第2章 補充1-如何構(gòu)建RFID應(yīng)用系統(tǒng)

第2章

補充材料1

如何構(gòu)建RFID應(yīng)用系統(tǒng)段鵬松1本章主要內(nèi)容選擇標準選擇頻率運行環(huán)境與接口方式選擇器件系統(tǒng)要求與系統(tǒng)架構(gòu)RFID項目實施基本階段案例：ETC系統(tǒng)21.選擇標準3電子產(chǎn)品編碼類標準通信類標準頻率類標準應(yīng)用類標準1.1.電子產(chǎn)品編碼標準4EAN/UCC：EAN國際物品編碼協(xié)會UCC美國統(tǒng)一代碼委員會EPC：由EPCglobal組織的編碼標準。版本號+域名管理者+對象分類+序列號。與EAN/UCC兼容，是其延續(xù)與拓展。GB18937(NPC):強制性國家標準規(guī)定了適用范圍，代碼結(jié)構(gòu)及表現(xiàn)形式。全數(shù)字，最長14位（13位本體+1位校驗）。本體采用序列順序碼。2005年廢止。被納入中國標準化研究院下屬中國物品編碼中心代理的美國EPC標準1.2.通信類標準ISO/IEC18000系列協(xié)議NFC（近場通信）諾基亞，飛利浦，索尼RFID+芯片互聯(lián)功能；芯片具有計算能力，整合了讀卡器和卡NFC設(shè)備已通過成為ISO/IECIS18092、ECMA-340標準與ETSITS102190標準超寬帶無線技術(shù)直接以載波頻率傳輸數(shù)據(jù)5671.2.通信類標準（LPWAN）NB-IOT（窄帶IOT）基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)：物聯(lián)終端接入蜂窩基站特點：廣覆蓋；海量連接；低功耗；低成本LoRa（longrange）特點：遠距離；低功耗；海量連接，支持定位LDSW（LowDutyCycleSmartWireless超低占空比無線智能通信技術(shù)）西谷曙光超遠距離、超低功耗、多頻道協(xié)同遠距離射頻識別，實時定位，傳感器集成以及無線遙測遙控ISO投票一致通過作為新的有源電子標簽國際標準技術(shù)基礎(chǔ)號稱“是目前唯一可以滿足IEEE所有要求的物聯(lián)網(wǎng)底層傳輸技術(shù)”81.3.頻率類標準工作頻率在應(yīng)用區(qū)域的可用性工作頻率的相應(yīng)傳輸速率工作頻率的射頻識別系統(tǒng)的國際標準91.4.應(yīng)用類標準如動物識別，道路交通，集裝箱識別，產(chǎn)品包裝，自動識別等應(yīng)用102.選擇頻率使用的頻率范圍工作頻率與應(yīng)用范圍頻率特性與頻率選擇我國的可用頻率112.1.使用的頻率范圍低頻電子標簽30~300kHz無源標簽；電感耦合；<1m距離優(yōu)勢：省電，廉價；頻率不受管制；穿透性強不足：數(shù)據(jù)量??；低速；近距離；天線成本較高122.1.使用的頻率范圍中高頻電子標簽3~30MHz無源；電感（磁）耦合；<1.5m距離與低頻標簽特點相同優(yōu)勢：有較高的傳輸速率；天線設(shè)計相對簡單，形狀靈活超高頻/微波電子標簽400MHz;800MHz;2.4GHz;5.8GHz有源/無源；電磁耦合；4~100m+距離讀寫器一般為定向天線132.2.工作頻率與應(yīng)用范圍工作頻段優(yōu)點缺點低頻技術(shù)簡單可靠，無頻率限制通信速率低，距離短，天線尺寸大高頻比低頻速率高，距離長，公共交通領(lǐng)域應(yīng)用廣泛距離受限，天線尺寸大，受干擾影響超高頻距離更長，天線尺寸小，對障礙物敏感度低頻段管制，對人體有害，功率受限受特定材料影響微波更高的帶寬和速率，工作距離更長，天線尺寸更小此頻段擁堵，干擾多，對人體有害，功率受限142.3.