RFID研究现状

中文核心期刊《微计算机信息》（嵌入式与SOC）2006年第22卷第11-2期

射频识别（RFID）技术研究现状及发展展望

1.引言

射频识别（Radio Frequency Identification，RFID），又称电子标签（E-Tag），是一种利用射频信号自动识别目标对象并获取相关信息的技术。RFID最早的应用可追溯到第二次世界大战中用于区分联军和纳粹飞机的“敌我辨识”系统。随着技术的进步，RFID应用领域日益扩大，现已涉及到人们日常生活的各个方面，并将成为未来信息社会建设的一项基础技术。RFID典型应用包括：在物流领域用于仓库管理、生产线自动化、日用品销售；在交通运输领域用于集装箱与包裹管理、高速公路收费与停车收费；在农牧渔业用于羊群、鱼类、水果等的管理以及宠物、野生动物跟踪；在医疗行业用于药品生产、病人看护、医疗垃圾跟踪；在制造业用于零部件与库存的可视化管理；RFID还可以应用于图书与文档管理、门禁管理、定位与物体跟踪、环境感知和支票防伪等多种应用领域。

目前，RFID 已成为IT 业界的研究热点，被视为IT业的下一个“金矿”。各大软硬件厂商，包括IBM、Motorola、Philips、TI、Microsoft、Oracle、Sun、BEA、SAP等在内的各家企业都对RFID技术及其应用表现出了浓厚的兴趣，相继投入大量研发经费，推出了各自的软件或硬件产品及系统应用解决方案。在应用领域，以Wal-Mart、UPS、Gillette等为代表的大批企业已经开始准备采用RFID 技术对业务系统进行改造，以提高企业的工作效率并为客户提供各种增值服务。在标签领域，RFID标签与条码相比，具有读取速度快、存储空间大、工作距离远、穿透性强、外形多样、工作环境适应性强和可重复使用等多种优势。

因此，分析RFID技术现状，并展望其未来无疑将非常重要。

2.研究现状

当前RFID 的研究主要围绕RFID 技术标准、RFID 标签成本、RFID 技术和RFID应用系统等多个方面展开。

2.1 RFID 技术标准

RFID 的标准化是当前亟需解决的重要问题，各国及相关国际组织都在积极推进RFID 技术标准的制定。目前，还未形成完善的关于RFID的国际和国内标准。RFID的标准化涉及标识编码规范、操作协议及应用系统接口规范等多个部分。其中标识编码规范包括标识长度、编码方法等；操作协议包括空中接口、命令集合、操作流程等规范。当前主要的RFID相关

规范有欧美的EPC 规范、日本的UID（Ubiquitous ID）规范和ISO 18000系列标准。其中ISO标准主要定义标签和阅读器之间互操作的空中接口。

EPC 规范由Auto-ID 中心及后来成立的EPCglobal 负责制定。Auto-ID中心于1999年由美国麻省理工大学（MIT）发起成立，其目标是创建全球“实物互联”网（internet ofthings），该中心得到了美国政府和企业界的广泛支持。2003 年10 月26 日，成立了新的EPCglobal组织接替以前Auto-ID 中心的工作，管理和发展EPC 规范。关于标签，EPC 规范已经颁布第一代规范。

UID（Ubiquitous ID）规范由日本泛在ID 中心负责制定。日本泛在ID中心由T-Engine论坛发起成立，其目标是建立和推广物品自动识别技术并最终构建一个无处不在的计算环境。该规范对频段没有强制要求，标签和读写器都是多频段设备，能同时支持13.56MHz或2.45GHz 频段。UID 标签泛指所有包含ucode 码的设备，如条码、RFID 标签、智能卡和主动芯片等，并定义了9种不同类别的标签。

2.2 RFID 技术研究

当前，RFID 技术研究主要集中在工作频率选择、天线设计、防冲突技术和安全与隐私保护等方面。

2.2.1 工作频率选择

工作频率选择是RFID技术中的一个关键问题。工作频率的选择既要适应各种不同应用需求，还需要考虑各国对无线电频段使用和发射功率的规定。当前RFID工作频率跨越多个频段，不同频段具有各自优缺点，它既影响标签的性能和尺寸大小，还影响标签与读写器的价格。此外，无线电发射功率的差别影响读写器作用距离。

