射頻識(shí)別技術(shù)原理、協(xié)議及系統(tǒng)設(shè)計(jì)：第15章 應(yīng)用模式

射頻識(shí)別技術(shù)原理、協(xié)議及系統(tǒng)設(shè)計(jì)第六篇

應(yīng)用實(shí)踐射頻識(shí)別技術(shù)原理、協(xié)議及系統(tǒng)設(shè)計(jì)第15章

應(yīng)用模式本章內(nèi)容15.1RFID的技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)15.2RFID的應(yīng)用模式15.3小結(jié)15.1RFID的技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)核心理論基于無(wú)線通信理論及存儲(chǔ)器技術(shù)，RFID標(biāo)簽最為標(biāo)識(shí)可被閱讀器獲取，且不需視距間通信。自動(dòng)識(shí)別可自動(dòng)采集信息，目標(biāo)物體與所處環(huán)境相關(guān)聯(lián)，符合“物聯(lián)”特性節(jié)約成本重復(fù)使用閱讀器與標(biāo)簽相對(duì)位置沒(méi)有要求有效識(shí)別范圍可達(dá)數(shù)十米符合較多應(yīng)用場(chǎng)景通信范圍速度快1ms完成整個(gè)通信過(guò)程主動(dòng)識(shí)別RFID技術(shù)主要特征就是可以主動(dòng)的識(shí)別標(biāo)簽，不需特定的操作非接觸式的主動(dòng)快速識(shí)別15.1RFID的技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

通訊范圍讀取時(shí)間主/被動(dòng)條碼技術(shù)<0.1m>1s被IC卡技術(shù)<0.1m>1s被指紋<0.1m>1s被RFID可達(dá)數(shù)十米1ms主二維條形碼最多存儲(chǔ)2710個(gè)數(shù)字而RFID標(biāo)簽的最高容量可達(dá)數(shù)MB數(shù)據(jù)容量永久存儲(chǔ)數(shù)據(jù)15.1RFID的技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

容量級(jí)別失效原因條碼技術(shù)Kbit磨損、受潮IC卡技術(shù)Kbit消磁、折斷指紋—手指脫皮等RFIDMbit破損、干擾使用壽命RFID表面沒(méi)有裸露的芯片適應(yīng)各種惡劣環(huán)境使用壽命在10年以上15.1RFID的技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)可重復(fù)使用RFID標(biāo)簽可存儲(chǔ)的信息進(jìn)行重寫(xiě)重寫(xiě)次數(shù)高達(dá)十萬(wàn)次更改標(biāo)簽信息以節(jié)約成本可同時(shí)讀取閱讀器可同時(shí)讀取并識(shí)別多個(gè)RFID標(biāo)簽信息很大程度上節(jié)約讀取時(shí)間，提高工作效率成本低廉，可大量部署相對(duì)條碼技術(shù)，成本上不占優(yōu)勢(shì)進(jìn)行規(guī)模化生產(chǎn)后可獲得更高的性價(jià)比RFID標(biāo)簽可重復(fù)使用，性價(jià)比進(jìn)一步提高

