射频识别技术基础

3.1.1　射频识别RFID技术基础

本节内容将按照RFID的定义、原理、发展以及特点几个方面对RFID技术进行介绍。

3.1.1.1　RFID的定义

RFID，即射频识别是一种非接触式的自动识别技术，又称电子标签，可通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。RFID是一种简单的无线通信系统，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID经常被称作感应式电子晶片或近接卡、感应卡、非接触卡、电子标签以及电子条码等。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。

最基本的RFID系统由三部分组成:标签(或者称为电子标签)、阅读器以及天线。电子标签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;阅读器是读取(有时还可以写入)标签信息的设备，可设计为手持式或固定式;天线在标签和读取器间传递射频信号。它的工作原理是，电子标签中一般保存有约定格式的电子数据，在实际应用中，电子标签附着在待识别物体的表面。阅读器可无接触地读取并识别电子标签中所保存的电子数据，从而达到自动识别的目的。通常阅读器与电脑相连，所读取的标签信息被传送到电脑上进行下一步处理，见图3－1。

图3－1　RFID的基本系统结构

RFID标签具有体积小、容量大、寿命长、可重复使用等特点，可支持快速读写、非可视识别、移动识别、多目标识别、定位及长期跟踪管理。RFID技术与互联网、通讯等技术相结合，可实现全球范围内物品跟踪与信息共享。RFID技术应用于物流、制造、公共信息服务等行业，可大幅提高管理与运作效率，降低成本。

3.1.1.2　RFID基本技术参数

可以用来衡量射频识别系统的技术参数比较多，比如系统使用的频率、协议标准、识别距离、识别速度、数据传输速率、存储容量、防碰撞性能以及电子标签的封装标准等，这些技术参数相互影响和制约。

其中，读写器的技术参数包括读写器的工作频率、读写器的输出功率、读写器的数据传输速度、读写器的输出端口形式和读写器是否可调等;电子标签的技术参数包括电子标签的能量要求、电子标签的容量要求、电子标签的工作频率、电子标签的数据传输速度、电子标签的读写速度、电子标签的封装形式、电子标签数据的安全性等。

1.工作频率

工作频率是射频识别系统最基本的技术参数之一。工作频率的选择在很大程度上决定了射频识别系统的应用范围、技术可行性以及系统的成本高低。从本质上说，射频识别系统是无线电传播系统，必须占据一定的无线通信信道。在无线通信信道中，射频信号只能以电磁耦合或者电磁波传播的形式表现出来。因此，射频识别系统的工作性能必然会受到电磁波空间传输特性的影响。

从电磁波的物理特性、识读距离、穿透能力等特性上来看，不同射频频率的电磁波存在较大的差异，特别是在低频和高频两个频段上。低频电磁波具有很强的穿透能力，能够穿透水、金属、动物等导体材料，但是传播距离比较近。另外，由于频率比较低，以及可以利用的频带窄，导致数据传输速率较低，信噪也比较低，容易受到干扰。

相比低频电磁波而言，要得到同样的传输效果，高频系统的发射功率较小，设备比较简单，成本也比较低。高频电磁波的数据传输速率较高，没有低频的信噪比限制。但是，高频电磁波的穿透能力较差，很容易被水等导体媒质所吸收，困此，高频电磁波对障碍物的敏感性较强。

2.作用距离

射频识别系统的作用距离指的是系统的有效识别距离。影响读写器识别电子标签有效距离的因素有很多，主要包括了以下因素:读写器的发射功率、系统的工作频率和电子标签的封装形式等。

其他条件相同时，低频系统的识别距离最近，其次是中高频系统和微波系统，尤以微波系统的识别距离最远。只要读写器的频率发生变化，系统的工作频率就会随之改变。

射频识别系统的有效识别距离和读写器的射频发射功率成正比。发射功率越大，识别距离也就越远，但是电磁波产生的辐射超过一定的范围时，就会对环境和人体产生有害的影响。因此，在电磁功率方面必须遵循一定的功率标准。

电子标签的封装形式也是影响系统识别距离的原因之一。电子标签的天线越大，即电子标签穿过读写器的作用区域内所获取的磁通量越大，存储的能量也越大。

应用项目所需要的作用距离取决于电子标签的定位精度、实际应用中多个电子标签之间的最小距离以及在读写器的工作区域内电子标签的移动速度。

通常在RFID的应用中，选择恰当的天线，即可适应长距离读写的需要。例如，Fast Track传送带式天线就是设计安装在滚轴之间的传送带上，REID载体则安装在托盘或产品的底部，以确保载体直接从天线上通过。

