射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification，RFID），又稱電子標(biāo)簽（E-Tag），是一種利用射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)信息的技術(shù)。RFID 最早的應(yīng)用可追溯到第二次世界大戰(zhàn)中用于區(qū)分聯(lián)軍和納粹飛機(jī)的“敵我辨識(shí)”系統(tǒng)。隨著技術(shù)的進(jìn)步，RFID 應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大，現(xiàn)已涉及到人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€(gè)方面，并將成為未來(lái)信息社會(huì)建設(shè)的一項(xiàng)基礎(chǔ)技術(shù)。RFID 典型應(yīng)用包括：在物流領(lǐng)域用于倉(cāng)庫(kù)管理、生產(chǎn)線自動(dòng)化、日用品銷售；在交通運(yùn)輸領(lǐng)域用于集裝箱與包裹管理、高速公路收費(fèi)與停車收費(fèi)；在農(nóng)牧漁業(yè)用于羊群、魚(yú)類、水果等的管理以及寵物、野生動(dòng)物跟蹤；在醫(yī)療行業(yè)用于藥品生產(chǎn)、病人看護(hù)、醫(yī)療垃圾跟蹤；在制造業(yè)用于零部件與庫(kù)存的可視化管理；RFID 還可以應(yīng)用于圖書(shū)與文檔管理、門(mén)禁管理、定位與物體跟蹤、環(huán)境感知 和支票防偽等多種應(yīng)用領(lǐng)域。

目前，RFID 已成為IT 業(yè)界的研究熱點(diǎn)，被視為IT 業(yè)的下一個(gè)“金礦”。各大軟硬件廠商，包括IBM、Motorola、Philips、TI、Microsoft、Oracle、Sun、BEA、SAP 等在內(nèi)的各家企業(yè)都對(duì)RFID 技術(shù)及其應(yīng)用表現(xiàn)出了濃厚的興趣，相繼投入大量研發(fā)經(jīng)費(fèi)，推出了各自的軟件或硬件產(chǎn)品及系統(tǒng)應(yīng)用解決方案。在應(yīng)用領(lǐng)域，以Wal-Mart、UPS、Gillette 等為代表的大批企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始準(zhǔn)備采用RFID 技術(shù)對(duì)業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行改造，以提高企業(yè)的工作效率并為客戶提供各種增值服務(wù)。在標(biāo)簽領(lǐng)域，RFID 標(biāo)簽與條碼相比，具有讀取速度快、存儲(chǔ)空間大、工作距離遠(yuǎn)、穿透性強(qiáng)、外形多樣、工作環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)和可重復(fù)使用等多種優(yōu)勢(shì)。

因此，分析RFID技術(shù)現(xiàn)狀，并展望其未來(lái)無(wú)疑將非常重要。

2.研究現(xiàn)狀

當(dāng)前RFID 的研究主要圍繞RFID 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、RFID 標(biāo)簽成本、RFID 技術(shù)和RFID 應(yīng)用系統(tǒng)等多個(gè)方面展開(kāi)。

2.1 RFID 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

RFID 的標(biāo)準(zhǔn)化是當(dāng)前亟需解決的重要問(wèn)題，各國(guó)及相關(guān)國(guó)際組織都在積極推進(jìn)RFID 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定。目前，還未形成完善的關(guān)于RFID 的國(guó)際和國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)。RFID 的標(biāo)準(zhǔn)化涉及標(biāo)識(shí)編碼規(guī)范、操作協(xié)議及應(yīng)用系統(tǒng)接口規(guī)范等多個(gè)部分。其中標(biāo)識(shí)編碼規(guī)范包括標(biāo)識(shí)長(zhǎng)度、編碼方法等；操作協(xié)議包括空中接口、命令集合、操作流程等規(guī)范。當(dāng)前主要的RFID 相關(guān)規(guī)范有歐美的EPC 規(guī)范、日本的UID（Ubiquitous ID）規(guī)范和ISO 18000系列標(biāo)準(zhǔn)。其中ISO 標(biāo)準(zhǔn)主要定義標(biāo)簽和閱讀器之間互操作的空中接口。

EPC 規(guī)范由Auto-ID 中心及后來(lái)成立的EPCglobal 負(fù)責(zé)制定。Auto-ID 中心于1999年由美國(guó)麻省理工大學(xué)（MIT）發(fā)起成立，其目標(biāo)是創(chuàng)建全球“實(shí)物互聯(lián)”網(wǎng)（internet ofthings），該中心得到了美國(guó)政府和企業(yè)界的廣泛支持。2003 年10 月26 日，成立了新的EPCglobal 組織接替以前Auto-ID 中心的工作，管理和發(fā)展EPC 規(guī)范。關(guān)于標(biāo)簽，EPC 規(guī)范已經(jīng)頒布第一代規(guī)范。

