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  • RFID(射頻識別技術)分類研究

    2015-06-24 22:06 來源:《射頻識別》
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    一、引言

    本文是“RFID分類研究總論”的續篇,側重于分析研究在 “RFID分類研究總論”中提出的“RFID技術分類研究”子項的內容。本文所采用的研究方法、立場與觀點與前篇文章保持一致。從內在邏輯關系上來說,本文的研究內容居于“RFID分類研究總論”之后,其后續內容是“RFID產品分類研究”。

    “RFID分類研究總論”、“RFID技術分類研究”和后續的“RFID產品分類研究”三篇文章合并起來形成一個有關RFID分類研究的完整體系。

    二、RFID技術的分類

    現實中,人們看到的是RFID產品、用到的卻是RFID技術提供給 RFID產品的功能。RFID產品是RFID技術有形的外表、RFID技術是RFID產品無形的內里。RFID產品承載著RFID技術,RFID技術的不斷發展、促進著RFID產品的不斷更新。RFID產品的分類與RFID技術的分類密切相關。在此,首先以RFID系統的概念為依托,著重討論RFID技術的分類。

    RFID系統包括電子標簽和讀寫器兩個基本組成部分。雖然電子標簽個體在通常的意義上價格比讀寫器個體要低許多,但是由于電子標簽是物品標識信息的載體,跟隨著所標識的物品走遍天下、散布在物品駐留的各個角落之中,而讀寫器則主要分布在電子標簽信息的采集點上。因而,人們見得更多的是電子標簽,數量最多的也是電子標簽,標識物品最為直接的RFID系統組成單元也是電子標簽,并且在大千世界中,由于各種具體應用及需求不同,存在著大量不同類型且互不兼容的電子標簽。即便是在相互兼容的電子標簽集合中,也會因為應用的需求不同,產品開發的廠家不同,設計人員的靈感不同,生產制作的工藝不同,造成最終應用的產品多種多樣。

    由于電子標簽的數量大,個體相對小,價值相對低,因而在RFID系統設計的時候,通常為了達到RFID系統的綜合目標,最優先考慮的是如何設計一個簡單而有效能的電子標簽,而將完成RFID系統相對復雜一些的適應性方面的問題留給了讀寫器一方來完成。由此決定了在RFID系統中,電子標簽是技術的主導方。在更多的情況下,是設計讀寫器以適應一種或多種電子標簽的讀寫需要。

    在上述內在原因的驅使下,也有看法直接將電子標簽技術等同于RFID技術,將電子標簽技術的分類等同于RFID技術的分類。本文采納并支持這種觀點。

    在后續的討論中,為了討論方便起見,將直接以對電子標簽技術的討論來指代對RFID技術的討論,對電子標簽技術的分類來指代對RFID技術的分類。

    1. RFID技術分類的依據

    通過前面的討論,綜合提取出最重要的RFID技術分類依據有三項:一項是電子標簽的供電方式;另一項是電子標簽工作的頻率,即電子標簽無接觸傳送標識信息所采用的射頻載波的頻率;第三項是電子標簽工作時的內部狀態。

    此外,其他的劃分依據還有電子標簽與讀寫器之間的通信方式是單向、半雙工或全雙工;電子標簽的數據是否可改寫,有線改寫還是無線改寫;電子標簽的存儲數據量等,在此不做詳細討論。

    2. 依電子標簽供電方式的分類

    依電子標簽工作時的供電方式得到的RFID技術/電子標簽技術的分類如圖1所示。根據圖1的劃分,無源電子標簽、半無源電子標簽和有源主動式電子標簽的基本定義如下:

    (1)無源電子標簽的基本定義:電子標簽無內置電池,其工作所需的電源來自讀寫器構建的射頻場。

    有源電子標簽是指具有內置電池的電子標簽,詳細分類又可將有源電子標簽分為半無源電子標簽和有源主動式電子標簽。

    圖1 依供電方式分類的RFID技術/電子標簽技術

    圖1 依供電方式分類的RFID技術/電子標簽技術

    (2)半無源電子標簽的基本定義:電子標簽具有內置電池,電子標簽向外傳送信息的實現方式遵循負載反射調制技術的原理實現。也就是說,內置電池的能量并不轉化成電子標簽外送信息所需的射頻能量,標簽外送信息所需的射頻能量仍然依賴于讀寫器發出的載波能量信號。