3.数据传输速率

对于大多数数据采集系统来说，速度是非常重要的因素。由于现在的生产企业不断缩短产品生产周期，要求读取和更新RFID载体的时间越来越短。

(1)只读速率。RFID只读系统的数据传输速率取决于代码的长度、载体数据发送速率、读写距离、载体与天线间载波频率以及数据传输的调制技术等因素。传输速率随实际应用中产品种类的不同而不同。

(2)无源读写速率。无源读写REID系统的数据传输速率决定因素与只读系统一样，不过除了要考虑从载体上读数据外，还要考虑往载体上写数据。传输速率随实际应用中产品种类的不同而有所变化。

(3)有源读写速率。有源读写RFID系统的数据传输速率决定因素与无源系统一样，不同的是无源系统需要激活载体上的电容充电来通信，而且很重要的一点是，一个典型的低频读写系统的工作速率可能仅为每秒100字节或每秒200字节。这样，由于在一个站点上可能会有数百字节数据需要传送，数据的传输时间就会需要数秒钟，这可能会比整个机械操作的时间还要长。EMS公司已经通过采用数项独到且专有的技术设计出一种低频系统，其速率高于大多数微波系统。

4.双工方式

射频识别系统的基本工作方式分为全双工(Full Duplex)系统和半双工(Half Duplex)系统以及时序(SEQ)系统。全双工表示射频标签与读写器之间可在同一时刻互相传送信息。半双工表示射频标签与读写器之间可以双向传送信息，但在同一时刻只能向一个方向传送信息。

在全双工和半双工系统中，射频标签的响应是在读写器发出的电磁场或电磁波的情况下发送出去的。因为与阅读器本身的信号相比，射频标签的信号在接收天线上是很弱的，所以必须使用合适的传输方法，以便把射频标签的信号与阅读器的信号区别开来。在实践中，人们对从射频标签到阅读器的数据传输一般采用负载反射调制技术将射频标签数据加载到反射回波上(尤其是针对无源射频标签系统)。

时序方法则与之相反，阅读器辐射出的电磁场会短时间地、周期性地断开。这些间隔被射频标签识别出来，并被用于从射频标签到阅读器的数据传输。其实，这是一种典型的雷达工作方式。时序方法的缺点是，在阅读器发送间歇，射频标签的能量供应中断，这就必须通过装入足够大的辅助电容器或辅助电池进行补偿。

5.安全要求

安全要求一般指的是加密和身份认证。对一个计划中的射频识别系统应该就其安全要求作出非常准确的评估，以便从一开始就能将在应用阶段可能会出现的各种危险攻击予以排除。为此，要分析系统中存在的各种安全漏洞以及攻击出现的可能性等。

6.存储容量

数据载体存储量的大小、方式不同，系统的价格也不同。数据载体的价格主要是由电子标签的存储容量确定的。RFID主要使用三种方法存贮数据:电可擦可编程只读存贮器(EEPROM)、铁电随机存取存贮器(FRAM)、静态随机存取存贮器(SRAM)。

对于价格敏感、现场需求少的应用，应该选用固定编码的只读数据载体。对一般的射频识别系统来说，使用电可擦可编程只读存贮器是主要方法。然而，使用这种方法的缺点是写入过程中的功率消耗很大，使用寿命一般为写入10万次。此外，也可以使用一种非易失类存贮器，即铁电随机存取存贮器。与电可擦可编程只读存贮器相比，铁电随机存取存贮器的写入功率消耗是前者的1/100，写入时间是前者的1/1000。对微波系统来说，还可以使用静态随机存取存贮器，该存贮器能很快写入数据。为了永久保存数据，该存贮器需要用辅助电池作不中断的供电。

基于存储器的系统有一个基本的规律，那就是存储容量总是不够用。只读载体的存储容量为20bit，有源读写载体的存储容量从64B到32KB不等，也就是说在可读写载体中可以存储数页文本，这足以装入载货清单和测试数据，并允许系统扩展。无源读写载体的存储空间从48B到736B不等，它有许多有源读写系统所不具有的特性。

