RFID技术发展趋势调研文献综述

文献综述（或调研报告）：

引言

射频识别(ＲFID) 又称无线射频识别，是一种能够通过射频信号识别目标并进行数据交换的非接触式自动识别技术。ＲFID 技术凭借数据容量大、读写速度快、稳定性高、使用寿命长等优点得到了广泛应用。特别是在军事领域，ＲFID技术在装备管理、后勤保障及作战演习等方面已经展现出特有的优势，受到了众多国家的重视。

1 ＲFID 系统介绍
1.1系统组成

典型的射频识别系统由电子标签、读写器和后台数据管理系统组成， 如下图所示。

ＲFID 系统组成

1. 电子标签
   电子标签也称为射频标签或应答器，由耦合元件、芯片以及天线组成，每个标签具有独一无二的电子编码， 一般附着在被标识的物体表面，是ＲFID的数据信息载体，通常用来保存固定格式的数据［ 1］。按照数据调制方式的不同，电子标签一般可分为被动式、半主动式和主动式三类。表1对三种形式的标签做了比较［ 2］ 。特别要注意的是，半主动式标签也有内部电源，但只为内部计算提供能量，与读写器间实现数据通信所需的能量仍然要从读写器所发射的电磁波中获取。

表 1 三种形式的电子标签比较

1. 读写器
   读写器又叫阅读器或射频卡，主要由射频模块( 包括接收单元和发送单元) 、控制模块及读写天线构成，一般分为固定式和手持式。读写器通过电感耦合或电磁反向散射耦合与电子标签进行数据通信［ 3另外，读写器能够向上位机提供一些必要的信息，实现与数据管理系统的数据交换。
2. 后台数据管理系统
   一个完整的后台数据管理系统主要由中间件、信息处理系统和数据库组成，主要用来存储、处理ＲFID 系统的相关信息。作为后台数据管理系统的一个重要组成部分，中间件是一个独立的系统软件或服务程序，能够对数据进行过滤和处理，还具有对读写器进行协调控制和降低射频辐射等功能。

1.2 工作原理
ＲFID 系统的工作原理可以用下述流程总结:

1) 读写器通过天线向周围环境发出一定频率的射频信号， 检查是否有标签存在;
2）当标签进入读写器的有效扫描范围时， 产生的感应电流使标签获得能量并被激活;

3）标签通过自身的天线向读写器发送自身电子编码或其它数据;
4)读写器接收信号后对其进行解调和解码等处理， 然后通过串口或网口发送到后台数据管理系统;
5)后台数据管理系统根据逻辑运算验证该标签的合法性，针对不同的需求做出相应的处理并发出指令信号

1.3系统分类
ＲFID 系统的分类方式很多， 常见的分类方式
如下［ 4］ :

表 2 常见系统的特性参数及应用

按能源供给方式:有源系统、无源系统和半有源系统; 按技术实现手段: 广播发射式系统、倍频式系统和反射调制式系统; 按工作方式: 全双工系统、半双工系统和时序系统;按作用距离: 密耦合系统、遥耦合系统和远距离系统;按工作频率:低频系统、高频系统、超高频系统和微波系统。

工作频率一般指的是电子标签与读写器之间进行数据交换时所使用的射频信号频率。作为ＲFID系统的一个重要参数指标，工作频率的频段选取直接影响系统的经济成本、通信距离、应用场合以及使用寿命等。表2给出了几种常见工作频段ＲFID系统的特性、参数及应用［ 5-6

2 ＲFID 技术的起源与发展
ＲFID 技术最早起源于雷达技术的发展及应用。二战期间，英军根据雷达工作原理开发了敌我飞机识别系统，避免误伤己方飞机，对当时的侦察工作起到了举足轻重的作用［ 7］ 。1948年，Harry Stockman 发表了题为“Communication by Means of Ｒeflected Power” 一文，为 ＲFID 技术的发展奠定了理论基础。此后，ＲFID 技术得到了不断的发展。

20 世纪50年代，ＲFID 技术的研究处于探索阶段，基本上以理论研究为主，发表了大量的文章。60年代，是ＲFID 技术初步发展阶段，伴随电子物品防盗系统的产生，开始了ＲFID 技术在应用方面的尝试［ 8-9］。70年代，ＲFID 技术成为人们研究的热门话题，并在这段时期得到了大发展， 出现了一系列的研究成果，如车辆识别及自动化工厂等［ 10-11］。80年代，ＲFID 技术更加成熟，很快进入商业应用阶段，美国、日本以及欧洲多个国家在不同的领域都开始使用 ＲFID 系统。90年代， ＲFID 技术得到了迅猛的发展。1991 年，在美国俄克拉荷马州出现了世界上的第一个高速公路电子收费系统，该系统很快得到了大规

模的应用，这在 ＲFID 技术的发展史上具有划时代的意义［ 3］ 。

进入21 世纪后，ＲFID 技术的发展达到高潮，米粒大小芯片的产生、纸质芯片封装技术的实现以及天线技术的发展都为新功能 ＲFID系统的出现起到了极大的推动作用，ＲFID

