射頻識別RFID總結

19/19射頻識別（RFID）總結電子101班容悅懷32號目錄第1章：RFID技術概述第2章：RFID技術基礎第3章：RFID的頻率標準與技術規(guī)范第4章：RFID系統(tǒng)的構成及工作原理第5章：RFID系統(tǒng)的體系結構和中間件第6章：RFID系統(tǒng)中的安全和隱私管理第7章：RFID系統(tǒng)的關鍵技術第8章：EPC與物聯網技術第9章：基于RFID的數字化倉庫管理系統(tǒng)與設計與實現第10章：基于RFID無線傳感網的供應鏈物流管理得應用第1章：RFID技術概述RFID的概念RFID是RadioFrequencyIdentification的縮寫，即無線射頻識別。它常常被稱為感應式電子晶片或近接卡、感應卡、非接觸卡、電子條碼等，俗稱電子標簽或答應器。RFID的基本組成部分標簽（Tag）：由耦合元件及芯片組成，每個標簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標識目標對象閱讀器（Reader）：讀?。ㄓ袝r還可以寫入）標簽信息的設備，可設計為手持式RFID讀寫器（如：C5000W）或固定式讀寫器；固定式超高頻讀寫器天線（Antenna）：在標簽和讀取器間傳遞射頻信號。第2章：RFID技術基礎RFID技術基礎之頻譜基礎知識不同頻段的RFID產品會有不同的特性，下面詳細介紹無源的感應器在不同工作頻率產品的特性以及主要的應用。目前定義RFID產品的工作頻率有低頻、高頻和超高頻的頻率范圍內的符合不同標準的不同的產品，而且不同頻段的RFID產品會有不同的特性。其中感應器有無源和有源兩種方式，下面詳細介紹無源的感應器在不同工作頻率產品的特性以及主要的應用。低頻（從125KHz到135KHz)其實RFID技術首先在低頻得到廣泛的應用和推廣。該頻率主要是通過電感耦合的方式進行工作，也就是在讀寫器線圈和感應器線圈間存在著變壓器耦合作用。通過讀寫器交變場的作用在感應器天線中感應的電壓被整流，可作供電電壓使用.磁場區(qū)域能夠很好的被定義，但是場強下降的太快。高頻（工作頻率為13.56MHz)在該頻率的感應器不再需要線圈進行繞制，可以通過腐蝕或者印刷的方式制作天線。感應器一般通過負載調制的方式進行工作。也就是通過感應器上的負載電阻的接通和斷開促使讀寫器天線上的電壓發(fā)生變化，實現用遠距離感應器對天線電壓進行振幅調制。如果人們通過數據控制負載電壓的接通和斷開，那么這些數據就能夠從感應器傳輸到讀寫器。超高頻（工作頻率為860MHz到960MHz之間）超高頻系統(tǒng)通過電場來傳輸能量。電場的能量下降的不是很快，但是讀取的區(qū)域不是很好進行定義。該頻段讀取距離比較遠，無源可達10m左右。主要是通過電容耦合的方式進行實現。RFID技術基礎之天線的基本知識在無線通信系統(tǒng)中，需要將來自發(fā)射機的導波能量轉變?yōu)闊o線電波，或者將無線電波轉換為導波能量，用來輻射和接收無線電波的裝置稱為天線。發(fā)射機所產生的已調制的高頻電流能量（或導波能量）經饋線傳輸到發(fā)射天線，通過天線將轉換為某種極化的電磁波能量，并向所需方向出去。到達接收點后，接收天線將來自空間特定方向的某種極化的電磁波能量又轉換為已調制的高頻電流能量，經饋線輸送到接收機輸入端。第3章：RFID的頻率標準與技術規(guī)范RFID標準概述制定標準的目的是為在混亂中建立秩序！標準能夠確保協同工作的進行、規(guī)模經濟的實現、工作實施的安全性，以及其他許多方面工作的更高效地開展。三大RFID技術標準簡介目前RFID技術存在三個標準體系：ISO標準體系、EPCGlobal標準體系和UbiquitousID標準體系。（1）ISO標準體系國際標準化組織（ISO）以及其他國際標準化機構如國際電工委員會（IEC）、國際電信聯盟（ITU）等是RFID國際標準的主要制定機構。大部分RFID標準都是由ISO（或與IEC聯合組成）的技術委員會（TC）或分技術委員會（SC）制定的。（2）EPCGlobal標準體系EPCGlobal是由美國統(tǒng)一代碼協會（UCC）和國際物品編碼協會（EAN）于2003年9月共同成立的非盈利性組織，其前身是1999年10月1日在美國麻省理工學院成立的非盈利性組織Auto-ID中心，以創(chuàng)建“物聯網”(InternetofThings)為自己的使命。為此，該中心將與眾多成員企業(yè)共同制訂一個統(tǒng)一的、類似于Internet的開放技術標準，在現有計算機互聯網的基礎上，實現商品信息的交換與共享。