标签orc识别

-1-第1章RFID技术及其发展历史1.
1初识射频识别技术1.
1.
1物联网无线射频识别(RadioFrequencyIdentification,RFID)技术是物联网的关键技术.
物联网的概念是1999年由美国麻省理工学院(MIT)的Auto-ID实验室提出,是指把所有物体通过RFID等信息传感设备与互联网连接起来,实现智能化识别和管理的网络.
随着物联网研究的开展,物联网逐渐被认为是指对物体具有全面感知能力、对信息具有可靠传送和智能处理能力的连接物体与物体的信息网络.
如果说互联网实现了人与人之间的通信交流,那么物联网则实现了人与物之间的通信,甚至物与物之间的通信,物联网的概念模型如图1-1所示.
基于射频识别(RFID)技术的多品采购问题建模及优化研究-2-图1-1物联网的概念模型RFID是自动识别技术在无线电技术方面的具体应用与发展,利用射频信号通过空间耦合实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的技术.
RFID是一个综合系统,通常最基本的RFID系统由三部分组成:电子标签(tag)由耦合元件及芯片组成,每个标签具有唯一的电子编码,附着在物体上标识目标对象;阅读器(read)读取标签信息的设备,可设计为手持式或固定式;天线(antenna)在标签和阅读器之间传递射频信号的设备,如图1-2所示.
图1-2RFID概念示意图从技术上看,物联网是指物体通过智能传感装置,经过传输网络,将物体信息传送到指定的信息处理中心,形成人与物、物与物相连的智能网络.
而RFID技术是互联网中让物品间能够通信的关键技术.
物联网中,RFID标签上存储着规范且具有互用性的信息,通过无线数据通信网络把它们自动采集到中央信息系统,实现物品的识别.
RFID是兴起于20世纪90年代的一种非接触式自动识别技术,以无线通信技术和存储器技术为核心,伴随着半导体、大规模集成电路技术的发展而逐步形成,利用射频方式进行非接触式双向通信达到自动识别目标对象并获取相关数据的目的,具有精度高、适应环境能力强、抗干扰强、操作快捷等诸多优点.
射频标签是一种产品电子代码(EPC)的物理载体,附着于可以追踪的商品上,能够全球流通并对其进行识别和读写.
RFID技术最早在英国被应用,在第二次世界大战中被用于辨别敌方和我方飞机的身份,商业应用是发生在20世纪60年代.
·第1章RFID技术及其发展历史·-3-近年来,各地的物联网产业呈越来越热的发展趋势,各地新的建设、新的项目都可以看到物联网技术的影子.
校园智能化、园区智能化、医疗智能化等新的概念不断渗透,一方面使我们的生活更加便捷,另一方面也把物联网嵌入其中.
基于RFID的产业需求也随之不断扩大、不断发展.
RFID技术作为物联网发展的基石,其产品被大量应用于物联网之中.
过去的五年,RFID及其相关技术已在不知不觉中慢慢走进人们的日常学习、生活与工作.
提起RFID标签也许大家并不熟悉,但是学校和单位食堂的饭卡、学生使用的校园一卡通、公共交通的IC卡、智能手机使用的SIM卡,出入识别的门禁卡等非接触RFID卡已慢慢取代了信息储量小、可靠性差的磁卡,成为新时代的宠儿,融入了每一个都市人的生活.
随着RFID技术的理论不断丰富和完善,单芯片电子标签、多电子标签识读、无线可读可写、无源电子标签的远距识别和适应高速移动物体的RFID正在成为现实.
在物联网应用的飞速发展下,作为物联网的技术基础,RFID及其相关技术与产业也迅速发展,并呈爆炸式蔓延的趋势.
本书的研究就是基于这样一个大背景下着手进行的.
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2RFID技术简介1.
RFID是什么首先,我们要明确RFID技术究竟是一种什么技术,从而理解RFID技术的特点.
根据Wu等人(2006)的定义,RFID是由一个集成电路板和天线的小标签(tag)及一个RFID阅读器(reader)构成,其中RFID标签能够接受RFID阅读器发射的电磁波,从而实现RFID标签与RFID阅读器间的通信.
结合Ngai等人(2008)的理解,我们可以自己给RFID技术下一个定义:RFID技术是一种通用称呼,是多种技术的集合体,既包括硬件,如标签、阅读器、中间件等,又包括应用软件,如加密通信软件,标签与阅读器之间通过特定频率的电磁波进行交互通信.
其中,标签能够携带必要的信息,将RFID标签粘贴到特定的物体上,实现对物体信息的实时、自动化的追踪.
下面对RFID的主要构成进行简要介绍.
基于射频识别(RFID)技术的多品采购问题建模及优化研究-4-1)RFID标签RFID标签是RFID的基本组成部分.