價(jià)格區(qū)間條碼技術(shù)0.01元IC卡技術(shù)1元RFID0.5元15.1RFID的技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)具有很強(qiáng)的穿透力通過(guò)電磁場(chǎng)進(jìn)行通信被障礙物阻擋時(shí)也可以通信被動(dòng)標(biāo)簽：有效識(shí)別距離10m左右主動(dòng)標(biāo)簽：有效識(shí)別距離可達(dá)30m以上傳統(tǒng)無(wú)線技術(shù)的物理特征RFID具有一般無(wú)線技術(shù)的物理特征傳輸過(guò)程中的信號(hào)強(qiáng)度和強(qiáng)衰減性保密性高RFID標(biāo)簽出廠時(shí)都寫(xiě)有不可更改的唯一編號(hào)RFID標(biāo)簽與閱讀器之間采用雙向驗(yàn)證機(jī)制處理前，卡與閱讀器進(jìn)行三次相互認(rèn)證通信過(guò)程中所有數(shù)據(jù)都是加密的標(biāo)簽中各個(gè)扇區(qū)都有自己的操作密碼和訪問(wèn)條件15.2RFID的應(yīng)用模式雖然RFID技術(shù)還沒(méi)有達(dá)到最佳狀態(tài)，但其已經(jīng)越來(lái)越頻繁地出現(xiàn)在大量的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用物流管理電子名片智能交通安全訪問(wèn)控制物品防偽電子支付傳統(tǒng)媒體拓展快速出入動(dòng)植物管理室內(nèi)導(dǎo)航三種模式標(biāo)簽識(shí)別信息檢索與集成目標(biāo)檢測(cè)與追蹤15.2.1標(biāo)簽識(shí)別標(biāo)簽識(shí)別是所有RFID技術(shù)相關(guān)應(yīng)用的最基本的功能。一個(gè)典型的RFID應(yīng)用系統(tǒng)包括： RFID標(biāo)簽、閱讀器（含天線）、交互系統(tǒng)。目前，在物流業(yè)和智能交通中，此功能已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。15.2.1標(biāo)簽識(shí)別物流業(yè)使用無(wú)線射頻識(shí)別設(shè)備、傳感器、GPS等裝置與互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合構(gòu)成一個(gè)大型網(wǎng)絡(luò)RFID標(biāo)簽成本低、易讀寫(xiě)、不易損壞，被選為物體表示信息的承載體EPC是當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)中具有代表性的標(biāo)識(shí)碼15.2.1標(biāo)簽識(shí)別物流業(yè)——早在2000年，聯(lián)邦快遞就開(kāi)始使用無(wú)鑰匙開(kāi)門(mén)及啟動(dòng)系統(tǒng)1.82m閱讀器掃描RFID標(biāo)簽并進(jìn)行匹配，成功后可自動(dòng)開(kāi)啟車門(mén)并啟動(dòng)系統(tǒng)15.2.1標(biāo)簽識(shí)別物流業(yè)——倉(cāng)儲(chǔ)利用RFID技術(shù)對(duì)貨品的入庫(kù)、出庫(kù)、移動(dòng)、盤(pán)點(diǎn)等操作實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)的控制和管理，對(duì)貨品進(jìn)行全程跟蹤管理，有效利用倉(cāng)庫(kù)的存儲(chǔ)空間。出入庫(kù)管理示意圖RFID系統(tǒng)在貨架上的應(yīng)用場(chǎng)景15.2.1標(biāo)簽識(shí)別智能交通系統(tǒng)（ITS)使用通信技術(shù)、傳感技術(shù)有效的集成基礎(chǔ)設(shè)施和交通中的信息，結(jié)合控制技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)提高交通運(yùn)輸系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性和高效性，降低能源的消耗、減少環(huán)境的污染。有效獲取來(lái)自基礎(chǔ)設(shè)施和車輛中的傳感信息為智能交通提供更透徹的感知信息；通過(guò)隨時(shí)隨地提供路況信息和周邊環(huán)境信息為用戶提供泛在的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)；通過(guò)交通管理和調(diào)度機(jī)制最大化交通網(wǎng)絡(luò)流量并提高安全性，使得交通更加智能化。15.2.1標(biāo)簽識(shí)別智能交通系統(tǒng)（ITS)電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)智能停車場(chǎng)系統(tǒng)15.2.1標(biāo)簽識(shí)別產(chǎn)品監(jiān)控領(lǐng)域機(jī)場(chǎng)行李跟蹤系統(tǒng)......醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域醫(yī)療管理重工業(yè)裝備制造領(lǐng)域汽車生產(chǎn)15.2.2信息檢索與集成基于標(biāo)簽有限的關(guān)鍵字信息，通過(guò)在互聯(lián)網(wǎng)端進(jìn)行信息抽取，使RFID標(biāo)簽成為接入廣闊數(shù)字媒體世界的窗口，提供給用戶更多維度的感知體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)快速高效的信息管理。