RFID技術(shù)及其所面臨的挑戰

　　近年來(lái)，無(wú)線(xiàn)射頻識別（RFID）技術(shù)逐漸成為一種主流應用技術(shù)，該技術(shù)使快速物品識別成為可能。RFID技術(shù)與早期的條形碼識別技術(shù)不同，它不需要近距離使用讀碼器，通過(guò)射頻信號，可以實(shí)現遠距離識別。RFID標簽還可以將產(chǎn)品生產(chǎn)商、產(chǎn)品類(lèi)型以及環(huán)境變量等各種信息作為身份的標識，不必像條形碼那樣使用斑馬線(xiàn)標簽。另外，RFID系統還能從不同方向自動(dòng)識別RFID標簽，與條形碼識別相比，極大提高了識別速率。

　　盡管RFID在誕生之初就展現出很大優(yōu)勢，但其高昂的費用阻礙了它在商業(yè)上的應用。隨著(zhù)電子工業(yè)的進(jìn)步、電子設備的集成化和小型化，使RFID 設備成本逐步下降，因而使它具有了與傳統的條形標簽相競爭的能力。在某些大型商業(yè)場(chǎng)所，RFID對于商品監管的優(yōu)勢是普通識別技術(shù)難以比擬的。

　　1、RFID原理

　　RFID是一種非接觸式的自動(dòng)識別技術(shù)，它利用射頻信號通過(guò)電感耦合或電磁耦合自動(dòng)識別目標對象，并獲取相關(guān)數據。標簽是RFID技術(shù)的關(guān)鍵部分。RFID標簽含有一個(gè)發(fā)送應答機，可以向RFID閱讀器發(fā)送特定信號，絕大多數的RFID標簽都有一個(gè)ID序列號（如SKU碼）。閱讀器在收到ID號后可以從數據庫中檢索相關(guān)數據，并按指示進(jìn)行操作。RFID標簽也可以具有可讀寫(xiě)的存儲器，用于存儲向不同閱讀器發(fā)送的信息，這些信息用于對貼附標簽的物體進(jìn)行識別。RFID系統原理如圖1所示。

圖1　RFID系統原理

　　RFID標簽按是否有源分為主動(dòng)式標簽和被動(dòng)式標簽。主動(dòng)式RFID標簽自帶電源（如板載電池），被動(dòng)式標簽的能源則利用電磁感應通過(guò)讀寫(xiě)器獲取。同樣，讀寫(xiě)器也根據所讀取標簽的類(lèi)型分為主動(dòng)式讀寫(xiě)器和被動(dòng)式讀寫(xiě)器。

　　1.1　主動(dòng)式標簽

　　主動(dòng)式標簽內部自帶電池進(jìn)行供電，具有可讀寫(xiě)的特性。由于自帶電源，主動(dòng)式標簽能傳輸較強信號，因而具有更遠的讀寫(xiě)距離。但是板載電源會(huì )使標簽體積變大而且更加昂貴，所以主動(dòng)RFID系統一般用于大型航空工具以及普通交通工具等的遠距離識別。低功耗的主動(dòng)標簽通常比一副撲克稍大。主動(dòng)標簽可以在物體未進(jìn)入識別距離時(shí)處于休眠狀態(tài)。也可以處于廣播狀態(tài)持續向外廣播信號。

　　由于自帶電源，主動(dòng)標簽能在較高的頻率下工作，如455MHz、2.45GHz及5.8GHz等，這取決于實(shí)際的識別距離和存儲器需求。在這些頻率下，讀寫(xiě)器可以在20m～100m的范圍內工作。

　　1.2　被動(dòng)式標簽

　　被動(dòng)式標簽內部不帶電池，從讀寫(xiě)器產(chǎn)生的磁場(chǎng)中獲得工作所需的能量。當標簽進(jìn)入讀寫(xiě)器的識別范圍后，標簽通過(guò)天線(xiàn)感知電磁場(chǎng)變化，由電磁感應產(chǎn)生感應電流，標簽通過(guò)集成的電容保存產(chǎn)生的能量。當電容蓄積了足夠的電荷后，RFID標簽就可以利用電容提供的能量向讀寫(xiě)器發(fā)送帶有標簽ID信息的調制信號。由于被動(dòng)式標簽自身不帶電源，因而比主動(dòng)標簽價(jià)格要低很多，在美國，通常一個(gè)標簽花費20美分左右。隨著(zhù)微電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，可以將標簽做得更小、更便宜。由于價(jià)格上的優(yōu)勢，它比主動(dòng)式標簽具有更廣的應用領(lǐng)域。

