第2章
射频识别系统组成

2.1　射频识别系统概述

自1999年美国麻省理工学院正式成立自动识别技术中心后，RFID技术的相关技术标准被陆续推出，并得到世界各个国家和地区的大力支持。RFID技术涵盖了编码技术和网络技术两大类。技术标准委托GS1统一托管，形成了现在的EPCglobal标准，该标准为编码和RFID网络提供详细的规范，在GS1电子数据交换技术基础上，基于互联网构建了RFID网络系统。本章将对编码和网络展开说明，但这种说明大多是概念层次的，详细的技术要求和设计目标仍需要参阅相关的标准。

产品电子代码（Electronic Product Code，EPC）强调适用于对每一件物品都进行编码的通用编码方案，它仅仅对物品用唯一的一串数字代码标记出来，而不涉及物品本身的任何属性（图2-1）。EPC编码方法是给世界上每一个实体或有物理意义的群组分配唯一的数字序列号。当物理实体被电子标签重新命名后，物理和信息就融合到一起，而且伴随物品从生到灭的整个过程。

世界上任意一种物品都有自己唯一的名称！这个想法有些疯狂，但是好在对人们有价值的物品并非想象的那么多。表2-1给出了EPC编码的冗余度。

EPC由分别代表版本号、制造商、物品种类以及序列号的编码组成。EPC是唯一存储在RFID标签中的信息。RFID标签能够维持低廉的成本并具有灵活性，这是因为在数据库中有无数的动态数据能够与EPC相链接[1]。

2.1.1　产品电子代码与射频识别技术

产品电子代码是由标头、厂商识别代码、对象分类代码、序列号等数据字段组成的一组数字。产品电子代码是下一代产品标识代码，它可以对供应链中的对象（如物品、货箱、货盘、位置等）进行全球唯一的标识。EPC存储在电子标签上，如RFID标签，这个标签包含一块硅芯片和一根天线。读取RFID标签时，它可以与一些动态数据链接，如该贸易项目的原产地或生产日期等。这与全球贸易项目代码（GTIN）和车辆鉴定码（VIN）十分相似，EPC就像是一把钥匙，用以解开RFID网络上相关产品信息这把锁。与目前商务活动中使用的许多编码方案类似，EPC包含用作标识制造厂商的代码以及用来标识产品类型的代码。但RFID使用额外的一组数字——序列号来识别单个贸易项目。RFID所标识产品的信息保存在EPCglobal网络中，而EPC则是获取这些信息的一把钥匙。

（1）自动识别

自动识别（Auto Identification）通常与数据采集（Data Collection）连在一起，称为AIDC。自动识别系统是现代工业和商业及物流领域中生产自动化、销售自动化、流通自动化过程中必备的自动识别设备以及配套的自动识别软件构成的体系。自动识别包括条码识读、射频识别、生物识别（人脸、语音、指纹、静脉）、图像识别、OCR光学字符识别。自动识别系统几乎覆盖了现代生活领域中的各个环节并具有极大的发展空间。其中比较常见的应用有条形码打印设备和扫描设备、指纹防盗锁、自动售货柜、自动投币箱以及POS机等。

（2）射频识别

射频识别是一种非接触式的自动识别技术，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。RFID是一种突破性的技术：第一，单品级识别，可以识别具体的物体，而不是像条形码那样只能识别一类物体；第二，采用无线电射频，可以穿透包装材料读取数据，而条形码必须靠图像识别来读取信息；第三，可以同时对多个物体进行识读，而条形码只能一个一个地读；此外，储存的信息量非常大。与其他的识别技术相比，射频识别技术主要有如下特点：

①强大的数据读写功能　只要通过RFID即可无须接触直接读取信息至数据库内，且可一次处理多个标签，并可以将物流处理的状态写入标签，供下一阶段物流处理读取判读之用。

②容易实现小型化和多样化　RFID在读取时并不受尺寸大小与形状的限制，无须为读取精确度而配合纸张的固定尺寸和印刷品质。此外，RFID更可往小型化与多样化形态发展，以应用于不同产品。

③耐环境性　纸张受到污染后就会看不到其上的信息，但RFID对水、油和药品等有很强的抗污性。RFID在黑暗或脏污的环境中也可以读取数据。

④可重复使用　由于RFID为电子数据，可以被反复覆写，因此可以回收标签重复使用，如被动式RFID，不需要电池就可以使用，没有维护保养的需要。

⑤穿透性　RFID即使被纸张、木材和塑料等非金属或非透明的材质包覆，也可以进行穿透性通信。不过如果是金属的话，就无法进行通信。

⑥数据的记忆容量大　数据容量会随着记忆规格的发展而扩大，未来物品所需携带的数据量愈来愈大，对卷标所能扩充容量的需求也增加，对此RFID不会受到限制。

需要补充说明的是，对于一项技术不能只看优点，而应该全面看待，原因很简单，任何技术都有自身的缺点，更何况EPC-RFID技术体系属于快速发展的新技术，有缺点是在所难免的，系统的安全性是目前所面临的最大问题。然而，电子标签低廉的价格再加上具有实时监控供应链各个环节的能力，使EPC-RFID技术具有极其强大竞争力。

