自動識別技術(shù)與RFID

自動識別技術(shù)與RFID內(nèi)容提要感知識別技術(shù)融合物理世界和信息世界，是物聯(lián)網(wǎng)區(qū)別于其他網(wǎng)絡最獨特的部分。本篇從自動識別技術(shù)與RFID開始，逐一介紹多樣化的信息生成方式。2.1自動識別技術(shù)2.2RFID的歷史和現(xiàn)狀2.3RFID技術(shù)分析2.4RFID標簽沖突2.5RFID和物聯(lián)網(wǎng)2.6RFID隱私問題自動識別技術(shù)是模式識別理論的典型應用，選取不同的特征產(chǎn)生了多樣的自動識別技術(shù)。本章內(nèi)容光符號識別&語音識別光學字符識別（OpticalCharacterRecognition，OCR），是模式識別（PatternRecognition，PR）的一種技術(shù)，目的是要使計算機知道它到底看到了什么，尤其是文字資料。OCR技術(shù)能使設備通過光學機制識別字符。應用實例：圖書館圖書電子化。語音識別研究如何采用數(shù)字信號處理技術(shù)自動提取及決定語言信號中最基本有意義的信息，同時也包括利用音律特征等個人特征識別說話人。應用實例：電腦語音錄入，手機語音撥號。自動識別技術(shù)舉例光符號識別語音識別虹膜識別指紋識別IC卡條形碼虹膜識別：合適的生物特征虹膜識別是當前應用最方便精確的生物識別技術(shù)，虹膜的高度獨特性和穩(wěn)定性是其用于身份鑒別的基礎(chǔ)。眼睛白色部分是鞏膜，黑色部分是瞳孔，白色部分與黑色部分之間是虹膜。包含了很多斑點、條紋、細絲。虹膜識別的特點：非接觸性:從無需用戶接觸設備,對人身沒有侵犯。唯一性:形態(tài)完全相同虹膜的可能性低于其他組織。穩(wěn)定性:虹膜定型后終身不變，一般疾病不會對虹膜組織造成損傷。防偽性:

不可能在對視覺無嚴重影響的情況下用外科手術(shù)改變虹膜特征。應用實例：高安全場合自動識別技術(shù)舉例光符號識別語音識別虹膜識別指紋識別IC卡條形碼指紋識別技術(shù)從實用角度看，指紋識別是優(yōu)于其他生物識別技術(shù)的身份鑒別方法。因為指紋具有各不相同、終生基本不變的特點，且目前的指紋識別系統(tǒng)已達到操作方便、準確可靠、價格適中的階段，正逐步應用于民用市場。指紋識別的處理流程：通過特殊的光電轉(zhuǎn)換設備和計算機圖像處理技術(shù)，對活體指紋進行采集、分析和比對，可以迅速、準確地鑒別出個人身份。系統(tǒng)一般主要包括對指紋圖像采集、指紋圖像處理、特征提取、特征值的比對與匹配等過程。應用實例：美國簽證，過去大拇指，現(xiàn)在十指自動識別技術(shù)舉例光符號識別語音識別虹膜識別指紋識別IC卡條形碼IC卡技術(shù)IC卡（IntegratedCircuitCard），即“集成電路卡”在日常生活中已隨處可見。實際上是一種數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，如有必要還可附加計算能力。一個標準的IC卡應用系統(tǒng)通常包括：IC卡、IC卡接口設備（IC卡讀寫器）、PC，較大的系統(tǒng)還包括通信網(wǎng)絡和主計算機等，如圖所示。自動識別技術(shù)舉例光符號識別語音識別虹膜識別指紋識別IC卡條形碼IC卡：基本組成IC卡：由持卡人掌管，記錄持卡人特征代碼、文件資料的便攜式信息載體。接口設備：即IC卡讀寫器，是卡與PC信息交換的橋梁，且常是IC卡的能量來源。核心為可靠的工業(yè)控制單片機，如Intel的51系列等。PC：系統(tǒng)的核心，完成信息處理、報表生成輸出和指令發(fā)放、系統(tǒng)監(jiān)控管理以及卡的發(fā)行與掛失、黑名單的建立等。