淺論RFID技術綜述及其應用現狀

劉一佳

摘 要：RFID（Radio Frequency Identification）即射頻識別技術，利用無線射頻信號實現無接觸信息傳遞以自動識別目標對象。RFID技術無需人工干預即可完成物品的信息采集和傳輸，將其與互聯網、移動通信等技術相結合，實現全球范圍內的物品跟蹤與信息共享，即構成物聯網。本文首先簡介RFID技術，對RFID技術的研究現狀進行綜述。

關鍵詞：RFID技術；綜述；應用現狀

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.23.241

1 RFID技術現狀

RFID技術以電子標簽來標志某個物體，電子標簽中的數據通過天線發射到附近的RFID讀寫器，讀寫器對收到的數據進行收集和處理。RFID系統主要由電子標簽、讀寫器和計算機通信網組成。

RFID的核心技術包括RFID天線技術、數據的完整性和安全性、RFID中間件技術和RFID的標準體系。

1.1 天線技術

RFID在不同的應用環境中使用不同的頻段，不同頻段RFID天線設計方法不同。RFID電子標簽天線的設計需考慮某些條件，如RFID天線須足夠小并與標簽有機結合附著到物體上，電子標簽天線方向性、極化有特定要求也根據特定場合有變化等，這些條件會限制RFID天線設計時可選的天線結構與所用材料。讀寫器天線的設計要求低剖面、小型化和多頻段覆蓋，并且針對不同頻段選擇集成式或者分離式結構。

影響RFID天線應用性能的參數主要有天線類型、尺寸結構、材料特性、工作頻率、頻帶寬度、極化方向、方向性、增益、阻抗問題等，在設計過程中，需要對上述參數加以權衡[1]。

1.2 數據的完整性和安全性

數據的完整性和安全性問題主要在閱讀器與電子標簽的數據傳輸過程中。數據完整性問題主要有兩個方面：外界干擾，可用數據校驗解決；多標簽同時占用信道發送數據發生沖突以致碰撞，可用防碰撞算法解決。數據安全性問題可采用流密碼技術等對數據進行加密傳輸，防止外來攻擊及未經授權的非法數據讀寫。

外界干擾產生的數據完整性問題的差錯控制方式主要有檢錯重發、前向糾錯和混合糾錯法，這是無線通信的基本問題，不作討論。多標簽同時響應閱讀器請求傳輸數據產生的碰撞問題，是近年來研究的熱點，下面簡要介紹。

現有防碰撞算法主要可分為基于ALOHA的不確定型算法和基于二叉樹的確定型防碰撞算法，以及對兩類算法的改進型。

純ALOHA算法的系統最大吞吐率只有18.4%，時隙ALOHA算法的系統吞吐率可達36.8%，但標簽碰撞概率依然很大，進而有幀時隙ALOHA算法。基于幀時隙ALOHA的動態幀時隙ALOHA改進算法主要是調整識別過程中的幀長，但都存在著幀長計算不準確、算法復雜和識別時間長，因此又提出了多種改進的RFID動態幀時隙防碰撞算法和基于分組的動態幀時隙ALOHA防碰撞算法[3]。

基于ALOHA的不確定型算法下標簽容易出現“餓死”情況（即標簽存在不被識別的可能），基于二叉樹的確定型算法解決了這種“餓死”，但識別周期長、標簽能耗大。因而提出基于二叉樹的改進算法，改進的自適應多叉樹防碰撞算法[6]，及將二叉樹與幀時隙ALOHA算法結合提出混合型的防碰撞算法[7]。

目前對RFID系統安全問題提出的解決方案大致分兩類：一類是通過物理方法限制電子標簽某些功能以保護其內部數據；一類是基于各種加密算法的安全認證協議或改進現有RFID認證機制。物理方法主要有讀寫距離控制、主動干擾、標簽自毀與休眠機制、靜電屏蔽法等，但會不同程度損壞標簽，而采用加密算法的安全協議更靈活。如重加密技術，同時掃描多個標簽的Grouping-Proof協議，利用哈希函數單向性特點的安全協議等。

1.3 RFID中間件技術

RFID中間件技術主要包括對讀寫器采集數據的過濾與存儲，基于數據聚合的事件處理，信息服務與安全。

（1）數據存儲與過濾技術。RFID系統中多個讀寫器同時工作時，數據流速度極快，現有數據庫無法以如此快的速度存儲數據，一般通過消息隊列緩存數據來協調。

來自讀寫器的數據有很多冗余，通常采用數據過濾技術提高處理效率并降低系統能耗。經典的過濾算法是哈希過濾，但其存在哈希沖突，若采用布隆過濾器[8]對RFID數據過濾算法進行改進，達到較低的誤判率并提高處理速度約2倍。

（2）基于數據聚合的事件處理技術。RFID中間件對采集到的數據進行聚合處理以提取有價值信息提供給上層應用。聚合可解決數據臨時性讀取錯誤，使數據平滑，在此基礎上采用復雜事件處理技術，處理大量的原始事件流整理出有價值事件，并從中獲取可操作信息。

（3）信息服務與安全技術。采用消息傳遞和排隊模型，中間件可在分布式環境下擴展進程之間的通信，并支持多種通信協議、語言、應用程序、硬件與軟件平臺。面向消息的RFID中間件在消息傳遞和排隊技術方面可使應用程序運行于不同時間，無需約束應用程序結構，從而實現程序與網絡復雜性相隔離。RFID中間件中的安全模塊可完成網絡防火墻的功能。

1.4 RFID的標準體系

RFID標準體系主要包括以下四大部分。

技術標準，定義不同頻段的空中接口及其相關參數，包括基本術語、物理參數、通信協議、相關設備等。

數據內容標準，定義數據協議、數據編碼規則和語法，包括編碼格式、語法標準、數據對象、數據結構和安全等。

性能標準，即一致性標準，包括設備性能測試標準和一致性測試標準，主要涉及設計工藝、測試規范、試驗流程等。

應用標準，定義用于特定環境RFID應用的構架規則，包括應用于工業制造、物流倉儲、交通運輸、動物識別等領域的應用標準與規范。

現階段，對于RFID中間件標準與信息安全標準的研究還處在探索融合時期，我國在制定自己的RFID標準時，應在考慮與全球各大標準體系中成熟的RFID標準互聯互通的基礎上，積極開發具有自主知識產權的RFID標準，并積極參與全球RFID標準的制定。

2 總結

RFID技術對國民生活有著越來越深刻的影響，全球都在積極參與RFID研究以引領RFID產業的發展，機遇與挑戰并存，我國應加快RFID技術研究與標準制定的步伐，帶動整個RFID產業的蓬勃發展。

參考文獻：

[1]黃玉蘭.物聯網射頻識別（RFID）技術與應用[M].北京：人民郵電出版社，2013：45.

[2]龐宇，彭琦，林金朝，周前能，李國全，吳瑋.基于分組動態幀時隙的射頻識別防碰撞算法[J].物理學報，2013（14）：496-503.endprint