第2章 EPC和RFID技術(shù)

1、內(nèi)容提要：物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，如何將“現(xiàn)實(shí)的世界萬(wàn)物”與“虛擬的互聯(lián)網(wǎng)”連接起來(lái)？ 標(biāo)簽技術(shù)是實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸的信息傳遞。本章介紹EPC與RFID這兩種關(guān)鍵技術(shù)2.1 EPC編碼編碼2.1.1 EPC編碼協(xié)議2.1.2 EPC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.1.3條形碼技術(shù)2.1.4條形碼、RFID和EPC區(qū)別2.2 RFID系統(tǒng)系統(tǒng)2.2.1應(yīng)答器原理 2.2.2閱讀器2.2.3 RFID天線(xiàn)2.2.4 RFID中間件本章內(nèi)容問(wèn)題探究：?jiǎn)栴}探究：1. EPC-64,EPC-96,256三種編碼的原理與范圍？三種編碼的原理與范圍？2. 二進(jìn)制編碼原理、二進(jìn)制編碼原理、ASCII編碼、曼徹斯特編碼編碼、曼徹斯特編碼 GB2312

2、作拓展性探究。作拓展性探究。任務(wù)實(shí)踐：任務(wù)實(shí)踐：1.一維條形碼商品的輸入輸出應(yīng)用一維條形碼商品的輸入輸出應(yīng)用2.二維碼（手機(jī)）掃描應(yīng)用舉例分析二維碼（手機(jī)）掃描應(yīng)用舉例分析2.1 EPC編碼2.1.1 EPC2.1.1 EPC編碼協(xié)議編碼協(xié)議 1999美國(guó)麻省理工學(xué)院一位教授提出了EPC開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)構(gòu)想，在國(guó)際條碼組織(EAN.UCC)寶潔公司(P&G)、吉利、可口可樂(lè)等83家跨國(guó)公司的支持下，于2003正式成立了EPC全球組織，沃爾瑪2005年1月開(kāi)始使用EPC電子標(biāo)簽。 EPC統(tǒng)一了世界范圍內(nèi)的商品的標(biāo)識(shí)編碼規(guī)則，應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中。前編碼類(lèi)弄有三種：64位、96位和256位。2.1.

3、2 EPC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)EPC系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成: 三部分六個(gè)方面三部分六個(gè)方面1.產(chǎn)品電子編碼體系：產(chǎn)品電子編碼體系： EPCEPC編碼標(biāo)準(zhǔn)編碼標(biāo)準(zhǔn)2.射頻識(shí)別系統(tǒng)：射頻識(shí)別系統(tǒng)：1）ECP標(biāo)簽標(biāo)簽 2)識(shí)讀器識(shí)讀器3.高層信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)：高層信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)：1）Savant:神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟件神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟件2）ONS:對(duì)稱(chēng)名稱(chēng)解析服務(wù)對(duì)稱(chēng)名稱(chēng)解析服務(wù)3）PML:實(shí)體標(biāo)記語(yǔ)言實(shí)體標(biāo)記語(yǔ)言2.1.3 條形碼技術(shù)條碼技術(shù)條碼技術(shù)是集編碼、印刷、識(shí)別、數(shù)據(jù)采集和處理為一身的新型自動(dòng)識(shí)別與數(shù)據(jù)采集技術(shù)其核心部分是條形碼條形碼。包括：一維條形碼二維條形碼條形碼技術(shù)：一維條形碼一維條碼一維條碼是由一組規(guī)則排列的條、空以及對(duì)

4、應(yīng)的字符組成的標(biāo)記。普通的一維條碼在使用過(guò)程中僅作為識(shí)別信息，它的意義是通過(guò)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中提取相應(yīng)的信息而實(shí)現(xiàn)的。一個(gè)完整的條碼的組成次序依次為：靜區(qū)（前）、起始符、數(shù)據(jù)符、（中間分割符，主要用于EAN碼）、(校驗(yàn)符)、終止符、靜區(qū)（后）。一維條形碼：譯碼原理激光掃描儀通過(guò)一個(gè)激光二極管發(fā)出一束光線(xiàn)，照射到一個(gè)旋轉(zhuǎn)的棱鏡或來(lái)回?cái)[動(dòng)的鏡子上，反射后的光線(xiàn)穿過(guò)閱讀窗照射到條碼表面，光線(xiàn)經(jīng)過(guò)條或空的反射后返回閱讀器，由一個(gè)鏡子進(jìn)行采集、聚焦，通過(guò)光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，該信號(hào)將通過(guò)掃描期或終端上的譯碼軟件進(jìn)行譯碼。條形碼技術(shù)：二維條形碼二維碼二維碼在水平和垂直方向的二維空間存儲(chǔ)信息的條碼。二

