RFID技術的應用及發展

射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID)技術起源于第二次世界大戰，使用射頻電波識別敵機和友機。RFID技術利用無線射頻方式進行非接觸式雙向通信交換數據以達到自動識別的目的，該技術具有防水、耐高溫、使用壽命長、讀取距離遠、標簽上數據可以加密、存儲數據容量大、存儲信息可以隨意修改、可以識別高速運動中的物體，可識別多個標簽，可以在惡劣環境下工作等優點。隨著該技術的不斷完善，在社會生產生活中的應用將越來越廣泛。例如商品防偽，國防軍事，物聯網(Internet of Things，IOT)，智能交通，電子門票，身份識別和一卡通等領域。

1 系統簡介
1．1 系統組成
RFID系統主要由電子標簽，天線，讀寫器和主機組成。電子標簽(Tag)，非接觸式IC卡，放在需要被識別的物體上，由耦合元件和芯片組成，標簽有內置天線，可以發送和接收信號；天線(Antenna)：完成無線信號的發送和接收；讀寫器(Reader)可以發送和接收命令，并與主機通信，執行主機命令；主機(Host)發送用戶命令和顯示接收數據。RFID系統根據工作頻段和工作方式具有不同的性能，應用于不同場合。
1)標簽 根據標簽是否有電源，分為有源和無源標簽；根據標簽的可讀寫性，分為只讀和讀寫標簽；根據調制方式，分為主動式、被動式和半主動式標簽；根據標簽和閱讀器發言順序，分為RTF(Reader Talk First)和TTF(Tag Talk First)；根據頻段的不同，分為低頻、高頻、超高頻和微波標簽。
2)天線 天線是一種以電磁波形式把無線電收發機的射頻信號功率接收或輻射出去的裝置。天線按其工作的頻段可分為短波、超短波、微波等天線；按方向性可分為全向、定向等天線；按外形可分為線狀、面狀等天線。
3)讀寫器 讀寫器是RFID系統的核心，其基本作用就是作為連接前向信道和后向信道的核心數據交換環節。
讀寫器與應用系統之間通信：讀寫器將標簽發來的調制信號，經過解調解碼后，通過USB、串口、網口等，將得到的信息傳給應用系統。應用系統可以給讀卡器發送相應的命令，控制讀寫器完成相應的任務。讀寫器可以將其有效射頻范圍內可以激活符合標準的多個電子標簽，可以同時識別多個標簽，具有防碰撞功能。
RFID系統基本工作原理是：閱讀器通過天線發出含有信息的一定頻率的調制信號；當電子標簽進入到閱讀器的工作區時，其天線通過耦合產生感應電流，從而為電子標簽提供相應的能量，此時標簽根據閱讀器發來的信息決定是否響應，是否發送數據；當閱讀器接收到電子標簽發送過來的信號，經過解調和解碼之后，將標簽內部的數據識別出來。
1．2 RFID的工作頻率
射頻卷標的工作頻率不僅決定著射頻識別系統的工作原理(電感耦合還是電磁耦合)、識別距離，還決定著射頻標簽及讀寫器實現的難易程度和設備的成本。
從功能方面來看，RFID標簽主要分為3種：只讀卷標、可重寫卷標、帶微處理器卷標。只讀型卷標的結構功能最簡單，包含的信息較少并且不能被更改；可重寫型卷標集成了容量為幾十字節到幾萬字節的閃存，卷標內的信息能被更改或重寫；帶微處理器卷標依靠內置式只讀存儲器中存儲的操作系統和程序來工作，出于安全的需要，許多標簽都同時具備加密電路。
工作在不同頻段或頻點上的射頻標簽具有不同的特點。射頻識別應用占據的頻段或頻點在國際上有公認的劃分，即位于ISM波段之中。典型工作頻率：125、133 kHz，13．56、27．12、433、902～928 MHz，2．45、5．8 GHz等。
1)低頻段射頻標簽 其工作頻率范圍為30～300 kHz。典型工作頻率有125，133 kHz。低頻標簽一般為無源標簽，其工作能量通過電感耦合方式從閱讀器耦合線圈的輻射近場中獲得。低頻標簽與閱讀器之間傳送數據時，低頻標簽需位于閱讀器天線輻射的近場區內。低頻標簽的閱讀距離一般情況下小于1 m。
2)中高頻段射頻標簽 中高頻段射頻標簽的工作頻率一般為3～30 MHz。典型工作頻率為13．56 MHz。該頻段的射頻標簽，從射頻識別應用角度來說，因其工作原理與低頻卷標完全相同，即采用電感耦合方式工作。另外，根據無線電頻率的一般劃分，其工作頻段又稱為高頻，所以也稱為高頻標簽。中頻標簽一般采用無源設計，其工作能量同低頻標簽一樣，也是通過電感(磁)耦合方式從閱讀器耦合線圈的輻射近場中獲得。中頻標簽的有效閱讀距離一般情況下小于1 m，其典型應用有電子車票、電子身份證、電子閉鎖防盜等。
3)超高頻與微波標簽 超高頻與微波頻段的射頻標簽，簡稱為微波射頻卷標，其典型工作頻率為433．92、862(902)～928 MHz，2．45、5．8 GHz。微波射頻卷標可分為有源卷標與無源卷標兩類。工作時，射頻卷標位于閱讀器天線輻射場的遠區場內，標簽與閱讀器之間的耦合方式為電磁耦合方式。閱讀器天線輻射場為無源標簽提供射頻能量，將有源標簽喚醒。相應的射頻識別系統閱讀距離一般大于1 m，典型情況為4～6 m，最大可達10 m以上。閱讀器天線一般均為定向天線，只有在閱讀器天線定向波束范圍內的射頻標簽才可被讀／寫。
1．3 RFID防沖突算法
1．3．1 防沖突的多址接入方式
RFID的多址接入方式主要有3類：
1)空分多址(SDMA)空分多址通過采用智能天線陣技術降低了對單個閱讀器識別距離的要求，空分多址對于UHF和微波頻率更有實用價值。目前RFID空分多址技術已被成功應用在馬拉松賽事，通過給每個運動員配置1個電子標簽，用標簽檢測運動員的到達時間。