　　除了價(jià)格低之外，被動(dòng)標簽還非常小。但目前的天線(xiàn)技術(shù)會(huì )限制標簽的大小，標簽越大有效識別距離越遠。目前的被動(dòng)標簽一般都只有2K左右的內存，由于內存有限，除了存儲ID信息和一些歷史信息外，不能存儲特別復雜的有用信息，因而在一定程度上限制了其應用領(lǐng)域。隨著(zhù)RFID技術(shù)的不斷進(jìn)步，標簽能存儲的信息容量將會(huì )不斷增加，從而能存儲較復雜的信息。

　　被動(dòng)標簽與讀寫(xiě)器之間通信的ID信息一般通過(guò)高頻和低頻方式調制實(shí)現。在低頻調制方式下（低于100MHz），標簽電容配合電感線(xiàn)圈，根據標簽 ID信息改變信號強度，并向外輻射，變化的快慢受調制頻率的影響。在高頻（高于100MHz）方式下，標簽使用背向散射方式發(fā)送信號，這使得天線(xiàn)在內部電路的影響下是變阻抗的。當阻抗發(fā)生改變時(shí)，天線(xiàn)會(huì )向外輻射射頻信號，讀寫(xiě)器便可以獲取并解調信號。被動(dòng)標簽工作頻率一般為128kHz、13.6MHz、 915MHz以及2.45GHz等，識別距離因而在幾十cm到幾m不等。系統頻率的選取一般由環(huán)境因素、傳輸介質(zhì)及識別范圍需求所決定。

    2、RFID應用

　　近年來(lái)，隨著(zhù)RFID技術(shù)的成熟，其應用范圍越來(lái)越廣泛，已產(chǎn)生深遠影響。其中最廣泛的應用包括供應鏈管理、安全領(lǐng)域及重要事物和人物的追蹤。

　　2.1　供應鏈管理

　　在供應鏈管理中，RFID標簽可以用于追蹤物品在整個(gè)供應鏈中的流向，追蹤從供應商到零售商的所有物流過(guò)程。還可以對物品進(jìn)行售后追蹤，從顧客付費開(kāi)始，中央數據庫會(huì )記錄其流動(dòng)過(guò)程，制造商、零售商可以事后查詢(xún)其流向，從而有效進(jìn)行定位、投遞確認及防盜。

　　RFID在供應鏈的另一個(gè)應用就是確保供應鏈的合法性。美國食品及藥物管理局（FDA）希望通過(guò)RFID標簽來(lái)確保處方藥品的合法性。在這套系統中，每種藥品流動(dòng)都會(huì )帶有具有唯一序列號的只讀RFID標簽。供應商可以在流通過(guò)程追蹤其走向，同時(shí)在顧客購買(mǎi)確認時(shí)，能準確判斷該種藥物是否來(lái)自合法的供應商以及是否由合法零售商銷(xiāo)售。盡管FDA認為很難在如此巨大而復雜的處方藥品供應鏈中實(shí)現這套系統，但FDA會(huì )不斷投資，并計劃在2008初步實(shí)現該系統。

　　RFID技術(shù)還可以輔助實(shí)現供應鏈管理的自動(dòng)化。如果零售商店和相關(guān)倉庫的貨物擁有RFID標簽，零售商店就可以通過(guò)數據庫知道自己擁有那些貨物。當零售商店通過(guò)倉庫系統提取貨物時(shí)，一旦貨物在提取處出現儲量不足時(shí)，倉庫管理系統可以通過(guò)貨物RFID的相關(guān)信息自動(dòng)從倉庫調取所需貨物。

　　2.2　安全和身份識別

　　RFID還可以廣泛應用于安全和個(gè)人身份識別。通常是將RFID標簽集成到ID卡，用于門(mén)禁系統的身份識別。很多大型企業(yè)都在公司大樓的入口處安裝RFID讀寫(xiě)器，一旦員工通過(guò)就能很快自動(dòng)識別。在身份識別方面，RFID卡大有替代普通磁條ID卡的趨勢。普通磁條ID卡十分容易磨損且信息容易在外界影響下丟失，而RFID卡則更加耐用，同時(shí)可以存儲更多的有用信息。