低频频段能量相对较低，数据传输率较小，无线覆盖范围受限。为扩大无线覆盖范围，必须扩大标签天线尺寸。尽管低频无线覆盖范围比高频无线覆盖范围小，但天线的方向性不强，具有相对较强的绕开障碍物能力。低频频段可采用1至2个天线，以实现无线作用范围的全区域覆盖。此外，低频段电子标签的成本相对较低，且具有卡状、环状、钮扣状等多种形状。高频频段能量相对较高，适于长距离应用。低频功率损耗与传播距离的立方成正比，而高频功率损耗与传播距离的平方成正比。由于高频以波束的方式传播，故可用于智能标签定位。其缺点是容易被障碍物所阻挡，易受反射和人体扰动等因素影响，不易实现无线作用范围的全区域覆盖。高频频段数据传输率相对较高，且通讯质量较好。表1为RFID频段特性表。

2.2.2 RFID 天线研究

天线是一种以电磁波形式把无线电收发机的射频信号功率接收或辐射出去的装置。天线按工作频段可分为短波天线、超短波天线、微波天线等；按方向性可分为全向天线、定向天线等；按外形可分为线状天线、面状天线等。

受应用场合的限制，RFID标签通常需要贴不同类型、不同形状的物体表面，甚至需要嵌入到物体内部。RFID标签在要求低成本的同时，还要求有高的可靠性。此外，标签天线和读写器天线还分别承担接收能量和发射能量的作用，这些因素对天线的设计提出了严格要求。当前对RFID天线的研究主要集中在研究天线结构和环境因素对天线性能的影响上。

天线结构决定了天线方向图、极化方向、阻抗特性、驻波比、天线增益和工作频段等特性。方向性天线由于具有较少回波损耗，比较适合电子标签应用；由于RFID标签放置方向不可控，读写器天线必须采取圆极化方式（其天线增益较大）；天线增益和阻抗特性会对RFID 系统的作用距离产生较大影响；天线的工作频段对天线尺寸以及辐射损耗有较大影响。

天线特性受所标识物体的形状及物理特性影响。如金属物体对电磁信号有衰减作用，金属表面对信号有反射作用，弹性基层会造成标签及天线变形，物体尺寸对天线大小有一定限制等。人们根据天线的以上特性提出了多种解决方案，如采用曲折型天线解决尺寸限制，采用倒F 型天线解决金属表面的反射问题等。

天线特性还受天线周围物体和环境的影响。障碍物会妨碍电磁波传输；金属物体产生电磁屏蔽，会导致无法正确地读取电子标签内容；其他宽频带信号源，比加发动机、水泵、发电机和交直流转换器等，也会产生电磁干扰，影响电子标签的正确读取。如何减少电磁屏蔽和电磁干扰，是RFID技术研究的一个重要方向。

2.2.3 防冲突技术研究

鉴于多个电子标签工作在同一频率，当它们处于同一个读写器作用范围内时，在没有采取多址访问控制机制情况下，信息传输过程将产生冲突，导致信息读取失败。同时多个阅读器之间工作范围重叠也将造成冲突。文献提出了Colorwave算法以解决阅读器冲突问题。根据电子标签工作频段之不同，人们提出了不同的防冲突算法。对于标签冲突，在高频（HF）频段，标签的防冲突算法一般采用经典ALOHA协议。使用ALOHA协议的标签，通过选择经过一个随机时间向读写器传送信息的方法，来避免冲突。绝大多数高频读写器能同时扫描几十个电子标签。在超高频（UHF）频段，主要采用树分叉算法来避免冲突。同采用ALOHA 协议的高频频段电子标签相比，树分叉算法泄漏的信息较多，安全性较差。

上面两种标签防冲突方法均属于时分多址访问（TDMA）方式，应用比较广泛。除此之外，目前还有人提出了频分多址访问（FDMA）和码分多址访问（CDMA）方式的防冲突算法，主要应用于超高频和微波等宽带应用场景。