7.RFID系统的连通性

作为自动化系统的发展分支，RFID技术必须能够集成现存的和发展中的自动化技术。重要的是，REID系统应该可以直接与个人计算机、可编程逻辑控制器或工业网络接口模块(现场总线)相连，从而降低安装成本。连通性使RFID技术能够提供灵活的功能，易于集成到广泛的工业应用中去。

8.多电子标签同时识读性

由于系统可能需要同时对多个电子标签进行识别，因此，对读写器提供的多标签识读性也需要考虑。这与读写器的识读性能、电子标签的移动速度等都有关系。

9.电子标签的封装形式

针对不同的工作环境，电子标签的大小、形式决定了电子标签的安装与性能的表现，电子标签的封装形式也是需要考虑的参数之一。电子标签的封装形式不仅影响到系统的工作性能，而且影响到系统的安全性能和美观。

对射频识别系统性能指标的评估十分复杂，因为影响射频识别系统整体性能的因素很多，包括了产品因素、市场因素以及环境因素等。

3.1.1.3　RFID发展历史及现状

1.RFID的历史发展阶段

RFID技术来源于雷达领域。1948年，哈里·斯托克曼发表的《利用反射功率的通讯》一文奠定了射频识别的理论基础。

到了20世纪，无线电技术的理论与应用研究是科学技术发展最重要的成就之一。RFID技术的发展可大概的分为下面的几个阶段:

(1)20世纪40年代末到60年代末，RFID处于技术理论研究与发展以及相应的应用研究与探索时期;

(2)20世纪70年代到90年代初，RFID技术与产品研发处于一个大发展时期，各种RFID技术测试得到加速，各种规模的应用开始出现;

(3)20世纪90年代到本世纪初，RFID得到迅速的发展，技术标准化问题日趋得到重视，RFID产品得到广泛采用，RFID产品逐渐成为人们生活中的一部分。

(4)最近10年来，标准化问题日趋为人们所重视，RFID产品种类更加丰富，有源电子标签、无源电子标签及半无源电子标签均得到发展，电子标签成本不断降低，规模应用行业不断扩大，RFID技术的理论得到丰富和完善。单芯片电子标签、多电子标签识读、无线可读可写、无源电子标签的远距离识别、适应高速移动物体的RFID正在成为现实。

2.全球RFID产业发展现状

从全球来看，美国已经在RFID标准的建立、相关软硬件技术的开发和应用领域走在了世界的前列。欧洲的RFID标准追随美国主导的EPCglobal标准，而在封闭系统应用方面，欧洲与美国基本处在同一阶段。日本虽然已经提出UID标准，但主要得到的是本国厂商的支持，如要成为国际标准还有很长的路要走。韩国政府对RFID给予了高度重视，但至今韩国在RFID方面的标准仍模糊不清。

(1)美国

在产业方面，TI、Intel等美国集成电路厂商目前都在RFID领域投入巨资进行芯片开发。Symbol等已经研发出同时可以阅读条形码和RFID的扫描器。IBM、微软和HP等也在积极开发相应的软件及系统来支持RFID的应用。目前，美国的交通、车辆管理、身份识别、生产线自动化控制、仓储管理及物资跟踪等领域已经开始应用RFID技术。在物流方面，美国已有100多家企业承诺支持RFID应用，其中包括零售商沃尔玛，制造商吉列、强生、宝洁，物流行业的联合包裹服务公司以及国防部的物流应用等。

美国政府是RFID应用的积极推动者。按照美国防部的合同规定，2004年10月1日或者2005年1月1日以后，所有军需物资都要使用RFID标签;美国食品及药物管理局(FDA)建议制药商从2006年起利用RFID跟踪最常造假的药品;美国社会福利局(SSA)于2005年年初正式使用RFID技术追踪SSA各种表格和手册。

(2)欧洲

在产业方面，欧洲的Philips、STMicroelectronics在积极开发廉价RFID芯片; Checkpoint在开发支持多系统的RFID识别系统;诺基亚在开发能够基于RFID的移动电话购物系统;SAP则在积极开发支持RFID的企业应用管理软件。在应用方面，欧洲在交通、身份识别、生产线自动化控制、物资跟踪等封闭系统与美国基本处在同一阶段。目前，欧洲许多大型企业纷纷进行RFID的应用实验。例如，英国的零售企业Tesco最早于2003年9月结束了第一阶段试验。试验由该公司的物流中心和英国的两家商店进行，试验主要对物流中心和两家商店之间的包装盒及货盘的流通路径进行追踪，使用的是915MHz频带。