UID（Ubiquitous ID）規(guī)范由日本泛在ID 中心負(fù)責(zé)制定。日本泛在ID 中心由T-Engine論壇發(fā)起成立，其目標(biāo)是建立和推廣物品自動(dòng)識(shí)別技術(shù)并最終構(gòu)建一個(gè)無(wú)處不在的計(jì)算環(huán)境。該規(guī)范對(duì)頻段沒(méi)有強(qiáng)制要求，標(biāo)簽和讀寫(xiě)器都是多頻段設(shè)備，能同時(shí)支持13.56MHz 或2.45GHz 頻段。UID 標(biāo)簽泛指所有包含ucode 碼的設(shè)備，如條碼、RFID 標(biāo)簽、智能卡和主動(dòng)芯片等，并定義了9 種不同類別的標(biāo)簽。

2.2 RFID 技術(shù)研究

當(dāng)前，RFID 技術(shù)研究主要集中在工作頻率選擇、天線設(shè)計(jì)、防沖突技術(shù)和安全與隱私保護(hù)等方面。

2.2.1 工作頻率選擇

工作頻率選擇是RFID 技術(shù)中的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。工作頻率的選擇既要適應(yīng)各種不同應(yīng)用需求，還需要考慮各國(guó)對(duì)無(wú)線電頻段使用和發(fā)射功率的規(guī)定。當(dāng)前RFID 工作頻率跨越多個(gè)頻段，不同頻段具有各自優(yōu)缺點(diǎn)，它既影響標(biāo)簽的性能和尺寸大小，還影響標(biāo)簽與讀寫(xiě)器的價(jià)格。此外，無(wú)線電發(fā)射功率的差別影響讀寫(xiě)器作用距離。

低頻頻段能量相對(duì)較低，數(shù)據(jù)傳輸率較小，無(wú)線覆蓋范圍受限。為擴(kuò)大無(wú)線覆蓋范圍，必須擴(kuò)大標(biāo)簽天線尺寸。盡管低頻無(wú)線覆蓋范圍比高頻無(wú)線覆蓋范圍小，但天線的方向性不強(qiáng)，具有相對(duì)較強(qiáng)的繞開(kāi)障礙物能力。低頻頻段可采用1 至2 個(gè)天線，以實(shí)現(xiàn)無(wú)線作用范圍的全區(qū)域覆蓋。此外，低頻段電子標(biāo)簽的成本相對(duì)較低，且具有卡狀、環(huán)狀、鈕扣狀等多種形狀。高頻頻段能量相對(duì)較高，適于長(zhǎng)距離應(yīng)用。低頻功率損耗與傳播距離的立方成正比，而高頻功率損耗與傳播距離的平方成正比。由于高頻以波束的方式傳播，故可用于智能標(biāo)簽定位。其缺點(diǎn)是容易被障礙物所阻擋，易受反射和人體擾動(dòng)等因素影響，不易實(shí)現(xiàn)無(wú)線作用范圍的全區(qū)域覆蓋。高頻頻段數(shù)據(jù)傳輸率相對(duì)較高，且通訊質(zhì)量較好。表1為RFID 頻段特性表。

2.2.2 RFID 天線研究

天線是一種以電磁波形式把無(wú)線電收發(fā)機(jī)的射頻信號(hào)功率接收或輻射出去的裝置。天線按工作頻段可分為短波天線、超短波天線、微波天線等；按方向性可分為全向天線、定向天線等；按外形可分為線狀天線、面狀天線等。

受應(yīng)用場(chǎng)合的限制，RFID 標(biāo)簽通常需要貼不同類型、不同形狀的物體表面，甚至需要嵌入到物體內(nèi)部。RFID 標(biāo)簽在要求低成本的同時(shí)，還要求有高的可靠性。此外，標(biāo)簽天線和讀寫(xiě)器天線還分別承擔(dān)接收能量和發(fā)射能量的作用，這些因素對(duì)天線的設(shè)計(jì)提出了嚴(yán)格要求。當(dāng)前對(duì)RFID 天線的研究主要集中在研究天線結(jié)構(gòu)和環(huán)境因素對(duì)天線性能的影響上。

天線結(jié)構(gòu)決定了天線方向圖、極化方向、阻抗特性、駐波比、天線增益和工作頻段等特性。方向性天線由于具有較少回波損耗，比較適合電子標(biāo)簽應(yīng)用；由于RFID 標(biāo)簽放置方向不可控，讀寫(xiě)器天線必須采取圓極化方式（其天線增益較大）；天線增益和阻抗特性會(huì)對(duì)RFID 系統(tǒng)的作用距離產(chǎn)生較大影響；天線的工作頻段對(duì)天線尺寸以及輻射損耗有較大影響。