2.2.4 安全与隐私问题

RFID 安全问题集中在对个人用户的隐私保护、对企业用户的商业秘密保护、防范对RFID 系统的攻击以及利用RFID 技术进行安全防范等多个方面。面临的挑战是：

（1）保证用户对标签的拥有信息不被未经授权访问，以保护用户在消费习惯、个人行踪等方面的隐私；

（2）避免由于RFID 系统读取速度快，可以迅速对超市中所有商品进行扫描并跟踪变化，而被利用来窃取用户商业机密；

（3）防护对RFID 系统的各类攻击，如：重写标签以窜改物品信息；使用特制设备伪造标签应答欺骗读写器以制造物品存在的假相；根据RFID前后向信道的不对称性远距离窃听标签信息；通过干扰RFID 工作频率实施拒绝服务攻击；通过发射特定电磁波破坏标签等；

（4）如何把RFID 的唯一标识特性用于门禁安防、支票防伪、产品防伪等。

2.3 RFID 应用研究

基于RFID 标签对物体的唯一标识特性，引发了人们对基于RFID技术的应用进行研究的热潮。物流与实物互联网是当前RFID应用研究的热点，其他应用研究还包括空间定位与跟踪、普适计算、系统安防等多个方面。

2.3.1 物流与实物互联网

实物互联网是通过给所有物品贴上RFID标签，在现有互连网基础之上构建所有参与流通的物品信息网络。实物互联网的建立将对生产制造、销售、运输、使用、回收等物品流通的各个环节，并将对政府、企业和个人行为带来深刻影响。通过实物互联网，世界上任何物品都可以随时随地按需的被标识、追踪和监控。实物互联网被视为继Internet后IT 业的又一次革命。

2.3.2 空间定位与跟踪

无线及移动通信设备的普及带动了人们对位置感知服务的需求，人们需要确定物品的三维坐标并跟踪其变化。现有的定位服务系统主要包括基于卫星定位的GPS系统、基于红外线或超声波的定位系统以及基于移动网络的定位系统。RFID的普及为人与物体的空间定位与跟踪服务提供了一种新的解决方案。RFID定位与跟踪系统主要利用标签对物体的唯一标识特性，依据读写器与安装在物体上的标签之间射频通信的信号强度来测量物品的空间位置，主要应用于GPS系统难以应用的室内定位。

2.3.3 普适计算

RFID标签具有对物体的唯一标识能力，可以通过与传感器技术相结合，感知周围物品和环境的温度、湿度和光照等状态信息，并利用无线通信技术方便地把这些状态信息及其变化传递到计算单元，提高环境对计算模块的可见度，构建未来普适计算的基础设施，让计算无处不在，主动地、按需地为人们提供服务。

3 结论

RFID 将构建虚拟世界与物理世界的桥梁。可以预见，在不久的将来，RFID技术不仅会在各行各业被广泛采用，最终RFID 技术将会与普适计算技术相融合，对人类社会产生深远影响。

作为全球的制造业基地，中国将是未来全球最大的RFID应用市场。这对于国内的科研机构和企业将是一次难得的机遇。目前，我国在RFID 芯片、RFID系统安全等核心技术方面的研究几乎还是空白，在RFID应用方面也还处于起步阶段。但是可以相信，在政府推动、企业参与的环境下，在庞大市场空间的吸引下，在中国会有越来越多的企业和研究机构参与R FID技术的研发和应用，会有更多的企业利用RFID 技术进行企业信息化改造。中国将不仅主导RFID 技术的应用市场，也应该成为RFID技术的全球研发中心。

国内外RFID技术研究现状与发展趋势

来源：中国科学院上海科技查新咨询中心作者：顾震宇2010-10-30 15:04:25 评论0 条

1 技术概述

RFID射频识别技术实际上是一项较早的技术，在20世纪60年代的时候，RFID射频识别技术的理论已经得到发展，并且开始了一些尝试性的应用。20世纪90年代起，这项技术进入商业应用阶段。经过多年的发展，13.56MHz以下的RFID技术已相对成熟，目前业界最关注的是位于中高频段的 RFID技术，特别是860MHz-960MHz（UHF超高频段）的远距离RFID技术发展最快[1]。

