产品互联网或T2T（Thing to Thing）。其所设想的情景是数万亿件东西互相通信，没有人的干预。它使用现有的互联网，一年要用数万亿标记（每一标记具有唯一的电子识别号码），故所用标记（多数为智能标签）必须是低成本的，价格要低于5美分，甚至1美分，特别是用在快速流动的消费品上。据称，一个标记在不到一年时间内的回报是100美元。T2T的目的是要在功能上远远超过条形码，要形成一条供应链，对链上的每一环节都能可靠阅读和单独识别。对每件东西要跟踪其一辈子，通过跟踪可以用电子手段告诉冷藏工人需重新存货，可以知道微波炉能正确烹调，再生设备可以把各种材料自动分开，各种方式的防盗、防伪和产品转移过程都将自动发生，所有一切都不需人工干预。

　　根据日本初步测算，如果标准化、安全性和私密性问题尚未得到解决，广泛使用仍有障碍的话，日本使用RFID标记带来的经济倍增效应在2010年将达到9万亿日元。如果问题仍然存在，但广泛使用的环境已形成的话，经济倍增效应可达17万亿日元。如果低成本技术问题得到解决，大大促进广泛使用的话，经济倍增效应最高可达31万亿日元。RFID标记带给日本的经济倍增效应预计在2007年左右达到起飞点，2010年后将继续增长。整个增长过程可分为初级、迅速增长和广泛增长三个阶段。

结 语

　　目前，无源RFID标记和传感器在某些行业中已经产生很大影响，能使供应链更加流畅、资产管理更加精细。自身带有存储器和处理能力的有源RFID可做的事情就更多。应该说，与潜在的好处及节省的成本相比，RFID的风险是很小的。但是，它们的市场前景现在还不很明朗，市场究竟是走向无源RFID、有源网状网，还是两者兼有之。迄今还有许多无线标准在制定之中，应用环境的营造、国民与社会的认同等问题还有待解决。对于这些，我们必须要有充分的认识。

　　RFID标记现在被看作是未来无所不在网络（ubiquitous net work）社会的一个基本工具。无所不在网络社会的目标是让全社会的人，包括儿童、成年人、老年人和残疾人，都能积极地参与社会生活。在这个社会里，许多社会经济活动将得到网络的支持，而网络可随时随地供给任何人使用，让人享用无所不在的服务，通信服务的对象从人扩展到任何一件东西。生活在这样一个社会中的人民将享受“持续经济增长”带来的安居乐业。

摘自　信息网络