天線特性受所標(biāo)識(shí)物體的形狀及物理特性影響。如金屬物體對(duì)電磁信號(hào)有衰減作用，金屬表面對(duì)信號(hào)有反射作用，彈性基層會(huì)造成標(biāo)簽及天線變形，物體尺寸對(duì)天線大小有一定限制等。人們根據(jù)天線的以上特性提出了多種解決方案，如采用曲折型天線解決尺寸限制，采用倒F 型天線解決金屬表面的反射問(wèn)題等。

天線特性還受天線周圍物體和環(huán)境的影響。障礙物會(huì)妨礙電磁波傳輸；金屬物體產(chǎn)生電磁屏蔽，會(huì)導(dǎo)致無(wú)法正確地讀取電子標(biāo)簽內(nèi)容；其他寬頻帶信號(hào)源，比加發(fā)動(dòng)機(jī)、水泵、發(fā)電機(jī)和交直流轉(zhuǎn)換器等，也會(huì)產(chǎn)生電磁干擾，影響電子標(biāo)簽的正確讀取。如何減少電磁屏蔽和電磁干擾，是RFID 技術(shù)研究的一個(gè)重要方向。

2.2.3 防沖突技術(shù)研究

鑒于多個(gè)電子標(biāo)簽工作在同一頻率，當(dāng)它們處于同一個(gè)讀寫(xiě)器作用范圍內(nèi)時(shí)，在沒(méi)有采取多址訪問(wèn)控制機(jī)制情況下，信息傳輸過(guò)程將產(chǎn)生沖突，導(dǎo)致信息讀取失敗。同時(shí)多個(gè)閱讀器之間工作范圍重疊也將造成沖突。文獻(xiàn)提出了Colorwave 算法以解決閱讀器沖突問(wèn)題。根據(jù)電子標(biāo)簽工作頻段之不同，人們提出了不同的防沖突算法。對(duì)于標(biāo)簽沖突，在高頻（HF）頻段，標(biāo)簽的防沖突算法一般采用經(jīng)典ALOHA 協(xié)議。使用ALOHA 協(xié)議的標(biāo)簽，通過(guò)選擇經(jīng)過(guò)一個(gè)隨機(jī)時(shí)間向讀寫(xiě)器傳送信息的方法，來(lái)避免沖突。絕大多數(shù)高頻讀寫(xiě)器能同時(shí)掃描幾十個(gè)電子標(biāo)簽。在超高頻（UHF）頻段，主要采用樹(shù)分叉算法來(lái)避免沖突。同采用ALOHA 協(xié)議的高頻頻段電子標(biāo)簽相比，樹(shù)分叉算法泄漏的信息較多，安全性較差。

上面兩種標(biāo)簽防沖突方法均屬于時(shí)分多址訪問(wèn)（TDMA）方式，應(yīng)用比較廣泛。除此之外，目前還有人提出了頻分多址訪問(wèn)（FDMA）和碼分多址訪問(wèn)（CDMA）方式的防沖突算法，主要應(yīng)用于超高頻和微波等寬帶應(yīng)用場(chǎng)景。

2.2.4 安全與隱私問(wèn)題

RFID 安全問(wèn)題集中在對(duì)個(gè)人用戶的隱私保護(hù)、對(duì)企業(yè)用戶的商業(yè)秘密保護(hù)、防范對(duì)RFID 系統(tǒng)的攻擊以及利用RFID 技術(shù)進(jìn)行安全防范等多個(gè)方面。面臨的挑戰(zhàn)是：

（1）保證用戶對(duì)標(biāo)簽的擁有信息不被未經(jīng)授權(quán)訪問(wèn)，以保護(hù)用戶在消費(fèi)習(xí)慣、個(gè)人行蹤等方面的隱私；

（2）避免由于RFID 系統(tǒng)讀取速度快，可以迅速對(duì)超市中所有商品進(jìn)行掃描并跟蹤變化，而被利用來(lái)竊取用戶商業(yè)機(jī)密；

（3）防護(hù)對(duì)RFID 系統(tǒng)的各類攻擊，如：重寫(xiě)標(biāo)簽以竄改物品信息；使用特制設(shè)備偽造標(biāo)簽應(yīng)答欺騙讀寫(xiě)器以制造物品存在的假相；根據(jù)RFID 前后向信道的不對(duì)稱性遠(yuǎn)距離竊聽(tīng)標(biāo)簽信息；通過(guò)干擾RFID 工作頻率實(shí)施拒絕服務(wù)攻擊；通過(guò)發(fā)射特定電磁波破壞標(biāo)簽等；

