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　　1.引言

　　物聯網是近年來在高技術領域頻繁出現的熱門詞匯，物聯網所指未來高度智能化的，能夠實現人與人、物與物以及人與物之間相互關聯的網絡，網絡能夠實現眾多的智能業務配置，能夠做到廣泛的全球覆蓋，能夠做到人和物全面接入網絡的情境，實現人類社會信息資源的最優智能應用。在物聯網的實現過程中，借助無線射頻識別(Radio FrequencyIdentification,RFID)技術對物體進行自動識別并完成信息交換和認知成為一項重要的技術手段，RFID技術溯源最早可至二戰時期，在20世紀90年代才逐漸應用開，2000年以后呈現高速發展的態勢。美國國防部自2005年起對所有軍需物資使用RFID技術進行標記和識別，美國最大的零售商沃爾瑪要求所有供應商采用RFID技術對商品進行標識和管理。中國射頻識別(RFID)技術政策白皮書對RFID技術發展現狀與趨勢、中國發展RFID技術戰略、中國RFID技術發展及優先應用領域、推進產業化戰略和宏觀環境建設構建了政策指導框架，積極引導中國的RFID技術發展。

　　2.RFID技術

　　2.1 RFID技術定義

　　RFID是英文“Radio Frequency Identification”的縮寫，意指無線射頻識別，是以具有一定頻率的無線通信電磁波來完成自動識別的技術。RFID是一種無線電應用技術，在非接觸狀態下對目標進行定位和跟蹤，以及目標信息的數據讀寫。RFID技術可以實現高速化多目標的數據讀寫，可以在非視距范圍內完成移動目標識別、多目標識別、定位和長期跟蹤，可以借助網絡系統實現追蹤管理，識別和跟蹤的過程在無人操控狀態下自動完成，這項技術在物聯網技術領域擁有廣泛應用前景。

　　2.2 RFID技術應用

　　完整的RFID系統包括電子標簽(Tag)、天線(Antenna)、閱讀器(Reader)，以閱讀器通過天線讀取電子標簽中的信息，然后進行相應的處理，處理工作可以通過后臺網絡系統完成。

　　RFID系統在倉儲物流領域可實現對供應鏈的追蹤管理;在超市零售業可以實現商品實時管理及消費引導;在交通領域可以實現智能調度和門禁、收費管理;在軍事領域可實現物資調配和防偽保密;在食品和藥品領域可實現產地溯源及安全監管;在畜牧業和采礦業可實現定位跟蹤等功能。比如：當我們在超市購物時，放入購物車的食品可以通過購物車上的顯示屏告知我們食品的安全溯源、營養成份、保存及烹飪方法，并按照不同的烹飪方法提示配料食材及其在超市中的位置，智能的引導我們至商品貨架配齊烹飪所需其他食材，結賬時沒有等待直接回家，購物清單通過手機確認完成在線銀行信用支付，這其中就包含著重要的RFID技術支撐。利用RDID技術的網絡與互聯網、移動通信網、無線數據網、傳感網、Ad-Hoc等網絡構成了未來的物聯網，共同實現起人類智能信息化的未來。

　　3.RFID所涉及的主要技術方向

　　3.1 RFID技術的標準化

　　RFID的標準化工作最早在1995年就開始進行了研究，由國際標準化組織(ISO)和國際電工委員會(IEC)組織聯合技術委員會開展此項工作，委員會的成員來自不同的企業、各類區域標準化組織和不同國家，代著各方的利益。ISO/IEC出臺的RFID標準主要關注基本的模塊構建、空中接口、涉及到的數據結構以及應用的具體實施等方面的問題。ISO/IEC出臺的一系列RFID技術標準主要可以分為技術標準、數據結構標準、設備性能標準和應用標準四大類，另外還包含一些規范。從ISO/IEC制訂的RFID技術標準內容來說，是在RFID編碼、空中接口協議、讀寫器協議等基礎技術標準和數據結構標準之上，定義了使用條件、標簽尺寸、標簽粘貼位置、數據內容格式、使用頻段等具體性能要求，根據應用領域在包括數據完整性、人工識別等其他功能方面制定了應用標準。ISO/IEC所制訂的RFID技術標準最大意義在于通用性，它提供了一個基本框架，在保證互通與互操作性的原則之上兼顧不同應用領域的特點實現各應用領域的具體實現要求。