(3)日本

日本是一个制造业强国，它在电子标签研究领域起步较早，政府也将RFID作为一项关键的技术来发展。MPHPT在2004年3月发布了针对RFID的《关于在传感网络时代运用先进的RFID技术的最终研究草案》报告。报告称，MPHPT将继续支持测试在UHF频段的被动及主动的电子标签技术，并在此基础上进一步讨论管制的问题。2004年7月，日本经济产业省METI选择了包括消费电子、书籍、服装、音乐CD、建筑机械、制药和物流在内的七大产业进行RFID应用试验。从近来日本RFID的动态来看，与行业应用相结合的基于RFID技术的产品和解决方案开始集中出现，这为2005年RFID在日本的推广，特别是在物流等非制造领域的推广奠定了坚实的基础。

(4)韩国

韩国主要通过国家发展计划联合企业力量来推动RFID的发展，即主要是由产业资源部和情报通信部来推动RFID的发展。特别值得注意的是，自2004年3月韩国提出IT839计划以来，RFID的重要性得到了进一步加强。虽然目前韩国在RFID的开发和应用领域乏善可陈，但在韩国政府的高度重视下，韩国关于RFID的技术开发和应用试验正在快速开展。同日本类似，韩国也出现了将RFID引入开放系统的趋势。2005年3月，韩国政府耗资7.84亿美元在仁川建立技术中心，主要从事电子标签技术，包括RFID的研发及生产，以帮助韩国企业快速确立其在全球RFID市场的主流地位。该中心的建设在2007年前完成，RFID标签和传感器在2008年批量出货。

3.RFID市场前景

随着RFID技术的发展演进以及成本的降低，未来几年内，全球开放的市场将为RFID带来巨大的商机。

据F＆S公司预测，到2009年，全球RFID市场将从2003年的20亿美元猛增到100亿美元。该公司将这个市场分为门禁控制、资产管理、供应链管理和交通运输四大类，此外，还有其他类的应用，包括运动和医疗卫生。该公司的分析认为，仅安全类的应用将占到全球100亿美元份额中的30亿美元市场，而供应链的需求量届时会达到40亿美元。

此外，RFID的系统集成服务市场也将得到快速增长。据预测，RFID技术的系统集成收入到2007年将超过RFID产品的收入。

3.1.1.4　RFID的工作原理

在RFID系统中，电子标签又称为射频标签、应答器、数据载体;阅读器又称为读出装置、扫描器、通讯器、读写器(取决于电子标签是否可以无线改写数据)。电子标签与阅读器之间通过耦合组件实现射频信号的空间(无接触)耦合，在耦合通道内根据时序关系实现能量的传递和数据的交换。

RFID技术的基本工作原理并不复杂，即当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存储在芯片中的产品信息(Passive Tag，无源标签或被动标签)，或者由标签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，将其送至中央信息系统进行有关数据处理。

一套完整的RFID系统由阅读器(Reader)与电子标签(TAG)也就是所谓的应答器(Transponder)及应用软件系统三个部份所组成，其工作原理是Reader发射一特定频率的无线电波能量给Transponder，用以驱动Transponder电路将内部的数据送出，此时Reader便依序接收解读数据，并将其送给应用程序做相应的处理。

发生在阅读器和电子标签之间的射频信号的耦合类型有两种:一是电感耦合，属于变压器模型，通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电磁感应定律;二是电磁反向散射耦合，属于雷达原理模型，发射出去的电磁波碰到目标后反射，同时携带回目标信息，依据的是电磁波的空间传播规律。

电感耦合方式一般适合于中、低频工作的近距离射频识别系统中，典型的工作频率有125kHz、225kHz和13.56MHz，识别作用距离小于1m，典型作用距离为10～20cm。

电磁反向散射耦合方式一般适合于高频、微波工作的远距离射频识别系统，典型的工作频率有433MHz、915MHz、2.45GHz、5.8GHz，识别作用距离大于1m，典型作用距离为3～10m。

阅读器根据使用的结构和技术不同可以是读或读/写装置，它是RFID系统的信息控制中心和处理中心。阅读器通常由耦合模块、收发模块、控制模块和接口单元组成。阅读器和应答器之间一般采用半双工通信方式进行信息交换，同时阅读器通过耦合给无源应答器提供能量和时序。在实际应用中，可进一步通过Ethernet或WLAN等实现对物体识别信息的采集、处理及远程传送等管理功能。应答器是RFID系统的信息载体，目前应答器大多是由耦合原件(线圈、微带天线等)和微芯片组成无源单元。

