RFID系统的标准及分类

2021-07-22 21:43:28 riehoo 0

RFID系统的标准


  RFID标准的发展体现了RFID技术的发展历程。早在1948年,它的理论基础就随着雷达的应用和研究建立起来,20世纪90年代后进入商用阶段。早期的RFID应用并没有统一的标准,由各公司自己制定的标准,后来发展成为了第一代UHF RFID标准,例如,美国出现的以Matrics和Impinj等公司推出的EPC Class 0、Alien公司和Rafsec公司等支持的EPC Class1,以及在欧洲出现的以ISO组织支持的ISO-18000-6A/B等标准。由于这些标准互不兼容,因此无法在全球范围内通用。

  随着RFID技术的不断成熟,跨地区、跨行业的应用的不断增多,RFID产品间的互通性、兼容性变得越来越重要,RFID系统的标准化已经成为该领域普遍关注的热点。参与RFID标准研究的机构分为标准化组织和产业联盟。标准化组织又有国际标准化组织、区域性标准化组织和国家标准化组织。

  国际标准化组织(ISO)和国际电工委员会(IEC)是从事RFID国际标准化研究的重要组织ISO/IEC18000标准是最早制定的关于RFID的国际标准,按频段被划分为7个部分。目前支持ISO/EC18000标准的RFID产品最多相对也最为成熟。

  区域性的标准化组织—欧洲计算机制造协会(ECMA)在RFID基础上提出了近距离通信(NFC)的技术标准,并获得欧洲电信标准协会ETSD以及ISO/ IEC JTC1/SC6(系统间通信与信息交换)的认可,发布了相应的技术标准。

  美国国家标准学会(ANSI)下的MH1、NCITS等也制定了与RFID技术相关的技术标准,大部分标准目前已经或者正在上升为ISO标准。

  除了标准化组织进行RFID的标准化研究外,一些行业协会也在从事RFID技术的市场标准化工作。目前比较有代表性的两个组织是以欧美企业为主的EPC global和以日本企业为主的 Iniquitous ID。

  美国EPC global是由美国统一代码委员会(UCC)和国际物品编码协会(EAN)两大组织联合成立的,它吸收了麻省理工学院Auto ID中心的研究成果后推出了系列标准草案。EPC global重视UHF频段的RFID产品,极力推广基于EPC编码标准的RFID产品。目前,EPC global标准的推广和发展十分迅速,许多大公司如沃尔玛等都是EPC标准的支持者。

  日本Uniquitous ID一直致力于本国标准的RFID产品开发和推广,拒绝采用美国的EPC编码标准。与美国大力发展UHF频段RFID不同的是,日本对2.4GHz微波频段的RFID似乎更加青睐,目前日本已经开始了许多2.4 GHZ RFID产品的实验和推广工作。但是,迫于和美国UHF频段RFID产品互通的压力,日本也开始考虑和EPC标准兼容问题。

  ISO/EC18000、美国EPC Global、日本Uniquitous ID都在分别制定标准。这3个主要标准相互之间并不兼容,主要差别在无线调制方式、传输协议和传输距离各有差异,因此不同标准的RFID标签和读写器很难互通。

  我国有关政府部门已经充分认识到RFID产业的重要性,在2004年初,正式成立了电子标签国家标准工作组,其目的就是制定中国自己的RFID标准,推动中国自己的RFID产业。

  RFID系统的分类


  RFID系统按照不同的原则有多种分类方法。常用的分类方法有两种:按RFID标签有源、无源划分和按工作频率划分。

  1、按RFID标签有源、无源划分


  按照RFID标签有源和无源,RFID系统可分为:主动式、半主动式和被动式3种。

  主动式和半主动式标签内部都携带电源,因此均为有源标签。主动标签和一台通用无线收发终端没有太大区别,例如,Wi-Fi RFID和ZigBee RFID等,这种标签的无线信号收发都由标签内的电源供电,其工作距离远,价格也最贵;半主动标签与主动标签不同,内部电源只是对标签内部处理芯片供电,例如,接收解调、译码编码和控制等部分的芯片,半主动标签不同于主动标签的是它本身并不发送电磁波,而是反向散射来自阅读器的电磁波,这使得它比主动标签省电,有更长的工作时间,比被动标签有更强的处理能力,更远的识读能力,能适应较恶劣通信环境要求。主动标签和半主动标签由于成本均较高,限制了它们的推广,目前只是在一些特定场合中应用,例如,高速公路自动缴费、高速电气化火车的定位等领域。

  无源被动RFID标签内部没有电源设备,其内部集成电路通过接收由阅读器发出的电磁波进行驱动,向阅读器发送数据。与前述两种类型比较起来,最大的优势就是成本低,它的成本只是前两种的十分之一或几十分之一,由于被动标签的成本优势,使它得到了大规模的应用,也成为了近年来RFID产业发展的主要方向。

  2、按RFID系统工作频率划分


  RFID系统工作频率可以分为低频(LF)、高频(HF)、超高频(UHF)和微波(MF)。

  被动式RFID按工作方式有两种:电磁感应和反向散射。其中,低频和高频RFID的工作原理都成为电磁感应,这是因为LF RFID的波长都较长,例如:LF RFID的波长约为2km,HF RFID的波长约为22m,即使标签与阅读器有1m的距离,也仅是整个波长的5%(取13.56MHz无线信号的波长),标签天线与阅读器天线之间的电磁场分不清哪个是发射场,哪个是反射场,称为电磁互耦更恰当些。对于UHF和MF频段的RFID,可轻易地将工作时电磁波分为发射电磁波和反射电磁波,因此它们的工作方式称为反向散射。

  阅读器读头天线是一个线圈,工作时产生一定频率的交变电磁场;标签天线也是一个线圈,放在感应区中,根据法拉第电磁感应定律,可以产生感生电动势和电流,经滤波为标签芯片供电;标签芯片通过控制标签内与标签天线相连的负载,改变互感量,由此改变读头和标签之间的电磁场;阅读器读头感应到互感的变化,解调出标签传递的信息。电磁互耦的工作距离短,适用于门禁、身份证等短距离自动识别应用,但不适用于需要几米识读距离的场合,例如,物流、供应链管理等,在这些领域里,UHIE RPID的特点得到了充分发挥。

  阅读器发送电磁波给标签,标签通过天线拾取无线电波能量,以供标签芯片工作,标签芯片控制天线的负载,影响天线的雷达散射截面(Radar Cross Section,RCS)值,从而调制反射信号;阅读器天线接收到标签反向散射的信号后,解调出标签的信息。UHF RFID工作距离长,为物流、仓储等应用提供了快捷的自动识别方法,已成为了RFID行业的发展热点。