　　EPC Global是美國統一代碼協會(UCC)和國際物品編碼協會(EAN)在美國麻省理工學院Auto-ID Center基礎之上組建的全球第二大RFID標準化組織，該中心與眾多企業成員共同制訂了EPC Global技術標準，該標準的關注點在于“物聯網”自動識別基礎架構和標識的數據載體及其內容，在開放技術和計算機互聯的基礎體系上，實現商品信息的交換與共享，面向物流供應鏈解決透明性和追蹤性。EPC Global致力于建立面向全球電子標簽用戶的標準化服務網絡，由于其成員企業大多來自歐美地區且得到了IBM、Microsoft、Philips等眾多國際巨頭的支持，因此在業界成為事實上的最大標準而得到了廣泛的應用。目前，EPC Global也將自身的部分技術標準提交給ISO以期成為國際標準，從而使自身技術標準體系具備更強的競爭力。

　　世界第三大RFID技術標準是由日本政府經濟產業省牽頭成立的泛在中心(Ubiquitous IDCenter)負責起草的，其技術聯盟成員主要是日本廠商，涵蓋電子、信息、包裝、物流、印刷等多個行業，泛在中心(Ubiquitous ID Center)是日本電子標簽RFID技術的標準化組織。泛在中心(Ubiquitous ID Center)組織及其成員拒絕EPC Global技術標準，該組織制定的RFID相關標準也構建了一個完整的標準體系，擁有自己的ucode編碼系統，保持自主獨立又不失兼容性，該體系的關注點更加重視網絡和應用體系的安全性能。

　　除了這三大RFID技術標準組織，國際上還有AIM-global即全球自動識別組織和第三世界標準組織IP-X共同推進建設人類未來的物聯網技術體系。

　　3.2 電子標簽的成本

　　電子標簽的成本對于RFID技術的推廣具有極其重要的影響，一旦擁有價格低廉的電子標簽，將可以迅速推廣應用。在RFID系統中使用的電子標簽分為主動式電子標簽(即有源電子標簽)和被動式電子標簽(即無源電子標簽)。主動式電子標簽一般配有電池作為電源，所存數據內容較多，因而包含更多信息以實現較多功能且識別的空間范圍也相對較大;缺點在于體積較大、價格較高，且電池壽命由標簽功耗決定。被動式電子標簽體積小成本低便于應用，但功能有限，包含信息量較小，識別距離較短。受成本因素的制約，目前實際所用電子標簽以被動式無源電子標簽為多。影響電子標簽價格的因素很多，但最主要的是材料及電子元器件，電子標簽的體積和功耗也是影響價格的重要因素，一般而言技術體系相同且兼容性好的電子標簽因批量較大往往可以降低單個電子標簽的價格。

　　3.3 傳輸的數據干擾

　　RFID技術使用多種頻段用于數據通信，完成電子標簽的識別及其數據的讀寫功能。因其使用非接觸的通信方式，以電磁波作為傳輸媒介并將自由空間作為傳輸信道，所以一般運用電感耦合原理或反向散射工作原理，具體采用的頻段和運用的原理依據應用需求和應用領域而決定。電磁波在空間傳播時，由于反射、折射、散射和吸收現象的存在，導致損耗而引起信號的衰減，又因存在多徑效應的原因而產生時延，并且室內空間環境和室外空間環境都具有很大的隨機性，使得數據傳輸的干擾很難在固定條件的模型里進行分析。另外，由于空間的開放性，實際中存在的各種電磁波信號，也對空間傳輸信道產生著各類干擾。在RFID系統中，由于標簽數量眾多，當閱讀器發送信號后，來自不同標簽的應答信號也互相干擾，甚至于運用多個閱讀器時，閱讀器相互之間也存在干擾，理論上說越龐大的RFID系統，自身存在的干擾問題就越為復雜和突出。因這些原因，最終在數據讀寫的傳輸過程中，會出現漏讀、無法識別等種種故障現象。

　　3.4 數據碰撞

　　在很多RFID系統的應用場合里，往往需要在極短的時間片段(秒級)里對數十個甚至上百個標簽進行讀寫數據操作，信號傳輸在時間域上存在著重疊，從而產生數據碰撞問題。數據碰撞的問題本質上是信道共享的問題，在信道共享的問題上，一般采用時分多址(Time Division Multiple Access,TDMA)、頻分多址(Frequency Division Multiple Access,FDMA)、空分多址(Space Division MultipleAccess,SDMA)、碼分多址(Code Division MultipleAccess,CDMA)四種方式解決，但在RFID系統中受制于功耗及其他因素影響，FDMA、SDMA、CDMA三種方式并不適用。目前廣泛使用的基本都是基于TDMA方式的防沖突算法來解決數據碰撞問題，一種是基于二進制數的確定性算法，還有一種是基于ALOHA的不確定性算法。二進制數的確定性算法防沖突能力強、數據結構和指令都比較簡單，但支持的存儲容量小，搜索時間也需要優化;ALOHA的不確定性算法識別速率高，但復雜度明顯且不能完全解決沖突，存在“標簽餓死”的問題。算法的優化和研究在RFID系統中，成為解決數據碰撞問題從而完成多目標識別的關鍵技術。