3.1.1.5　RFID的分类和特点

根据不同的标准RFID有不用的分类方式。按照能量供给方式的不同，RFID标签分为有源、无源和半有源三种;按照工作频率的不同，RFID标签分为低频(LF)、中高频(HF)、超高频(UHF)和微波频段(MW)的标签;根据双工通信的方式，可以将RFID分为全双工和半双工标签。根据标签的数据调制方式分类，标签的数据调制方式即标签是通过何种形式与读头之间进行数据交换，RFID可分为主动式、被动式和半主动式。根据标签的可读性分类，射频标签内部使用的存储器类型不一样，可以分为可读写卡(RW)、一次写入多次读出卡(WORM)和只读卡(RO)。只读卡标签内一般只有只读存储器(ROM)、随机存储器(RAM)和缓冲存储器，而可读写卡一般还有非活动可编程记忆存储器。这种存储器除了具有存储数据的功能，还具有在适当条件下允许多次写入数据的功能。根据RFID系统标签和读头之间的通信工作时序分类，时序指的是读头和标签的工作次序问题，可分为读头主动唤醒标签(Reader Talk First，RTF)和标签首先自报家门(Tag Talk First，TTF)的方式。一般来说，无源标签一般是TTF方式，TTF系统通信协议比较简单，防冲撞能力更强，速度更快。

射频标签的工作频率也就是射频识别系统的工作频率，射频标签的工作频率不仅决定着射频识别系统工作原理、识别距离，还决定着射频标签及读写器实现的难易程度和设备的成本。工作在不同频段或频点上的射频标签具有不同的特点。

1.低频射频标签

简称为低频标签，其工作频率范围为30kHz～300kHz。低频标签一般为无源标签，其工作能量通过电感耦合方式从阅读器耦合线圈的辐射近场中获得。低频标签与阅读器之间传送数据时，低频标签需位于阅读器天线辐射的近场区内。低频标签的阅读距离一般情况下小于1m。

低频标签的主要优势体现在:省电、廉价;工作频率不受无线电频率管制约束;可以穿透水、有机组织、木材等;非常适合近距离的、低速度的、数据量要求较少的识别应用等。低频标签的劣势主要体现在:标签存贮数据量较少;只能适合低速、近距离识别应用。

低频标签的典型应用包括动物识别、容器识别、工具识别、电子闭锁防盗(带有内置应答器的汽车钥匙)等。

2.高频射频标签

高频标签有时也称中高频标签，工作频率一般为3MHz～30MHz。因其工作原理与低频标签完全相同，即采用电感耦合方式工作，一般也以无源方式为主，其工作能量同低频标签一样，也是通过电感(磁)耦合方式从阅读器耦合线圈的辐射近场中获得。标签与阅读器进行数据交换时，标签必须位于阅读器天线辐射的近场区内。高频标签的阅读距离一般情况下也小于1m。

高频标签的特点与低频标签基本相似，由于其工作频率的提高，可以选用较高的数据传输速率。射频标签天线设计相对简单，标签一般制成标准卡片形。

3.超高频射频、微波频段标签

超高频与微波频段的射频标签简称为微波射频标签，其典型工作频率为: 433.92MHz、862(902)MHz～928MHz、2.45GHz、5.8GHz。

微波射频标签可分为有源标签与无源标签两类。射频标签位于阅读器天线辐射场的远区场内，标签与阅读器之间的耦合方式为电磁耦合方式。阅读器天线一般均为定向天线，只有在阅读器天线定向波束范围内的射频标签可被读/写。相应的射频识别系统阅读距离一般大于1m，典型情况为4～6m，最大可达10m以上。

目前，无源微波射频标签产品相对集中在902MHz～928MHz工作频段上。2.45GHz和5.8GHz射频识别系统多以半无源微波射频标签产品出现(半无源标签一般采用钮扣电池供电，具有较远的阅读距离)。

微波射频标签的典型特点主要集中在是否无源、无线读写距离、是否支持多标签读写、是否适合高速识别应用、读写器的发射功率容限、射频标签及读写器的价格等方面。典型的微波射频标签的识读距离为3～5m，个别有达10m或10m以上的产品。微波射频标签的数据存贮容量一般限定在2K以内，再大的存贮容量几乎没有太大的意义。