5、維碼具有條碼技術(shù)的一些共性：可直接顯示英文、中文 、數(shù)據(jù)、符號(hào)、圖形；存儲(chǔ)數(shù)據(jù)1K字符。保密性高（可加密）。信息量大、修正錯(cuò)誤能力強(qiáng)、可靠性高、成本低。在代碼編制上利用0”、“1”比特流的概念，使用若干個(gè)與二進(jìn)制相對(duì)應(yīng)的幾何形體來(lái)表示文字?jǐn)?shù)值信息，通過(guò)圖象輸入設(shè)備或光電掃描設(shè)備自動(dòng)識(shí)讀以實(shí)現(xiàn)信息自動(dòng)處理。條形碼技術(shù)：二維條形碼目前，世界上應(yīng)用最多的二維條碼符號(hào)有Aztec Code、PDF147、DataMatrix、QR Code、Code16K等。Code 16KDataMatrixPDF147Aztec CodeQR Code一維條形碼與二維條形碼的比較一維條形碼特點(diǎn)：一維條形碼特點(diǎn)：可

6、直接顯示內(nèi)容為英文、數(shù)字、簡(jiǎn)單符號(hào)；貯存數(shù)據(jù)不多，主要依靠計(jì)算機(jī)中的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫(kù)：保密性能不高；1.損污后可讀性差。二維條形碼特點(diǎn)：二維條形碼特點(diǎn)：可直接顯示英文、中文、數(shù)字、符號(hào)、圖型；貯存數(shù)據(jù)量大，可存放1K字符，可用掃描儀直接讀取內(nèi)容，無(wú)需另接數(shù)據(jù)庫(kù)；保密性高（可加密），1.安全級(jí)別最高時(shí)，損污50%仍可讀取完整信息。2.2 RFID系統(tǒng) RFID是射頻識(shí)別技術(shù)（Radio Frequency Identification）的英文縮寫(xiě),利用射頻信號(hào)通過(guò)空間耦合（交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)）實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸信息傳遞并通過(guò)所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的。它是20世紀(jì)無(wú)線(xiàn)電技術(shù)理論應(yīng)用的最重要成就之一。 RFID系統(tǒng)

7、主要由： 應(yīng)答器、閱讀器、高層（信息管理決策系統(tǒng)）組成。應(yīng)答器、閱讀器、高層（信息管理決策系統(tǒng)）組成。補(bǔ)充： RFID技術(shù)參考教材RFID系統(tǒng)系統(tǒng)由五個(gè)組件構(gòu)成，包括：傳送器、接收器、微處理器、天線(xiàn)、標(biāo)簽。傳送器、接收器和微處理器通常都被封裝在一起，又統(tǒng)稱(chēng)為閱讀器(Reader)，所以工業(yè)界經(jīng)常將RFID系統(tǒng)分為為閱讀器、天線(xiàn)和標(biāo)簽三大組件，這三大組件一般都可由不同的生廠(chǎng)商生產(chǎn)。表2-4 RFID的技術(shù)發(fā)展2.3.1 應(yīng)答器（標(biāo)簽）應(yīng)答器：應(yīng)答器：RFID系統(tǒng)中數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)的的電子信息載體。系統(tǒng)中數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)的的電子信息載體。如：銀行卡、飯卡、會(huì)員卡，如：銀行卡、飯卡、會(huì)員卡，Ic卡等卡等標(biāo)簽

8、（標(biāo)簽（Tag）是由耦合元件、芯片及微型天線(xiàn)組成，每個(gè)標(biāo)簽內(nèi)部存有唯一的電子編碼，附著在物體上，用來(lái)標(biāo)識(shí)目標(biāo)對(duì)象。標(biāo)簽進(jìn)入RFID閱讀器掃描場(chǎng)以后，接收到閱讀器發(fā)出的射頻信號(hào)，憑借感應(yīng)電流獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的電子編碼（被動(dòng)式標(biāo)簽），或者主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(hào)（主動(dòng)式標(biāo)簽）。電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器（電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器（EEPROM）：一般射頻識(shí)別系統(tǒng)主要采用EEPROM方式。這種方式的缺點(diǎn)是寫(xiě)入過(guò)程中的功耗消耗很大，使用壽命一般為100,000次鐵電隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（鐵電隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（FRAM）: 與EEPROM相比，F(xiàn)RAM的寫(xiě)入功耗消耗減小100倍，寫(xiě)入時(shí)間甚至縮短1000倍。

