RFID技術及其所面臨的挑戰(zhàn)

　　近年來，無線射頻識別（RFID）技術逐漸成為一種主流應用技術，該技術使快速物品識別成為可能。RFID技術與早期的條形碼識別技術不同，它不需要近距離使用讀碼器，通過射頻信號，可以實現(xiàn)遠距離識別。RFID標簽還可以將產(chǎn)品生產(chǎn)商、產(chǎn)品類型以及環(huán)境變量等各種信息作為身份的標識，不必像條形碼那樣使用斑馬線標簽。另外，RFID系統(tǒng)還能從不同方向自動識別RFID標簽，與條形碼識別相比，極大提高了識別速率。

　　盡管RFID在誕生之初就展現(xiàn)出很大優(yōu)勢，但其高昂的費用阻礙了它在商業(yè)上的應用。隨著電子工業(yè)的進步、電子設備的集成化和小型化，使RFID 設備成本逐步下降，因而使它具有了與傳統(tǒng)的條形標簽相競爭的能力。在某些大型商業(yè)場所，RFID對于商品監(jiān)管的優(yōu)勢是普通識別技術難以比擬的。

　　1、RFID原理

　　RFID是一種非接觸式的自動識別技術，它利用射頻信號通過電感耦合或電磁耦合自動識別目標對象，并獲取相關數(shù)據(jù)。標簽是RFID技術的關鍵部分。RFID標簽含有一個發(fā)送應答機，可以向RFID閱讀器發(fā)送特定信號，絕大多數(shù)的RFID標簽都有一個ID序列號（如SKU碼）。閱讀器在收到ID號后可以從數(shù)據(jù)庫中檢索相關數(shù)據(jù)，并按指示進行操作。RFID標簽也可以具有可讀寫的存儲器，用于存儲向不同閱讀器發(fā)送的信息，這些信息用于對貼附標簽的物體進行識別。RFID系統(tǒng)原理如圖1所示。

圖1　RFID系統(tǒng)原理

　　RFID標簽按是否有源分為主動式標簽和被動式標簽。主動式RFID標簽自帶電源（如板載電池），被動式標簽的能源則利用電磁感應通過讀寫器獲取。同樣，讀寫器也根據(jù)所讀取標簽的類型分為主動式讀寫器和被動式讀寫器。

　　1.1　主動式標簽

　　主動式標簽內(nèi)部自帶電池進行供電，具有可讀寫的特性。由于自帶電源，主動式標簽能傳輸較強信號，因而具有更遠的讀寫距離。但是板載電源會使標簽體積變大而且更加昂貴，所以主動RFID系統(tǒng)一般用于大型航空工具以及普通交通工具等的遠距離識別。低功耗的主動標簽通常比一副撲克稍大。主動標簽可以在物體未進入識別距離時處于休眠狀態(tài)。也可以處于廣播狀態(tài)持續(xù)向外廣播信號。

　　由于自帶電源，主動標簽能在較高的頻率下工作，如455MHz、2.45GHz及5.8GHz等，這取決于實際的識別距離和存儲器需求。在這些頻率下，讀寫器可以在20m～100m的范圍內(nèi)工作。

　　1.2　被動式標簽

　　被動式標簽內(nèi)部不帶電池，從讀寫器產(chǎn)生的磁場中獲得工作所需的能量。當標簽進入讀寫器的識別范圍后，標簽通過天線感知電磁場變化，由電磁感應產(chǎn)生感應電流，標簽通過集成的電容保存產(chǎn)生的能量。當電容蓄積了足夠的電荷后，RFID標簽就可以利用電容提供的能量向讀寫器發(fā)送帶有標簽ID信息的調(diào)制信號。由于被動式標簽自身不帶電源，因而比主動標簽價格要低很多，在美國，通常一個標簽花費20美分左右。隨著微電子技術的不斷進步，可以將標簽做得更小、更便宜。由于價格上的優(yōu)勢，它比主動式標簽具有更廣的應用領域。

　　除了價格低之外，被動標簽還非常小。但目前的天線技術會限制標簽的大小，標簽越大有效識別距離越遠。目前的被動標簽一般都只有2K左右的內(nèi)存，由于內(nèi)存有限，除了存儲ID信息和一些歷史信息外，不能存儲特別復雜的有用信息，因而在一定程度上限制了其應用領域。隨著RFID技術的不斷進步，標簽能存儲的信息容量將會不斷增加，從而能存儲較復雜的信息。

　　被動標簽與讀寫器之間通信的ID信息一般通過高頻和低頻方式調(diào)制實現(xiàn)。在低頻調(diào)制方式下（低于100MHz），標簽電容配合電感線圈，根據(jù)標簽 ID信息改變信號強度，并向外輻射，變化的快慢受調(diào)制頻率的影響。在高頻（高于100MHz）方式下，標簽使用背向散射方式發(fā)送信號，這使得天線在內(nèi)部電路的影響下是變阻抗的。當阻抗發(fā)生改變時，天線會向外輻射射頻信號，讀寫器便可以獲取并解調(diào)信號。被動標簽工作頻率一般為128kHz、13.6MHz、 915MHz以及2.45GHz等，識別距離因而在幾十cm到幾m不等。系統(tǒng)頻率的選取一般由環(huán)境因素、傳輸介質(zhì)及識別范圍需求所決定。

