R FID射頻識別技術被公認為是本世紀最有發展前途的信息技術之一，已經得到業界的高度重視。近年來，R FID技術發展迅速，被廣泛應用於工業自動化、商業自動化、交通運輸管控及物流、供應鏈管理等眾多的領域。據不完全統計，R FID技術從80年代後期至今，申請專利已達600
0多項，成為各行業關注的熱點。
特別是美國9 .11恐怖襲擊事件後，為防止國際恐怖組織的襲擊，美國政 府 出 臺 了S S T (S m art&S ecureT radelanes Initiative)計劃，將R FID與貨櫃綁定，貨物追蹤功能受到高度的重視，並加強了港灣、空港等場所的安全管控。作為防止突發事件的手段，R FID被認為是最適合的技術之一。
神奇的RFID
60年代美國人發明了網際網路，通信技術有了空前的飛躍。無論任何人、任何時間、在世界的任何地方，只要通過網際網路，就能夠了解所需要的信息；只要通過網際網路，就可以和想念的人超越距離和空間進行交談；只要通過網際網路，打開搜尋引擎，就可以搜索到想閱讀的書、電影、歌曲等信息。在各行各業，都實實在在地享受到了網際網路帶來的實際價值和經濟效益，使人們受益匪淺。它使距離不再遙遠，使世界不再陌生。
到了90年代，R FID技術又一次讓人們感受到了通信技術的奧妙。
一輛滿載著貨櫃的卡車正在高速行使，司機看到岔路中間擺著一張桌子，後面坐著兩位女士，司機忙踩剎車停下來。一位女士不慌不忙地站起來對司機說「先生，你走錯路了，去新澤西州是右邊的路。」司機百思不解地問到，你怎麼知道我要去新澤西州呢？那位嚮導員溫文爾雅的對司機說「是你車上安裝的R FID告訴我們的」。我相信，很多人都會象那位卡車司機一樣困惑不解。R FID到底是一項什麼樣神奇的技術？它的工作原理、屬性以及能夠給社會生活帶來怎樣的變化？
無線射頻識別技術(R F ID，R adio F requencyIdentification)是無線通信的一種，它是利用無線通信方式實現對物體非接觸式自動識別。射頻識別技術最早的應用可追溯到1940年太平洋戰爭時期，美國為了戰爭中敵我飛機的識別，由於技術保密，一直被軍事領域廣泛應用。近年來，隨著LSI(Large-scaleintegra-tion 大規模集成電路)、網絡通信、信息安全等技術的發展，射頻識別技術進入商業化應用階段。這一技術由於具有對高速移動物體識別、多目標一次性識別和非接觸識別等特點，在各領域顯示出巨大的發展潛力與應用空間，被譽為21世紀的科技之星。
RFID技術發展趨勢
一、國外應用現狀
1991年海灣戰爭中，美軍的後勤供給發生了嚴重問題。據美國媒體報導，美軍向海灣地區運送了4萬個貨櫃，由於貨櫃裡面的物資明細不清楚，有2 .5萬個必須由人工開封，清點登記後，重新加入到物流中，浪費了人力和時間。更為嚴重的是，有很多的貨櫃在運送中丟失或延誤，最終，約有1600個貨櫃遺棄在沙漠中。
美國國防部吸取了海灣戰爭中的沉痛教訓，與Savi技術公司籤訂關於R FID標籤、固定、移動、手持的R FID讀寫器以及相關的硬體、軟體和專業服務的合約，在世界50個國家850個軍事基地建立了世界最大的無線射頻網絡貨物追蹤系統，實現實時的數據自動採集、聚合、恢復與服務。使美國國防部的軍需物資實現了全方位的可視化管理與控制。
這項技術在2003年第二次海灣戰爭中得到了很好驗證。由於美軍建立了無線網射頻絡貨物追蹤系統，軍需物資運送狀況有了徹底的改變。美軍通過嵌在貨櫃上的電子標籤對發往海灣的軍需物資進行跟蹤，實現了從儲備式後勤到配送式後勤的轉變，增強了美軍的後勤供給能力，節省了數十億美元。
另外，在供應鏈管理領域，R FID技術也備受青睞。被美國《商業周刊》稱為全球企業新獨裁者，連續多年榮登《財富》雜誌全球500強企業的零售巨頭W al-M art百貨公司，於2003年11月5日，在位於美國阿肯色州羅傑市的總部召開會議，宣布到2005年末，要求全球100家最大的供應商供給W al-M art的商品都要應用R FID技術。