頻率特性與選擇15低頻：能量低，速率低，范圍受限，成本低，形狀多樣短距離低成本的應(yīng)用，如門禁，動物管理，防盜追蹤高頻：能量高，速率高，距離遠，易被阻擋/反射各種證卡超高頻：供應(yīng)鏈管理供應(yīng)鏈應(yīng)用中的頻率選擇：EPC：13.56MHz;860~960MHz：美國915；歐洲8692.4.我國頻率分配無線電頻譜資源歸國家所有，統(tǒng)一規(guī)劃，有償使用目前還沒有統(tǒng)一的RFID中國標準頻段分配規(guī)則高頻（HF）：13.56MHz超高頻，微波（UHF,MW）：2.4GHz考慮頻段開放程度頻段擁堵程度163.運行環(huán)境與接口方式3.1.運行環(huán)境數(shù)據(jù)讀取，處理，傳輸各方面問題天線安裝，傳輸距離等問題應(yīng)用軟件：基本不受平臺和編程語言限制173.2.接口方式RJ-45（以太網(wǎng)水晶接口）8條線線序不同：交叉線（T-568A---T-568B）直連線（T-568B---T-568B）傳輸距離遠，采用TCP/IP協(xié)議RS-232串口183.2.接口方式RS-485/RS-422全雙工接口抗干擾能力更強易加密終端設(shè)備通信設(shè)備

193.2.接口方式802.11標準Wi-Fi無線接口協(xié)議Wiegand接口韋根協(xié)議摩托羅拉公司制定26-bit,34-bit,37-bit包格式適用于門禁系統(tǒng)“數(shù)據(jù)包”形式傳輸204.RFID器件選擇4.1.選擇讀寫器4.2.選擇配置射頻天線214.1.選擇讀寫器智能讀寫器/傻瓜讀寫器？傻瓜讀寫器：成本低智能讀寫器：多規(guī)格標簽讀寫數(shù)據(jù)過濾，儲存，批處理指令執(zhí)行頻率單一頻率/混合頻率考慮應(yīng)用環(huán)境的頻段開放政策224.1.選擇讀寫器結(jié)構(gòu)形式固定讀寫器：封裝，固定手持讀寫器天線內(nèi)部天線：易安裝，讀寫器-天線衰減少；天線-標簽衰減大外置天線輸入輸出數(shù)據(jù)輸入（采集）設(shè)備：控制讀寫器指令輸出設(shè)備：被讀寫器控制234.1.選擇讀寫器網(wǎng)絡(luò)以太網(wǎng)Wi-Fi讀寫器升級成本預(yù)算設(shè)備，安裝，布線，供電，軟件244.2.選擇配置射頻天線25參考準則：足夠小覆蓋性提供最大可能的信號能量天線與讀寫器信號匹配魯棒性成本低考慮：天線的類型；阻抗；RF性能（包括被遮擋時的性能）使用方式：固定/移動標簽的有源/無源4.2.選擇配置射頻天線備選種類不同頻段各有一系列可選天線增益不同阻抗天線應(yīng)用的芯片阻抗必須與天線輸出阻抗匹配天線受附近物體影響輻射模式貼標簽物體的特性引起天線性能下降局部結(jié)構(gòu)多標簽多天線應(yīng)用距離265.系統(tǒng)要求與系統(tǒng)架構(gòu)

5.1.系統(tǒng)要求27可伸縮性數(shù)據(jù)量龐大：非阻塞I/O網(wǎng)絡(luò)帶寬瓶頸：批量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)瓶頸：改善數(shù)據(jù)庫交互可用性消除單點故障（singlepointoffailure）降低感知層對中央數(shù)據(jù)庫的依賴：數(shù)據(jù)本地暫存，按需適時批量上傳提高集成層可用性：負載均衡，系統(tǒng)冗余，分布式集群化數(shù)據(jù)庫5.1.系統(tǒng)要求28安全性底線：防止讀寫器被關(guān)閉，數(shù)據(jù)被竊取理想方案：SSL協(xié)議（耗費CPU計算資源）妥協(xié)方案：用防火墻隔離，所有遠程訪問經(jīng)特定端口和協(xié)議進行驗證互操作性提高各層之間的互操作能力讀寫器抽象層集成RFID系統(tǒng)本身價值低；與企業(yè)系統(tǒng)集成后才能體現(xiàn)價值管理設(shè)備管理讀寫器管理消息傳遞冗余；中斷；傳遞順序等問題5.2.系統(tǒng)架構(gòu)案例：

