RFID射頻識別技術(shù)被公認為是本世紀最有發(fā)展前途的信息技術(shù)之一，已經(jīng)得到業(yè)界的高度重視。近年來，RFID技術(shù)發(fā)展迅速，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、商業(yè)自動化、交通運輸管控及物流、供應(yīng)鏈管理等眾多的領(lǐng)域。據(jù)不完全統(tǒng)計，RFID技術(shù)從80年代后期至今，申請專利已達600信息安全等技術(shù)的發(fā)展，射頻識別技術(shù)進入商業(yè)化應(yīng)用階段。
      　　這一技術(shù)由于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(lǐng)域顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿εc應(yīng)用空間，被譽為21世紀的科技之星。
      　　RFID技術(shù)發(fā)展趨勢
      　　一、國外應(yīng)用現(xiàn)狀
      　　1991年海灣戰(zhàn)爭中，美軍的后勤供給發(fā)生了嚴重問題。據(jù)美國媒體報道，美軍向海灣地區(qū)運送了4萬個集裝箱，由于集裝箱里面的物資明細不清楚，有2.5萬個必須由人工開封，清點登記后，重新加入到物流中，浪費了人力和時間。更為嚴重的是，有很多的集裝箱在運送中丟失或延誤，最終，約有1600個集裝箱遺棄在沙漠中。
      　　美國國防部吸取了海灣戰(zhàn)爭中的沉痛教訓(xùn)，與Savi技術(shù)公司簽訂關(guān)于RFID標簽、固定、移動、手持的RFID讀寫器以及相關(guān)的硬件、軟件和專業(yè)服務(wù)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(wǎng)絡(luò)貨物追蹤系統(tǒng)，實現(xiàn)實時的數(shù)據(jù)自動采集、聚合、恢復(fù)與服務(wù)。使美國國防部的軍需物資實現(xiàn)了全方位的可視化管理與控制。
      　　這項技術(shù)在2003年第二次海灣戰(zhàn)爭中得到了很好驗證。由于美軍建立了無線網(wǎng)射頻絡(luò)貨物追蹤系統(tǒng)，軍需物資運送狀況有了徹底的改變。美軍通過嵌在集裝箱上的電子標簽對發(fā)往海灣的軍需物資進行跟蹤，實現(xiàn)了從儲備式后勤到配送式后勤的轉(zhuǎn)變，增強了美軍的后勤供給能力，節(jié)省了數(shù)十億美元。
      　　另外，在供應(yīng)鏈管理領(lǐng)域，RFID技術(shù)也備受青睞。被美國《商業(yè)周刊》稱為全球企業(yè)新獨裁者，連續(xù)多年榮登《財富》雜志全球500強企業(yè)的零售巨頭Wal-Mart百貨公司，于2003年11月5日，在位于美國阿肯色州羅杰市的總部召開會議，宣布到2005年末，要求全球100家最大的供應(yīng)商供給Wal-Mart的商品都要應(yīng)用RFID技術(shù)。
      　　RFID技術(shù)的應(yīng)用，給Wal-Mart和上下游供應(yīng)商帶來了無限商機。它使貨物不會存在倉庫里而無人知曉，數(shù)據(jù)庫中記錄的貨物數(shù)量與實際庫存量精確相符，與貿(mào)易伙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么商品需要補貨，該商品放在倉庫的什么位置，是什么種類，數(shù)量是多少等。無需人工清點，不會漏掉一件物品，也不會出現(xiàn)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(yè)分析師統(tǒng)計，Wal-Mart通過采用RFID技術(shù)，實現(xiàn)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(tài)，簡化票據(jù)的處理流程，提高庫存信息的精確性和供應(yīng)商的供貨效率，每年可節(jié)省約83.5億美元。
      　　世界各地的零售巨頭們繼沃爾瑪之后，德國的麥德龍、英國最大的連鎖超市集團Tesco、美國的Tar-get、Albertsons也陸續(xù)宣布了導(dǎo)入RFID計劃。
      　　經(jīng)濟方面，據(jù)美國VDC(VentureDevelopmentCorporation)公司發(fā)表的報告透露，2000年美國的RFID市場規(guī)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(dǎo)入了RFID技術(shù);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(lián)合進行了RFID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(xù)進行了相關(guān)的實驗。