R FID技術的應用，給W al-M art和上下遊供應商帶來了無限商機。它使貨物不會存在倉庫裡而無人知曉，資料庫中記錄的貨物數量與實際庫存量精確相符，與貿易夥伴之間的貨物傳送信息能夠自動、準確地完成。店員能夠及時準確的了解什麼商品需要補貨，該商品放在倉庫的什麼位置，是什麼種類，數量是多少等。無需人工清點，不會漏掉一件物品，也不會出現計算錯誤，店員有充足的時間將商品補上貨架，不會因貨物的缺失而失掉商機。SanfordC .Bernstein公司的零售業分析師統計，W al-M art通過採用R FID技術，實現了貨物的可視化管理，及時跟蹤商品狀況，了解商品的即時狀態，簡化票據的處理流程，提高庫存信息的精確性和供應商的供貨效率，每年可節省約83.5億美元。
世界各地的零售巨頭們繼沃爾瑪之後，德國的麥德龍、英國最大的連鎖超市集團T esco、美國的T ar-get、A lbertsons也陸續宣布了導入R FID計劃。
經濟方面，據美國V D C (V entureD evelopm entC orporation)公司發表的報告透露，2000年美國的R FID市場規模8.9億美元，2005年達到26.5億美元，年增長率約24%。
2004年1月，日本貨物鐵道(JR貨物)，在日本全國約140個全貨物車站同時導入了R FID技術；同年12月，新東京國際空港(成田空港)、日本航空公司和宅急便公司聯合進行了R FID加附在顧客行李箱的試驗。香港、新加坡、舊金山、溫哥華等國際空港也陸續進行了相關的實驗。
二、國內應用現狀
1992年工研院開始研發R FID技術，2003年成功舉辦了R FID商業應用發展策略論壇，2006年6月，中國發布了《中國R FID技術政策白皮書》。
目前，香港的八通達卡是當今最成功的非接觸式多功能智慧卡，其應用範圍有停車場、便利商店、快餐店、電影院、自動販賣機、遊泳池、住宅、保全系統及校園通系統等。
根據工信部相關報導，2005年我國R FID市場規模已經達到36 .9億元，2006年增加接近60億元，2008年R FID相關產值達到80億元左右。據相關部門預測，中國的R FID市場在今後數年將穩步增長，到2011年將達到118.1億美元。
我國R FID技術在政府的推動下，已經在很多領域已經得到初步應用。在公共運輸管控、高速公路收費、動植物電子標誌、食品、藥品、郵件實時狀態跟蹤管理以及物流、供應鏈管理等領域均已先後啟動了R FID技術應用試點項目；各類電子證照與重要商品防偽、各類IC卡應用開闢了廣闊市場空間，奠定了我國R FID產業與應用的基礎。雖然R FID產業在我國起步較晚，但是經過近些年的發展，目前我國在技術研發、製造、工藝設計、系統集成與應用等各環節已初具規模。從近期我國R FID領域的動態來看，與行業應用相結合的基於R FID技術的產品和解決方案開始出現，這為R FID在我國應用的推廣，特別是在物流、安全保障、防偽識別等非製造領域奠定了堅實的基礎。
基於RFID技術構建港灣物聯網系統的探討
港灣是國際物流的集散地，是國際海運的交通樞紐。據2009年6月中國物流與採購聯合會統計，國際運輸方面，全球國際海運貨運量52億噸，我國貨運量佔世界海運量的84%左右。因此，港灣的建設和安全保障，是體現出一個國家的經濟實力和國際競爭力的核心。但是，價格、速度、安全保障、高效率、高水平的服務一直是困擾港灣發展的要因。本文稿以此為藍本，探討應用R F ID技術，構建物聯網系統(Internetofthings)，來解決以上問題。港灣管理的關鍵是貨櫃、車輛和人員的自動識別，所有的信息都能夠在物聯網系統上得到實時傳遞和動態跟蹤貨物信息。