微波射频标签的典型应用包括移动车辆识别、电子身份证、仓储物流应用、电子闭锁防盗(电子遥控门锁控制器)等。

目前国际上RFID应用以低频和高频标签产品为主，超高频标签开始规模生产，由于其具有可远距离识别和低成本的优势，未来将成为射频识别的主流，而微波标签在部分国家已经得到应用。

3.1.1.6　RFID与条形码

为了提高计算机的识别效率，增强其灵活性和准确性，使人们摆脱繁杂的统计识别工作，传统条形码、二维条形码、无线射频识别技术先后问世。

1.一维条形码

一维条形码技术相对成熟，并在全世界得到了极为广泛的应用。传统条形码由一组按一定编码规则排列的条、空符号组成，表示一定的字符、数字及符号信息。条形码系统是由条形码符号设计、条形码制作以及扫描阅读组成的自动识别系统，是迄今为止使用最为广泛的一种自动识别技术。到目前为止，常见的条形码的码制大概有20多种，其中广泛使用的码制包括EAN码、Code39码、交叉25码、UPC码、128码、Code93码以及CODABAR码等。不同的码制具有不同的特点，同时适用于特定的应用领域。作为计算机数据采集手段，一维条形码以快速、准确、成本低廉等诸多优点迅速进入商品流通、自动控制、以及档案管理等各种领域。但是由于传统条形码是一维的，它在垂直方向上不带任何信息，信息密度低，而且不能够显示汉字，容易因为磨损或皱折而被拒读，这在很大程度上限制了传统条形码的应用范围。

2.二维条形码技术

20世纪70年代，计算机自动识别领域中出现了二维条形码技术，这是在传统条形码基础上发展起来的一种编码技术，它将条形码的信息空间从线性的一维扩展到平面的二维，具有信息容量大、成本低、准确性高、编码方式灵活、保密性强等诸多优点。与一维条形码只能从一个方向读取数据不同，二维条形码可以从水平、垂直两个方向来获取信息，因此，其包含的信息量远远大于一维条形码，并且还具备自纠错功能。但二维条形码的工作原理与一维条形码却是类似的，在进行识别的时候，将二维条形码打印在纸带上，阅读条形码符号所包含的信息，需要一个扫描装置和译码装置，统称为阅读器。阅读器的功能是把条形码条符宽度、间隔等空间信号转换成不同的输出信号，并将该信号转化为计算机可识别的二进制编码输入计算机。扫描器又称光电读入器，它装有照亮被读条码的光源和光电检测器件，并且能够接收条码的反射光，当扫描器所发出的光照在纸带上，每个光电池根据纸带上条码的有无来输出不同的图案，来自各个光电池的图案组合起来产生一个高密度信息图案，经放大、量化后送译码器处理。译码器存储有需译读的条码编码方案数据库和译码算法。在早期的识别设备中，扫描器和译码器是分开的，目前的设备大多已合成一体。

二维条形码具有下面几个主要特点:

(1)存储量大

二维条形码可以存储1100个字，比起一维条形码的15个字，存储量大为增加，而且能够存储中文，其资料不仅可应用在英文、数字、汉字、记号等方面，甚至也可以处理空白，而且尺寸可以自由选择，这也是一维条形码做不到的。

(2)抗损性强

二维条形码采用故障纠正的技术，遭受污染以及破损后也能复原，即使条码受损程度高达50%，仍然能够解读出原数据，误读率为6100万分之一。

(3)安全性高

二维条形码中采用了加密技术，所以其安全性大幅度提高。

(4)可传真和影印

二维条形码经传真和影印后仍然可以使用，而一维条形码在经过传真和影印后机器就无法进行识读。

(5)印刷多样性

对于二维条形码来讲，它不仅可以在白纸上印刷黑字，还可以进行彩色印刷，而且印刷机器和印刷对象都不受限制，印刷起来非常方便。

(6)抗干扰能力强

与磁卡、IC卡相比，二维条形码由于其自身的特性，具有强抗磁力、抗静电能力。

由于自身的优势，二维条形码技术在全世界得到广泛的应用，现已应用在国防、公共安全、交通运输、医疗保健、工业、商业、金融、海关及政府管理等领域。

3.RFID技术

射频识别技术改变了条形码技术依靠有形的一维或二维几何图案来提供信息的方式，而是通过芯片来提供存储在其中的数量更大的无形信息。它最早出现在20世纪80年代，最初应用在一些无法使用条码跟踪技术的特殊工业场合，例如在一些行业和公司中，这种技术被用于目标定位、身份确认及跟踪库存产品等。射频识别技术起步较晚，至今没有制订出统一的国际标准，但是射频识别技术的推出绝不仅仅是信息容量的提升，它对于计算机自动识别技术来讲是一场革命，它所具有的强大优势会大大提高信息的处理效率和准确度。