　          二、國內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀
      　　1992年工研院開始研發(fā)RFID技術(shù)，2003年成功舉辦了RFID商業(yè)應(yīng)用發(fā)展策略論壇，2006年6月，中國發(fā)布了《中國RFID技術(shù)政策白皮書》。
      　　目前，香港的八通達卡是當(dāng)今最成功的非接觸式多功能智能卡，其應(yīng)用范圍有停車場、便利商店、快餐店、電影院、自動販賣機、游泳池、住宅、保全系統(tǒng)及校園通系統(tǒng)等。
      　　根據(jù)工信部相關(guān)報道，2005年我國RFID市場規(guī)模已經(jīng)達到36.9億元，2006年增加接近60億元，2008年RFID相關(guān)產(chǎn)值達到80億元左右。據(jù)相關(guān)部門預(yù)測，中國的RFID市場在今后數(shù)年將穩(wěn)步增長，到2011年將達到118.1億美元。
      　　我國RFID技術(shù)在政府的推動下，已經(jīng)在很多領(lǐng)域已經(jīng)得到初步應(yīng)用。在公共交通管控、高速公路收費、動植物電子標志、食品、藥品、郵件實時狀態(tài)跟蹤管理以及物流、供應(yīng)鏈管理等領(lǐng)域均已先后啟動了RFID技術(shù)應(yīng)用試點項目;各類電子證照與重要商品防偽、各類IC卡應(yīng)用開辟了廣闊市場空間，奠定了我國RFID產(chǎn)業(yè)與應(yīng)用的基礎(chǔ)。雖然RFID產(chǎn)業(yè)在我國起步較晚，但是經(jīng)過近些年的發(fā)展，目前我國在技術(shù)研發(fā)、制造、工藝設(shè)計、系統(tǒng)集成與應(yīng)用等各環(huán)節(jié)已初具規(guī)模。從近期我國RFID領(lǐng)域的動態(tài)來看，與行業(yè)應(yīng)用相結(jié)合的基于RFID技術(shù)的產(chǎn)品和解決方案開始出現(xiàn)，這為RFID在我國應(yīng)用的推廣，特別是在物流、安全保障、防偽識別等非制造領(lǐng)域奠定了堅實的基礎(chǔ)。
      　　基于RFID技術(shù)構(gòu)建港灣物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)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(jù)2009年6月中國物流與采購聯(lián)合會統(tǒng)計，國際運輸方面，全球國際海運貨運量52億噸，我國貨運量占世界海運量的84%左右。因此，港灣的建設(shè)和安全保障，是體現(xiàn)出一個國家的經(jīng)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(wù)一直是困擾港灣發(fā)展的要因。本文稿以此為藍本，探討應(yīng)用RFID技術(shù)，構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)(Internetofthings)，來解決以上問題。港灣管理的關(guān)鍵是集裝箱、車輛和人員的自動識別，所有的信息都能夠在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)上得到實時傳遞和動態(tài)跟蹤貨物信息。
      　　物聯(lián)網(wǎng)從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上看，是通過因特網(wǎng)(Internet)將眾多RFID應(yīng)用系統(tǒng)連接起來，并在廣域網(wǎng)范圍內(nèi)對物品身份進行識別的分布式系統(tǒng)。因特網(wǎng)則是借助物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議將因特網(wǎng)的邊界延伸到世間萬物。
      　　在本稿中的物聯(lián)網(wǎng)是以RFID技術(shù)為核心，將物品和物聯(lián)網(wǎng)綁定的技術(shù)手段之一，是一個以計算機網(wǎng)絡(luò)、GPS(GlobalPositioningSystem)等先進的通訊技術(shù)組成的龐大的系統(tǒng)。
      　　在物聯(lián)網(wǎng)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簽中。與條形碼(BarCode)相比，RFID技術(shù)特性具有獨特的優(yōu)勢(詳見表1)。
      　　本文稿是以出口海運為假定。港灣在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的支持下，把貨物的信息(企業(yè)名、地址、電話、商品ID、日期、商品批號)寫入電子標簽中，然后與貨物綁定。