物聯網從網絡結構上看，是通過網際網路(Internet)將眾多R FID應用系統連接起來，並在廣域網範圍內對物品身份進行識別的分布式系統。網際網路則是藉助物聯網協議將網際網路的邊界延伸到世間萬物。
在本稿中的物聯網是以R FID技術為核心，將物品和物聯網綁定的技術手段之一，是一個以計算機網絡、G PS(G lobal PositioningSystem )等先進的通訊技術組成的龐大的系統。
表1R FID和條形碼的比較
在物聯網中，每個物品均被賦予唯一的ID，這個ID是存儲在和物品綁定的電子標籤中。與條形碼(BarC ode)相比，R FID技術特性具有獨特的優勢(詳見表1)。
本文稿是以出口海運為假定。港灣在物聯網系統的支持下，把貨物的信息(企業名、地址、電話、商品ID、日期、商品批號)寫入電子標籤中，然後與貨物綁定。
一、港灣作業的特點
為了有效地利用R FID技術，對港灣作業特點進行了分析，歸納如下(如圖1所示)。
(一)跨國間的物流：港灣是國際貿易貨物的集散地，貨物都是來自不同的國家及地區。
(二)貨物容積大：受理的貨物是20尺或40尺(Feet)的貨櫃，需要廣闊的空間和堆場來保管。
(三)安全保障：防止貨櫃的丟失、被盜和損壞及內場危險物(炸藥或高險化學品等)。
(四)自然環境惡劣：風雨、海水、溫溼度、鹽霧、日曬等自然因素。
二、R FID的應用方法
根據港灣作業特點，提議港灣應用U H F頻段的R FID技術，U H F頻段具有識別距離長、快速識別移動物體、成本低等特點，是港灣管理最理想的選擇。
□標籤貼附在託盤、包裝箱、貨櫃上，進行規格、序列號等信息的自動存儲和傳遞。
□對電子標籤的要求
□Code(編碼)體系國際標準化(如EPC標準)
□利用U H F頻段的電子標籤，識別距離長、高速識別移動物體、成本低且耐用性好
□在惡劣的自然環境下確保正常射頻質量的電子標籤
□與G PS系統相連接，預防異常行為發生。
在港灣操作管理過程中，最關鍵的環節就是貨櫃的跟蹤管理，以及如何防止貨櫃的丟失、被盜和損壞。進入港區的貨櫃就相當於一張動態物流全景圖，通過這張圖，各環節操作人員可以獲得更快、更精確的實時信息，操作人員只要輸入綁定貨物的ID號碼，就可以在顯示器上把貨物信息盡現眼底，不用到處去找貨物在什麼位置。
物聯網系統的操作如圖2所示。港灣閘口上方設置射頻讀寫器，運送貨車通過閘口時，讀寫器會自動識別和讀取綁定在貨櫃上的電子標籤(商品信息、貨物數量、出庫者信息、入庫者信息、發貨單號)信息，通過無線LA N傳輸給中央伺服器，進行數據處理和保存。系統確定無誤後，把貨物的信息自動上傳到監管部門，監管部門根據信息指令把貨物分撥到指定的倉位。貨物的通關手續完結後，中央伺服器根據通關指令下達作業信息，貨櫃搬運到幾號碼頭、裝在幾號貨船上、上船定位操作、接貨確認等工作。
碼頭的龍門吊上同時裝有射頻讀寫器和G PS裝置，操作人員根據信息指令，在每一個操作環節開始和結束，都要對貨櫃上的電子標籤掃描，然後，通過無線LA N把信息上傳至中央伺服器進行數據處理和保存。在船上，同時安裝高性能的R FID系統，即R FID晶片中裝有傳感器，可以記錄物品所處的溫度、溼度、日照等環境信息。無論是管理部門或用戶，只要輸入貨物給定的ID，就能夠通過物聯網隨時隨地的了解貨物的狀態、位置和動態跟蹤。通過對上述系統的探究，物聯網系統在港灣物流中應用的價值從以下三方面得到認證：
1、物聯網系統能夠對貨櫃進行跟蹤，減少丟失、被盜和損壞，從而提高了安全保障。
2、物聯網系統能夠對貨物貨櫃全程追蹤，並及時傳遞貨物的動態信息給上下遊客戶，提高了港灣的服務質量。
3、物聯網系統能夠及時、準確地把貨物信息提供給作業者，減少了遺漏和錯誤的發生，大幅提高工作效率，降低港灣的運營成本以及縮短貨船的滯港時間。