    2、RFID應用

　　近年來，隨著RFID技術的成熟，其應用范圍越來越廣泛，已產(chǎn)生深遠影響。其中最廣泛的應用包括供應鏈管理、安全領域及重要事物和人物的追蹤。

　　2.1　供應鏈管理

　　在供應鏈管理中，RFID標簽可以用于追蹤物品在整個供應鏈中的流向，追蹤從供應商到零售商的所有物流過程。還可以對物品進行售后追蹤，從顧客付費開始，中央數(shù)據(jù)庫會記錄其流動過程，制造商、零售商可以事后查詢其流向，從而有效進行定位、投遞確認及防盜。

　　RFID在供應鏈的另一個應用就是確保供應鏈的合法性。美國食品及藥物管理局（FDA）希望通過RFID標簽來確保處方藥品的合法性。在這套系統(tǒng)中，每種藥品流動都會帶有具有唯一序列號的只讀RFID標簽。供應商可以在流通過程追蹤其走向，同時在顧客購買確認時，能準確判斷該種藥物是否來自合法的供應商以及是否由合法零售商銷售。盡管FDA認為很難在如此巨大而復雜的處方藥品供應鏈中實現(xiàn)這套系統(tǒng)，但FDA會不斷投資，并計劃在2008初步實現(xiàn)該系統(tǒng)。

　　RFID技術還可以輔助實現(xiàn)供應鏈管理的自動化。如果零售商店和相關倉庫的貨物擁有RFID標簽，零售商店就可以通過數(shù)據(jù)庫知道自己擁有那些貨物。當零售商店通過倉庫系統(tǒng)提取貨物時，一旦貨物在提取處出現(xiàn)儲量不足時，倉庫管理系統(tǒng)可以通過貨物RFID的相關信息自動從倉庫調(diào)取所需貨物。

　　2.2　安全和身份識別

　　RFID還可以廣泛應用于安全和個人身份識別。通常是將RFID標簽集成到ID卡，用于門禁系統(tǒng)的身份識別。很多大型企業(yè)都在公司大樓的入口處安裝RFID讀寫器，一旦員工通過就能很快自動識別。在身份識別方面，RFID卡大有替代普通磁條ID卡的趨勢。普通磁條ID卡十分容易磨損且信息容易在外界影響下丟失，而RFID卡則更加耐用，同時可以存儲更多的有用信息。

　　另外，在支付方面RFID也有廣泛應用。通過在用卡或其他支付設備中安裝RFID讀寫器件，能很快實現(xiàn)身份識別。有的支付卡直接通過RFID標簽實現(xiàn)了支付功能，如美國華盛頓特區(qū)的城市智能旅行卡。

　　RFID還可貼附在鑰匙上，特別適用于汽車防盜。因為讀寫器只識別貼有正確RFID標簽的鑰匙，即使使用別的鑰匙打開了汽車，但由于標簽信息不匹配，RFID系統(tǒng)可以切斷電源使汽車無法啟動，從而有效防止通過盜配鑰匙偷竊汽車的情況出現(xiàn)。

　　2.3　移動追蹤

　　移動物體很容易攜帶RFID標簽，可以利用攜帶在某個移動物體上的RFID標簽中的信息實現(xiàn)對物體的追蹤。目前，美國的一些醫(yī)院已經(jīng)將RFID 標簽應用于新生嬰兒的護理中。通過RFID）標簽能有效確認新生兒的身份，防止嬰兒的誤領。另外，利用標簽可以監(jiān)控嬰兒在醫(yī)院的行蹤，一旦發(fā)現(xiàn)嬰兒離開監(jiān)控有效區(qū)，系統(tǒng)將會報警，從而防止陌生人未經(jīng)允許帶走小孩。醫(yī)院還可以使用標簽追蹤醫(yī)療設備和儀器的移動情況，進行有效管理。圖書館也可以利用標簽，有效管理大量圖書，對圖書進行規(guī)整分類。

　　3、RFID面臨的問題與挑戰(zhàn)

　　3.1　隱私問題

　　隨著RFID逐漸廣泛使用，它越來越得到人們的關注。很多社會人士、技術人員以及支持保護個人隱私者等都開始對RFID的使用提出置疑。保護隱私支持者們認為，很多企業(yè)在使用RFID標簽追蹤商品流向的同時，也在無意中泄漏了顧客隱私。很多涉及保密的組織也開始關注這個問題，因為在購買物品時他們的身份已經(jīng)與物品鏈接，一旦再次通過某些商場或中心時，自己的身份就有可能被嵌入在服裝或隨身物品上的RFID）標簽泄漏。