表1 RFID技术发展的历程

从分类上看，RFID技术根据电子标签工作频率的不同通常可分为低频系统（125kHz、134.2kHz），高频系统（13.56MHz），超高频（860MHz-960MHz）和微波系统（2.45GHz、5.8GHz）等。

* 低频和高频系统的特点是阅读距离短、阅读天线方向性不强等，其中，高频系统的通讯速度也较慢。两种不同频率的系统均采用电感耦合原理实现能量传递和数据交换，主要用于短距离、低成本的应用中。

* 超高频、微波系统的标签采用电磁后向散射耦合原理进行数据交换，阅读距离较远（可达十几米），适应物体高速运动，性能好；阅读天线及电子标签天线均有较强的方向性，但该系统标签和读写器成本都比较高。

表2 不同频段的电子标签性能比较

根据电子标签供电方式的不同，电子标签又可分为无源标签（Passive Tag）、半有源标签（Semi-Passive Tag）和有源标签（Active Tag）三种。

* 无源电子标签不含电池，它接收到读写器发出的微波信号后，利用读写器发射的电磁波提供能量，无源标签一般免维护，重量轻、体积小、寿命长、较便宜，但其阅读距离受到读写器发射能量和标签芯片功能等因素限制；

* 半有源标签内带有电池，但电池仅为标签内需维持数据的电路或远距离工作时供电，电池能量消耗很少；

* 有源标签工作所需的能量全部由标签内部电池供应，且它可用自身的射频能量主动发送数据给读写器，阅读距离很远（可达30米），但寿命有限，价格昂贵。

2 国外现状

从全球的范围来看，美国政府是RFID应用的积极推动者，在其推动下美国在RFID标准的建立、相关软硬件技术的开发与应用领域均走在世界前列。欧洲RFID标准追随美国主导的EPCglobal标准。在封闭系统应用方面，欧洲与美国基本处在同一阶段。日本虽然已经提出UID标准，但主要得到的是本国厂商的支持，如要成为国际标准还有很长的路要走。RFID 在韩国的重要性得到了加强，政府给予了高度重视，但至今韩国在RFID的标准上仍模糊不清。目前，美国、英国、德国、瑞典、瑞士、日本、南非等国家均有较为成熟且先进的RFID 产品。

从全球产业格局来看，目前RFID产业主要集中在RFID技术应用比较成熟的欧美市场。飞

利浦、西门子、ST、TI等半导体厂商基本垄断了 RFID芯片市场；IBM、HP、微软、SAP、Sybase、Sun等国际巨头抢占了RFID中间件、系统集成研究的有利位置；Alien、 Intermec、Symbol、Transcore、Matrics、Impinj等公司则提供RFID标签、天线、读写器等产品及设备[2]。

1）美国

在产业方面，TI、Intel等美国集成电路厂商目前都在RFID领域投入巨资进行芯片开发。Symbol等已经研发出同时可以阅读条形码和 RFID的扫描器。IBM、Microsoft和HP等也在积极开发相应的软件及系统来支持RFID的应用。目前美国的交通、车辆管理、身份识别、生产线自动化控制、仓储管理及物资跟踪等领域已经开始逐步应用RFID技术。在物流方面，美国已有10多家企业承诺支持RFID应用，这其中包括：零售商沃尔玛；制造商吉列、强生、宝洁；物流行业的联合包裹服务公司以及政府方面国防部的物流应用。另外，值得注意的是美国政府是RFID应用的积极推动者。按照美国防部的合同规定，2005年1月1日以后，所有军需物资都要使用RFID标签；美国食品及药物管理局（FDA）建议制药商从2006年起利用RFID跟踪最常造假的药品；美国社会福利局（SSA）于2005年年初正式使用RFID技术追踪SSA各种表格和手册。