一个标签至少要包括两个部分:集成电路,用以存储处理信息、调制解调信息和产生直流的感应电流;天线,能够接收和反馈信号.
通常RFID标签包括一个天线、一个带接收器的硅芯片、一个调制解调器产生阅读器的感应反馈信号、逻辑控制器和一定容量的内存.
通常,将以上硬件封装在一起才能称之为一个RFID标签,之后标签被粘贴或者安装到具体的实体上就能实现对其追踪识别.
标准的RFID标签及其内部结构如图1-3所示.
图1-3RFID标签结构及常见类型2)RFID阅读器根据RFID标签类型的不同,RFID阅读器可称为RFID应答器、RFID读写器、RFID扫描器.
RFID阅读器的工作方式是发送脉冲信号给RFID标签,RFID标签接收到RFID的脉冲信号后产生响应信号,RFID阅读器接收RFID的响应信号并解码RFID标签信息.
一个典型的RFID阅读器主要由三部分构成:控制单元、高频接口和天线.
RFID控制单元用于处理数字信号和感知器接收的数据,同时,控制单元通过解调、防碰撞程序、编码过程来实现RFID阅读器与感知器通信.
这些数据最终用来实现对标签的读写操作.
RFID控制单元主要包括微处理器、内存单元、模拟数字转换器和通信模块.
RFID阅读器高频接口主要实现电磁波信号的发射和传输.
RFID阅读器的天线性能会影响RFID阅读器的·第1章RFID技术及其发展历史·-5-搜寻范围和搜寻区域.
各种类型的RFID阅读器及其工作原理如图1-4所示.
3)RFID天线、频率及其他RFID天线在RFID标签与读写器实现数据通信的过程中起关键作用,主要用于实现标签与阅读器之间的无线通信,因此,RFID天线分为电子标签天线和读写器天线.
根据任务的不同,RFID天线的安装方向、外形会有所区别.
图1-4常见RFID阅读器类型RFID工作频率是RFID阅读器与RFID标签之间无形的桥梁,不同工作频率下的RFID类型会显示出不同的工作性质.
Hossain和Karmakar(2006)给出了无线电工作频率的详细划分,如表1-1所示.
表1-1无线电频率划分频率范围频率波长Extremelylowfrequency(ELF)3~30Hz100000~10000kmSuperlowfrequency(SLF)30~300Hz10000~1000kmUltralowfrequency(ULF)300~3000Hz1000~100kmVerylowfrequency(VLF)3~30kHz100~10kmLowfrequency(LF)30~300kHz10~1km基于射频识别(RFID)技术的多品采购问题建模及优化研究-6-Mediumfrequency(MF)300~3000kHz1km~100mHighfrequency(HF)3~30MHz100~10mVeryhighfrequency(VHF)30~300MHz10~1m续表频率范围频率波长Ultrahighfrequency(UHF)300~3000MHz1m~100mmSuperhighfrequency(SUE)3~30GHz100~10mmExtremelyhighfrequency(EHF)30~300GHz10~1mm根据无线电频率的详细划分,RFID工作频率范围大概在该LF和SUE之间.
根据国际上的经验,基本的频率范围为低频、高频、超高频及微波,RFID在不同的范围内所表现的技术特征是不同的,具体可参见表1-2.
表1-2RFID有效频率及其基本特征频率划分低频(LowFrequency,LF)高频(HighFrequency,HF)超高频(UltraHighFrequency,UHF)微波(Microwave,MV)频率范围30~300kHz3~30MHz300MHz~3GHz2~30GHz典型频率125~134kHz13.
56MHz433MHz或865~956MHz2.
45GHz2.
45GHz大致阅读范围低于0.
5m可达1.
5m433MHz(达100m)865~956MHz(0.
5~5m)可达10m典型传输速度低于1kb/s接近25kb/s433~956MHz(30kb/s)2.
45MHz(100kb/s)可达100kb/s基本特征距离短,数据传输率低,可穿透水,不距离稍远,类似GSM传输速率,可穿透水,不可透金属距离远,高传输率,同时读取小于100个商品,可穿透水和金属距离很远,高传输率,可穿透水,可透·第1章RFID技术及其发展历史·-7-可穿透金属金属典型应用动物识别,车辆,防盗智能标签,非接触智能卡,安保专业动物追踪,物流移动车辆收费2.
RFID技术特点尽管针对RFID技术的实施存在许多顾虑、争议和困难,RFID技术仍然得到了业界人士和学者的青睐.
根据IDTechEx的数据,从2007开始,我国RFID技术的应用以每年21.
4%的速度在增长,同时全球的RFID市场规模达到了49.
2亿美元.