      　　一、港灣作業(yè)的特點
      　　為了有效地利用RFID技術(shù)，對港灣作業(yè)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(mào)易貨物的集散地，貨物都是來自不同的國家及地區(qū)。
      　　(二)貨物容積大：受理的貨物是20尺或40尺(Feet)的集裝箱，需要廣闊的空間和堆場來保管。
      　　(三)安全保障：防止集裝箱的丟失、被盜和損壞及內(nèi)場危險物(炸藥或高險化學(xué)品等)。
      　　(四)自然環(huán)境惡劣：風(fēng)雨、海水、溫濕度、鹽霧、日曬等自然因素。

　      　二、RFID的應(yīng)用方法
      　　根據(jù)港灣作業(yè)特點，提議港灣應(yīng)用UHF頻段的RFID技術(shù)，UHF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。
      　　□標簽貼附在托盤、包裝箱、集裝箱上，進行規(guī)格、序列號等信息的自動存儲和傳遞。
      　　□對電子標簽的要求
      　　□Code(編碼)體系國際標準化(如EPC標準)
      　　□利用UHF頻段的電子標簽，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(huán)境下確保正常射頻質(zhì)量的電子標簽
      　　□與GPS系統(tǒng)相連接，預(yù)防異常行為發(fā)生。
      　　在港灣操作管理過程中，最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)就是集裝箱的跟蹤管理，以及如何防止集裝箱的丟失、被盜和損壞。進入港區(qū)的集裝箱就相當(dāng)于一張動態(tài)物流全景圖，通過這張圖，各環(huán)節(jié)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(xiàn)眼底，不用到處去找貨物在什么位置。
      　　物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的操作如圖2所示。港灣閘口上方設(shè)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集裝箱上的電子標簽(商品信息、貨物數(shù)量、出庫者信息、入庫者信息、發(fā)貨單號)信息，通過無線LAN傳輸給中央服務(wù)器，進行數(shù)據(jù)處理和保存。系統(tǒng)確定無誤后，把貨物的信息自動上傳到監(jiān)管部門，監(jiān)管部門根據(jù)信息指令把貨物分撥到指定的倉位。貨物的通關(guān)手續(xù)完結(jié)后，中央服務(wù)器根據(jù)通關(guān)指令下達作業(yè)信息，集裝箱搬運到幾號碼頭、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GPS裝置，操作人員根據(jù)信息指令，在每一個操作環(huán)節(jié)開始和結(jié)束，都要對集裝箱上的電子標簽掃描，然后，通過無線LAN把信息上傳至中央服務(wù)器進行數(shù)據(jù)處理和保存。在船上，同時安裝高性能的RFID系統(tǒng)，即RFID芯片中裝有傳感器，可以記錄物品所處的溫度、濕度、日照等環(huán)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(lián)網(wǎng)隨時隨地的了解貨物的狀態(tài)、位置和動態(tài)跟蹤。通過對上述系統(tǒng)的探究，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在港灣物流中應(yīng)用的價值從以下三方面得到認證：
      　　1、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)能夠?qū)b箱進行跟蹤，減少丟失、被盜和損壞，從而提高了安全保障。
      　　2、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)能夠?qū)ω浳锛b箱全程追蹤，并及時傳遞貨物的動態(tài)信息給上下游客戶，提高了港灣的服務(wù)質(zhì)量。
      　　3、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)能夠及時、準確地把貨物信息提供給作業(yè)者，減少了遺漏和錯誤的發(fā)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(lián)網(wǎng)系統(tǒng)能夠提高港灣的核心競爭力，同時為貨主企業(yè)、制造企業(yè)和消費者提供更及時、可靠的物流增值服務(wù)。