網(wǎng)絡與計算機：通常用于金融服務等較大的系統(tǒng)。自動識別技術(shù)舉例光符號識別語音識別虹膜識別指紋識別IC卡條形碼IC卡：分類自動識別技術(shù)舉例光符號識別語音識別虹膜識別指紋識別IC卡條形碼IC卡：按芯片分類（1）存儲器卡。存儲器卡卡內(nèi)嵌入的芯片為存儲器芯片，這些芯片多為通用E2PROM（或FlashMemory）；無安全邏輯，可對片內(nèi)信息不受限制地任意存取；卡片制造中也很少采取安全保護措施；不完全符合或支持ISO/IEC7816國際標準，而多采用兩線串行通信協(xié)議（I2C總線協(xié)議）或3線串行通信協(xié)議。存儲器卡功能簡單，沒有（或很少有）安全保護邏輯，但價格低廉，開發(fā)使用簡便，存儲容量增長迅猛，因此多用于某些內(nèi)部信息無須保密或不允許加密（如急救卡）的場合。特點：IC卡：按芯片分類（2）邏輯加密卡。邏輯加密卡由非易失性存儲器和硬件加密邏輯構(gòu)成，一般是專門為IC卡設計的芯片，具有安全控制邏輯，安全性能較好；同時采用ROM、PROM、E2PROM等存儲技術(shù)；從芯片制造到交貨，均采取較好的安全保護措施，如運輸密碼TC（TransportCard）的取用；支持ISO/IEC7816國際標準。邏輯加密卡有一定的安全保證，多用于有一定安全要求的場合，如保險卡、加油卡、駕駛卡、借書卡、IC卡電話和小額電子錢包等。特點：

IC卡：按芯片分類（3）CPU卡。CPU卡也稱智能卡。CPU卡的硬件構(gòu)成包括CPU、存儲器（含RAM、ROM、E2PROM等）、卡與讀寫終端通信的I/O接口及加密運算協(xié)處理器CAU，ROM中則存放有COS（ChipOperationSystem，片內(nèi)操作系統(tǒng)）。計算能力高，存儲容量大，應用靈活，適應性較強。安全防偽能力強。不僅可驗證卡和持卡人的合法性，且可鑒別讀寫終端，已成為一卡多用及對數(shù)據(jù)安全保密性特別敏感場合的最佳選擇，如手機SIM卡等。真正意義上的“智能卡”。特點：

CPU卡：按交換界面分類接觸式IC卡

接觸式IC卡的多個金屬觸點為卡芯片與外界的信息傳輸媒介，成本低，實施相對簡便；非接觸式IC卡則不用觸點，而是借助無線收發(fā)傳送信息，因此在前者難以勝任的交通運輸?shù)戎T多場合有較多應用。非接觸式IC卡條形碼技術(shù)自動識別技術(shù)舉例光符號識別語音識別虹膜識別指紋識別IC卡條形碼條碼技術(shù)是在計算機應用發(fā)展過程中，為消除數(shù)據(jù)錄入的“瓶頸”問題而產(chǎn)生的，可以說是最“古老”的自動識別技術(shù)。條形碼是由一組規(guī)則排列的條、空以及對應的字符組成的標記。當使用專門的條形碼識別設備如手持式條碼掃描器掃描這些條碼時，條碼中包含的信息就轉(zhuǎn)化為計算機可識別的數(shù)據(jù)。目前市場上常見的是一維條形碼，信息量約幾十位數(shù)據(jù)和字符；二維條形碼相對復雜，但信息量可達幾千字符。條形碼技術(shù)：一維條形碼自動識別技術(shù)舉例光符號識別語音識別虹膜識別指紋識別IC卡條形碼一維條碼是由一組規(guī)則排列的條、空以及對應的字符組成的標記。普通的一維條碼在使用過程中僅作為識別信息，它的意義是通過在計算機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中提取相應的信息而實現(xiàn)的。一個完整的條碼的組成次序依次為：靜區(qū)（前）、起始符、數(shù)據(jù)符、（中間分割符，主要用于EAN碼）、(校驗符)、終止符、靜區(qū)（后）。