2）欧洲

在产业方面，欧洲的Philips，ST Microelectronics在积极开发廉价RFID芯片；Checkpoint 在开发支持多系统的RFID识别系统；诺基亚在开发并推广其能够基于 RFID的移动电话购物系统；SAP则在积极开发支持RFID的企业应用管理软件。在应用方面，欧洲在诸如交通、身份识别、生产线自动化控制、物资跟踪等封闭系统与美国基本处在同一阶段。日前，欧洲许多大型企业都纷纷进行RFID的应用实验。

3）日本

日本是一个制造业强国，它在电子标签研究领域起步较早，政府也将RFID作为一项关键的技术来发展。邮政与电信通讯部（MPHPT）在2004 年3月发布了针对RFID的“关于在传感网络时代运用先进的RFID技术的最终研究草案报告”，报告称MPHPT将继续支持测试在UHF 频段的被动及主动的电子标签技术，并在此基础上进一步讨论管制的问题。从近来日本RFID 领域的动态来看，与行业应用相结合的基于RFID技术的产品和解决方案开始集中出现。

3 国内现状

相较于欧美等发达国家或地区，我国在RFID产业上的发展还较为落后。目前，我国RFID

企业总数虽然超过100家，但是缺乏关键核心技术，特别是在超高频RFID方面。从包括芯片、天线、标签和读写器等硬件产品来看，低高频RFID技术门槛较低，国内发展较早，技术较为成熟，产品应用广泛，目前处于完全竞争状况；超高频RFID技术门槛较高，国内发展较晚，技术相对欠缺，从事超高频RFID产品生产的企业很少，更缺少具有自主知识产权的创新型企业。

从产业链上看，RFID的产业链主要由芯片设计、标签封装、读写设备的设计和制造、系统集成、中间件、应用软件等环节组成。目前我国还未形成成熟的RFID产业链，产品的核心技术基本还掌握在国外公司的手里，尤其是芯片、中间件等方面。中低、高频标签封装技术在国内已经基本成熟，但是只有极少数企业已经具备了超高频读写器设计制造能力。国内企业基本具有RFID天线的设计和研发能力，但还不具备应用于金属材料、液体环境上的可靠性RFID标签天线设计能力。系统集成是发展相对较快的环节，而中间件及后台软件部分还比较弱[3]。

1）芯片设计

RFID芯片在RFID的产品链中占据着举足轻重的位置，其成本占到整个标签的三分之一左右。对于广泛用于各种智能卡的低频和高频频段的芯片而言，以复旦微电子、上海华虹、大唐微电子、清华同方等为代表的中国集成电路厂商已经攻克了相关技术，打破了国外厂商的统治地位。但在UHF频段，RFID 芯片设计面临巨大困难：（1）苛刻的功耗限制；（2）片上天线技术；（3）后续封装问题；（4）与天线的适配技术。目前，国内UHF频段RFID芯片市场几乎被国外企业垄断。

2）标签封装

目前国内企业已经熟练掌握了低频标签的封装技术，高频标签的封装技术也在不断地完善。出现了一些封装能力很强，尤其是各种智能卡封装能力强的企业，例如深圳华阳、中山达华、上海申博等等。但是国内欠缺封装超高频、微波标签的能力，当然这部分产品在我国的应用还很少，相关的最终标准也没有出台。我国的标签封装企业大多是做标签的纯封装，没有制作Inlay的能力。提高生产工艺，提供防水、抗金属的柔性标签是我国RFID标签封装企业面临的问题。

3）读写设备的设计和制造

国内低频读写器生产加工技术非常完善，生产经营的企业很多且实力相当。高频读写器国内的生产加工技术基本成熟，但还没有形成强势品牌，企业实力差不多，只是注重的应用方向不同。例如面对消费领域（校园一卡通等）的企业中哈尔滨新中新，沈阳宝石、北京迪科创新等有一定的影响力。国内只有如深圳远望谷，江苏瑞福等少数几家企业具有设计、制造超高频读写器的能力。

4）系统集成

目前，RFID市场还是处于前期宣传预热阶段，项目机会在逐步增加，但是大部分还是处于前期的洽谈阶段，真正实施的项目并不多，还未出现真正的大规模有影响力的应用项目。因此中国市场的RFID系统集成商还是处于前期的市场宣传和投入阶段，真正能够借助RFID