         　RFID系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和種類
      　　一、RFID系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)
      　　RFID系統(tǒng)一般由電子標簽(Tag)、讀寫器(Reader)和信息處理系統(tǒng)三部分組成。電子標簽主要是由IC芯片和天線(Antenna)構(gòu)成。
      　　讀寫器由環(huán)形天線、控制模塊和收發(fā)裝置組成。分為手持和固定兩種，收發(fā)裝置和計算機或編程邏輯控制器(PLC)連接從而實現(xiàn)相互信息交換(RFID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參照圖3)。
      　　當(dāng)電子標簽進入可識別區(qū)域后，讀寫器通過接收標簽發(fā)出的無線電波接收讀取數(shù)據(jù)。最常見的是被動射頻(PassiveTag，無源型標簽)系統(tǒng)，當(dāng)讀寫器在同一磁場區(qū)感應(yīng)到RFID標簽的電波時，讀寫器主動發(fā)出電波，標簽從電波中獲得電流能量激活標簽中的IC芯片電路，
      　　根據(jù)讀寫器的要求，標簽傳出相應(yīng)數(shù)碼信號給讀寫器，讀寫器把接收到的數(shù)碼信號解密，轉(zhuǎn)換成相關(guān)信息。由終端設(shè)備通過無線或有線(LANLocalAreaNetwork)傳輸給中央計算機處理這些數(shù)據(jù)，從而進行管控。(Tag的基本結(jié)構(gòu)參照圖4)。
      　　二、電子標簽的種類
      　　按照RFID標簽的能量供給方式，RFID標簽可分為有源標簽和無源標簽;按照RFID工作時使用的無線電頻率，RFID系統(tǒng)可分為低頻、高頻、超高頻和微頻。有源的標簽是通過標簽內(nèi)置電池的能量主動發(fā)送信息。電波識別距離較長，可達幾十米或百米，內(nèi)附高性能的傳感器(sensor)，使用壽命有限且價格較高，每個標簽在10美元～15美元左右，由于內(nèi)置電池，體積較大，不適用制作類似于身份證、交通卡等卡片標簽。無源的標簽是標簽內(nèi)沒有電池，利用讀取器發(fā)射電波通過磁場能量的耦合作用被動的發(fā)送信息。電波識別距離較短，可識別范圍在幾厘米到幾米，由于標簽內(nèi)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，每個標簽在0.5美分～5美元，體積小，重量輕，可適用制作各種各樣的卡片標簽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、RFID使用的電波
      　　在了解RFID的基本原理之前，有必要對RFID使用的電波進行說明。在電波法中，頻率3000GHz以下的電波被定義為電波。電波分為長波、中波、短波、超短波(VHF)、極超短波(UHF)，根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)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Km/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秒間反復(fù)振動頻率用f表示：
      　　f=30萬Hz
      　　1周期的波長用λ表示
      　　λ=30萬Km/30Hz=1Km
      　　波長(λ)1Km的電波，相當(dāng)于1周期運行1Km。
      　　f=300MHz時
      　　λ=30萬Km/s÷300MHz
      　　=(3×108m/s)÷(3×108Hz)
      　　=1m
      　　也就是說，波長λ相當(dāng)于1米的電波。同樣，頻率f=3000萬GHz時，波長λ相當(dāng)于0.1mm(100μm)。

　二、無線射頻技術(shù)通訊原理
      　　了解了RFID使用的電波后，對無線射頻技術(shù)通訊原理的說明就會很容易。無線射頻技術(shù)是起源于無線電波通訊原理，把數(shù)碼信號轉(zhuǎn)換成電波，傳達信息是0和1的兩個數(shù)值作為數(shù)碼信號發(fā)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(jù)的是電磁感應(yīng)定律，通過空間高頻交變磁場實現(xiàn)耦合。電感耦合方式一般適合于中、低頻工作的近距離射頻識別系統(tǒng)。工作頻段包括：125kHz～135kHz、225kHz和13.56MHz。識別作用距離小于1m，作用距離為10cm～20cm。