　　像RFID標簽這種基于無線傳輸技術的產(chǎn)品存在一個與生俱來的缺點，那就是它通過不可見的無線信道進行信息交換，因此很難判斷標簽在什么時候向外發(fā)送信息。如果很多商品上都貼有RFID標簽，從商店的角度來說，管理商品很方便，不管是分類還是快速收費或防止盜竊都很容易。但一旦商品出售后，若附在上面的RFID標簽沒有去掉，買主的身份就很容易被泄漏。還有可能帶來更多危害，如行竊者可以通過RFID讀寫器得到貼附標簽的物品的價值，從而判斷買主的經(jīng)濟條件，為作案帶來便利。

　　為了解決上述問題，EPCglobal公司提出了一個方案，采用“kill switches”技術，可以在貼有RFID標簽的物品完成交易后，通過激活開關，將標簽置入死鎖狀態(tài)，那么標簽就不再向外發(fā)送信號。同樣，RSA公司也開發(fā)了一種阻塞器標簽（bloking tag），它利用了EPCglobal公司提出的防碰撞協(xié)議。這種標簽采用的是一種混淆信息的技術，將所有可能被閱讀器接收到信息的RFID標簽一次提供給閱讀器。因為閱讀器一次只能與一個標簽交換數(shù)據(jù)，當多個標簽同時回應閱讀器的查詢時，閱讀器就只能偵測到一次沖突。此后閱讀器會試圖與每個標簽單獨通信，詢問標簽的每個bit位，這時Block標簽也會同時發(fā)送一個0bit和一個1bit回答詢問，這樣閱讀器就無法得到正確數(shù)據(jù)。

    實際上，很多因為RFID標簽所涉及到的隱私問題都是可以解決的。由于現(xiàn)有RFID識別技術的限制，標簽的識別距離還十分有限，要做到在遠離某人視距范圍的汽車或大樓中通過讀寫器來讀取某人的標簽信息基本上是不可能的。并且，微弱射頻信號在障礙的阻擋下也會使讀寫器無法識別，因此，RFID技術應該是安全的。但在有些情況下，如在通過門禁系統(tǒng)或付費系統(tǒng)時，用戶的個人信息及相關信息都有可能泄漏。隨著天線技術和IC技術的發(fā)展，遠距離識別終會成為現(xiàn)實，建立一種能有效保護隱私的機制是必不可少的。

　　3.2　安全性問題

　　安全性是另一個倍受使用者關注的問題。例如，一些公司采用RFID技術對貨物的供應鏈進行管理，但它并不希望其他競爭對手能通過貨物上的標簽追蹤到貨物的行蹤及貨物種類。同樣，一些帶有與用戶金融信息有關的設備如果使用了RFID標簽，那么與用戶帳戶相關的信息也應該得到保護。

　　為此，研究人員提出了一些加密算法，用于標簽對讀寫器實現(xiàn)身份認證，只對通過身份認證的讀寫器傳送信息。在認證過程中，標簽需要記錄通過認證的讀寫器的ID號，讀寫器也應以廣播的形式向標簽發(fā)送ID號。為了保證自身ID號不被其他攻擊者截獲，讀寫器與標簽之間必須實現(xiàn)加密傳送。一旦標簽對讀寫器的認 證沒有通過，標簽將拒絕傳送所存儲的信息。但是，這種帶密鑰的認證策略同樣會受到中間人扮演攻擊、重放攻擊等方式的攻擊。

　　3.3　RFID融合問題

　　RFID技術面臨的另一個問題是如何將RFID技術融合到現(xiàn)有系統(tǒng)中。很多研發(fā)部門都希望通過RFID中間件解決這個問題，通過中間件提供的接口，將RFID系統(tǒng)與已有的后端系統(tǒng)相連。中間件能解決現(xiàn)有標準不統(tǒng)一帶來的問題。利用中間件，可將前端讀寫器收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成滿足后端設備要求的數(shù)據(jù)格式，這樣就能為用戶帶來很大的靈活性。很多RFID中間件系統(tǒng)都帶有掛鉤技術，用來連接操作監(jiān)視器，用戶可以對所使用的標簽進行實時監(jiān)控。同樣，中間件也具有連接讀寫器和數(shù)據(jù)庫的能力。

　　4、結(jié)束語

　　本文介紹了RFID技術應用及所面臨的挑戰(zhàn)。作為一種存在很久的技術，RFID擁有廣闊的市場前景。盡管面對很多挑戰(zhàn)，不管是來自技術上還是觀念上的，RFID以其與生具有的優(yōu)點得到了越來越多企業(yè)和用戶的支持。在未來的生產(chǎn)線自動化、倉儲管理、電子物品監(jiān)視系統(tǒng)、貨運集裝箱的識別以及城市管理等方面，RFID一定有著更廣泛的應用。