旗下有沃爾瑪集團、英國Tesco等100多家歐美的零售流通企業(yè)，同時有IBM、微軟、飛利浦、Auto-IDLab等公司提供技術研究支持。（3）UbiquitousIDUbiquitousIDCenter是由日本政府的經濟產業(yè)省牽頭，主要由日本廠商組成，目前有日本電子廠商、信息企業(yè)和印刷公司等達300多家參與。該識別中心實際上就是日本有關電子標簽的標準化組織。第4章：RFID系統(tǒng)的構成及工作原理RFID系統(tǒng)構架(1)電子標簽(Tag，或稱射頻標簽、應答器)：由芯片及內置天線組成。芯片內保存有一定格式的電子數據，作為待識別物品的標識性信息，是射頻識別系統(tǒng)真正的數據載體。內置天線用于和射頻天線間進行通信。(2)閱讀器：讀取或讀/寫電子標簽信息的設備，主要任務是控制射頻模塊向標簽發(fā)射讀取信號，并接收標簽的應答，對標簽的對象標識信息進行解碼，將對象標識信息連帶標簽上其它相關信息傳輸到主機以供處理。(3)天線：標簽與閱讀器之間傳輸數據的發(fā)射、接收裝置。圖1RFID系統(tǒng)基本模型圖RFID的工作原理是電子標簽進入天線磁場后，如果接收到閱讀器發(fā)出的特殊射頻信號，就能憑借感應電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產品信息（無源標簽），或者主動發(fā)送某一頻率的信號（有源標簽），閱讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進行有關數據處理。發(fā)生在閱讀器和電子標簽之間的射頻信號的耦合類型有兩種：(1)電感耦合。變壓器模型，通過空間高頻交變磁場實現耦合，依據的是電磁感應定律。(2)電磁反向散射耦合[1]。雷達原理模型，發(fā)射出去的電磁波，碰到目標后反射，同時攜帶回目標信息，依據的是電磁波的空間傳播規(guī)律。圖2電感耦合圖3電磁反向散射耦合第5章：RFID系統(tǒng)的體系結構和中間件RFID系統(tǒng)的體系結構RFID中間件體系結構分布式RFID中間件分層結構示意圖RFID中間件技術涉及的內容比較多，包括：并發(fā)訪問技術、目錄服務及定位技術、數據及設備監(jiān)控技術、遠程數據訪問、安全和集成技術、進程及會話管理技術等。但任何RFID中間件應能夠提供數據讀出和寫入、數據過濾和聚合、數據的分發(fā)、數據的安全等服務。根據RFID應用需求，中間件必須具備通用性、易用性、模塊化等特點。對于通用性要求，系統(tǒng)采用面向服務架構（ServiceOrientedArchitecture，SOA）的實現技術，WebServices以服務的形式接受上層應用系統(tǒng)的定制要求并提供相應服務，通過讀寫器適配器提供通用的適配接口以"即插即用"的方式接收讀寫器進入系統(tǒng)；對于易用性要求，系統(tǒng)采用B/S結構，以Web服務器作為系統(tǒng)的控制樞紐，以Web瀏覽器作為系統(tǒng)的控制終端，可以遠程控制中間件系統(tǒng)以及下屬的讀寫器。第6章：RFID系統(tǒng)中的安全和隱私管理RFID的安全和隱私問題為實現信息安全,很多組織已經進行了大量投資,建立了諸如防火墻、入侵檢測、VPN、PKI/CA等設施,這些措施在一定程度上可以解決組織內部存在的安全問題。但由于RFID系統(tǒng)的數據源和訪問界面擴大了安全周邊的范圍,因此引入了原有控制措施無法有效解決的新風險。按照人們的設想,RFID標簽ID不僅要包含傳統(tǒng)條形碼所包含的內容,而且它將是標簽唯一的序列碼,通過它將唯一地識別對象。但標簽可以響應任何RFID讀寫器的詢問信號,所有擁有讀寫器的人員或機構都可訪問缺乏訪問控制的標簽,安全問題顯而易見。一個RFID讀寫器能夠識別帶有RFID標簽的對象位置,從位于多個地點的讀寫器中收集相關的數據便可以追蹤對象的移動路線,即使對標簽采取了保護措施,他們仍然可以通過檢測標簽的異常響應信號而跟蹤對象的移動。更為嚴重的是,RFID讀寫器的傳輸信號能在幾公里之外通過射頻掃描器和天線獲得,如果此傳輸信號沒有被保護,將會導致數據的未授權訪問,標簽ID被假冒、復制或重放,從而危害RFID系統(tǒng)的安全。另外,RFID系統(tǒng)中存在標簽欺騙問題,如一個超市內的RFID系統(tǒng),偷盜者可通過標簽欺騙,使自動檢驗設備誤認為被拿走的物品還在原處,或者利用其他物品的標簽ID替代高價值物品的標簽ID,從而達到自己的目的。針對上述安全問題,已經出現多種解決方法,但大多只是針對某一安全問題而提出的,還沒有一種方法能夠完全滿足所有的安全需求。RFID的安全解決方法攻擊樹模型構建