技术拥有了更为广阔的应用前景。

3 军事应用
ＲFID 技术的应用领域很广，凭借其独特的优势受到了各个国家军方的重视，美国、英国、西班牙、澳大利亚、以色列等国家军方也将ＲFID 技术应用在军队医疗、搜索营救、身

份识别、武器装备管理以及联合行动及演习等方面［ 12 ～ 18］ 。

美军很早就开始将ＲFID 技术引入军事领域，已经建成了射频识别网络。美国国防部要求，自2007 年 1月 1日起，所有的后勤保障物资在单品、件包装上都必须贴有ＲFID标签，大大加强了对物资的采购、运输和配送过程中的可视性，提高了后勤保障能力，同时也实现了装备、材料等涉密载体的全过程精确化管理，减少了开支，极大程度地降低了管理风险。“芯片植入” 这个概念早在 21 世纪初就有人提出，奥巴马就任美国总统后，美军确认计划将 ＲFID 芯片植入士兵体内，实现对士兵的实时定位，监测士兵在战场上的健康状况，为军医的诊断提供可靠的数据信息，但这一计划在实施过程中遇到了一定的阻力［ 19-20］ 。2012 年5 月 29 日的《防务新闻》 报道了美国国防部正将美军 ＲFID 跟踪系统所采用的技术标准转为国际标准，这是美军长期以来在物资跟踪手段方面的一次重大变化，预计2014 年美军将全面实施国际标准。同年11 月 12日，法国空客公司宣布在其所有飞机部件上使用ＲFID 部件标记，这一举措对采用空客公司战机国家空军的信息化建设起到了一定的推动作用，不仅大幅提高了飞机部件的全寿命周期自动化管理水平，而且对作战状态下战机的部件监测、位置验证、信息查找、维护检修、配置更换等多方面都有着重要意义。中东是近几年美军作战的主战场，由于当地温度可达到 50 ～ 60 ℃ ，造成美军军需食物的保质期由两三年变为几星期或更短，每年因此而造成军费损失高达数百万美元。2014 年 1 月 29 日美国 USFOracle 报告称，佛罗里达大学研究人员花费五年时间， 耗资 670万美元， 研发了一种基于ＲFID 技术的温度监测系统，研究人员 Uysal 教授表示，该系统能够更精确地判断军需食物的保质期，并对食物的选择和运送的时机做出更明智的决定。西方一些发达国家也尝试利用 ＲFID 技术构建“虚假标签”，企图在战争条件下通过网络传输ＲFID 标签信息，干扰对方数据库。另外，随着空间作战的全面化，航空航天装备保障的需求日益突出，美国已着手充分运用ＲFID技术，结合相关软、硬件设施，构建航空航天装备保障全

维可视化系统平台，使各陆、海、空、天网络实现“无缝链接”，达到高效、精确协同性。

虽然ＲFID 技术在军事方面的应用有一定局限性，但前景还是相当诱人，随着ＲFID 技术的不断进步及各国军方的重视，其在军事上的应用也会更广泛、更普及，这必将在很大

程度上提升部队的战斗力。

4 存在的问题及发展趋势
4． 1 存在的问题

1) 技术问题
ＲFID 技术问题主要体现在三个方面: 首先是标签所附物品自身也是一种介质， 会对电磁信号产生一定的影响，尤其是金属介质对电磁波信号的屏蔽; 其次是碰撞问题， 当多个标签以相同的工作频率向读写器发送信号时， 会使读写器难以分辨， 这
常会造成信息的错误读取， 目前虽然有不确定性和确定性两种碰撞算法， 但分别存在过程复杂、延时长、信息泄露多等问题; 最后是标签天线的方向问题， 标签天线的相对位置及方向选取不正确可能会产生信号盲区， 在一定程度上影响信息的可读性。

2) 标准问题
目前， 在 ＲFID 技术领域存在诸多国际标准，如 ISO、EPC Global、UID( Ubiquitous ID) 等， 分别以在欧洲、美国和日本应用为主， 这就造成了无法完全统一的局面， 在某种程度上制约了 ＲFID 技术的发展。一个统一的国际标准既可以确保不同生产厂商生产的标签和读写器的通用性， 又能相互推动ＲFID 技术的发展， 促进全球范围内 ＲFID 市场需求的增长。

3) 成本问题
任何产品在生产之前必须考虑的一个因素就是成本。ＲFID 技术能给人们生活带来很大的便利， 但现阶段， 若大规模地推广应用势必将造成巨大的经济负担。

1. 安全问题
   ＲFID 系统的应用安全状况不容乐观， 到目前为止， 仍然没有可靠的安全机制。现有的 ＲFID 系统很难在满足特定应用需求的同时解决保密性、信息泄露和可追踪性等问题。如果 ＲFID 系统的安全性得不到保证， 用户之间的可信度将大大降低， 这
   将成为制约 ＲFID 技术广泛应用的重要因素之一。

