RFID電子封鎖在現代物聯網中的運用

余錦東 徐明 張春基

摘 要：RFID電子封鎖是將無源電子標簽經過二次注塑或超聲波的焊接工藝方法有效密封在塑料封鎖中，利用寫設備在電子標簽中貯存大量的客戶所需信息，通過GBS定位系統及終端設備從而達到識別和跟蹤物品等作用。將RFID電子標簽與塑料封條有機結合可實現全球范圍內物品跟蹤與信息共享。RFID電子封鎖是繼PC、互聯網和無線通信之后的第四次的信息技術革命，是21世紀最有發展前途的信息技術之一。我們將通過本項目的研究，采用RFID技術、計算機技術等，結合跨區域的物品流轉過程管理的實際需求，研發出基于RFID技術的電子封鎖。通過基于RFID電子封鎖可快速有效地記錄物品的基本信息，準確地提供物品實時數據和歷史數據。

關鍵詞：RFID；無線射頻識別；電子封鎖；互聯網

中圖分類號： U298.3 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）15-147-3

1 RFID電子封鎖概述

RFID一次性電子封鎖產品是一次性安保產品，具有成本低、體積小、存儲信息容量大、全方向讀寫、識別距離長及存貯時間長等特點，并具有定位及長期跟蹤管理優勢，與互聯網、通訊技術有面結合，可實現全球范圍內物品跟蹤與信息共享。RFID是繼PC、互聯網和無線通信之后的第四次的信息技術革命，是21世紀最有發展前途的信息技術之一[1]。主要應用于海運集裝箱一次性封鎖、航運包裹、石油天燃氣化工管道節點管理、銀行錢袋與票據袋管理、快遞郵政包裹、電力電表、水廠水表封鎖管理、采礦下井工人管理、物流管理、農業生產管理、公共信息服務行業、防偽防盜等領域。

在物流行業，主要應用在于部分自動識別與數據采集（AIDC）技術中，特別是目前發展最快的快遞行業中的自動分揀系統，大量的包裹通過自動分揀系統傳輸帶，通過讀寫設備可自動分出包裹的去向，然后包裹自動從流道中分揀出來，電子封鎖在包裹袋中，可在任一方向被讀寫設備識別。傳統條形碼打印、條形碼識別技術由于信息存貯量有限，隨著RFID技術的發展，越來越多的領域采用RFID電子封鎖，以此來不斷降低RFID成本。

RFID的自動識別與數據采集技術（AIDC）主要解決貨物與信息之間的匹配關系，在各類實物在存貯、運輸過程中，隨時可以掌握物流的整個過程，使物流鏈變得透明化、信息安全化。目前，RFID是自動識別與數據采集AIDC領域最熱門的技術，射頻技術是利用無線電波對記錄媒體進行讀寫，射頻識別的距離可達幾十厘米乃至幾十米，且根據讀寫的方式，可以輸入數千字節的信息，同時，還具有極高的保密性。

2 國內外研究現狀和發展趨勢

RFID最早發明于1948年，并首先應用于第二次世界大戰，通過安裝在飛機上的RFID標簽和閱讀器發送和接受無線射頻信號，來分辨敵我雙方飛機。到了70年代，美國政府通過Los Alamos科學實驗室，將RFID技術轉為民用，并應用在物品跟蹤管理上[2]。從90年代開始，RFID正逐步應用在郵包跟蹤、機場行李及乘客跟蹤、倉儲管理、存貨控制、健康護理、物流供應鏈管理等領域[3]。隨著RFID硬件技術的不斷改進與完善，RFID設備的體積越來越小，成本也越來越低，其應用領域將更為廣泛。RFID技術與互聯網、通信等技術相結合，以產品電子編碼（Electronic Product Code， EPC）和無線射頻識別（RFID）為核心在互聯網之上構造“物聯網”，可以在全球范圍從根本上改變對物品生產、運輸、倉儲、銷售等各環節物品移動監控和動態管理[4]。為了使RFID在全球進行推廣應用，國際上已成立了一個標準化組織EPC global[5]，提出了基于RFID的應用體系架構，制定全球統一標準來保證供應鏈各個環節信息的自動識別。各大軟件廠商也在其產品中提供了支持RFID的服務及解決方案，如Sun EPC網絡[6]、SAP-自動識別基礎設施[7]、Oracle傳感服務器[8]、IBM Websphere服務器[9]、Sybase RFID解決方案[10]、微軟的RFID中間件[11]等。