智能海報(bào)15.2.2信息檢索與集成電子名片15.2.3目標(biāo)定位與追蹤基于RFID技術(shù)的目標(biāo)定位與追蹤具有廣發(fā)的應(yīng)用領(lǐng)域。RFID定位方法基于標(biāo)簽定位基于閱讀器定位無(wú)收發(fā)器模型混合方法母嬰RFID識(shí)別管理及嬰兒防盜管理系統(tǒng)15.2.2信息檢索與集成杜絕惡意的認(rèn)為調(diào)換，母親報(bào)錯(cuò)孩子、嬰兒被盜等問(wèn)題監(jiān)獄RFID人員實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)15.2.2信息檢索與集成實(shí)現(xiàn)對(duì)犯罪/干警的實(shí)時(shí)位置跟蹤及移動(dòng)報(bào)警，對(duì)監(jiān)控區(qū)域做到全自動(dòng)、全覆蓋和主動(dòng)式監(jiān)控。醫(yī)療應(yīng)用控制傳染病人活動(dòng)范圍2003年SARS爆發(fā)之際，臺(tái)灣醫(yī)院就開(kāi)始使用RFID系統(tǒng)記錄醫(yī)護(hù)人員和病人的行動(dòng)狀態(tài)，防止疫情擴(kuò)散。利用RFID可以在很大范圍內(nèi)獲知病人行蹤，并記錄醫(yī)護(hù)人員和病人的接觸情況15.2.4基于RFID的移動(dòng)行為感知研究移動(dòng)行為感知研究主要用于監(jiān)控、用戶識(shí)別統(tǒng)計(jì)等領(lǐng)域。由于人體的能量吸收作用，被人體遮擋部分的部分標(biāo)簽的反射信號(hào)會(huì)存在明顯的能量衰減現(xiàn)象基于RFID的方法：成本低；可擴(kuò)展性好；數(shù)據(jù)冗余少并可及時(shí)有效利用基于攝像頭的方法：昂貴；數(shù)據(jù)質(zhì)量低、存在大量冗余，無(wú)法及時(shí)有效利用智能防盜系統(tǒng)將RFID閱讀器布置于需要監(jiān)控的環(huán)境中，并在周邊環(huán)境中部署一定量的RFID標(biāo)簽，通過(guò)實(shí)時(shí)不斷的掃描讀取標(biāo)簽信息。當(dāng)有人進(jìn)入環(huán)境中時(shí)，由于人是電離體，會(huì)干擾RFID的讀取，當(dāng)沒(méi)有識(shí)別到有效的用戶信息，并且有些標(biāo)簽突然不能被讀取時(shí)，說(shuō)明有不明身份的用戶進(jìn)入監(jiān)控區(qū)域。15.2.4基于RFID的移動(dòng)行為感知研究智能門(mén)禁系統(tǒng)通過(guò)在一定的物理空間拓?fù)渖喜渴饦?biāo)簽陣列，檢測(cè)當(dāng)有人員經(jīng)過(guò)時(shí)，標(biāo)簽返回信號(hào)受干擾的規(guī)律，可以判斷一些相對(duì)簡(jiǎn)單的人員移動(dòng)模式。15.2.4基于RFID的移動(dòng)行為感知研究超高頻無(wú)線射頻信號(hào)傳輸過(guò)程中，會(huì)受到環(huán)境因素的影響，尤其是水、金屬等物質(zhì)對(duì)無(wú)線射頻信號(hào)的影響非常大。15.2.5NFC技術(shù)短距離無(wú)線通信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)電子設(shè)備間簡(jiǎn)單的觸碰方式在0.1S內(nèi)建立連接使用特殊的信號(hào)衰減技術(shù)，電子設(shè)備間距小于20cm2002，Philips開(kāi)始研發(fā)NFC技術(shù)2004，飛利浦、索尼、諾基亞發(fā)起并成立促進(jìn)NFC技術(shù)生態(tài)圈發(fā)展的組織近場(chǎng)通信聯(lián)盟2006年，近場(chǎng)通信聯(lián)盟公布了NFC標(biāo)簽初始規(guī)范說(shuō)明2006年，諾基亞公司發(fā)布了全球首款，具備NFC功能的手機(jī)Nokia61312009年，近場(chǎng)通信聯(lián)盟發(fā)布點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的NFC通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)2010年，首款A(yù)ndroid平臺(tái)，具備NFC功能的智能手機(jī)SamsungNexusS發(fā)布；2011年，谷歌公司展示手機(jī)間如何通過(guò)NFC技術(shù)，來(lái)分享圖片和視頻等15.2.5NFC技術(shù)卡模擬設(shè)備如同RFID反射其他NFC設(shè)備的射頻信號(hào)來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)對(duì)自身能耗很低，適用于移動(dòng)支付領(lǐng)域點(diǎn)對(duì)點(diǎn)對(duì)等網(wǎng)絡(luò)通信的標(biāo)準(zhǔn)模式建立連接快、功耗低、操作簡(jiǎn)單讀/寫(xiě)器如同一個(gè)RFID閱讀器，讀取其他工作在卡模擬模式下的NFC設(shè)備或標(biāo)簽工作頻段：13.56MHz標(biāo)簽分為四種基本類型移動(dòng)支付分享名片智能海報(bào)15.2.5NFC技術(shù)