一維條形碼：譯碼原理激光掃描儀通過一個激光二極管發(fā)出一束光線，照射到一個旋轉(zhuǎn)的棱鏡或來回擺動的鏡子上，反射后的光線穿過閱讀窗照射到條碼表面，光線經(jīng)過條或空的反射后返回閱讀器，由一個鏡子進行采集、聚焦，通過光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電信號，該信號將通過掃描期或終端上的譯碼軟件進行譯碼。一維條形碼：典型一維條形碼制比較數(shù)字的組合和意義不同，形成了各種碼制圖書用的是ISBN碼條形碼技術(shù)：二維條形碼自動識別技術(shù)舉例光符號識別語音識別虹膜識別指紋識別IC卡條形碼二維碼利用某種特定的幾何圖形按一定規(guī)律在平面（二維方向上）分布的黑白相間的圖形記錄數(shù)據(jù)符號信息的；在代碼編制上巧妙地利用構(gòu)成計算機內(nèi)部邏輯基礎(chǔ)的“0”、“1”比特流的概念，使用若干個與二進制相對應的幾何形體來表示文字數(shù)值信息，通過圖象輸入設備或光電掃描設備自動識讀以實現(xiàn)信息自動處理。二維碼具有條碼技術(shù)的一些共性：每種碼制有其特定的字符集；每個字符占有一定的寬度；具有一定的校驗功能等。同時還具有對不同行的信息自動識別功能、及處理圖形旋轉(zhuǎn)變化等特點。

條形碼技術(shù)：二維條形碼自動識別技術(shù)舉例光符號識別語音識別虹膜識別指紋識別IC卡條形碼目前，世界上應用最多的二維條碼符號有AztecCode、PDF147、DataMatrix、QRCode、Code16K等。Code16KDataMatrixPDF147AztecCodeQRCode應用舉例：火車票，商務文件一維條形碼與二維條形碼的比較一維條形碼特點：可直接顯示內(nèi)容為英文、數(shù)字、簡單符號；貯存數(shù)據(jù)不多，主要依靠計算機中的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫：保密性能不高；損污后可讀性差。二維條形碼特點：可直接顯示英文、中文、數(shù)字、符號、圖型；貯存數(shù)據(jù)量大，可存放1K字符，可用掃描儀直接讀取內(nèi)容，無需另接數(shù)據(jù)庫；保密性高（可加密），安全級別最高時，損污50%仍可讀取完整信息。2.1自動識別技術(shù)2.2RFID的歷史和現(xiàn)狀2.3RFID技術(shù)分析2.4RFID標簽沖突*2.5RFID和物聯(lián)網(wǎng)RFID對于計算機自動識別技術(shù)而言是一場革命，極大地提高了信息處理效率和準確度。本章內(nèi)容2.2RFID的歷史與現(xiàn)狀RFID是射頻識別技術(shù)（RadioFrequencyIdentification）的英文縮寫,利用射頻信號通過空間耦合（交變磁場或電磁場）實現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達到識別目的。它是上世紀90年代興起的自動識別技術(shù)，首先在歐洲市場上得以使用，隨后在世界范圍內(nèi)普及。RFID較其它技術(shù)明顯的優(yōu)點是電子標簽和閱讀器無需接觸便可完成識別。射頻識別技術(shù)改變了條形碼依靠"有形"的一維或二維幾何圖案來提供信息的方式，通過芯片來提供存儲在其中的數(shù)量巨大的"無形"信息。2.2RFID的歷史與現(xiàn)狀2.2RFID的歷史與現(xiàn)狀目前RFID技術(shù)應用己經(jīng)處于全面推廣的階段。特別是對于IT業(yè)而言，RFID技術(shù)被視為IT業(yè)的下一個“金礦”。各大軟硬件廠商包括IBM、Motorola、Philips、TI、Microsoft、Oracle、Sun、BEA、SAP等在內(nèi)的各家企業(yè)都對RFID技術(shù)及其應用表現(xiàn)出了濃厚的興趣，相繼投入大量研發(fā)經(jīng)費，推出了各自的軟件或硬件產(chǎn)品及系統(tǒng)應用解決方案。