与条形码识别系统相比，无线射频识别技术具有很多优势:可以通过射频信号自动识别目标对象，无需可见光源;具有穿透性，可以透过外部材料直接读取数据，保护外部包装，节省开箱时间;射频产品可以在恶劣环境下工作，对环境要求低;读取距离远，无需与目标接触就可以得到数据;支持写入数据，无需重新制作新的标签;使用防冲突技术，能够同时处理多个射频标签，适用于批量识别场合;可以对RFID标签所附着的物体进行追踪定位，提供位置信息。

由于RFID产品的优点，无线射频识别技术发展得很快，已被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域，如汽车或火车等交通监控系统、高速公路自动收费系统、物品管理、流水线生产自化、门禁系统、金融交易、仓储管理、畜牧管理、车辆防盗等。在澳大利亚，RFID技术被用于机场旅客行李管理，提高了机场的工作效率，收到了理想的效益;而在地球的另一面，欧共体宣布1997年开始生产的新型汽车必须具有基于RFID技术的防盗系统;瑞士国家铁路局也将在瑞士的全部旅客列车上安装RFID自动识别系统，调度员可以实时掌握火车运行情况，这不仅有利于管理，还大大减少发生事故的可能性;德国汉莎航空公司正在尝试用RFID电子标签来代替飞机票，从而改变了传统的机票购销方式。时至今日，射频识别技术的新应用仍然层出不穷。

4.RFID与条形码

射频技术与条形码是两种不同的技术，有不同的适用范围，有时会有重叠。两者之间最大的区别在于，条形码是可视技术，扫描仪在人的指导下工作，只能接收它视野范围内的条形码。相比之下，射频识别不要求看见目标。射频标签只要在接受器的作用范围内就可以被读取。条形码本身还具有其他缺点，如果标签被划破、污染或是脱落，扫描仪就无法辨认目标。条形码只能识别生产者和产品，并不能辨认具体的商品，贴在所有同一种产品包装上的条形码都一样，无法辨认哪些产品先过期。FRID与条形码的关系与区别见表3－1。

表3－1　RFID和条形码的关系与区别

3.1.1.7　RFID应用分析

一套完整的RFID系统解决方案包括标签设计及制作工艺、天线设计、系统中间件研发、系统可靠性研究、读卡器设计和示范应用演示六部分。它不仅广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理和身份认证等多个领域，还在仓储物流管理、生产过程制造管理、智能交通、网络家电控制等方面引起了众多厂商的关注。

1.RFID技术的三层结构

RFID技术分为三个层次，即支撑层、基础层和应用层。

支撑层技术主要是指RFID的芯片技术，包括标签芯片的设计工艺、加工工艺、封装工艺以及天线的印刷工艺，而且，阅读器数字信号处理芯片的设计也不可忽视。应该说，支撑层技术实际上是RFID应用的原动力。

基础层技术主要是指不同场景下的应用环境构造，包括标签信息的写入读出、与对象捆绑、阅读器内部设计和嵌入式系统编程等。基础层技术也是RFID技术与市场应用的结合点和桥梁。

应用层技术主要是指后台软件对信息的进一步分析、判断与处理，包括数据跟踪、数据挖掘和信息共享等内容，这也是RFID技术跃升为“物联网”的重要前提之一。由于可以对标签内的信息进行重新写入，因此RFID不再是一个静态的货物标识，它反映了货物与货主之间的互动作用，并且RFID的动态作用又使得RFID与企业和社会之间能够保持联系。从这个意义上讲，RFID代表了现代工业社会对生产、运输、销售到消费的全方位信息处理及服务过程。

为便于说明问题，我们以一个标签中储存的产品信息为线索来追踪一个信息流是如何在物流应用中起到作用的。在这里，我们实际上暂时抛开了支撑层硬件技术，而只是在基础层和应用层两个技术层次上进行探讨。当然，支撑层技术并非不重要，相反，从这个角度我们便可以和国外的大公司、大企业站在同一个高度上思考问题。

