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。

2）頻分多址（FDMA） 通過給閱讀器分配不同估道，降低閱讀器之間發生沖突的概率。

3）時分多址（TDMA） 基于TDMA方式的防沖突協議已被大多數國際標準采納，其中ALOHA協議和二進制樹協議就采用TDMA方式。

1．3．2 RFID防沖突算法的新進展

防沖突算法是RFID解決多目標識別的關鍵技術，具體可分為標簽防沖突和閱讀器防沖突2大類型。當閱讀器信號范圍內存在多個標簽，同一時刻有2個或以上的標簽向閱讀器發送信息時，就會產生標簽沖突，解決途徑是使用Aloha或二進制樹搜索防沖突算法。Aloha防沖突算法由于延遲時間和檢測時間是隨機分布的，是一種不確定性算法，可分為非時隙、時隙以及自適應Aloha防沖突算法，其中自適應Aloha方法的信道利用率最高。先對標簽的數量進行動態估計，然后根據一定的優化準適應選取延遲時間和幀長，其優點是能顯著提高識別速率，缺點是復雜度明顯提高。基于Aloha協議的防沖突算法不能完全解決沖突，可能存在“標簽饑餓”問題，即某特定標簽在很時間都沒有被識別。

2 RFID信息安全

RFID的保密性相對于條碼識別等傳統的識別系統具有較好的保密性，但是其數據非常容易受到攻擊，主要是芯片以及芯片在讀寫數據的過程中容易被他人攻擊。所以，保護存儲在RFID芯片數據的安全是一個關鍵的問題。最新的RFID標準重新設計了UHF空中接口協議，該協議用于管理從標簽到讀卡器的數據的移動，為芯片中存儲的數據提供了一些保護措施。新標準采用“一個安全的鏈路”，保護被動標簽免于受到大多數攻擊行為。當數據被寫入卷標時，數據在經過空中接口時被偽裝。從卷標到讀卡器的所有數據都被偽裝，所以當讀卡器在從卷標讀或者寫數據時數據不會被截取。一旦數據被寫入卷標，數據就會被鎖定，這樣只可以讀取數據，而不能被改寫，就是具有人們常說的只讀功能。

沒有可靠安全機制，對于只讀標簽中的數據信息無法進行很好的保密，對于可讀可寫標簽，還存在電子標簽上的信息被惡意更改的隱患。如果電子標簽中的信息被竊取甚至惡意更改，將來可能帶來無法估量的損失。

解決這些安全問題的一個途徑就是研究RFID標簽加密技術。加密技術可用來防止未授權的窺探者取得或篡改電子標簽信息，但目前只有少數RFID芯片能夠處理壓入加密鑰等較復雜的工作。此外，能夠處理這些工作的RFID標簽，都是市面上最昂貴的產品。因此，目前的RFID技術要想在對信息有保密要求的軍事等項目展開應用還存在著障礙。從國家安全的高度考慮，應該積極開發自己的RFID加密技術。

新的EPCgolbal超頻第二代協議標準增強了無源標簽的安全性能。據EPCglobal產品管理總監Sue Hutchinson介紹，新標準不僅提供了密碼保護，而且能對數據從標簽傳輸到讀取器的過程進行加密，而不是對標簽上的數據進行加密。

隱私安全問題主要體現在RFID標簽上。一種想法是“軟屏蔽器”（soft blocker）。它能加大對顧客的隱私偏好的保護，不過這是在商品已經購買之后。在銷售點，顧客會出示其會員卡，通過這張卡就能看到其隱私偏好的數據。“商品購買之后，銷售點就會立即對隱私數據進行更新，保證這些數據不會被某些讀取器讀取，比如供應鏈讀取器。”RSA實驗室RFID解決方案構架師Dan Bailey說。軟屏蔽器可能是解決RFID標簽隱私問題的一個好辦法，在EPCglobal第二代標簽中就加入了這種功能。

借鑒其他網絡技術。在零售商店中，或者在貨物從一個地點運輸到另一個地點的過程中，有很多機會可以覆蓋甚至修改RFID標簽上的數據。這種漏洞在公司用來處理貼有RFID標簽的貨箱、托盤或其他貨物的網絡上同樣存在。這些網絡分布在公司的配送中心、倉庫或商店的后臺。未經安全處理的無線網絡，給攔截數據帶來了機會。而在RFID讀取器的后端是非常標準化的互聯網基礎設施，因此，RFID后端的網絡存在的安全問題及其機會和互聯網是一樣的。