（4）如何把RFID 的唯一標(biāo)識(shí)特性用于門(mén)禁安防、支票防偽、產(chǎn)品防偽等。

2.3 RFID 應(yīng)用研究

基于RFID 標(biāo)簽對(duì)物體的唯一標(biāo)識(shí)特性，引發(fā)了人們對(duì)基于RFID 技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行研究的熱潮。物流與實(shí)物互聯(lián)網(wǎng)是當(dāng)前RFID 應(yīng)用研究的熱點(diǎn)，其他應(yīng)用研究還包括空間定位與跟蹤、普適計(jì)算、系統(tǒng)安防等多個(gè)方面。

2.3.1 物流與實(shí)物互聯(lián)網(wǎng)

實(shí)物互聯(lián)網(wǎng)是通過(guò)給所有物品貼上RFID 標(biāo)簽，在現(xiàn)有互連網(wǎng)基礎(chǔ)之上構(gòu)建所有參與流通的物品信息網(wǎng)絡(luò)。實(shí)物互聯(lián)網(wǎng)的建立將對(duì)生產(chǎn)制造、銷售、運(yùn)輸、使用、回收等物品流通的各個(gè)環(huán)節(jié)，并將對(duì)政府、企業(yè)和個(gè)人行為帶來(lái)深刻影響。通過(guò)實(shí)物互聯(lián)網(wǎng)，世界上任何物品都可以隨時(shí)隨地按需的被標(biāo)識(shí)、追蹤和監(jiān)控。實(shí)物互聯(lián)網(wǎng)被視為繼Internet 后IT 業(yè)的又一次革命。

2.3.2 空間定位與跟蹤

無(wú)線及移動(dòng)通信設(shè)備的普及帶動(dòng)了人們對(duì)位置感知服務(wù)的需求，人們需要確定物品的三維坐標(biāo)并跟蹤其變化。現(xiàn)有的定位服務(wù)系統(tǒng)主要包括基于衛(wèi)星定位的GPS 系統(tǒng)、基于紅外線或超聲波的定位系統(tǒng)以及基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的定位系統(tǒng)。RFID 的普及為人與物體的空間定位與跟蹤服務(wù)提供了一種新的解決方案。RFID 定位與跟蹤系統(tǒng)主要利用標(biāo)簽對(duì)物體的唯一標(biāo)識(shí)特性，依據(jù)讀寫(xiě)器與安裝在物體上的標(biāo)簽之間射頻通信的信號(hào)強(qiáng)度來(lái)測(cè)量物品的空間位置，主要應(yīng)用于GPS 系統(tǒng)難以應(yīng)用的室內(nèi)定位。

2.3.3 普適計(jì)算

RFID 標(biāo)簽具有對(duì)物體的唯一標(biāo)識(shí)能力，可以通過(guò)與傳感器技術(shù)相結(jié)合，感知周圍物品和環(huán)境的溫度、濕度和光照等狀態(tài)信息，并利用無(wú)線通信技術(shù)方便地把這些狀態(tài)信息及其變化傳遞到計(jì)算單元，提高環(huán)境對(duì)計(jì)算模塊的可見(jiàn)度，構(gòu)建未來(lái)普適計(jì)算的基礎(chǔ)設(shè)施，讓計(jì)算無(wú)處不在，主動(dòng)地、按需地為人們提供服務(wù)。

3 結(jié)論

RFID 將構(gòu)建虛擬世界與物理世界的橋梁。可以預(yù)見(jiàn)，在不久的將來(lái)，RFID 技術(shù)不僅會(huì)在各行各業(yè)被廣泛采用，最終RFID 技術(shù)將會(huì)與普適計(jì)算技術(shù)相融合，對(duì)人類社會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

作為全球的制造業(yè)基地，中國(guó)將是未來(lái)全球最大的RFID 應(yīng)用市場(chǎng)。這對(duì)于國(guó)內(nèi)的科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)將是一次難得的機(jī)遇。目前，我國(guó)在RFID 芯片、RFID 系統(tǒng)安全等核心技術(shù)方面的研究幾乎還是空白，在RFID 應(yīng)用方面也還處于起步階段。但是可以相信，在政府推動(dòng)、企業(yè)參與的環(huán)境下，在龐大市場(chǎng)空間的吸引下，在中國(guó)會(huì)有越來(lái)越多的企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)參與RFID 技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，會(huì)有更多的企業(yè)利用RFID 技術(shù)進(jìn)行企業(yè)信息化改造。中國(guó)將不僅主導(dǎo)RFID 技術(shù)的應(yīng)用市場(chǎng)，也應(yīng)該成為RFID 技術(shù)的全球研發(fā)中心。