首先还是要有标准。标准定义了产品信息的编码规范，并为该件产品赋予一个排他的代码，这就是信息流的源泉。接着，这个代码被写入RFID标签中，并在未来反复被阅读器读出。如果阅读器没有与外部网络连接，那么信息流的传递到阅读器便告一段落，实现的只能是货品检查、简单销售等功能。而在大多数情况下，阅读器读出的信息流会传递到与之连接的互联网上，通过物联网的时空模型对其离散时空信息进行连续化，再以Web服务作为解决方案提供注册、搜寻、交换和使用该信息流的标准，并为产品—消费链提供高层信息的协同处理机制，实现物品跟踪、物流运输、资产管理、售后服务等功能。如果能够再进一步进行数据挖掘，还可以实现更加丰富的功能。在这个信息流传递的过程中，任何一个环节都需要标准，比如描述阅读器与标签之间的交互标准 EPC Tag Data Standards和描述阅读器与互联网之间的交互标准PML Core Specification。

其次，RFID技术的推广应用也同样重要。我们需要选择那些应用广泛、具备较强实力、单件货品价格校高、个性化程度较高的行业，如烟草、集装箱码头、图书出版业、图书馆、家电制造业、海关行李托运等领域进行推广。至于应用的具体时间，一方面有人认为RFID技术的行业级推广应用已经迫在眉睫，任何人都无法对它无动于衷;而另一种观点却又异常冷静，他们认为RFID技术的全面应用至少需要10年左右的时间。Gartner甚至认为，“RFID技术在短期内将不会达到人们对它的期望，RFID将经历不可避免的失望”。

2.RFID存在的问题

目前RFID的应用仍然面临着一些困难，其中的几个关键问题是系统的成本、标准和技术。

成本是RFID推广应用的瓶颈之一，即电子标签的价格相对较高(相对条码标签而言)。有人开玩笑说，如果想要一家企业难堪，只要问它一个问题足矣，这就是成本。市场对于标签成本的追求总是没有尽头，从20美分到10美分，现在又到了5美分，也许还会更低。

对于不同功率以及不同性能的RFID系统，其读写距离不同，电子标签产品价位也大不相同。在我国国产的RFID公司生产的产品中，低频无源电子标签价格大约为2元人民币/张，中频无源电子标签价格大约为4元人民币/张，高频无源电子标签产品目前尚未出现。在国外企业中，TI公司的RFID产品的性能走在了同类产品的前列，它目前能够提供的远距离无源低频电子标签的最低售价为25美分左右(其最远读写距离能达到1m左右)。虽然有关研究预测，当RFID大规模应用后，电子标签价格能够降到5美分左右，但如果加上阅读器及后端软件系统，RFID系统的投入相对条形码系统则要高得多。

标准之争也就是利益之争，甚至可以说是国家利益之争。标准的确定不仅仅依赖于技术层面问题的解决，更依赖于各方面力量的协调。到目前为止，各个RFID企业所采用的大多是专有技术，所使用的频率、编码、存储规则以及数据格式等都不尽相同。阅读器和标签不能通用，企业与企业之间就无法顺利进行数据的交换与协同工作，从而把RFID技术的应用范围局限在了某个企业的内部。

国外几种标准之间的明争暗斗也使得中国RFID国家标准工作组左右为难。美国使用915MHz，欧盟要求868MHz，而日本定为950MHz～956MHz，中国标准则还是未明确。也许为了与国际兼容，我们还要考虑一个多频技术的问题。但是这势必又将提高芯片的成本，从而产生新的问题。正是因为国际上存在着这些不确定因素，所以中国国家标准迟迟无法揭开面纱，而EPC与RFID政策白皮书也仍在观望阶段。

此外，虽然RFID电子标签的单项技术已经趋于成熟，但在集成应用中还需要攻克大量的技术难题。还有一个问题就是识别率。不同性质的物品对无线电信号的干扰是不同的，通常，纸质、木质产品、农产品等对电磁信号的影响很小，在这种情况下，RFID标签的准确识别率可以达到90%以上，但是，由于液体和金属制品等对无线电信号的干扰很大，RFID标签的准确识别率目前只有80%左右，离“放心使用”的要求相去甚远，与大规模实际应用所要求的成熟程度之间尚有一定差距。