當前，國家眾多企業中，信息化水平尚處于較低水平，阻礙RFID電子封鎖的應用。RFID電子封鎖作為一種信息技術手段，其主要功能是快速、精準地采集數據。采集數據后，須經過進一步的對比分析處理，才能達到提高效率、降低總成本的作用。即，RFID電子封鎖的應用，需要相應的企業信息化達到一定的水平，使RFID電子封鎖系統與該企業的ERP、CRM等信息集成在一起，才能充分發揮作用。

我國產業供應鏈發展尚處在初級階段，也阻礙了RFID電子封鎖的實際應用。與西方國家的企業相比，由于在技術和管理方面的弱勢地位，況且我國大多企業之間更多的是在競爭，而非合作。價格成為競爭的主要手段，這就造成眾多制造業利潤率維持在相當低的水平，整個產業供應鏈的上下游企業之間往往博弈大于合作。然而，RFID技術只有在整個供應鏈上協調實施，才能完全實現信息的透明和分享，充分發揮其作用。此外，RFID電子封鎖的另一個主要好處，是可以大幅度減少人工成本。如沃爾瑪RFID每年為可為其節省數十億美元的成本。

隨著，中國企業信息化的發展，RFID電子封鎖的應用將由點到面，延伸至各個領域。而RFID電子封鎖D的實施成本，必然伴隨RFID的推廣而逐漸降低。在具體應用層面，也將會從托盤或整箱的貨物跟蹤逐漸擴展到單品貨物跟蹤的水平。從產業供應鏈的角度看，國家倡導的產業升級，鼓勵眾多企業多多生產高技術、高附加值、高利潤產品，而RFID將會在整個產業升級中發揮用武之處。

RFID電子封鎖主要由耦合元件及芯片組成，其基本原理就是通過內置天線和射頻天線間實現通信。從原理與結構分析，整個電子封鎖中的兩大主要元件是“芯片與內置天線”，國外對RFID電子封鎖的研究也集中在這兩大項上面。

通過對SoC片上系統的不斷研發與實際應用領域的飛速擴張，RFID電子封鎖的研發將朝著體積更小、儲存信息容量更大、讀寫速度更快、穿透性強非可視識別、對高速移動目標識別能力強、可同時多目標識別、能夠嵌入GIS（地理信息系統）、GPS（全球定位系統）、BD2（北斗2號衛星定位系統）、GLONASS（格洛納斯衛星定位系統）芯片進行定位與實時跟蹤，應用領域多樣化的新興高科技產業群發展。到2011年RFID電子封鎖的全球市場規模將達1100億美元，國內占比8.5% ，并且2011年到2015的市場規模年均復合增長率在17.83%以上。

3 應用或產業化前景

RFID一次性電子封鎖技術，依據單元技術與系統集成并重、產業投入與市場培育并重、企業運作與政府推動并重、技術創新與標準制定并重、自主研發與國際合作并重的原則，以實現RFID一次性電子封鎖產業自主、健康和可持續發展。

隨著RFID技術融入到電子封鎖行業，顯示出巨大的發展潛力與應用空間。近年來，國家相繼頒布了試運規定與技術政策，加大了對RFID電子封鎖產業發展政策支持力度。實際應用領域也從“天津港基于RFID的集裝箱陸運作業流程改造項目”、“上海港中美集裝箱電子封鎖國際航線應用項目”拓展到“五糧液酒防偽電子封鎖項目”、“沃爾瑪將全部貨物上的條形碼標簽改為RFID封鎖”多元化領域。

2011年RFID電子封鎖的全球市場規模將達1100億美元，國內占比8.5% ，并且2011到2015年的市場規模年均復合增長率在17.83%以上。

隨著，互聯網+的發展，RFID電子封鎖技術將會得到更廣泛的應用，RFID一次性封鎖產品的種類將越來越豐富，電子封鎖、讀寫器、系統集成軟件、后臺服務等都將取得新的進展。

4 技術路線及方案

本項目將采用吸收與創新并用、理論分析與實驗驗證相結合的方法，充分利用前人和自己以往的相關研究成果，綜合天線技術、信號處理、計算機技術等多學科的積累，并將結合現代物流、倉儲等特定的領域和應用背景來研發低成本RFID電子封鎖，提高成果的實用價值。