通過以上的探討，說明了物聯網系統能夠提高港灣的核心競爭力，同時為貨主企業、製造企業和消費者提供更及時、可靠的物流增值服務。
圖2港灣物流物聯網系統的構成圖
RFID系統的基本結構和種類
一、R FID系統的基本結構
R F ID系統一般由電子標籤(T ag)、讀寫器(R eader)和信息處理系統三部分組成。電子標籤主要是由IC晶片和天線(A ntenna)構成。讀寫器由環形天線、控制模塊和收發裝置組成。分為手持和固定兩種，收發裝置和計算機或編程邏輯控制器(PLC)連接從而實現相互信息交換(R FID系統結構參照圖3)。
當電子標籤進入可識別區域後，讀寫器通過接收標籤發出的無線電波接收讀取數據。最常見的是被動射頻(PassiveT ag，無源型標籤)系統，當讀寫器在同一磁場區感應到R FID標籤的電波時，讀寫器主動發出電波，標籤從電波中獲得電流能量激活標籤中的IC晶片電路，
圖3R FID系統結構
根據讀寫器的要求，標籤傳出相應數碼信號給讀寫器，讀寫器把接收到的數碼信號解密，轉換成相關信息。由終端設備通過無線或有線(L A N L ocal A reaN etw ork)傳輸給中央計算機處理這些數據，從而進行管控。(Tag的基本結構參照圖4)。
圖4 電子標籤(Tag)基本結構
二、電子標籤的種類
按照R FID標籤的能量供給方式，R FID標籤可分為有源標籤和無源標籤；按照R FID工作時使用的無線電頻率，R FID系統可分為低頻、高頻、超高頻和微頻。有源的標籤是通過標籤內置電池的能量主動發送信息。電波識別距離較長，可達幾十米或百米，內附高性能的傳感器(sensor)，使用壽命有限且價格較高，每個標籤在10美元～15美元左右，由於內置電池，體積較大，不適用製作類似於身份證、交通卡等卡片標籤。無源的標籤是標籤內沒有電池，利用讀取器發射電波通過磁場能量的耦合作用被動的發送信息。電波識別距離較短，可識別範圍在幾釐米到幾米，由於標籤內不含電池，對讀取裝置要求較高，需要較大功率的讀取裝置，使用壽命長且價格上比有源型便宜，每個標籤在0.5美分～5美元，體積小，重量輕，可適用製作各種各樣的卡片標籤和各種商品以及防偽、食品安全等方面上使用。
RFID的基本原理
一、R FID使用的電波
在了解R FID的基本原理之前，有必要對R FID使用的電波進行說明。在電波法中，頻率3000G H z以下的電波被定義為電波。電波分為長波、中波、短波、超短波(V H F)、極超短波(U H F)，根據應用領域分配頻段。
電波和光有一個共同的特性，運行速度相同(30萬K m /S)。如果把電波用頻率來表示，波的運行周期被稱為波長。
例如：電波在1秒間反覆振動頻率用f表示：
f=30萬H z
1周期的波長用λ表示
λ=30萬K m /30H z=1K m
波長(λ)1K m的電波，相當於1周期運行1K m。
f=300M H z時
λ=30萬K m /s÷300M H z
=(3×108m /s)÷(3×108H z)
=1m
也就是說，波長λ相當於1米的電波。
同樣，頻率f= 3000萬G H z時，波長λ相當於0.1m m (100μm )。
二、無線射頻技術通訊原理
了解了R FID使用的電波後，對無線射頻技術通訊原理的說明就會很容易。無線射頻技術是起源於無線電波通訊原理，把數碼信號轉換成電波，傳達信息是0和1的兩個數值作為數碼信號發送或接受。因此，無線射頻的工作原理可分為以下三種類型：電感耦合型、電感有向耦合型、微波型。本文稿主要對前兩種類型進行說明。
電感耦合型。依據的是電磁感應定律，通過空間高頻交變磁場實現耦合。電感耦合方式一般適合於中、低頻 工 作 的 近 距 離 射 頻 識 別 系 統 。工 作 頻 段 包 括 ：125kH z～135kH z、225kH z和13.56M H z。識別作用距離小於1m，作用距離為10cm～20cm。