在應用領(lǐng)域，以Wal-Mart，UPS，Gillette等為代表的眾多企業(yè)已經(jīng)開始全面使用RFID技術(shù)對業(yè)務系統(tǒng)進行改造，以提高企業(yè)的工作效率、管理水平并為客戶提供各種增值服務。身邊的實例：第二代身份證RFID應用舉例汽車收費牧場、動物管理圖書館管理藥品追蹤2.1自動識別技術(shù)2.2RFID的歷史和現(xiàn)狀2.3RFID技術(shù)分析2.4RFID標簽沖突2.5RFID和物聯(lián)網(wǎng)RFID系統(tǒng)的基本組成是什么？有哪些重要參數(shù)？本章內(nèi)容2.3RFID技術(shù)分析RFID系統(tǒng)由五個組件構(gòu)成，包括：傳送器、接收器、微處理器、天線、標簽。傳送器、接收器和微處理器通常都被封裝在一起，又統(tǒng)稱為閱讀器(Reader)，所以工業(yè)界經(jīng)常將RFID系統(tǒng)分為為閱讀器、天線和標簽三大組件，這三大組件一般都可由不同的生廠商生產(chǎn)。2.3RFID技術(shù)分析：閱讀器閱讀器是RFID系統(tǒng)最重要也是最復雜的一個組件。因其工作模式一般是主動向標簽詢問標識信息，所以有時又被稱為詢問器（Interrogator）。下圖顯示不同類型的閱讀器。閱讀器可以通過標準網(wǎng)口、RS232串口或USB接口同主機相連，通過天線同RFID標簽通信。有時為了方便，閱讀器和天線以及智能終端設備會集成在一起形成可移動的手持式閱讀器。2.3RFID技術(shù)分析：天線天線同閱讀器相連，用于在標簽和閱讀器之間傳遞射頻信號。閱讀器可以連接一個或多個天線，但每次使用時只能激活一個天線。RFID系統(tǒng)的工作頻率從低頻到微波，這使得天線與標簽芯片之間的匹配問題變得很復雜。2.3RFID技術(shù)分析：標簽標簽（Tag）是由耦合元件、芯片及微型天線組成，每個標簽內(nèi)部存有唯一的電子編碼，附著在物體上，用來標識目標對象。標簽進入RFID閱讀器掃描場以后，接收到閱讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應電流獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的電子編碼（被動式標簽），或者主動發(fā)送某一頻率的信號（主動式標簽）。電可擦可編程只讀存儲器（EEPROM）：一般射頻識別系統(tǒng)主要采用EEPROM方式。這種方式的缺點是寫入過程中的功耗消耗很大，使用壽命一般為100,000次鐵電隨機存取存儲器（FRAM）:與EEPROM相比，F(xiàn)RAM的寫入功耗消耗減小100倍，寫入時間甚至縮短1000倍。FRAM屬于非易失類存儲器。然而，F(xiàn)RAM由于生產(chǎn)方面的問題至今未獲得廣泛應用。靜態(tài)隨機存取存儲器（SRAM）:SRAM能快速寫入數(shù)據(jù)，適用于微波系統(tǒng)，但SRAM需要輔助電池不間斷供電，才能保存數(shù)據(jù)。標簽：存儲方式被動式標簽（PassiveTag）：因內(nèi)部沒有電源設備又被稱為無源標簽。被動式標簽內(nèi)部的集成電路通過接收由閱讀器發(fā)出的電磁波進行驅(qū)動，向閱讀器發(fā)送數(shù)據(jù)。主動標簽（ActiveTag）:因標簽內(nèi)部攜帶電源又被稱為有源標簽。電源設備和與其相關(guān)的電路決定了主動式標簽要比被動式標簽體積大、價格昂貴。但主動標簽通信距離更遠，可達上百米遠。