尽管射频识别系统因应用不同其组成会有所不同，但基本都是由电子标签、读写器和高层系统这三大部分组成，如图2-2所示。构成RFID系统的三大组成部分如下。

（1）电子标签

电子标签由芯片及天线组成，附着在物体上标识目标对象，每个电子标签具有唯一的电子编码，存储着被识别物体的相关信息，如图2-3所示。

（2）读写器

读写器是利用射频技术读写电子标签信息的设备。RFID系统工作时，一般首先由读写器发射一个特定的询问信号，当电子标签感应到这个信号后，就会给出应答信号，应答信号中含有电子标签所携带的数据信息。读写器接收这个应答信号，并对其进行处理，然后将处理后的应答信号发送给外部主机，进行相应的操作。

（3）高层系统

最简单的RFID系统只有一个读写器（图2-4），它一次只对一个电子标签进行操作，如公交车上的票务系统。复杂的RFID系统会有多个读写器，每个读写器要同时对多个电子标签进行操作，并实时处理数据信息，这就需要高层系统处理问题。高层系统是计算机网络系统，数据交换与管理由计算机网络完成，读写器可以通过标准接口与计算机网络连接，利用网络完成数据处理、传输和通信的功能。

2.1.2　射频识别系统的特点

射频识别系统以其独特的构想和技术特点赢得了广泛的关注。其特点如下。

（1）开放性

射频识别系统采用全球最大的公用Internet网络系统，避免了系统的复杂性，大大降低了系统的成本，并有利于系统的增值。梅特卡夫（Metcalfe）定律表明，一个网络开放的结构体系远比复杂的多重结构更有价值。

（2）通用性

射频识别系统可以识别十分广泛的实体对象。射频识别系统网络是建立在Internet网络系统上，并且可以与Internet网络所有可能的组成部分协同工作，具有独立平台，且在不同地区、不同国家射频识别技术标准不同的情况下具有通用性。

（3）可扩展性

射频识别系统是一个灵活的、开放的、可持续发展的体系，可在不替换原有体系的情况下做到系统升级。

射频识别系统是一个全球系统，供应链各个环节、各个节点、各个方面都可受益，但对低价值的产品来说，要考虑射频识别系统引起的附加成本。目前，全球正在通过RFID技术的进步进一步降低成本，同时通过系统的整体改进使供应链管理得到更好的应用，提高效益，降低或抵消附加成本。

RFID网络使用射频识别技术实现供应链中贸易信息的真实可见。它由五个基本要素组成，即产品电子代码（EPC）、射频识别系统（EPC标签和读写器）、发现服务（包括对象名解析服务）、EPC中间件、EPC信息服务（EPCIS），见表2-2。

与现有的条码系统相比，EPC-RFID系统具有以下特点：

①不像传统的条码系统，网络不需要人的干预与操作，而是通过完全自动识别技术实现网络运行；

②使用IP数据与现有的Internet互联，实现数据的无缝链接；

③网络的成本相对较低；

④网络是通用的，可以在任何环境下运行；

⑤采纳一些管理实体的标准，如UCC、EAN、ANSI、ISO等。

2.1.3　射频识别系统的工作流程

在由EPC标签、读写器、EPC中间件、Internet、ONS服务器、EPCIS服务器以及众多数据库组成的实物互联网中，读写器读出的EPC代码只是一个信息参考（指针），由这个信息参考从Internet找到IP地址并获取该地址中存放的相关物品信息，然后采用分布式的EPC中间件处理由读写器读取的一连串EPC信息。由于在标签上只有一个EPC代码，计算机要知道与该EPC匹配的其他信息就需要ONS来提供一种自动化的网络数据库服务，RFID中间件将EPC传给ONS，ONS指示RFID中间件到一个保存着产品文件的EPCIS服务器查找，该产品文件可由EPC中间件复制，因而文件中的产品信息就能传到供应链上，射频识别系统的工作流程如图2-5所示。

携带电子标签的物品被整个网络监控并跟踪着，最适合的技术方案就是通过网络共享数据实现网络实时跟踪监控目标。EPC[2]、信息识别系统、RFID中间件、信息发现服务、EPCIS被认为是实现网络共享的五种关键技术。