    (3)有源主動式電子標簽的基本定義:電子標簽具有內置電池,并且電子標簽具有利用自身電池能量向外發送信息的能力。

    3. 依電子標簽工作頻率的分類

    依電子標簽的工作頻率因素得到的RFID技術/電子標簽技術的分類如圖2所示。

    圖2 依工作頻率劃分的RFID技術/電子標簽技術

    圖2 依工作頻率劃分的RFID技術/電子標簽技術

    低頻類RFID技術/電子標簽技術的特點是電子標簽與讀寫器之間的無接觸耦合一般通過交變的磁場實現。典型的頻率界限是頻率低于30MHz。目前的主流RFID技術集中在頻率低于135kHz的動物識別應用與頻率為 13.56MHz的卡片(含柔性膜貼方式)識別方面。

    高頻類RFID技術/電子標簽技術的特點是電子標簽與讀寫器之間的無接觸耦合一般通過傳播的電磁場實現。典型的工作頻率包括:433MHz,860-960MHz,2.45GHz及5.8GHz等。

    4. 依電子標簽內部狀態的分類

    電子標簽工作時的內部狀態在很大程度上決定著讀寫器的工作方式及設計方案,比如RFID系統是否支持同一閱讀區中的多標簽讀寫功能等。依電子標簽內部狀態的RFID技術/電子標簽技術分類如圖3所示。

    圖3 依內部狀態劃分的RFID技術/電子標簽技術

    圖3 依內部狀態劃分的RFID技術/電子標簽技術

    無內置狀態機模型的電子標簽是指電子標簽沒有時間記憶功能,最典型的情況是電子標簽的工作對外呈現出純組合電路的性質,復雜一些的情況包括電子標簽內置了隨機數產生器用于控制電子標簽的工作狀態。例如,電子標簽上電后即進入循環發送內置完整存儲信息的狀態,鐵路車號自動識別應用采用的電子標簽技術即屬于這種情況。

    一般情況下,無內置狀態機模型的電子標簽對應的RFID系統不具備多標簽識別的功能,但也有例外情況。如果電子標簽內置了隨機數產生器,即使無內置狀態機,也可由隨機數產生器的作用引起同時獲得激勵的電子標簽交錯發送信息,從而可以實現多標簽識別的功能。

    無內置狀態機模型的電子標簽通常還具有WORM(Write Once, Read Many)特性,即一次完成電子標簽信息的寫入,多次重復讀電子標簽的信息。對應的RFID系統中的讀寫器一般僅需配置讀功能,由此可簡化相應的讀寫器設計。

    有內置狀態機模型的電子標簽是指電子標簽具有時間記憶功能,最典型的情況是電子標簽的工作對外呈現出時序電路的性質。有內置狀態機模型的電子標簽通常具有多標簽識別的功能。通常來說,有內置狀態機模型的電子標簽的狀態數為3-5個,復雜一些的也可將狀態機的概念擴展為內置可編程的微處理器。例如:ISO/IEC 18000-6B定義的電子標簽的內置狀態機模型可用圖4來表示。

    由圖4可見,ISO/IEC 18000-6B定義的電子標簽內置狀態機共有4個獨立狀態,包括了未獲得激勵時的下電狀態。

    對于含有內置狀態機模型的電子標簽來說,內置的狀態機就相當于電子標簽的大腦,必須保證其惟一性和一致性。因而,在原始設計時一定要確保不允許在同一個電子標簽中存在有兩個相互獨立的狀態機。否則,將不能保證電子標簽的正常工作。

    圖4 ISO/IEC 18000-6B定義的電子標簽內置狀態機模型

    圖4 ISO/IEC 18000-6B定義的電子標簽內置狀態機模型

    三、小結

    本文的分析研究工作延續了“RFID分類研究總論”的內容,詳細分析研究了RFID技術分類的相關問題。主要的內容與觀點匯總如下:

    (1)確認并認同了從技術分類角度出發,可以直接將RFID技術與電子標簽技術分類相等同的基本觀點。
    (2)通過對RFID技術的整體研究,將RFID技術的分類依據疏理為:依電子標簽供電方式的分類,依電子標簽工作頻率的分類,依電子標簽內部狀態的分類三大依據。略去了其他非重要因素的分類。(“RFID分類研究總論”,《射頻識別》2007第2期)

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