　　另外，在支付方面RFID也有廣泛應用。通過(guò)在用卡或其他支付設備中安裝RFID讀寫(xiě)器件，能很快實(shí)現身份識別。有的支付卡直接通過(guò)RFID標簽實(shí)現了支付功能，如美國華盛頓特區的城市智能旅行卡。

　　RFID還可貼附在鑰匙上，特別適用于汽車(chē)防盜。因為讀寫(xiě)器只識別貼有正確RFID標簽的鑰匙，即使使用別的鑰匙打開(kāi)了汽車(chē)，但由于標簽信息不匹配，RFID系統可以切斷電源使汽車(chē)無(wú)法啟動(dòng)，從而有效防止通過(guò)盜配鑰匙偷竊汽車(chē)的情況出現。

　　2.3　移動(dòng)追蹤

　　移動(dòng)物體很容易攜帶RFID標簽，可以利用攜帶在某個(gè)移動(dòng)物體上的RFID標簽中的信息實(shí)現對物體的追蹤。目前，美國的一些醫院已經(jīng)將RFID 標簽應用于新生嬰兒的護理中。通過(guò)RFID）標簽能有效確認新生兒的身份，防止嬰兒的誤領(lǐng)。另外，利用標簽可以監控嬰兒在醫院的行蹤，一旦發(fā)現嬰兒離開(kāi)監控有效區，系統將會(huì )報警，從而防止陌生人未經(jīng)允許帶走小孩。醫院還可以使用標簽追蹤醫療設備和儀器的移動(dòng)情況，進(jìn)行有效管理。圖書(shū)館也可以利用標簽，有效管理大量圖書(shū)，對圖書(shū)進(jìn)行規整分類(lèi)。

　　3、RFID面臨的問(wèn)題與挑戰

　　3.1　隱私問(wèn)題

　　隨著(zhù)RFID逐漸廣泛使用，它越來(lái)越得到人們的關(guān)注。很多社會(huì )人士、技術(shù)人員以及支持保護個(gè)人隱私者等都開(kāi)始對RFID的使用提出置疑。保護隱私支持者們認為，很多企業(yè)在使用RFID標簽追蹤商品流向的同時(shí)，也在無(wú)意中泄漏了顧客隱私。很多涉及保密的組織也開(kāi)始關(guān)注這個(gè)問(wèn)題，因為在購買(mǎi)物品時(shí)他們的身份已經(jīng)與物品鏈接，一旦再次通過(guò)某些商場(chǎng)或中心時(shí)，自己的身份就有可能被嵌入在服裝或隨身物品上的RFID）標簽泄漏。

　　像RFID標簽這種基于無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)的產(chǎn)品存在一個(gè)與生俱來(lái)的缺點(diǎn)，那就是它通過(guò)不可見(jiàn)的無(wú)線(xiàn)信道進(jìn)行信息交換，因此很難判斷標簽在什么時(shí)候向外發(fā)送信息。如果很多商品上都貼有RFID標簽，從商店的角度來(lái)說(shuō)，管理商品很方便，不管是分類(lèi)還是快速收費或防止盜竊都很容易。但一旦商品出售后，若附在上面的RFID標簽沒(méi)有去掉，買(mǎi)主的身份就很容易被泄漏。還有可能帶來(lái)更多危害，如行竊者可以通過(guò)RFID讀寫(xiě)器得到貼附標簽的物品的價(jià)值，從而判斷買(mǎi)主的經(jīng)濟條件，為作案帶來(lái)便利。

　　為了解決上述問(wèn)題，EPCglobal公司提出了一個(gè)方案，采用“kill switches”技術(shù)，可以在貼有RFID標簽的物品完成交易后，通過(guò)激活開(kāi)關(guān)，將標簽置入死鎖狀態(tài)，那么標簽就不再向外發(fā)送信號。同樣，RSA公司也開(kāi)發(fā)了一種阻塞器標簽（bloking tag），它利用了EPCglobal公司提出的防碰撞協(xié)議。這種標簽采用的是一種混淆信息的技術(shù)，將所有可能被閱讀器接收到信息的RFID標簽一次提供給閱讀器。因為閱讀器一次只能與一個(gè)標簽交換數據，當多個(gè)標簽同時(shí)回應閱讀器的查詢(xún)時(shí)，閱讀器就只能偵測到一次沖突。此后閱讀器會(huì )試圖與每個(gè)標簽單獨通信，詢(xún)問(wèn)標簽的每個(gè)bit位，這時(shí)Block標簽也會(huì )同時(shí)發(fā)送一個(gè)0bit和一個(gè)1bit回答詢(xún)問(wèn)，這樣閱讀器就無(wú)法得到正確數據。

