這個(gè)系列會(huì)陸續(xù)編寫有關(guān)RFID的基礎(chǔ)知識(shí)和產(chǎn)業(yè)及應(yīng)用分析。
1.1 RFID領(lǐng)域和市場(chǎng)概述
近年來，自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng) (Auto-ID) 在很多服務(wù)領(lǐng)域、商務(wù)和分銷、物流、工業(yè)和制造以及材料流等領(lǐng)域變得越老越流行。在這些領(lǐng)域中，自動(dòng)識(shí)別過程提供關(guān)于人員、動(dòng)物、貨物、材料和產(chǎn)品等在傳輸過程中的信息。
普遍使用的條形碼標(biāo)簽在很久前出發(fā)了一場(chǎng)識(shí)別系統(tǒng)的革命，但是現(xiàn)在隨著急劇增長(zhǎng)的編號(hào)數(shù)量已經(jīng)發(fā)現(xiàn)越來越不適用了。條形碼可以十分便宜，但是其致命缺陷是其低存儲(chǔ)容量和不能重新編程的特點(diǎn)。
技術(shù)上講，更好的方案是在硅芯片之上存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。我們?nèi)粘Ｉ钪性谟玫淖畛Ｒ姷碾娮訑?shù)據(jù)設(shè)備是接觸式IC卡(電話卡，銀行卡等)。然是機(jī)械接觸的IC卡卻限制了其適用性。在數(shù)據(jù)承載設(shè)備和閱讀器之間的非接觸式數(shù)據(jù)傳輸可以帶來更大的靈活性。在理想情況下，用于操作數(shù)據(jù)承載設(shè)備所需的電力也可以通過非接觸方式從閱讀器進(jìn)行傳輸。因?yàn)橛糜趥鬏敂?shù)據(jù)和電力的方式，非接觸ID 系統(tǒng)也稱為是RFID系統(tǒng)(射頻識(shí)別)。
活躍在RFID系統(tǒng)領(lǐng)域中進(jìn)行開發(fā)和銷售的公司的數(shù)量說明了這是一個(gè)應(yīng)該認(rèn)真對(duì)待的市場(chǎng)。在2000年，RFID系統(tǒng)在美國(guó)的銷售額大約是9億美元，并可望在2005年達(dá)到26.5億美元，在2008年達(dá)到42億美元左右。RFID 市場(chǎng)因此成為射頻技術(shù)領(lǐng)域 （還包括移動(dòng)電話和無繩電話）增長(zhǎng)最快的領(lǐng)域。
圖表 1?1 RFID的應(yīng)用市場(chǎng)細(xì)分及增長(zhǎng)
并且，近年來，非接觸識(shí)別已經(jīng)發(fā)展成一本獨(dú)立的交叉學(xué)科，它整合了多種完全不同的領(lǐng)域：高頻技術(shù)和EMC，半導(dǎo)體技術(shù)，數(shù)據(jù)保護(hù)和加密，通信，制造科學(xué)和其他相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)。
標(biāo)準(zhǔn)方面，目前RFID尚未形成統(tǒng)一的全球化標(biāo)準(zhǔn)，市場(chǎng)呈現(xiàn)多種標(biāo)準(zhǔn)并存的局面。從全球范圍來看，美國(guó)已經(jīng)在RFID標(biāo)準(zhǔn)建立、軟硬件技術(shù)開發(fā)、應(yīng)用等方 面走在世界前列。歐洲RFID標(biāo)準(zhǔn)追隨美國(guó)主導(dǎo)的EPC global標(biāo)準(zhǔn)，在封閉系統(tǒng)應(yīng)用方面與美國(guó)基本處于同一階段。日本提出了UID標(biāo)準(zhǔn)，但支持者主要是本國(guó)廠商。韓國(guó)政府對(duì)RFID給予了高度重視，但至今韓國(guó)在RFID標(biāo)準(zhǔn)上仍模糊不清。在我國(guó)，科技部、信息產(chǎn)業(yè)部正聯(lián)合14個(gè)部委制訂《中國(guó)RFID發(fā)展策略白皮書》，預(yù)計(jì)2006年上半年可以發(fā)布。但 使用頻率沒有完全開放、產(chǎn)業(yè)整體發(fā)展水平滯后和實(shí)際應(yīng)用匱乏，仍在很大程度上制約著我國(guó)RFID標(biāo)準(zhǔn)的制訂與實(shí)施。
市場(chǎng)規(guī)模方面，截至到2005年底，全世界已經(jīng)安裝了約5000個(gè)RFID系統(tǒng)，實(shí)際年銷售額約9.64億美元。在零售巨頭沃爾瑪、麥德龍的推動(dòng)下， RFID在零售業(yè)也取得了一定進(jìn)展，但整體規(guī)模仍十分有限。隨著Gen2標(biāo)準(zhǔn)的完善和實(shí)施成本的逐漸下降，我們預(yù)計(jì)，2006年全球RFID產(chǎn)業(yè)將取得實(shí) 質(zhì)性突破。2007年，全球RFID將全面啟動(dòng)，進(jìn)入快速增長(zhǎng)階段，增長(zhǎng)率超過50%。這一過程將至少持續(xù)到2009年，之后會(huì)保持平穩(wěn)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。在我 國(guó)，2005年RFID市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到了16億元人民幣，與2004年同比增長(zhǎng)25%。詳細(xì)情況如下圖所示:
圖表 1?2 2004-2009中國(guó)RFID市場(chǎng)規(guī)模
應(yīng)用領(lǐng)域方面，我國(guó)RFID主要應(yīng)用于物流、醫(yī)療、貨物和危險(xiǎn)品追蹤管理監(jiān)控、民航行李和包裹管理、強(qiáng)制性檢驗(yàn)產(chǎn)品、證件防偽、不停車收費(fèi)、電子門票等領(lǐng)域。另外，在汽車防盜物品跟蹤等各方面也在不斷開拓新的應(yīng)用。詳細(xì)分布如下圖所示:
圖表 1?3 中國(guó)RFID主要應(yīng)用領(lǐng)域
從產(chǎn)業(yè)鏈的角度來看，RFID產(chǎn)業(yè)鏈包括:芯片、標(biāo)簽、天線、讀寫器、中間件、系統(tǒng)集成以及實(shí)施咨詢等環(huán)節(jié)。其中RFID芯片全球范圍內(nèi)仍然由飛利浦、西門子、ST、德儀等傳統(tǒng)半導(dǎo)體廠商所壟斷。荷蘭皇家飛利浦電子是該領(lǐng)域的龍頭老大，其RFID標(biāo)簽累計(jì)出貨量已經(jīng)超過了10億只。國(guó)內(nèi)的復(fù)旦微電子、大唐微電子等半導(dǎo)體廠商雖然也已進(jìn)軍這一領(lǐng)域，但目前僅局限于第二代身份證、智能卡等業(yè)務(wù)。標(biāo)簽、天線、讀寫器等環(huán)節(jié)，總體而言也是Alien、 Intermec、Symbol等國(guó)外廠商的天下，國(guó)內(nèi)只有為數(shù)不多的幾家廠商在進(jìn)行相關(guān)研究。中間件、系統(tǒng)集成方面，IBM、HP、微軟、SAP、 Sybase、Sun等國(guó)際巨頭已經(jīng)搶占了有利位置，國(guó)內(nèi)像用友之類的ERP企業(yè)也開始涉足這一領(lǐng)域，但研發(fā)進(jìn)程和投資力度顯然與上述幾家國(guó)外廠商無法同 日而語。總之，中國(guó)RFID目前還沒有形成完善的產(chǎn)業(yè)鏈，市場(chǎng)上絕大部分產(chǎn)品都是代理國(guó)外的。雖然目前開展RFID業(yè)務(wù)的企業(yè)已經(jīng)超過了100家，但總體 而言仍受核心技術(shù)缺失的困擾，真正具有較強(qiáng)自主研發(fā)實(shí)力的企業(yè)并不多，而且大都集中于低端產(chǎn)品，同質(zhì)競(jìng)爭(zhēng)比較嚴(yán)重，擁有政府背景的企業(yè)更易占據(jù)有利競(jìng)爭(zhēng)位置。
2006年，中國(guó)RFID市場(chǎng)仍會(huì)以產(chǎn)業(yè)鏈壯大與市場(chǎng)培育為主。標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)會(huì)對(duì)中國(guó)RFID產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生積極的促進(jìn)，預(yù)計(jì)會(huì)有越來越多的企業(yè)加入到這個(gè)行 業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)中，但只有像深圳遠(yuǎn)望谷、實(shí)華開這樣有深厚背景和技術(shù)積累的企業(yè)才具有利用本地化優(yōu)勢(shì)與國(guó)外廠商一決高下的實(shí)力。不過，中國(guó)未來巨大的潛在市場(chǎng)規(guī) 模，無疑為國(guó)內(nèi)各類RFID廠商提供了廣闊的生存空間。
圖表 1?4 主要的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)
條形碼系統(tǒng)（Bar Code System）在過去20年歷牢牢的統(tǒng)治著識(shí)別系統(tǒng)領(lǐng)域。 據(jù)專家估計(jì)，在上世界90年代早期，條形碼系統(tǒng)在西歐的總?cè)萘吭_(dá)到30億德國(guó)馬克。
條形碼是由平行排列的線條和間隔所組成的二進(jìn)制編碼。它們根據(jù)預(yù)定的模式進(jìn)行排列并且表達(dá)相應(yīng)記號(hào)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)項(xiàng)。寬窄不同的線條和間隔的排列次序可以解釋成數(shù)字或者字母。它可以進(jìn)行光學(xué)掃描閱讀，即根據(jù)黑色線條和白色間隔對(duì)激光的不同反射來識(shí)別。但是盡管其物理原理相似，目前在用的大約有10數(shù)種不同的編碼和布局方案。