NFCBluetoothBluetooth4.0標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO/IEC藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)ISO14443A、B等IEEE802.15.1IEEE802.15.1網(wǎng)絡(luò)類型點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)加密非卡模擬模式具備具備工作范圍<0.2米~100米~50米頻率13.56

MHz2.4–2.5

GHz2.4–2.5

GHz數(shù)據(jù)率424kbit/s2.1Mbit/s~1.0Mbit/s建立連接時(shí)間<0.1秒<6秒<0.006秒功耗<15mA(讀取)不同種類不同<15mA(發(fā)送/接收)NFC技術(shù)通信距離短，數(shù)據(jù)傳輸率低，使得其不易被竊聽(tīng)并耗能較低。NFC技術(shù)是RFID技術(shù)的有益補(bǔ)充（兩者使用范圍不同）學(xué)術(shù)界對(duì)NFC的研究15.2.5NFC技術(shù)理論

通信模式、操作模式、應(yīng)用場(chǎng)景系統(tǒng)

基于NFC技術(shù)實(shí)現(xiàn)的應(yīng)急基礎(chǔ)設(shè)施維護(hù)系統(tǒng)利用NFC標(biāo)簽為游客提供信息服務(wù)的系統(tǒng)種利用可移動(dòng)的NFC終端來(lái)收集醫(yī)療器械監(jiān)測(cè)健康數(shù)據(jù)的原型系統(tǒng)利用NFC標(biāo)簽進(jìn)行室內(nèi)導(dǎo)航的原型系統(tǒng)……工業(yè)界NFC的應(yīng)用案例智能海報(bào)2008年，奧地利科技大學(xué)Hagenberg校區(qū)的NFC研究實(shí)驗(yàn)室采用NFC技術(shù)開(kāi)展一項(xiàng)智能海報(bào)應(yīng)用，為觀光者提供Hagenberg城鎮(zhèn)的相關(guān)信息。15.2.5NFC技術(shù)NFC手機(jī)靠近海報(bào)上的NFC標(biāo)簽便可下載小鎮(zhèn)的相關(guān)旅游景點(diǎn)的信息到手機(jī)上工業(yè)界NFC的應(yīng)用案例簽到服務(wù)2011年4月，國(guó)內(nèi)起步較早的基于真實(shí)位置服務(wù)的網(wǎng)站街旁網(wǎng)，推出了利用NFC技術(shù)進(jìn)行簽到的服務(wù)，手機(jī)端讀取店內(nèi)NFC標(biāo)簽完成簽到，統(tǒng)計(jì)簽到頻率給予用戶一定的優(yōu)惠措施15.2.5NFC技術(shù)工業(yè)界NFC的應(yīng)用案例手機(jī)移動(dòng)支付2011年9月，Google公司發(fā)布了第一款基于NFC技術(shù)的手機(jī)移動(dòng)支付服務(wù)GoogleWallet，使用手機(jī)上的NFC芯片代替信用卡的功能。15.2.5NFC技術(shù)手機(jī)移動(dòng)支付領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)的一些企業(yè)以及運(yùn)營(yíng)商也開(kāi)始關(guān)注，例如淘寶、京東、中國(guó)電信、中國(guó)銀聯(lián)等。移動(dòng)支付是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。工業(yè)界NFC的應(yīng)用案例快速匹配2011年6月，Nokia公司推出了一款利用NFC技術(shù)的揚(yáng)聲器NokiaPlay360°，將手機(jī)上正在播放的音樂(lè)無(wú)縫地切換到揚(yáng)聲器上播放15.2.5NFC技術(shù)手機(jī)和揚(yáng)聲器之間先建立NFC連接傳遞Bluetooth連接的配置參數(shù)加速Bluetooth的連接建立過(guò)程15.2.5NFC技術(shù)小結(jié)NFC技術(shù)被認(rèn)為是在移動(dòng)支付領(lǐng)域具有巨大發(fā)展?jié)摿Φ年P(guān)鍵支撐技術(shù)與傳統(tǒng)藍(lán)牙相比，NFC技術(shù)操作更簡(jiǎn)單，連接更快由于其特殊的信號(hào)衰減技術(shù)，比較安全近場(chǎng)通信技術(shù)可以概括為一種“私密”、“關(guān)鍵”數(shù)據(jù)的無(wú)線通信技術(shù)15.3小結(jié)傳統(tǒng)的RFID系統(tǒng)的功能及所屬相關(guān)特性示意圖如下所示：非接觸式自動(dòng)快速識(shí)別長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)較大容量數(shù)據(jù)保密性高成本低廉，可大量部署具有較強(qiáng)穿透性傳統(tǒng)無(wú)線技術(shù)的物理特性標(biāo)簽閱讀識(shí)別目標(biāo)檢測(cè)與追蹤移動(dòng)行為感知信息檢索集成