      　　電感有向耦合型。依據(jù)的是電波的空間傳播規(guī)律發(fā)射出去的電波，碰到目標后反射，同時帶回目標信息。電感有向耦合方式一般適合于高頻、微波工作的遠距離射頻識別系統(tǒng)。工作頻段有：433MHz，915MHz，2.45GHz，5.8GHz。識別作用距離大于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(lián)合會(ITU)的規(guī)范。目前，RFID使用的頻段有135KHz、13.56MHz、433.92MHz、860M～960MHz(UHF)、2.45GHz以及5.8GHz等6種。(RFID通常利用的頻率參照表2)
      　　讀寫器通過自身天線發(fā)射出電波來誘導(dǎo)磁界內(nèi)的電子標簽，電子標簽內(nèi)的環(huán)形天線接受讀寫器的電感信號后耦合，完成信息交換。無源電子標簽憑借環(huán)形天線上的感應(yīng)電流獲得能量，啟動標簽控制電路和射頻電路，發(fā)送出電子標簽存儲器(IC芯片)內(nèi)的數(shù)據(jù)。有源標簽主動發(fā)送頻率信號。讀寫器的CPU(CentralProcessingUnit)通過環(huán)形天線接受標簽發(fā)射出信號進行解碼后，通過讀寫器的終端將信息發(fā)送到計算機等應(yīng)用系統(tǒng)，進行數(shù)據(jù)處理，最后應(yīng)用系統(tǒng)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(shù)的最大亮點。條形碼是在不受污染和破損的前提下，逐一讀取數(shù)據(jù)信息;可是電子標簽是利用無線電波技術(shù)，無論是裝在箱子還是其他容器里，表面受到污染也沒有關(guān)系，根據(jù)射頻的種類，可識別讀取信息。
      　　二、高信賴性和耐環(huán)境性
      　　標簽與讀寫器之間無機械接觸，避免了由于接觸不良所造成的讀寫錯誤等操作，即使在標簽上染上灰塵、油污(水)等外部惡劣環(huán)境下也不影響讀寫數(shù)據(jù)。
      　　三、可改寫信息
      　　條形碼錄入的數(shù)據(jù)不可更改，電子標簽不同于條形碼，根據(jù)業(yè)務(wù)要求，可進行數(shù)據(jù)加寫或改寫。但是，也有不能加寫或改寫數(shù)據(jù)的，要根據(jù)使用的用途來決定。
      　　四、信息容量大
      　　標簽信息容量可根據(jù)需要來決定，一般有96bit或128bit的信息量。
      　　現(xiàn)行的JAN/EAN/UPC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(shù)字，容量有限。未來物品所需儲存的信息量大，RFID的容量完全可以滿足。用一個形象的比喻，RFID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簽
      　　現(xiàn)行的條形碼只能逐一讀取信息，電子標簽?zāi)芊乐箻撕炛g出現(xiàn)數(shù)據(jù)干擾，因此，讀寫器可一次性識別處理多個標簽。
      　　六、重復(fù)使用性
      　　由于標簽為電子數(shù)據(jù)，可以反復(fù)被覆寫，進行通信。因此，可以將回收的標簽重復(fù)使用。如果是被動式標簽，不需要電池就可以使用，不需要維護和保養(yǎng)。
      　　從目前的情況來看，RFID市場盡管已有了很大的發(fā)展，在商品防偽、汽車防盜、電子票證、食品藥品安全監(jiān)管、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理、智能交通及現(xiàn)代物流和供應(yīng)鏈管理等諸多領(lǐng)域得到了應(yīng)用并被市場認可，但還是處于初級發(fā)展階段。其未來市場發(fā)展?jié)摿薮螅瑧?yīng)用范圍將涵蓋從家庭、辦公室、政府機關(guān)、各商業(yè)和服務(wù)等廣泛領(lǐng)域，并會逐漸改變現(xiàn)今傳統(tǒng)的商業(yè)模式，對未來社會的各個方面帶來影響。同時，對物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也會起到積極的促進作用。
      　　然而，關(guān)于RFID技術(shù)還存在一些問題，如隱私權(quán)，如何由條形碼向電子標簽過渡，安全性、標簽成本過高、國際標準的制定等問題。這些問題都在一定程度上阻礙了RFID的發(fā)展，只有解決了這些問題，RFID技術(shù)才能更好的推廣和發(fā)展。目前，無線通訊、數(shù)據(jù)處理和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)基本成熟，在各國政府的推動下，RFID支持技術(shù)會日益完善，它將極大地促進相關(guān)應(yīng)用產(chǎn)品性能的提高。任何一項技術(shù)的發(fā)展都有一個逐步成熟的過程，RFID也不會例外，它將成為繼移動通訊、因特網(wǎng)之后的又一項影響全球經(jīng)濟與人們生活的新技術(shù)。