在讀取器后端的網絡中，完全可以借鑒現有的互聯網絡的各種安全技術。解決辦法是，確保網絡上的所有閱讀器在傳送信息給中間件（中間件再把信息傳送給企業系統）之前都必須通過驗證，并且確保閱讀器和后端系統之間的數據流是加密的。部署RFID閱讀器時應采取一些非常切合實際的措施，確保驗證后方可連入企業網絡，并且不會因為傳輸而被其他人竊取重要信息。比如，基于Symbol Technologies和ThingMa-gic等公司的技術的閱讀器支持標準的網絡技術，包括防止未授權者訪問的內置驗證方法。

為了防止有人竊聽RFID閱讀器發出的功率較高的信號，采用名為“無聲爬樹”的反竊聽技術的方法。Burt Kaliski表示，在RFID無線接口的限制范圍內，這種方法可確保閱讀器絕不重復發送標簽上的信息。RFID標簽上的數字不是由閱讀器播送，而是被間接引用，接收端中間件知道該如何解釋這些數字，而竊聽者卻不知道。

“透明”引發的數據危機雖然RFID技術的應用提高了整個供應鏈的透明度，但由此也引發了人們對數據安全的擔憂。企業對數據需要有很強的安全感，對于企業而言，他們的數據包括與他們業務相關的信息數據，不再僅僅是他們自己的數據，也是他們貿易伙伴的數據。

3 RFID技術的研究現狀

至今，RFID技術已經在很多領域中得到應用。射頻識別技術在國外發展得很快，RFID產品種類很多。在市場需求方面，世界上最頂尖的零售業巨頭沃爾瑪、Tesco、麥德龍要求其供應商提供的商品必須有RFID標簽；在中間軟件開發上，有微軟、甲骨文（Oracle）、Sun等IT巨頭宣布進軍RFID的軟件開發；在硬件設備供應上，Motorola、Alien、飛利浦、德州儀器、IBM等宣布針對日益成熟的RFID智能卡市場進行戰略聯盟；在技術標準方面，各國及相關國際組織都在積極推進RFID技術標準的制定，但是目前還沒有形成統一的國際標準，當前主要的標準有歐美的EPC規范，日本的UID（Ubiquitous ID）規范和ISO18000系列標準。

中國近年來也一直在大力發展RFID技術。目前，國內RFID產業鏈已經基本建立，主要集中在上海、深圳、北京等地，其中上海以芯片為主（如復旦微電子、上海華虹等），而深圳則以封裝、應用占優勢（如先施、遠望谷等），北京在系統集成方案等方面得到快速發展。

在實際應用方面，深圳先施科技推出眾多UHF頻段RFID讀寫器產品，其主力產品一體化讀寫器在國內停車場占有率居第1位；深圳遠望谷瞄準鐵道系統的鐵路車號識別的應用，開發的產品已經應用于鐵路系統；江蘇瑞福開發的UHF頻段RFID讀寫器在車輛管理、智能交通等領域有較好的應用。

雖然國內RFID技術在這幾年來取得了長足的進步，但是RFID技術的發展還任重道遠，現在，射頻識別技術在中國仍然處于一個剛剛起步的階段，其發展潛力巨大，前景誘人。

4 RFID應用現狀

4．1 RFID技術與無線傳感器技術結合

與無線傳感器網絡（Wireless Sensor Network，WSN）的結合，使RFID技術的發展向前一大步，電子標簽結合無線傳感器網絡，無線傳感器網絡發送數據，但是電子標簽并不僅僅是無線傳感器的網絡節點，因為在電子標簽和無線傳感器之間沒有一個自組織網絡進行數據傳遞；然而傳感器網絡能夠及時地傳遞電子標簽的詳細信息，傳感器網絡開發才剛剛起步，而傳感器網絡也有助于RFID技術的進一步發展。

RFID技術和無線傳感器技術結合，在協作式多邊定位算法（coIlaborative multilatemtion）的基礎上，融入網絡節點簇集的思想和迭代循環的思想，利用多個節點的定位信息來對未知節點進行定位，參與定位的節點越多，定位的精確度越高。同時應用迭代循環求精的方法進一步提高定位的精確度。

傳感器網絡一般不關心節點的位置，因此對節點一般都不采用全局標識，而RFID技術對節點的標識有著得天獨厚的優勢，將二者結合共同組成網絡可以相互彌補對方的缺陷，既可以將網絡的主要精力集中到數據上，當需要具體考慮到某個具體節點的信息的時候，也可以利用RFID的標識功能輕松地找到節點的位置。