4． 2 发展趋势
根据 ＲFID 实际应用中所暴露的问题以及国外的研究经验可知， ＲFID 技术的大范围推

广还有一段路要走。在这个过程中， 必将涉及以下几个方面［ 17］ :
1) 要考虑 ＲFID 技术与其它技术的融合， 发挥各自的优势， 实现多技术的完美结合;
2) 要注重电子标签、天线以及阅读器的创新与设计， 更大程度地节约成本;
3) 要向标准化方向发展， 从长远讲， 有国际化的标准才能规范 ＲFID 产品的研发和生产， 真正实现全球通用的目的;
4) 要着重开发 ＲFID 技术高频段的应用， 高频段识别距离远、体积小、安全性高等优势应更广泛地得到应用;
5) ＲFID 技术的安全性也将受到足够的重视。总之， ＲFID 技术将朝着标准化、新型化、低廉化、高频化及安全化方向发展。

5 结束语
ＲFID 技术曾被列为对人类生活产生巨大影响的十大技术之一， 最近几年的发展惊人， 在工业以及军事领域引发了一场前所未有的革命， 相信在未来很长一段时间内， ＲFID 技

术依旧会是业界讨论的一个热点。

参考文献
［1］ 乔永峰， 曹美玲． 射频识别技术研究． 工程控制计算机， 2010， 23( 6)
［2］ 元媛， 姜岩峰． 射频识别( ＲFID) 技术综述． 半导体技术， 2011， 32( 11) :
［3］ 付俊． 无线射频识别技术研究 ． 山西科技， 2009( 1)

［4］ 魏峰． 远距离射频识别系统关键技术的研究． 西安电子科技大学学位论文， 2009
［5］ 杜明，周杨． 无线射频识别技术与应用研究． 自动化技术与应用， 2010， 29( 5)
［6］ 张学军． ＲFID 系统防碰撞与安全技术研究． 南京邮电大学学位论文， 2011
［7］ 赛迪网． 三大问题阻碍 ＲFID 发展， 幻想变现实仍需时日． ＲFID 射 频 快 报， 2008-02-01http: / /cio． ccidnet．com /art /18439 /20080201 /1360737_1． html
［8］ Harrington Ｒ F． Theory of loaded scatterers． Proc． ofIEE， Vol． 111， 1964
［9］ Dinade． A new interrogation navigation and detection System． Microwave Journal，1967( 5)
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［11］ Kamata S， Kimura Y， Sakuragi J． Foreground subject-identifying apparatus． US Patent， Jan 1978
［12］ 王飞， 陈金鹰， 朱军． 物联网技术在未来军事中的应用探索． 通信与信息技术， 2012( 3)
［13］ 李敏． 基于 ＲFID 技术的涉密文件监控与防护技术研究． 信息安全与通信保密， 2007( 8)
［14］ 沈文涛， 卢朝辉． ＲFID: 让军事物流更有保障． 现代物流报， 2014-03-07
［15］ 廉国斌， 崔玉玲， 金华， 等． ＲFID 技术在军事领域中的应用研究． 物流科技， 2013( 2)
［16］ 杜秋生， 吴更生． 美军射频识别技术应用现状及存在的主要问题． 物流科技， 2011( 9)
［17］ 梁虎， 王厚辉， 杨若鹏． 无线射频识别技术的发展趋势及军事应用前景． 中国科技信息， 2008( 4)
［18］ 张玉辉， 侯著荣， 翟毅华． 基于射频识别技术的装备维修器材管理信息系统设计． 微计算机信息， 2004，20( 12)
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［20］ NTEB News Desk． Under OBAMA U． S． army working to implant all soldiers with ＲFID microchips． http: : / /www． nowtheendbegins． com /blog /? p = 9946， 2012-05-07

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引言

射频识别(ＲFID) 又称无线射频识别，是一种能够通过射频信号识别目标并进行数据交换的非接触式自动识别技术。ＲFID 技术凭借数据容量大、读写速度快、稳定性高、使用寿命长等优点得到了广泛应用。特别是在军事领域，ＲFID技术在装备管理、后勤保障及作战演习等方面已经展现出特有的优势，受到了众多国家的重视。

1 ＲFID 系统介绍
1.1系统组成

典型的射频识别系统由电子标签、读写器和后台数据管理系统组成， 如下图所示。

ＲFID 系统组成

1. 电子标签
   电子标签也称为射频标签或应答器，由耦合元件、芯片以及天线组成，每个标签具有独一无二的电子编码， 一般附着在被标识的物体表面，是ＲFID的数据信息载体，通常用来保存固定格式的数据［ 1］。按照数据调制方式的不同，电子标签一般可分为被动式、半主动式和主动式三类。表1对三种形式的标签做了比较［ 2］ 。特别要注意的是，半主动式标签也有内部电源，但只为内部计算提供能量，与读写器间实现数据通信所需的能量仍然要从读写器所发射的电磁波中获取。

表 1 三种形式的电子标签比较

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