9、FRAM屬于非易失類(lèi)存儲(chǔ)器。然而，F(xiàn)RAM由于生產(chǎn)方面的問(wèn)題至今未獲得廣泛應(yīng)用。靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（SRAM）: SRAM能快速寫(xiě)入數(shù)據(jù)，適用于微波系統(tǒng)，但SRAM需要輔助電池不間斷供電，才能保存數(shù)據(jù)。應(yīng)答器（標(biāo)簽）：存儲(chǔ)方式被動(dòng)式標(biāo)簽（被動(dòng)式標(biāo)簽（Passive Tag）：因內(nèi)部沒(méi)有電源設(shè)備又被稱(chēng)為無(wú)源標(biāo)簽。被動(dòng)式標(biāo)簽內(nèi)部的集成電路通過(guò)接收由閱讀器發(fā)出的電磁波進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，向閱讀器發(fā)送數(shù)據(jù)。主動(dòng)標(biāo)簽（主動(dòng)標(biāo)簽（Active Tag）:因標(biāo)簽內(nèi)部攜帶電源又被稱(chēng)為有源標(biāo)簽。電源設(shè)備和與其相關(guān)的電路決定了主動(dòng)式標(biāo)簽要比被動(dòng)式標(biāo)簽體積大、價(jià)格昂貴。但主動(dòng)標(biāo)簽通信距離更遠(yuǎn)，可達(dá)上百米遠(yuǎn)

10、。半主動(dòng)標(biāo)簽半主動(dòng)標(biāo)簽（Semi-active Tag）:這種標(biāo)簽兼有被動(dòng)標(biāo)簽和主動(dòng)標(biāo)簽的所有優(yōu)點(diǎn)，內(nèi)部攜帶電池，能夠?yàn)闃?biāo)簽內(nèi)部計(jì)算提供電源。這種標(biāo)簽可以攜帶傳感器，可用于檢測(cè)環(huán)境參數(shù)，如溫度、濕度、是否移動(dòng)等。然而和主動(dòng)式標(biāo)簽不同是它們的通信并不需要電池提供能量，而是像被動(dòng)式標(biāo)簽一樣通過(guò)閱讀器發(fā)射的電磁波獲取通信能量。應(yīng)答器（標(biāo)簽）分類(lèi)體積小且形狀多樣體積小且形狀多樣：RFID標(biāo)簽在讀取上并不受尺寸大小與形狀限制，不需要為了讀取精度而配合紙張的固定尺寸和印刷品質(zhì)。耐環(huán)境性耐環(huán)境性：紙張容易被污染而影響識(shí)別。但RFID對(duì)水、油等物質(zhì)卻有極強(qiáng)的抗污性。另外，即使在黑暗的環(huán)境中，RFID標(biāo)簽也能夠

11、被讀取?？芍貜?fù)使用可重復(fù)使用：標(biāo)簽具有讀寫(xiě)功能，電子數(shù)據(jù)可被反復(fù)覆蓋，因此可以被回收而重復(fù)使用。穿透性強(qiáng)穿透性強(qiáng)：標(biāo)簽在被紙張、木材和塑料等非金屬或非透明的材質(zhì)包裹的情況下也可以進(jìn)行穿透性通訊。數(shù)據(jù)安全性數(shù)據(jù)安全性：標(biāo)簽內(nèi)的數(shù)據(jù)通過(guò)循環(huán)冗余校驗(yàn)的方法來(lái)保證標(biāo)簽發(fā)送的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。RFID標(biāo)簽與條形碼相比的優(yōu)點(diǎn)？2.2.2 RFID-閱讀器閱讀器閱讀器是RFID系統(tǒng)最重要也是最復(fù)雜的一個(gè)組件。閱讀器可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)口、RS232串口或USB接口同主機(jī)相連，通過(guò)天天線(xiàn)線(xiàn)同RFID標(biāo)簽（應(yīng)答器應(yīng)答器）通信。為了方便，閱讀器和天線(xiàn)以及智能終端設(shè)備會(huì)集成在一起形成可移動(dòng)的手持式閱讀器。2. RFID閱讀器參

