2.3 RFID系统
2.3.1 系统组成及工作原理
近年来，RFID技术（以我国的第二代身份证及非接触公交卡为代表）得到了飞速的发展，也逐步走进了人们的生活。有人认为射频识别是一项新的技术发明，实际上在第二次世界大战期间，就已出现了这种技术。最初，利用雷达能够探测到空中是否有飞机，但并不能区别出是英国飞机还是德国飞机。而采用了射频识别技术以后，就能够区别出发射信号的是敌是友。可以说，射频识别在英国人赢得战争中发挥了重要作用。
所谓 RFID技术，即利用无线电波对记录媒体进行读写的一种自动识别技术。无线射频识别的距离从几厘米到几十米，且根据读写的方式，可以输入数千字节的信息，同时还具有极高的保密性和不可伪造性。典型的RFID应用系统如图2.5所示，包括标签（Tag）、读写器（Reader）和天线（Antenna），三部分协同工作，完成 RFID标签的识别。读写器和天线也可集成到一起以节省成本和减小体积。RFID系统根据标签可分为有源、无源系统。有源RFID系统识别距离较远，但标签需要电池供电，体积较大，寿命有限，而且成本高，限制了其应用范围。无源 RFID系统中的标签不需要电池供电，标签体积非常小，也可以按照用户的要求进行个性化封装，标签的理论寿命无限，价格低廉，但是识别距离比有源系统要短。
图2.5 RFID系统组成框图
RFID技术和其他识别技术相比，具有无须接触、自动化程度高、耐用可靠、识别速度快、适应各种工作环境、可实现高速和多标签同时识别等特点，在物流和供应链管理、门禁安防系统、道路自动收费、航空行李处理、文档追踪/图书馆管理、电子支付、生产制造和装配、物品监视、汽车监控、动物身份标识等领域都有广泛的应用前景。
埃森哲实验室首席科学家弗格森认为，与条形码相比，RFID用于物品识别有很多优势：
（1）可以识别单个的非常具体的物体，而不是像条形码那样只能识别一类物体；
（2）采用无线电，可以透过外部材料读取数据，而条形码必须靠激光扫描在可视范围内来读取信息；
（3）可以同时对多个物体进行识读，而条形码只能每次读取一个；
（4）储存的信息量非常大。
2.3.2 电子标签
RFID电子标签在某些特定的领域（如工厂自动化生产线、仓库中的物品管理或车站检票等）已经应用多年。随着技术的日益成熟，电子标签形态越来越小，成本越来越低，RFID越来越适用于商品包装和物流的管理。目前，国际上现在有两家权威的RFID电子标签标准研究机构，代表着RFID电子标签标准的发展方向。一个是1999年成立总部设在美国麻省理工学院（MIT）的Auto ID （自动识别），另一个是日本2003年3月成立的泛在 ID中心（Ubiquitous ID Center）。上述两个中心所推出的标准化规格有一些差别。例如，在“自动 ID中心”的规格中，以96位代码描述在电子标签中所容纳的数据，而“泛在 ID中心”则采用128位代码。“自动 ID中心”以利用互联网为前提探讨电子标签机制，而“泛在ID中心”则考虑在不连接因特网的情况下使用电子标签。目前两中心均已开发完成各自的基础架构。Auto ID中心提出的是由被称为 EPC的96位ID、管理ID信息的PML服务器以及检索PML服务器位置的ONS服务器组成的架构。泛在ID中心将应用面向T-engine的技术，包括128位ID和名为 ETP（Entity Transfer Protocol，实体传输协议）的专用协议，以及用于搜索IC标签和服务器位置的地址解析服务（Address Resolution Service, ARS）。标准的不统一是制约RFID得以推广的一个重要因素。
我国电子标签的生产和应用仅由一些行业标准支撑，各厂家自主开发的射频标签产品在容量、信息格式等方面不一致、不兼容。尽快制定出具有我国自主知识产权的“电子标签”国家标准，同时和目前国际的相关标准互通兼容，以促进中国的“电子标签”发展的标准化和规范化，是目前推广 RFID技术应用发展的必由之路。
2.3.3 读写器
RFID系统中电子标签和读写器工作时所使用的频率，称为 RFID工作频率。全球频谱管理由 ITU（国际电信联盟）控制负责，ITU 把全球分为欧洲/非洲区、美洲区和亚洲区三个区，在不同的频谱区域及各自的国家之间实际波段和规则的需求各不相同，所有的国家都各自制定如何使用各段频谱的法规，并且自由选择工作频段。为了确保电子标签在全球网络中能够正常工作，其工作频率应能适应兼容多频段的读写器，以适应各个国家和地区的频段和标准的多样化，使用户更好地实现信息共享。多频段兼容读写器能够在国际上比较通用的HF 13.56 MHz、UHF 868/915 MHz、2.4 GHz的三个频段上执行对电子标签的识别和数据采集操作，通过互联网通信协议与主机之间进行通信，接受主机命令实现主机对读写器的管理。读写器在 RFID系统中作为分布式客户端服务器的一部分采集数据并管理电子标签，在数据采集和管理的操作中无须人工干涉。读写器必须有可动态配置的软件与硬件相匹配，以便实现多频段兼容。可配置的后端多协议网络接口（TCP/IP）与主机之间进行通信，与中间件有良好的接口完成传送数据的任务，同时在实现功能需求的前提下保证合理的制造价格，以利于RFID系统推广和应用。
在整个物联网系统当中，电子标签和RFID 读写器实现了整个物联网系统的数据采集，所有在物联网中传输的数据，包括用于企业间信息交互和共享的所有数据，全部都是通过数据采集完成的。在物联网中，信息的采集是一项重要的基础性工作，其核心内容是实时、准确地获取不同节点处的分布式读写器所采集到的数据（电子标签中的数据信息），并根据业务的需求传输所需的数据。若是读写器数据采集出现误差或发生错误，后续的数据处理结果将无效。而如何正确、有效地从分布式读写器中采集数据，如何防止多个标签同时被一个读写器读取时的信息丢失，如何准确传输所获取的数据等问题，都是当前RFID系统研究的重点，也是物联网实现的基础。