这是因为相较于其他识别技术,RFID技术优势十分明显,RFID技术特点主要体现在以下方面:RFID自动识别检测,避免了数据采集阶段的人为误差并降低了配置成本;非可视化操作,RFID标签粘贴位置无严格限制,RFID读取距离较长;标签具有读写能力,能够实现实时信息采集和交互,RFID能够存储较大量的数据;RFID标签能实现精确唯一识别;RFID标签能适应复杂环境,如高湿、高尘、化学污染、放射、高危环境等;RFID能够实现多标签同时识别;RFID能够与传感器绑定使用,发挥更高性能;RFID自动化信息采集可减少时间延迟和库存不确定性;RFID技术能够存储局部信息,减少系统错误;RFID可实现商品生命周期的信息追踪.
RFID技术作为物联网的关键技术,以其优越的性能得到了广泛关注,但RFID技术也有一定的不足,影响其快速实施推广.
RFID的劣势集中体现在:RFID系统较其他商品级识别系统(条码系统)昂贵;RFID技术有一定可靠性问题;RFID标签为特殊定制,不具有通用性;RFID存在信息被非法读取(个人信息泄露)风险,如信用卡、银行卡基于射频识别(RFID)技术的多品采购问题建模及优化研究-8-等的安全隐患;RFID易受静电和金属干扰.
RFID技术的劣势在某种情况下能够尽可能地改善,如普通的易受金属干扰的RFID可以由抗干扰RFID替代.
而有些RFID的劣势不仅仅是技术问题,如个人信息泄露问题、标准问题等.
目前,RFID技术的主要竞争对象为条码(barcodes),如一维条码和二维条码.
结合Huberetal.
(2007)的认识,RFID与条码的优劣比较如图1-5所示.
图1-5RFID技术与条码技术的优劣比较其他识别技术还包括磁卡、光学特征识别、生物特征识别等.
RFID与其他识别技术的比较如表1-3所示.
表1-3RFID与其他技术的比较a·第1章RFID技术及其发展历史·-9-特征磁卡OCR识别生物识别1-Dbarcode2-DbarcodeRFID阅读速度0.
3~2s4~8s1~5s0.
5~1s0.
3~1s0.
3~0.
5s错码率与磁性介质寿命有关1/10001/3001/1000001/10000001/百亿技术优势便携,可读写处理速度快防伪性能好价格便宜读取准确速度快,批处理,准确成本一般较低较高很低很低较低续表特征磁卡OCR识别生物识别1-Dbarcode2-DbarcodeRFID样品a:参考http://www.
syscantech.
com/en/SyscanCode/Syscan_2dcode.
asp3.
RFID技术分类RFID技术经过几十年的研发,已经发展出了多种类型的RFID产品.
RFID按照标签类型的不同可以分为主动式标签(Activetag,标签内部有独立电源)和被动式标签(Passivetag,内部无电源).
RFID主动式标签和被动式标签的差异性较大,两者之间的比较结果见表1-4.
由于主动式标签和被动式标签价格差异较大,Want(2006)认为影响RFID实施的关键因素是成本,但是随着技术的进步以及普及率的提高,RFID价格已经下降许多.
表1-4主动式和被动式RFID的比较特征主动式RFID被动式RFID电源a有源供电无源供电所需信号强度a弱强阅读范围b最大可达100m以上最大10m(阅读器固定)最大5m(手持阅读器)单位成本b$15~$50$0.
1~$4基于射频识别(RFID)技术的多品采购问题建模及优化研究-10-标签大小a形状不一信用卡大小存储能力a较大的读写能力(128kb)较小的读写能力阅读器b一般成本低成本相对较高标签寿命b3~8年10年以上应用领域b自动交易、自动生产、医院资产管理、工程建设、采矿、远程监控供应链、图书馆书籍管理、医药、通关、电子收费、产品跟踪等a:来源http://www.
atlasrfidsolutions.
com/Technology/ActivevsPassive.
aspxb:来源http://www.
inlogic.
com/rfid/passive_vs_active.
aspx总的来说,由于RFID分类可以从RFID标签角度、阅读器角度进行分类,故此处特别列出根据不同标准的RFID分类(见表1-5),以加深对RFID技术的进一步理解.
表1-5RFID标签分类(IlieZudor等,2006)1.
内部是否植入电源1.
1被动式标签通过阅读器获得电能阅读器发射电磁波,天线产生感应电流,标签反射携带信息的电磁信号1.
2半被动式标签用电池来维持标签内存并用于调制产生反馈信号与阅读器通信方式和普通被动式标签类似1.
3主动式标签标签内置电池,用于芯片电路供电,发射信号给阅读器阅读范围远大于被动式标签价格昂贵,电源寿命有限2.
标签内存类型2.
1只读标签内存出厂设定,不能更改数据是静态的存储容量有限,大约可携带为96bits的信息量易于和信息采集系统整合,价格便宜2.
2读/写标签能够读写数据动态可变