4．2 RFID技術和NFC

近距離無線通信技術（Near Field Communication，NFC）是由Philips公司發起的，由Nokia，Sony等公司聯合推出的一項新的無線通信技術。起初，這項技術只是將RFID技術與網絡技術簡單的合并，但是現在已經演變成為一種短距離無線通信技術，其發展相當迅速，NFC工作在13．56 MHz，數據速率為106，212，424 Kb／s。最大通信距離為20 cm，傳輸速率取決于傳輸距離。NFC符合ISO18092和ECMA340定義的標準，而且兼容ISO14443標準，NXP公司的MIFARE和Sony公司的FliCa都兼容。

RFTD技術針對物流、交通、零售等多種行業，而NFC專門針對消費類電子產品，也可以說NFC是RFID技術的一種，是更加專門化的RFID技術，二者是密不可分的，NFC技術的普及需要RFID技術的支持，NFC技術支持移動支付業務，NFC手機與模塊結合，手機也具有支付功能，手機可兼容多種功能，比如城市一卡通。空中下載（Over-The-Air，OTA）技術是通過移動通信的空中接口對手機卡上的數據和業務進行遠程管理。使用內置NFC功能的手機可以坐公交、購物、就餐、充當電子錢包等等，使日常生活更加方便快捷，2006年Nokia與廈門移動公司和Philips公司合作啟動了全國首個NFC支付試點測試，同年Nokia與銀聯商務公司在上海啟動了第2個NFC測試點。NFC技術可以很好地解決實時和現場支付等，使用更加方便、快捷，所以NFC技術擁有很好的市場前景。

盡管如此，由于NFC是RFID技術的一個演變，所以其生產成本和相關的國際標準也會受到RFID技術的影響，目前，該技術得到了世界各國政府部門的大力支持，Nokia等全球知名企業也投入了大量的資源進行開發，在未來的幾十年，NFC技術和RFID技術必將走進每個人的生活。

4．3 RFID技術與3G

RFID技術應用到3G手機上可以實現實時的信息傳遞和上傳下載，在手機上查閱機票，天氣信息，交通路況等信息。未來RFID技術與3G技術的進一步發展將使人們的生活更加方便快捷。RFID和3G技術在物流運輸過程中的應用可以有效地解決貨物丟失的問題。但是其應用成本較高，一般的企業難以承擔，有待于技術水平的進一步提高，大規模的應用，降低成本。

5 RFID應用前景展望及未來的研究方向

目前，國際上許多大型軟件開發商和系統集成商已經開始進軍RFID軟件領域，SAP、Manhattan Associates、IBM公司以及其他一些公司都將推出各自的解決方案。而國內的技術力量還比較薄弱，很多廠商都將注意力放在RFID芯片技術上，對RFID的后端應用軟件以及對電子標簽在流通中的管理軟件的關注還比較少。這需要放眼長遠，時刻關注應用發展的進展及研究方向，將RFID的推廣應用真正落到實處。

據調查，2003年非商標類RFID適應器的產量是3億單位，2004年可增加到10億單位，商標類RFID卡將會從2003年的3億單位增加到2010年的650億單位。據IDC的預測，到2008年，僅用于在零售供應鏈中跟蹤貨物的RFID市場的規模就將接近13億美元。對于未來可能成為全球制造業中心的我國，RFID的市場應用更是無可限量。RFID與手機的結合使用，展現了一項新的應用領域，當把智能手機或電腦手機做成讀碼器，使RFID能進入到人們日常的工作和生活中，可以想像，其市場將會是多么的巨大。Nokia公司最近研制出適用于5140GSM手機的移動RFID工具包，說明RFID的大規模商用并不比3G的應用遙遠。值得注意的是，為適應RFID廣泛應用而建立的RFID支持驗證平臺，還需要有一個隨時隨地可接觸到的網絡，也就是一個開放的，全球地址唯一的Ineternet。因而IPv6也將是RFID所必需的。RFID技術不像條碼把產品條碼號暴露在外面會引起不安全性。采用條碼標簽的庫存管理，和RFID相比既費時，成本也不低，藍牙技術可能是一種解決方案，但它適用于少量的高頻帶應用，卻不能做到RFID適宜于在1小時內可支持幾百個低頻帶傳輸的應用。