半主動標簽（Semi-activeTag）:這種標簽兼有被動標簽和主動標簽的所有優(yōu)點，內(nèi)部攜帶電池，能夠為標簽內(nèi)部計算提供電源。這種標簽可以攜帶傳感器，可用于檢測環(huán)境參數(shù)，如溫度、濕度、是否移動等。然而和主動式標簽不同是它們的通信并不需要電池提供能量，而是像被動式標簽一樣通過閱讀器發(fā)射的電磁波獲取通信能量。標簽分類體積小且形狀多樣：RFID標簽在讀取上并不受尺寸大小與形狀限制，不需要為了讀取精度而配合紙張的固定尺寸和印刷品質(zhì)。耐環(huán)境性：紙張容易被污染而影響識別。但RFID對水、油等物質(zhì)卻有極強的抗污性。另外，即使在黑暗的環(huán)境中，RFID標簽也能夠被讀取?？芍貜褪褂茫簶撕灳哂凶x寫功能，電子數(shù)據(jù)可被反復覆蓋，因此可以被回收而重復使用。穿透性強：標簽在被紙張、木材和塑料等非金屬或非透明的材質(zhì)包裹的情況下也可以進行穿透性通訊。數(shù)據(jù)安全性：標簽內(nèi)的數(shù)據(jù)通過循環(huán)冗余校驗的方法來保證標簽發(fā)送的數(shù)據(jù)準確性。RFID標簽與條形碼相比的優(yōu)點？2.3RFID技術(shù)分析：頻率RFID頻率是RFID系統(tǒng)的一個很重要的參數(shù)指標，它決定了工作原理、通信距離、設備成本、天線形狀和應用領(lǐng)域等因素。RFID典型的工作頻率有125KHz、133KHz、13.56MHz、27.12MHz、433MHz、860-960MHz、2.45GHz、5.8GHz等。按照工作頻率的不同，RFID系統(tǒng)集中在低頻、高頻和超高頻三個區(qū)域低頻（LF）范圍為30kHz-300kHz，RFID典型低頻工作頻率有125kHz和133kHz兩個，該頻段的波長大約為2500m。低頻標簽一般都為無源標簽，其工作能量通過電感耦合的方式從閱讀器耦合線圈的輻射場中獲得，通信范圍一般小于1米。除金屬材料影響外，低頻信號一般能夠穿過任意材料的物品而不降低它的讀取距離。高頻（HF）范圍為3MHz-30MHz，RFID典型工作頻率為13.56MHz,該頻率的波長大概為22米，通信距離一般也小于1米。該頻率的標簽不再需要線圈繞制，可以通過腐蝕活著印刷的方式制作標簽內(nèi)的天線，采用電感耦合的方式從閱讀器輻射場獲取能量。

舉例：二代身份證：13.56MHzRFID頻率超高頻（UHF）范圍為300MHz-3GHz，3GHz以上為微波范圍。采用超高頻和微波的RFID系統(tǒng)一般統(tǒng)稱為超高頻RFID系統(tǒng)，典型的工作頻率為：433MHz，860-960MHz，2.45GHz，5.8GHz，頻率波長大概在30厘米左右。嚴格意義上，2.45GHz和5.8GHz屬于微波范圍。超高頻標簽可以是有源標簽與無源標簽兩種，通過電磁耦合方式同閱讀器通信。通信距離一般大于1米，典型情況為4-6米，最大可超過10米。RFID頻率（續(xù)）2.1自動識別技術(shù)2.2RFID的歷史和現(xiàn)狀2.3RFID技術(shù)分析2.4RFID標簽沖突2.5RFID和物聯(lián)網(wǎng)多個標簽同時處于閱讀器識別范圍之內(nèi)或多個標簽同時向閱讀器發(fā)送標志信號時，將發(fā)生標簽信號沖突。本章內(nèi)容2.4RFID標簽沖突標簽信號沖突：隨著閱讀器通信距離的增加其識別區(qū)域的面積也逐漸增大，這常常會引發(fā)多個標簽同時處于閱讀器的識別范圍之內(nèi)。但由于閱讀器與所有標簽共用一個無線通道，當兩個以上的標簽同一時刻向閱讀器發(fā)送標識信號時，信號將產(chǎn)生疊加而導致閱讀器不能正常解析標簽發(fā)送的信號。這個問題通常被稱為標簽信號沖