1、RFID（无线射频识别）技术,讲课老师：黄从贵,应用电子技术系,RFID技术 Page 2,单元回顾,单元一 RFID概述 单元二 RFID技术基础（重点） 单元三 RFID系统及其体系结构（重点） 单元四 低频RFID系统应用 单元五 高频RFID系统应用 单元六 超高频RFID系统应用,RFID技术 Page 3,单元三 RFID系统及其体系结构,RFID系统构成 RFID系统工作原理 RFID系统软件系统与中间件 RFID标准与技术规范 RFID系统安全和隐私,单元内容,RFID系统基本组成,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。
2、也称卡片。 阅读器(Reader)：利用射频技术读写电子标签信息的设备，接收应用系统的控制指令，负责与电子标签的双向通信。 应用系统：一般我们把中间件和应用软件统称为应用系统。,单元三 RFID系统及其体系结构,知识要点,典型的RFID系统主要由阅读器、电子标签、RFID中间件和应用系统软件4部分构成，一般我们把中间件和应用软件统称为应用系统。,由阅读器通过发射天线发送特定频率的射频信号，当电子标签进入有效工作区域时产生感应电流，从而获得能量、电子标签被激活，使得电子标签将自身编码信息通过内置射频天线发送出去；阅读器的接收天线接收到从标签发送来的调制信号，经天线调节器传送到阅读器信号处理模块，
3、经解调和解码后将有效信息送至后台主机系统进行相关的处理；计算机系统根据逻辑运算识别该标签的身份，针对不同的设定作出相应的处理和控制，最终发出指令信号控制阅读器完成相应的读写操作。,RFID系统基本工作原理,单元三 RFID系统及其体系结构,知识要点,RFID技术 Page 6,单元三 RFID系统及其体系结构,RFID电感耦合方式（低频和高频）读写器的线圈会在它周围产生磁场，电子标签需要位于读写器的附近，当标签通过时，标签的线圈上会产生感应电压，整流后可为电子标签上的微型芯片（MCU）供电，使之开始工作。 RFID电磁反向散射方式（超高频、微波）电磁反向散射的RFID系统，采用雷达原理模型，发
4、射出去的电磁波碰到目标后反射，同时携带回目标的信息。,知识要点,从电子标签到阅读器之间的通信及能量感应方式来看，系统一般可以分为两类：电感耦合（Inductive Coupling）系统和电磁反向散射耦合（Backscatter Coupling）系统。 电感耦合通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电磁感应定律。该方式一般适合于中、低频工作的近距离RFID系统，典型工作频率：125kHz，225kHz，和13.56MHz。识别作用距离一般小于1m，典型作用距离为020cm。 电磁反向散射耦合基于雷达模型，发射出去的电磁波碰到目标后反射，同时携带目标信息，依据的是电磁波的空间传播规律。该方式一
5、般适用于高频、微波工作的远距离RFID系统，典型的工作频率：433MHz，915MHz，2.45GHz和5.8GHz。识别作用距离大于1m，典型作用距离为46m。,空间耦合方式,RFID技术 Page 8,单元三 RFID系统及其体系结构,RFID系统软件系统和中间件,知识要点,一、RFID软件系统,RFID软件系统可以分成如下4类： 1前端软件设备供应商提供的系统演示软件、驱动软件、接口软件、集成商或者客户自身开发的RFID前端操作软件等。 2中间件软件为实现采集的信息的后台的传递与分发的而开发的中间件。 3后端软件处理这些采集的信息的后台应用软件和管理信息系统软件。 4其他软件开发平台或者
6、为模拟其系统性能而开发的仿真软件等。,(1)读/写功能 读功能就是从电子标签中读取数据； 写功能就是将数据写入电子标签。 (2)防碰撞功能很多时候不可避免地会有多个电子标签同时进入读写器的读取区域，要求同时识别和传输数据时，就需要前端软件具有防碰撞功能。 (3)安全功能 确保电子标签和读写器双向数据交换通信的安全。 (4)检/纠错功能由于使用无线方式传输数据很容易被干扰，使得按收到的数据产生畸变，从而导致传输出错。,1.前端软件,2. RFID后端软件,（1）RFID系统管理：系统设置以及系统用户信息和权限。 （2）电子标签管理：在数据库中管理电子标签序列号和每个物品对应的序号和产品名称、型号
7、规格、芯片内记录的详细信息等，完成数据库内所有电子标签的信息更新。 （3）数据分析和储存：对整个系统内的数据进行统计分析，生成相关报表，对采集到的数据进行存储和管理。,(1)开发平台 (2)测试软件 (3)评估软件 (4)演示软件 (5)模拟性能而开发的仿真软件等。,3. RFID的其他软件,1.什么是中间件？,中间件（middleware）是基础软件的一大类，属于可复用软件的范畴。顾名思义，中间件处于操作系统软件与用户的应用软件的中间。中间件在操作系统、网络和数据库之上，应用软件的下层，总的作用是为处于自己上层的应用软件提供运行与开发的环境，帮助用户灵活、高效地开发和集成复杂的应用软件。,二