12、數(shù)1) 工作頻率2) 作用距離3) 數(shù)據(jù)傳輸速率4) 安全要求:加密和身份認(rèn)證5) 存儲(chǔ)容量6) 系統(tǒng)連通性7) 多電子標(biāo)簽同時(shí)識(shí)讀性低頻低頻（LF）范圍為30kHz-300kHz，RFID典型低頻工作頻率有125kHz和133kHz兩個(gè)，該頻段的波長(zhǎng)大約為2500m。低頻標(biāo)簽一般都為無(wú)源標(biāo)簽，其工作能量通過(guò)電感耦合的方式從閱讀器耦合線(xiàn)圈的輻射場(chǎng)中獲得，通信范圍一般小于1米。除金屬材料影響外，低頻信號(hào)一般能夠穿過(guò)任意材料的物品而不降低它的讀取距離。高頻高頻（HF）范圍為3 MHz -30 MHz，RFID典型工作頻率為13.56MHz,該頻率的波長(zhǎng)大概為22米，通信距離一般也小于1米。該頻率的

13、標(biāo)簽不再需要線(xiàn)圈繞制，可以通過(guò)腐蝕活著印刷的方式制作標(biāo)簽內(nèi)的天線(xiàn)，采用電感耦合的方式從閱讀器輻射場(chǎng)獲取能量。工作頻率與作用距離工作頻率與作用距離超高頻超高頻（UHF）范圍為300MHz-3GHz，3GHz以上為微波范圍。采用超高頻和微波的RFID系統(tǒng)一般統(tǒng)稱(chēng)為超高頻RFID系統(tǒng)，典型的工作頻率為：433MHz，860-960MHz，2.45GHz，5.8GHz，頻率波長(zhǎng)大概在30厘米左右。嚴(yán)格意義上，2.45GHz和5.8GHz屬于微波范圍。 超高頻標(biāo)簽可以是有源標(biāo)簽與無(wú)源標(biāo)簽兩種，通過(guò)電磁耦合方式同閱讀器通信。通信距離一般大于1米，典型情況為4-6米，最大可超過(guò)10米。工作頻率與作用距離工作

14、頻率與作用距離( (續(xù)續(xù)) )3. RFID閱讀器的組成圖2-14 閱讀器基本組成模塊4. 閱讀器與應(yīng)答器的耦合方式圖2-15 電感耦合電路感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與穿過(guò)這一電路的磁通量的變化率正成比：E=n(/t)例2-1對(duì)于一個(gè)RFID標(biāo)簽，內(nèi)部有50匝線(xiàn)圈繞制而成的天線(xiàn)線(xiàn)圈，讀寫(xiě)器周?chē)磐ǖ淖兓蕿?.004Wb/s,試計(jì)算在電子標(biāo)簽的天線(xiàn)兩端能產(chǎn)生多大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)？解：解： 根據(jù)公式：E=n(/t)得： E=n(/t)=50*0.004Wb/s=0.2V5. 數(shù)據(jù)信息的編碼與調(diào)制（討論講座）2.2.3 RFID技術(shù)：天線(xiàn)部分天線(xiàn)天線(xiàn)同閱讀器相連，用于在標(biāo)簽和閱讀器之間傳遞射頻信號(hào)。閱讀器可以連

15、接一個(gè)或多個(gè)天線(xiàn)，但每次使用時(shí)只能激活一個(gè)天線(xiàn)。RFID系統(tǒng)的工作頻率從低頻到微波，這使得天線(xiàn)與標(biāo)簽芯片之間的匹配問(wèn)題變得很復(fù)雜。例2-2并聯(lián)諧振回路如圖,已L=180H,C=140pF,r=10試求：1)該回路的諧振頻率f0,品質(zhì)因數(shù)Q及諧振電阻Rp2) f= 10kHz, 50kHz時(shí)并聯(lián)回路的等效阻抗及相移。解：解： 根據(jù)公式2-17,2-19,2-20, 2-23,2-24代入可求。(5)RFID電感耦合射頻天線(xiàn)計(jì)算1）串聯(lián)諧振回路p372）并聯(lián)諧振回路p39本章小結(jié)EPC編碼條形碼的分類(lèi)，一維條形碼的組成，二維條形碼與一維條形碼的比較RFID的概念與現(xiàn)狀。RFID系統(tǒng)的組成，RFID