　　3.5 數據安全

　　RFID系統大量使用電子標簽，在這種環境下企業的商業機密、國家的安全問題都有可能泄露，安全威脅主要來自標簽威脅、網絡威脅和數據威脅。RFID標簽的計算能力、存儲空間和電源供給都比較有限，越便宜的電子標簽計算能力越弱，對安全威脅的防護也越差。由于采用無線通信的方式，在某些介質可穿透的狀態下，對于長達50米以上的通信信道，不法分子可以利用技術手段盜取標簽信息，通過隱蔽方式對電子標簽或者是讀取電子標簽信息的閱讀器發動攻擊或者截獲信息。對于電子標簽本身而言，具有多次讀寫功能的電子標簽相對應用便捷，但也存在更大隱患，安全策略保護顯得尤為重要;對于無線通信信道而言，容易遭受非法截取通信數據的風險，容易遭到攻擊而產生通信鏈路堵塞或受到欺騙;對于網絡連接而言，易于遭受來自互聯網的各種攻擊。RFID系統在數據安全方面應當保證機密性、數據完整性、防欺騙的真實性和通信信息的隱私性。

　　4.RFID技術發展需要突破的瓶頸

　　目前，RFID所涉及的主要技術方向，雖然都在快速度的發展，但仍然存在方方面面的瓶頸，從目前看來主要存在以下問題。

　　對于RFID的技術標準，國際上目前難以做到統一，使得產品開發和應用定位比較混亂，主流技術標準在推廣方面都試圖不斷強化自身影響力，尤其看中中國未來的RFID技術推廣，一度曾出現ISO/IEC、EPC Global、UID、AIM-global、IP-X五大組織負責或領導人幾乎同時出現在北京和中國RFID領域相關負責機構接洽的情況，試圖通過中國的加盟而強化自身在RFID技術領域的國際領導地位。對于中國而言，也在積極謀求自身的技術標準獨立，以保護自身的技術、經濟和安全利益。因此，RFID技術標準的統一存在一個推廣瓶頸的問題。

　　對于電子標簽而言，高存儲容量意味著多功能，低功耗意味著標簽小型化，直接制約著電子標簽的成本。另一方面，統一而廣泛應用，意味著電子標簽數量的巨大化，當應用系統電子標簽數量足夠大時，單個電子標簽的成本就可以快速降低。按一般價格測算，大約單個電子標簽價格在5美分左右時，全球RFID電子標簽市場就會出現井噴，并且大量快速應用到各個領域中。就目前而言，電子標簽的價格還比較高，功能簡單的電子標簽仍在數十美分的價格區間，技術標準制約著系統內電子標簽的數量，難以做到廣泛兼容，統一困難使價格難以下降，半導體電路性能方面也存在影響，不同廠家的芯片使用不同的標準，也影響價格。

　　對于空間中的數據干擾問題，可以通過技術手段加以克服，但是往往以犧牲性能為代價，現實中的情況和數據模型的建立之間任然存在差異，甚至于某些場合難以完成識別，系統容量超過一定數值，信號干擾就呈現數量級增長導致系統幾近崩潰，高速度狹小空間范圍內的大容量識別難以實現。

　　對于電子標簽的數據碰撞問題，現有的算法總存在一些不足，目前許多機構積極研究高效算法來處理電子標簽的數據碰撞問題，此類問題也成為當前RFID技術一項重要的研究熱點，防沖突的確定性算法和非確定性算法都有待進一步突破。

　　對于RFID系統的數據安全問題，在具體實現中是以物理方法和密碼方法兩種方式來解決的。加密技術對于電子標簽的成本和功耗都存在要求，越安全的數據加密算法，意味著需要占據更大的電子標簽存儲空間，如何在成本和安全性能中求得最佳平衡點，也是需要不斷突破的問題。

　　5.結語

　　無線射頻識別RFID技術在物聯網技術的總體發展中具有重要的研究價值，從目前應用研究的情況來看，已經出現多個技術發展方向。而準確把握當前技術發展的瓶頸，對于積極開展RFID技術研究，推動物聯網技術發展，具有一定的現實意義。