攻擊樹模型[5]是由Bruce

Scheier提出的一種使用樹型結構模擬攻擊方法和攻擊實例表示整個攻擊過程的方法(如圖1所示)。該模型使用樹來表示攻擊行為及步驟之間的相互依賴關系．每個節(jié)點代表一個攻擊行為或子目標．根節(jié)點表示攻擊的最終目標

模型中用“與分解”和“或分解”表示兩種不同的樹結構．“與分解”樹表示所有子目標實現父目標才能實現．“或分解”樹表示子目標中任一目標的實現父目標就可實現[6].

根據RFID系統(tǒng)的實際需要．以攻擊者的角度模擬所有可能的攻擊路徑和方法．使用“與分解”和“或分解”描述全部攻擊行為或子目標．并使用深度優(yōu)先方式從攻擊樹中推導出實現最終目標的攻擊路徑。一般可以先采用原語描述整個攻擊過程，在原語描述中AND和OR分別表示“與分解”樹和“或分解”樹，G表示攻擊目標．通過原語的描述最終推導出攻擊樹模型。

(2)安全策略選擇

在RFID攻擊樹模型中．由于中間節(jié)點可以由其子節(jié)點描述(即父目標需要子目標實現才能實現)，因此攻擊路徑不含有中間節(jié)點．而只含有各層的葉子節(jié)點．不同的攻擊路徑對應著不同的子目標或攻擊方式。目前RFID系統(tǒng)安全策略主要有物理安全機制和密碼安全機制兩大類．兩類安全機制從不同的方面解決現有的RFID系統(tǒng)安全隱私問題．有針對性地選擇不同的安全策略有助于更好地維護整個RFID系統(tǒng)安全。

(3)復合安全策略構成

RFID系統(tǒng)復合安全策略應該根據標簽的性能和應用場合靈活選擇．一般由物理安全機制和密碼安全機制整合而成

對于不同的安全級別所需要的復合安全策略是不同的．一種攻擊模型可能存在多種不同的復合安全策略．因此應該根據RFID系統(tǒng)實際要求選擇最合適的復合安全策略。此外．在構成安全策略時應該考慮各安全機制之間兼容性問題，如靜電屏蔽和阻塞標簽．保證各安全機制能夠正常執(zhí)行。