    實(shí)際上，很多因為RFID標簽所涉及到的隱私問(wèn)題都是可以解決的。由于現有RFID識別技術(shù)的限制，標簽的識別距離還十分有限，要做到在遠離某人視距范圍的汽車(chē)或大樓中通過(guò)讀寫(xiě)器來(lái)讀取某人的標簽信息基本上是不可能的。并且，微弱射頻信號在障礙的阻擋下也會(huì )使讀寫(xiě)器無(wú)法識別，因此，RFID技術(shù)應該是安全的。但在有些情況下，如在通過(guò)門(mén)禁系統或付費系統時(shí)，用戶(hù)的個(gè)人信息及相關(guān)信息都有可能泄漏。隨著(zhù)天線(xiàn)技術(shù)和IC技術(shù)的發(fā)展，遠距離識別終會(huì )成為現實(shí)，建立一種能有效保護隱私的機制是必不可少的。

　　3.2　安全性問(wèn)題

　　安全性是另一個(gè)倍受使用者關(guān)注的問(wèn)題。例如，一些公司采用RFID技術(shù)對貨物的供應鏈進(jìn)行管理，但它并不希望其他競爭對手能通過(guò)貨物上的標簽追蹤到貨物的行蹤及貨物種類(lèi)。同樣，一些帶有與用戶(hù)金融信息有關(guān)的設備如果使用了RFID標簽，那么與用戶(hù)帳戶(hù)相關(guān)的信息也應該得到保護。

　　為此，研究人員提出了一些加密算法，用于標簽對讀寫(xiě)器實(shí)現身份認證，只對通過(guò)身份認證的讀寫(xiě)器傳送信息。在認證過(guò)程中，標簽需要記錄通過(guò)認證的讀寫(xiě)器的ID號，讀寫(xiě)器也應以廣播的形式向標簽發(fā)送ID號。為了保證自身ID號不被其他攻擊者截獲，讀寫(xiě)器與標簽之間必須實(shí)現加密傳送。一旦標簽對讀寫(xiě)器的認 證沒(méi)有通過(guò)，標簽將拒絕傳送所存儲的信息。但是，這種帶密鑰的認證策略同樣會(huì )受到中間人扮演攻擊、重放攻擊等方式的攻擊。

　　3.3　RFID融合問(wèn)題

　　RFID技術(shù)面臨的另一個(gè)問(wèn)題是如何將RFID技術(shù)融合到現有系統中。很多研發(fā)部門(mén)都希望通過(guò)RFID中間件解決這個(gè)問(wèn)題，通過(guò)中間件提供的接口，將RFID系統與已有的后端系統相連。中間件能解決現有標準不統一帶來(lái)的問(wèn)題。利用中間件，可將前端讀寫(xiě)器收到的數據轉換成滿(mǎn)足后端設備要求的數據格式，這樣就能為用戶(hù)帶來(lái)很大的靈活性。很多RFID中間件系統都帶有掛鉤技術(shù)，用來(lái)連接操作監視器，用戶(hù)可以對所使用的標簽進(jìn)行實(shí)時(shí)監控。同樣，中間件也具有連接讀寫(xiě)器和數據庫的能力。

　　4、結束語(yǔ)

　　本文介紹了RFID技術(shù)應用及所面臨的挑戰。作為一種存在很久的技術(shù)，RFID擁有廣闊的市場(chǎng)前景。盡管面對很多挑戰，不管是來(lái)自技術(shù)上還是觀(guān)念上的，RFID以其與生具有的優(yōu)點(diǎn)得到了越來(lái)越多企業(yè)和用戶(hù)的支持。在未來(lái)的生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)化、倉儲管理、電子物品監視系統、貨運集裝箱的識別以及城市管理等方面，RFID一定有著(zhù)更廣泛的應用。