16、標(biāo)簽的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)，RFID標(biāo)簽的存儲(chǔ)方式及分類(lèi)，RFID系統(tǒng)的常見(jiàn)頻率及其優(yōu)缺點(diǎn)。RFID標(biāo)簽沖突及防沖突算法的概念，防沖突算法分類(lèi)，詳細(xì)描述基于幀的分時(shí)隙的ALOHA協(xié)議，Q協(xié)議、隨機(jī)二進(jìn)制樹(shù)協(xié)議和查詢(xún)二叉樹(shù)協(xié)議。以上各種協(xié)議的優(yōu)缺點(diǎn)。光學(xué)字符識(shí)別光學(xué)字符識(shí)別（Optical Character Recognition，OCR），是模式識(shí)別（Pattern Recognition，PR）的一種技術(shù)，目的是要使計(jì)算機(jī)知道它到底看到了什么，尤其是文字資料。OCR技術(shù)能使設(shè)備通過(guò)光學(xué)機(jī)制識(shí)別字符。語(yǔ)音識(shí)別語(yǔ)音識(shí)別研究如何采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)自動(dòng)提取及決定語(yǔ)言信號(hào)中最基本有意義的信息，同時(shí)也包括利用

17、音律特征等個(gè)人特征識(shí)別說(shuō)話(huà)人。光符號(hào)識(shí)別語(yǔ)音識(shí)別虹膜識(shí)別指紋識(shí)別IC卡條形碼補(bǔ)充閱讀：自動(dòng)識(shí)別技術(shù)舉例語(yǔ)音識(shí)別框架：典型的模式識(shí)別系統(tǒng)構(gòu)詞規(guī)則同音字判決語(yǔ)法語(yǔ)義背景知識(shí)預(yù)處理聲學(xué)參數(shù)分析測(cè)度估計(jì)失真測(cè)度語(yǔ)音庫(kù)判決專(zhuān)家知識(shí)庫(kù)訓(xùn)練識(shí)別結(jié)果反混疊失真濾波器預(yù)加重器端點(diǎn)檢測(cè)噪聲濾波器歐氏距離似然比測(cè)度語(yǔ)音信號(hào)輸入虹膜識(shí)別：合適的生物特征虹膜識(shí)別虹膜識(shí)別是當(dāng)前應(yīng)用最方便精確的生物識(shí)別技術(shù)，虹膜的高度獨(dú)特性和穩(wěn)定性是其用于身份鑒別的基礎(chǔ)。指紋識(shí)別技術(shù)處理流程：通過(guò)特殊的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備和計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，對(duì)活體指紋進(jìn)行采集、分析和比對(duì)，可以迅速、準(zhǔn)確地鑒別出個(gè)人身份。系統(tǒng)一般主要包括對(duì)指紋圖像采集、指紋圖像

18、處理、特征提取、特征值的比對(duì)與匹配等過(guò)程。IC卡技術(shù)IC卡卡（Integrated Circuit Card），即“集成電路卡”在日常生活中已隨處可見(jiàn)。實(shí)際上是一種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，如有必要還可附加計(jì)算能力。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的IC卡應(yīng)用系統(tǒng)通常包括：IC卡、IC卡接口設(shè)備（IC卡讀寫(xiě)器）、PC，較大的系統(tǒng)還包括通信網(wǎng)絡(luò)和主計(jì)算機(jī)等，如圖所示。IC卡：分類(lèi)邏輯加密卡有一定的安全保證，多用于有一定安全要求的場(chǎng)合，如保險(xiǎn)卡、加油卡、駕駛卡、借書(shū)卡、IC卡電話(huà)和小額電子錢(qián)包等。CPU卡CPU卡也稱(chēng)智能卡。CPU卡的硬件構(gòu)成包括CPU、存儲(chǔ)器（含RAM、ROM、E2PROM等）、卡與讀寫(xiě)終端通信的I/O接口及加密運(yùn)算協(xié)處理器CAU，ROM中則存放有COS（Chip Operation System，片內(nèi)操作系統(tǒng)）。 計(jì)算能力高，存儲(chǔ)容量大，應(yīng)用靈活，適應(yīng)性較強(qiáng)。 安全防偽能力強(qiáng)。不僅可驗(yàn)證卡和持卡人的合法性，且可鑒別讀寫(xiě)終端，已成為一卡多用及對(duì)數(shù)據(jù)安全保密性特別敏感場(chǎng)合的最佳選擇，如手機(jī)SIM卡等。 真正意義上的“智能卡”。特點(diǎn)：特點(diǎn)： CPU卡：按交換界面分類(lèi) 接觸式接觸式IC