浅论RFID技术综述及其应用现状

刘一佳

摘 要：RFID（Radio Frequency Identification）即射频识别技术，利用无线射频信号实现无接触信息传递以自动识别目标对象。RFID技术无需人工干预即可完成物品的信息采集和传输，将其与互联网、移动通信等技术相结合，实现全球范围内的物品跟踪与信息共享，即构成物联网。本文首先简介RFID技术，对RFID技术的研究现状进行综述。

关键词：RFID技术；综述；应用现状

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.23.241

1 RFID技术现状

RFID技术以电子标签来标志某个物体，电子标签中的数据通过天线发射到附近的RFID读写器，读写器对收到的数据进行收集和处理。RFID系统主要由电子标签、读写器和计算机通信网组成。

RFID的核心技术包括RFID天线技术、数据的完整性和安全性、RFID中间件技术和RFID的标准体系。

1.1 天线技术

RFID在不同的应用环境中使用不同的频段，不同频段RFID天线设计方法不同。RFID电子标签天线的设计需考虑某些条件，如RFID天线须足够小并与标签有机结合附着到物体上，电子标签天线方向性、极化有特定要求也根据特定场合有变化等，这些条件会限制RFID天线设计时可选的天线结构与所用材料。读写器天线的设计要求低剖面、小型化和多频段覆盖，并且针对不同频段选择集成式或者分离式结构。

影响RFID天线应用性能的参数主要有天线类型、尺寸结构、材料特性、工作频率、频带宽度、极化方向、方向性、增益、阻抗问题等，在设计过程中，需要对上述参数加以权衡[1]。

1.2 数据的完整性和安全性

数据的完整性和安全性问题主要在阅读器与电子标签的数据传输过程中。数据完整性问题主要有两个方面：外界干扰，可用数据校验解决；多标签同时占用信道发送数据发生冲突以致碰撞，可用防碰撞算法解决。数据安全性问题可采用流密码技术等对数据进行加密传输，防止外来攻击及未经授权的非法数据读写。

外界干扰产生的数据完整性问题的差错控制方式主要有检错重发、前向纠错和混合纠错法，这是无线通信的基本问题，不作讨论。多标签同时响应阅读器请求传输数据产生的碰撞问题，是近年来研究的热点，下面简要介绍。

现有防碰撞算法主要可分为基于ALOHA的不确定型算法和基于二叉树的确定型防碰撞算法，以及对两类算法的改进型。

纯ALOHA算法的系统最大吞吐率只有18.4%，时隙ALOHA算法的系统吞吐率可达36.8%，但标签碰撞概率依然很大，进而有帧时隙ALOHA算法。基于帧时隙ALOHA的动态帧时隙ALOHA改进算法主要是调整识别过程中的帧长，但都存在着帧长计算不准确、算法复杂和识别时间长，因此又提出了多种改进的RFID动态帧时隙防碰撞算法和基于分组的动态帧时隙ALOHA防碰撞算法[3]。

基于ALOHA的不确定型算法下标签容易出现“饿死”情况（即标签存在不被识别的可能），基于二叉树的确定型算法解决了这种“饿死”，但识别周期长、标签能耗大。因而提出基于二叉树的改进算法，改进的自适应多叉树防碰撞算法[6]，及将二叉树与帧时隙ALOHA算法结合提出混合型的防碰撞算法[7]。

目前对RFID系统安全问题提出的解决方案大致分两类：一类是通过物理方法限制电子标签某些功能以保护其内部数据；一类是基于各种加密算法的安全认证协议或改进现有RFID认证机制。物理方法主要有读写距离控制、主动干扰、标签自毁与休眠机制、静电屏蔽法等，但会不同程度损坏标签，而采用加密算法的安全协议更灵活。如重加密技术，同时扫描多个标签的Grouping-Proof协议，利用哈希函数单向性特点的安全协议等。

1.3 RFID中间件技术

RFID中间件技术主要包括对读写器采集数据的过滤与存储，基于数据聚合的事件处理，信息服务与安全。

（1）数据存储与过滤技术。RFID系统中多个读写器同时工作时，数据流速度极快，现有数据库无法以如此快的速度存储数据，一般通过消息队列缓存数据来协调。

来自读写器的数据有很多冗余，通常采用数据过滤技术提高处理效率并降低系统能耗。经典的过滤算法是哈希过滤，但其存在哈希冲突，若采用布隆过滤器[8]对RFID数据过滤算法进行改进，达到较低的误判率并提高处理速度约2倍。

（2）基于数据聚合的事件处理技术。RFID中间件对采集到的数据进行聚合处理以提取有价值信息提供给上层应用。聚合可解决数据临时性读取错误，使数据平滑，在此基础上采用复杂事件处理技术，处理大量的原始事件流整理出有价值事件，并从中获取可操作信息。

（3）信息服务与安全技术。采用消息传递和排队模型，中间件可在分布式环境下扩展进程之间的通信，并支持多种通信协议、语言、应用程序、硬件与软件平台。面向消息的RFID中间件在消息传递和排队技术方面可使应用程序运行于不同时间，无需约束应用程序结构，从而实现程序与网络复杂性相隔离。RFID中间件中的安全模块可完成网络防火墙的功能。

1.4 RFID的标准体系

RFID标准体系主要包括以下四大部分。

技术标准，定义不同频段的空中接口及其相关参数，包括基本术语、物理参数、通信协议、相关设备等。

数据内容标准，定义数据协议、数据编码规则和语法，包括编码格式、语法标准、数据对象、数据结构和安全等。

性能标准，即一致性标准，包括设备性能测试标准和一致性测试标准，主要涉及设计工艺、测试规范、试验流程等。

应用标准，定义用于特定环境RFID应用的构架规则，包括应用于工业制造、物流仓储、交通运输、动物识别等领域的应用标准与规范。

现阶段，对于RFID中间件标准与信息安全标准的研究还处在探索融合时期，我国在制定自己的RFID标准时，应在考虑与全球各大标准体系中成熟的RFID标准互联互通的基础上，积极开发具有自主知识产权的RFID标准，并积极参与全球RFID标准的制定。

2 总结

RFID技术对国民生活有着越来越深刻的影响，全球都在积极参与RFID研究以引领RFID产业的发展，机遇与挑战并存，我国应加快RFID技术研究与标准制定的步伐，带动整个RFID产业的蓬勃发展。

参考文献：

[1]黄玉兰.物联网射频识别（RFID）技术与应用[M].北京：人民邮电出版社，2013：45.

[2]庞宇，彭琦，林金朝，周前能，李国全，吴玮.基于分组动态帧时隙的射频识别防碰撞算法[J].物理学报，2013（14）：496-503.endprint