8、、中间件基本概念,2. 什么是RFID中间件,RFID 中间件是用来加工和处理来自读写器的所有信息和事件流的软件，是连接读写器和企业应用的纽带，使用中间件提供一组通用的应用程序接口（API），即能连到RFID读写器，读取RFID标签数据。它要对标签数据进行过滤、分组和计数，以减少发往信息网络系统的数据量并防止错误识读、多读信息。,3. 为什么要使用 RFID中间件,(1)数据过滤和收集去除阅读器产生冗余、错误的标签数据。生成报告时只上传关心的数据（分组统计的）。(2)RFID基础设施管理典型的企业级应用需要管理成百上千的阅读器(可能是不同牌子的) ，RFID中间件提供对其进行配置管理，实时监控
9、阅读器的状态。,RFID中间件的功能？,RFID中间件的功能是负责管理在识读器和应用软件之间的数据流。 信息服务是作用是使不同的应用系统能共享相关的数据。通过它们，RFID系统的相关信息可以在全球得到共享。,RFID技术 Page 17,单元三 RFID系统及其体系结构,RFID标准与技术规范目前影响全球RFID标准的有五大标准化组织，分别是： ISO/IEC、 GS1/EPC global、UID、 AIM global、 IP-X。 （1） ISO/IEC ISO International Standards Organization IEC International Electrot
10、echnical Commission （2） GS1/EPC global Globe Standard 1 Uniform Code Council, UCC European Article Numbering Association, EAN,知识要点,RFID标准涉及的主要内容,技术标准（接口和通信技术，如空中接口、防碰撞方法、中间件技术、通信协议） 数据内容标准（数据结构、编码格式及内存分配 ） 性能标准（电池辅助及与传感器的融合） 应用标准（如不停车收费系统、身份识别、动物识别、物流、追踪、门禁等，应用往往涉及有关行业的规范 ）,RFID技术 Page 19,单元三 RFID系统
11、及其体系结构,ISO/IEC的RFID技术标准ISO/IEC14443标准。该标准是近耦合非接触集成电路卡标准，最大读取距离一般不超过10cm，技术发展早，相关标准较为成熟。用于各地公交卡，校园卡及第二代居民身份证。ISO/IEC15693标准。该标准是疏耦合非接触集成电路卡标准，最大读取距离一般不超过1m，技术发展早，相关标准也较为成熟。使用13.56MHz，读写器成本比ISO/IEC14443低，用于进出门禁控制和出勤考核等。ISO/IEC10536标准。该标准是密耦合非接触集成电路卡标准，最大读取距离不超过1cm，使用13.56MHz频率，是ISO/IEC早期指定的RFID标准。,知识要
12、点,三种非接触式IC卡标准,ISO/IEC18000 系列标准 （基于物品管理RFID的空中接口参数）,63,ISO标准总览,RFID技术 Page 23,EPC GLOBAL标准 系统EPC系统由EPC编码体系、射频识别系统及信息网络系统3部分组成。,知识要点,单元三 RFID系统及其体系结构,与ISO通用性RFID标准相比，EPC global标准体系是面向物流供应链领域，可以看成是一个应用标准。 物联网标准是EPC global所特有的，ISO仅仅考虑自动身份识别与数据采集的相关标准，数据采集以后如何处理、共享并没有做规定。 UID标准体系主要涉及产品电子编码、RF系统及信息网络系统三个
13、部分，与EPC global思路大多层面一致，主要在无线频段、信息位数、应用领域有所不同，面向人类生活/生产各个领域。 物联网是未来的一个目标，对当前RFID应用系统建设来说具有长远的指导意义。,三大标准体系之间的比较,我国RFID标准的现状,目前国内RFID设备使用的主要频率为高频，即13.56MHz。例如，身份证、门襟卡、停车计费卡、公交一卡通、地铁/城铁用的电子乘车券等等，这些用途的设备在RFID应用的整体数量上占有绝对优势。 另外，低频（125KHz/135KHz）用在宠物管理上，而超高频（860MHz-960MHz）实验性地用在物流集装箱、托盘等方面。称之为微波的频率（2.45GHz
14、）也有所应用。 但低频、超高频、微波这三种频率的使用在数量上远不及高频用的多。,首先，RFID标签和后端系统之间的通信是非接触和无线的，使它们很易受到窃听。通过信道监听、信息截获、暴力破解（利用定向天线和数字示波器监控标签被读取时的功率消耗，确定标签何时接受了正确的密码位）或其他人为因素，攻击者得到写标签数据所需的接入密钥。利用标签的接入密钥，攻击者随意修改标签数据。其次，标签本身的计算能力和可编程性，直接受到成本要求的限制。更准确地说，标签越便宜，则其计算能力越弱，而更难以实现对安全威胁的防护。,单元三 RFID系统及其体系结构,知识要点,RFID系统安全和隐私,RFID技术 Page 27,加密是将数据资料加密，使得非法用户即使取得加密过的资料，也无法获取正确的资料内容，所以数据加密可以保护数据，防止监听攻击。其重点在于数据的安全性。 身份认证是用来判断某个身份的真实性，确认身份后，系统才可以依不同的身份给予不同的权限。其重点在于用户的真实性。两者的侧重点是不同的。 加密与解密永远都是一枚硬币的两面，每天在世界的各个地方，都有无数的科学家、学者和黑客们不停地在研究着各种加密和解密的技术与技巧，成功与失败也在永远上演着。,加密和认证,