第7章：RFID系統(tǒng)的關鍵技術RFID中的防碰撞技術目前的RFID系統(tǒng)有很多工作頻段:低頻、高頻和超高頻,其工作原理也不盡相同。一般來講,在同一個RFID系統(tǒng)中所有的射頻標簽都工作在相同的頻率段。因此,如果閱讀器的作用范圍內有多個標簽存在,同一時刻可能有多個標簽向閱讀器發(fā)送信息,這樣就會出現互相干擾,使讀寫器不能正確識別標簽,稱為標簽沖突或碰撞(Collision)[1,2]。因此,需要一種防碰撞技術來識別多個標簽,解決碰撞的算法稱為反碰撞算法。二進制防碰撞協議中，閱讀器應用二進制搜索算法能夠成功地讀取它范圍內的所有標簽。標簽含有唯一的ID序列號（由一些二進制碼構成），閱讀器在每次查詢過程中只發(fā)送一位0或1,標簽中與接收的位相同的才會發(fā)生應答，并發(fā)送自己的下一位直至所有ID序列號傳完。標簽中與接收到的位不相同的就會轉到待機狀態(tài)，直到某個標簽被識別剩余的標簽重置。在一個識別過程中，如果閱讀器發(fā)現沖突就會發(fā)0,否則發(fā)送從標簽接收的那一位作為下一個查詢位。狀態(tài)轉換圖如圖2所示。RFID中的定位技術射頻標簽（RFID）定位技術也是普通民眾可以關注的領域,它可以由用戶自己布置在特定區(qū)域進行定位，例如停車場、滑雪場。在這些區(qū)域的特定地點（例如關鍵出入口）安放射頻標簽讀寫器之后，系統(tǒng)可以實時檢測到帶有RFID裝置的物體處于什么位置，其原理類似于在關鍵位置安排眾多看守人員對過往物品進行登記，需要尋找特定物體的時候只要查詢一下看守人員的登記信息就可以了。從醫(yī)療部門到制造業(yè)，在實時數據重要的地方以及運輸中需要定位的地方，都已經出現了RFID定位系統(tǒng)的身影。例如英國一些醫(yī)院應用RFID定位系統(tǒng)對醫(yī)療器械、醫(yī)療保健設備進行定位和追蹤，減少醫(yī)療器械設備失竊等事件的發(fā)生；豐田汽車在汽車物流供應鏈建立RFID定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)降低了人工成本，使工作流程自動化，而且系統(tǒng)會告訴員工應該去哪里取汽車；美國科羅拉多州一個滑雪場則是世界上第一個為游客配備定位裝置的滑雪場，游客在這個滑雪場帶上內置RFID的表帶之后會被遍布滑雪場的讀寫器探測到，利用這套系統(tǒng)游客可以知道其伙伴在滑雪場的位置。RFID定位系統(tǒng)不需要衛(wèi)星或者手機網絡的配合，其精確度在于RFID讀寫器的分布，而讀寫器的分布可以由用戶自身根據實際需要進行設置，很適合只需要在特定區(qū)域進行定位的用戶，具有極高實用價值。根據調查，僅2005一年，全球使用RFID定位技術的企業(yè)就比上年增長了3倍之多。第8章：EPC與物聯網技術EPC與物聯網的產生與發(fā)展物聯網”的概念出現于二十世紀九十年代末，當時，射頻識別（RFID）技術有了突破性的進展，制造成本大幅度降低，開始大量進入民用領域。與此同時，信息高速路——全球的信息互聯網絡（Internet）在全球形成，信息的流通變得準確、快捷，并且全球互聯互通。在這樣的背景條件下，1998年，美國麻省理工大學（MIT）的Sarma，Brock，Siu創(chuàng)造性地提出將信息互聯網絡技術與RFID技術有機地結合，即利用全球統(tǒng)一的物品編碼（EPC，ElectronicProductCode）作為物品標識，利用RFID實現自動化的“物品”與Internet的聯接，無需借助特定系統(tǒng)，即可在任何時間、任何地點、實現對任何物品的識別與管理，即“物聯網”（TheInternetofThings）。因EPC代碼是“物聯網”中物品信息交換的統(tǒng)一語言，所以當時的“物聯網”也被稱為EPC系統(tǒng)。隨著信息技術的發(fā)展，在商品條碼的基礎上誕生了EPC技術，即電子標簽編碼技術，它借助RFID（射頻識別）和網絡技術，不僅可以實現單個產品的跟蹤和追溯，提高物流效率，而且為實現供應鏈的可視化管理提供了有效手段。EPC是商品條碼的發(fā)展和延續(xù)，是商品條碼的電子標簽表現形式，是商品條碼技術體系的重要組成部分。EPC是一個完整的技術體系，適應于全球開放流通領域，可以對商