RFID固定資產(chǎn)管理解決方案（日立）296.RFID項目的實施（企業(yè)角度）四個階段起步測試和驗證試點實施306.1.起步階段建立開發(fā)環(huán)境小范圍，可行性論證選擇合作伙伴最好是業(yè)界領(lǐng)導(dǎo)者；參與EPCglobal組織可提供完整的，合理的開發(fā)環(huán)境具備特點：經(jīng)驗和核心能力專注程度售后服務(wù)制造、測試智能標簽標簽放置包裝設(shè)計對標簽的要求包裝的內(nèi)容特性標簽質(zhì)量確認316.2.測試和驗證引入系統(tǒng)集成合作伙伴RFID專業(yè)知識；企業(yè)生產(chǎn)方面知識提供一套定義所有生產(chǎn)流程任務(wù)、職責(zé)、事件和費用的實施計劃建立切實可行的性能指標集成多方面應(yīng)用軟件論證集成RFID技術(shù)后的能力提高幅度集成倉庫基本設(shè)施實驗室模擬測試對RFID合作伙伴的要求尋找供應(yīng)商驗證供應(yīng)商選擇326.3.試點實施大膽啟動，小心測量，精心記錄反復(fù)評估當(dāng)前解決方案試點選擇的典型性，高覆蓋性試點的目的發(fā)現(xiàn)和修正設(shè)備異常檢測各位置數(shù)據(jù)采集、傳輸?shù)哪芰y試產(chǎn)品識別培訓(xùn)員工測試上下游兼容性標準生產(chǎn)環(huán)境測試壓力測試試點項目輸出實驗測量結(jié)果系統(tǒng)集成方案的形成不同的標簽和天線的確定糾錯系統(tǒng)程序的編寫標簽放置位置、方式的確定336.4.實施根據(jù)試點效果重新評估供應(yīng)商資產(chǎn)保護計劃可升級的固件可調(diào)整的解決方案提高投資收益率（ReturnofInvestment）的標簽打印方案整體質(zhì)量控制：校驗，確認，出錯后可逆操作，及時更換標簽---防止缺陷標簽流入供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)采集：信息的實時歸檔和可視化網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備管理：實時的信息和設(shè)備控制；瞬時可視性智能介質(zhì)管理：自身管理和報警工業(yè)設(shè)計：性能優(yōu)越的打印設(shè)備34RFID應(yīng)用系統(tǒng)發(fā)展趨勢高頻化超高頻系統(tǒng)雙頻系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化設(shè)備的互聯(lián)，數(shù)據(jù)的互通，遠程控制與管理更高兼容性由于標準不統(tǒng)一形成的系統(tǒng)需求數(shù)據(jù)量更大更強的數(shù)據(jù)存儲、處理能力35RFID應(yīng)用系統(tǒng)案例---ETC系統(tǒng)不停車收費系統(tǒng)/電子收費系統(tǒng)（electronictollcollection）通過車載的RFID標簽與收費站ETC天線通信，與銀行聯(lián)網(wǎng)進行后臺結(jié)算，達到汽車繳費不需停車的目的36ETC應(yīng)用背景要解決什么問題？問題是否典型和嚴重？