盈利的集成商很少。国内市场上集成商可以分为两类：国外大厂商例如IBM、HP等他们通过与国内集成商和硬件厂商合作，专攻大型的集成项目。国内较有影响力的集成商有维深、励格、富天达、实华开、倍思得等。后者做的大规模有影响力的集成项目不是很多，基本都是中小型的闭环应用。

5）RFID中间件

RFID中间件又称RFID管理软件，它屏蔽了RFID设备的多样性和复杂性，能够为后台业务系统提供强大的支撑，从而驱动更广泛、更丰富的 RFID应用。当前我国的RFID中间件市场还不成熟，应用较少而且缺乏深层次上的功能。市场上比较有影响力的中间件企业有SAP、Manhattan Associatesz、Oracle、OAT Systems等。

6）标准发展

中国在RFID技术与应用的标准化研究工作上已有一定基础，目前经从多个方面开展了相关标准的研究制定工作。制定了《中国射频识别技术政策白皮书》、《建设事业IC卡应用技术》等应用标准，并且得到了广泛的应用；在频率规划方面，已经做了大量的试验；在技术标准方面，依据ISO/IEC 15693系列标准已经基本完成国家标准的起草工作，参照ISO/IEC 18000系列标准制定国家标准的工作已列入国家标准制订计划。此外，中国RFID标准体系框架的研究工作也基本完成。

4 发展趋势

1）市场趋势

近年来，RFID技术已经在物流、零售、制造业、服装业、医疗、身份识别、防伪、资产管理、食品、动物识别、图书馆、汽车、航空、军事等众多领域开始应用，对改善人们的生活质量、提高企业经济效益、加强公共安全以及提高社会信息化水平产生了重要的影响。我国已经将RFID技术应用于铁路车号识别、身份证和票证管理、动物标识、特种设备与危险品管理、公共交通以及生产过程管理等多个领域。

据ABI公司根据预测，RFID技术将在未来2-5年逐渐开始大规模应用，2003年全球RFID市场规模为16.5亿美元，至2008年达到 52.5亿美元，2009受到金融危机影响增长幅度趋缓，估计将达到55.6亿美元，预计到2013年全球RFID规模将达到98亿美元，2003-2013年均复合增长率为19%。RFID电子标签方面，2005年全球共发货10.2亿，2008年达到19.7亿，预计至2009年将为23.5枚，2005-2009年均复合增长率为23%[4] [5]。

据Frost & Sullivan公司2008年发布的调查显示，2004-2014年间，亚太地区不同种类RFID 构成将发生变化，低频RFID市场份额将快速下降；高频RFID市场份额小幅下降，但仍占各

类RFID的主导地位；而超高频RFID市场份额呈现快速上升的格局，至2014年，其市场份额将与高频RFID接近 [6]。

2）技术趋势

就技术而言，在未来的几年中，RFID技术将继续保持高速发展的势头。电子标签、读写器、系统集成软件、公共服务体系、标准化等方面都将取得新的进展。随着关键技术的不断进步，RFID产品的种类将越来越丰富，应用和衍生的增值服务也将越来越广泛。

RFID芯片设计与制造技术的发展趋势是芯片功耗更低，作用距离更远，读写速度与可靠性更高，成本不断降低。芯片技术将与应用系统整体解决方案紧密结合。

RFID标签封装技术将和印刷、造纸、包装等技术结合，导电油墨印制的低成本标签天线、低成本封装技术将促进RFID标签的大规模生产，并成为未来一段时间内决定产业发展速度的关键因素之一。

RFID读写器设计与制造的发展趋势是读写器将向多功能、多接口、多制式、并向模块化、小型化、便携式、嵌入式方向发展。同时，多读写器协调与组网技术将成为未来发展方向之一。

RFID技术与条码、生物识别等自动识别技术，以及与互联网、通信、传感网络等信息技术融合，构筑一个无所不在的网络环境。海量RFID信息处理、传输和安全对RFID的系统集成和应用技术提出了新的挑战。RFID系统集成软件将向嵌入式、智能化、可重组方向发展，通过构建RFID公共服务体系，将使RFID信息资源的组织、管理和利用更为深入和广泛。