電感有向耦合型。依據的是電波的空間傳播規律發射出去的電波，碰到目標後反射，同時帶回目標信息。電感有向耦合方式一般適合於高頻、微波工作的遠距離射頻識別系統。工作頻段有：433M H z，915M H z，2.45G H z，5.8G H z。識別作用距離大於1m，作用距離為3m -l0m。
為避免各國無線電頻率使用標準不一，國際上大多遵守國際電信聯合會(IT U )的規範。目前，R FID使用的頻段有135K H z、13.56M H z、433.92M H z、860M～960M H z(U H F)、2.45G H z以及5.8G H z等6種。(R FID通常利用的頻率參照表2)
讀寫器通過自身天線發射出電波來誘導磁界內的電子標籤，電子標籤內的環形天線接受讀寫器的電感信號後耦合，完成信息交換。無源電子標籤憑藉環形天線上的感應電流獲得能量，啟動標籤控制電路和射頻電路，發送出電子標籤存儲器(IC晶片)內的數據。有源標籤主動發送頻率信號。讀寫器的C PU (C entralProcessingU nit)通過環形天線接受標籤發射出信號進行解碼後，通過讀寫器的終端將信息發送到計算機等應用系統，進行數據處理，最後應用系統得到所需要的信息，從而達到識別目的。
RFID的特點和展望
一、非接觸識別
非接觸識別是無線射頻技術的最大亮點。條形碼是在不受汙染和破損的前提下，逐一讀取數據信息；可是電子標籤是利用無線電波技術，無論是裝在箱子還是其他容器裡，表面受到汙染也沒有關係，根據射頻的種類，可識別讀取信息。
二、高信賴性和耐環境性
標籤與讀寫器之間無機械接觸，避免了由於接觸不良所造成的讀寫錯誤等操作，即使在標籤上染上灰塵、油汙(水)等外部惡劣環境下也不影響讀寫數據。
三、可改寫信息
條形碼錄入的數據不可更改，電子標籤不同於條形碼，根據業務要求，可進行數據加寫或改寫。但是，也有不能加寫或改寫數據的，要根據使用的用途來決定。
四、信息容量大
標籤信息容量可根據需要來決定，一般有96bit或128bit的信息量。現行的JA N /EA N /U PC條形碼，其容量不過幾十個字符，容量最大的二維條形碼最多也只能存儲千個數字，容量有限。未來物品所需儲存的信息量大，R FID的容量完全可以滿足。用一個形象的比喻，R FID能為全球每一粒大米付一個碼，它能容納2的96次方個碼，即268億個碼。
五、可一次性識別處理多個標籤
現行的條形碼只能逐一讀取信息，電子標籤能防止標籤之間出現數據幹擾，因此，讀寫器可一次性識別處理多個標籤。
六、重複使用性
由於標籤為電子數據，可以反覆被覆寫，進行通信。因此，可以將回收的標籤重複使用。如果是被動式標籤，不需要電池就可以使用，不需要維護和保養。
從目前的情況來看，R FID市場儘管已有了很大的發展，在商品防偽、汽車防盜、電子票證、食品藥品安全監管、工農業生產管理、智能交通及現代物流和供應鏈管理等諸多領域得到了應用並被市場認可，但還是處於初級發展階段。其未來市場發展潛力巨大，應用範圍將涵蓋從家庭、辦公室、政府機關、各商業和服務等廣泛領域，並會逐漸改變現今傳統的商業模式，對未來社會的各個方面帶來影響。同時，對物聯網的發展也會起到積極的促進作用。
然而，關於R FID技術還存在一些問題，如隱私權，如何由條形碼向電子標籤過渡，安全性、標籤成本過高、國際標準的制定等問題。這些問題都在一定程度上阻礙了R FID的發展，只有解決了這些問題，R FID技術才能更好的推廣和發展。目前，無線通訊、數據處理和網絡技術已經基本成熟，在各國政府的推動下，R FID支持技術會日益完善，它將極大地促進相關應用產品性能的提高。任何一項技術的發展都有一個逐步成熟的過程，R FID也不會例外，它將成為繼移動通訊、網際網路之後的又一項影響全球經濟與人們生活的新技術。
(責任編輯：姜炯)