RFID電子封鎖是由RFID芯片和天線組成，利用電磁反向散射耦合原理實現與讀寫器之間的通訊。電子封鎖中存儲一個唯一編碼，其地址空間遠遠高于條碼所能提供的空間，因此可以實現單品級的物品編碼。當RFID電子封鎖進入讀寫器的作用區域，就可以根據電磁反向散射耦合原理在天線兩端產生感應電勢差，并在芯片通路中形成微弱電流，如果這個電流強度超過一個閾值，就將激活RFID電子封鎖芯片電路工作，從而對標簽芯片中的存儲器進行讀/寫操作。系統組成如圖1所示：

RFID電子封鎖是研究將RFID芯片、天線與附著的封鎖介質三者之間的匹配技術，以及電子封鎖加工過程中的一致性技術。主要為倉儲與物流配送管理，通過條碼在生產加工及商店供應鏈中建立可追溯系統。在物流作業中，電子封鎖記錄貨品信息。條碼系統能清晰的獲取物品的各類信息，包括當前位置、名稱、儲運情況等等，為用戶查詢提供全面、可靠的信息。

5 電子封鎖應用后的作用及意義

在電子封鎖自主創新技術研發的基礎上，保持RFID天線最優化設計，完善電子標簽嵌入式的封裝工藝，降低生產成本，滿足市場需求；建設產業基地，加快產業鏈形成，提升電子封鎖產品在國際中市場競爭能力。

方便信息的更新，滿足客戶需求，電子標簽則可重復修改、刪除、新增RFID卷標內儲存的數據。

電子封鎖的運用成為各企業維護知識產權及打擊假冒偽劣商品重要防范措施重要手段。由于RFID存儲的是數據信息，可設置密碼保護，從而提高了數據傳輸的安全性，避免在物流環節中流入的大量假貨而損害知名品牌。

在快遞行業自動分揀系統中運用RFID電子封鎖技術，實現對包裹的跟蹤與定位監管，加強通關監管水平，提高通關效率。

大大降低物流運輸成本，電子封鎖通過GPS全球定位系統，采用有源RFID技術、GMS通信技術的GPRS/SMS業務、GIS技術、計算機網絡和數據庫等技術，在貨物狀態發生變化時實時將狀態變化發生的時間、地點以及周圍的環境信息傳輸到貨主或管理人員的機器上去，電子封鎖甚至能夠在損害行為發生時提供即時求救信號。提高貨物運輸的安全程度和透明度，將使綜合運輸成本大幅降低。

帶動電子、信息等行業的發展，不僅提高產品的高端技術水平，也提高了國民經濟整體效益。一方面，可催生新的行業發展，帶動就業。另一方面，可為企業培養新的業務增長點，減低成本，從而提高企業的整體經濟規模。

參 考 文 獻

[1] 李戰懷，聶艷明，陳群，等.RFID數據管理的研究進展[J].中國計算機學會通訊，2007，8（8）：50-58.

[2] Finkenzeller K. RFID Handbook： Fundamentals and Applications in Contactless Smart Cards and Identification. John Wiley and Sons， 2003.

[3] Harrop P. RFID in the Postal Service. MoreRFID， 2005.

[4] Ye J， Wang Z，Pan X. Research on production procedure real-time supervisory control technique in rfid-based circumstance. Journal of Advanced Manufacturing Systems， 2008， 7（1）： 81-84.

[5] EPC global. http：//www.epcglobalinc.org/.

[6] Gupta A， Srivastava M. Developing Auto-ID Solutions using Sun Java System RFID Software.http：//java.sun.com/developer/technicalArticles/Ecommerce/rfid/sjsrfid/RFID.html.

[7] Bornhovd C， Lin T， Haller S， Schaper J. Integrating automatic data acquisition with business processes experiences with saps auto-id infrastructure[C]. Proceedings of the 30th VLDB Conference， 2004： 1182-1188.

[8] Oracle Sensor Edge Server. http：//www.oracle.com/technology/products/sensor_edge_server/.

[9] WebSphere Premises Server. http：//www-01.ibm.com/software/integration/premises_server/.

[10] Sybase RFID Solutions. http：//www.sybase.com/products/rfidsoftware.

[11] RFID Solutions for the Retail Industry based on Microsoft technology. http：//www.microsoft. com/industry/retail/solutions/rfid.mspx.