高速公路收費站人工停車收費效率低，造成擁堵收費管理成本高收費口的污染人為的損失ETC的優(yōu)勢提高收費站通行能力降低收費管理成本降低收費口污染杜絕人為造成的損失37ETC系統(tǒng)簡介作用頻段：微波組成：路邊設(shè)備（RSU）；車載設(shè)備（OBU）原理：OBU內(nèi)特有編碼與車輛信息及用戶賬戶關(guān)聯(lián)；RSU識別OBU編碼后計算費用，自動扣除費用分類開放式、封閉式專用車道、混合車道38ETC系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)車輛自動識別（AVI）OBU與RSU通過DSRC通信完成OBU的一次讀寫車輛自動分類（AVC）OBU中的車型信息，或車道的車型傳感器測定違章車輛抓拍（VES）照相機，圖像傳輸，車牌識別組成39ETC關(guān)鍵技術(shù)標準DSRC標準：歐美為代表的5.8GHz被動式日本為代表的5.8GHz主動式40ETC系統(tǒng)應(yīng)用比較單片式技術(shù)先進，產(chǎn)品成熟難以與現(xiàn)有收費系統(tǒng)兼容預(yù)付IC卡式結(jié)合ETC技術(shù)和IC卡技術(shù)有利于系統(tǒng)的兼容41ETC系統(tǒng)設(shè)計目標總體目標提供高通行力降低收費管理成本，保障收益具體設(shè)計目標減少逃費減少收費人員舞弊減少交通擁堵。。。42ETC系統(tǒng)設(shè)計原則系統(tǒng)先進性故障診斷，自適應(yīng)收費車道離線工作和自動追加歷史記錄軟硬件的擴展性和兼容性系統(tǒng)可靠性防破壞能力足夠的冗余和故障處理能力確保正確收費，減免財務(wù)漏洞系統(tǒng)高效性高實時處理速度43ETC系統(tǒng)功能系統(tǒng)功能收費數(shù)據(jù)服務(wù)和信息管理監(jiān)控及報警道閘自動控制網(wǎng)絡(luò)故障的處理系統(tǒng)管理遠程數(shù)據(jù)訪問。。。44ETC系統(tǒng)基本部件1.射頻標簽要求高速行駛中距離8-15m的通信微波/紅外通信，5.8GHz一般為有源貼在前擋風(fēng)玻璃存儲信息：強制信息：標簽識別碼選擇性信息（可更改）：用戶個人信息，車輛信息，賬戶信息物理防護；電子安全防護信號強度的保障響應(yīng)時間<5ms安裝45ETC系統(tǒng)基本部件2.讀寫器天線外置：天線陣讀寫距離2~30m射頻功率低方向性，不受相鄰車道干擾讀寫速度100kb/s46ETC系統(tǒng)基本部件473.車輛分離器：區(qū)分車輛4.指示燈：指示通道是否可用5.專用鍵盤：鋼板材料，長壽命按鍵6.監(jiān)控攝像機：監(jiān)視車輛通行情況7.圖像采集卡（顯卡）8.智能道閘：控制車輛通行，由車道控制器控制9.費額顯示屏：顯示信息供司機參考10.車道控制器：ETC的控制核心，控制外圍設(shè)備11.車輛檢測器：檢測車輛等金屬物的存在12.交通燈：指示車輛通行/禁止通行13.報警燈14.霧燈15.票據(jù)打印機ETC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)收費車道系統(tǒng)現(xiàn)場獨立完成本車道收費作業(yè)的系統(tǒng)收費站管理系統(tǒng)附近管控室控制計算機、局域網(wǎng)與收費車道系統(tǒng)通過以太網(wǎng)光纖連接結(jié)算中心市內(nèi)辦公樓內(nèi)結(jié)構(gòu)類似收費站管理系統(tǒng)48ETC系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)---AVI自動車輛識別系統(tǒng)組成車載單元（OBU）路側(cè)單元（RSU）數(shù)據(jù)處理單元（DPU）分類頻率：917MHz,2.45GHz,5.8GHz通信方式：主動式，被動式讀寫方式：只讀型，讀寫型有無射頻卡：單片式，兩片式49ETC系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)---AVC自動車型分類系