最流行的條形碼方案是EAN 編碼 (歐洲物品編碼)，它在1976年設(shè)計(jì)，本來針對(duì)雜貨店。EAN 編碼是美國(guó)UPC (通用產(chǎn)品編碼)的發(fā)展。今天， UPC表達(dá)為EAN 編碼的子集，并且可以兼容之。
EAN 編碼由13位數(shù)字組成：國(guó)家標(biāo)識(shí)符，公司標(biāo)識(shí)符，制造商的物品標(biāo)識(shí)符和校驗(yàn)位。如圖3：
圖表 1?5 EAN編碼的條形碼實(shí)例
除了EAN 之外，下列條形碼在各種領(lǐng)域也很流行：
n Code Codabar: 醫(yī)學(xué)和臨床應(yīng)用，以及高安全需求的領(lǐng)域
n Code 2/5 interleaved: 自動(dòng)化工業(yè)，?貨物存儲(chǔ)，貨盤，集裝箱和重工業(yè)。
n Code 39: 流程工業(yè)，物流，大學(xué)和圖書館。
圖表 1?6 ISBN統(tǒng)一書號(hào)代碼
由于一維條碼的信息容量很小，如商品上的條碼僅能容納幾位或者幾十位阿拉伯?dāng)?shù)字或字母，商品的詳細(xì)描述只能依賴數(shù)據(jù)庫提供，離開了預(yù)先建立的數(shù)據(jù)庫，一維條碼的使用就受到了局限。基于這個(gè)原因，人們迫切希望發(fā)明一種新的碼制，除具備一維條碼的優(yōu)點(diǎn)外，同時(shí)還有信息容量大、可靠性高、保密防偽性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。為了滿足人們的這種需求，美國(guó)Symbol公司經(jīng)過幾年的努力，于1991年正式推出名為PDF417的二維條碼，簡(jiǎn)稱為PDF417條碼（見下圖1），即 “便攜式數(shù)據(jù)文件”。
圖表 1?7 二維條碼PDF417
PDF417條碼是一種高密度、高信息含量的便攜式數(shù)據(jù)文件，是實(shí)現(xiàn)證件及卡片等大容量、高可靠性信息自動(dòng)存儲(chǔ)、攜帶并可用機(jī)器自動(dòng)識(shí)讀的理想手段。PDF417條碼具有如下特點(diǎn)：
n 信息容量大
根據(jù)不同的條空比例每平方英寸可以容納250到1100個(gè)字符。在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的證卡有效面積上(相當(dāng)于信用卡面積的2/3，約為76mm＊25mm), PDF417條碼可以容納1848個(gè)字母字符或2729個(gè)數(shù)字字符，約500個(gè)漢字信息。這種二維條碼比普通條碼信息容量高幾十倍。
n 編碼范圍廣
PDF417條碼可以將照片、指紋、掌紋、簽字、聲音、文字等凡可數(shù)字化的信息進(jìn)行編碼。
n 保密、防偽性能較好
PDF417條碼具有多重防偽特性，它可以采用密碼防偽、軟件加密及利用所包含的信息如指紋、照片等進(jìn)行防偽，因此具有極強(qiáng)的保密防偽性能。
n 譯碼可靠性高
普通條碼的譯碼錯(cuò)誤率約為百萬分之二左右，而PDF417條碼的誤碼率不超過千萬分之一，譯碼可靠性極高。
n 修正錯(cuò)誤能力強(qiáng)
PDF417條碼采用了世界上最先進(jìn)的數(shù)學(xué)糾錯(cuò)理論，如果破損面積不超過50％，條碼由于沾污、破損等所丟失的信息，可以照常破譯出丟失的信息。
n 容易制作且成本低
利用現(xiàn)有的點(diǎn)陣、激光、噴墨、熱敏/熱轉(zhuǎn)印、制卡機(jī)等打印技術(shù)，即可在紙張、卡片、PVC、甚至金屬表面上印出PDF417二維條碼。由此所增加的費(fèi)用僅是油墨的成本，因此人們又稱PDF417是“零成本”技術(shù)。
n 條碼符號(hào)的形狀可變
同樣的信息量，PDF417條碼的形狀可以根據(jù)載體面積及美工設(shè)計(jì)等進(jìn)行自我調(diào)整。
在我國(guó)，中國(guó)物品編碼中心介紹了二維條碼國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《四一七條碼》，即GB／T17172－1997。
光學(xué)字符識(shí)別（Optical character recognition (OCR)）最早在上世紀(jì)60年代開始應(yīng)用。人們開發(fā)了一些特殊的字體，以便能夠使人和機(jī)器都能夠閱讀。OCR 系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)是信息的高密度性以及在緊急情況下人可以介入進(jìn)行可視閱讀。
今天， OCR已經(jīng)被用在生產(chǎn)，服務(wù)和管理領(lǐng)域，并且在銀行用作支票的注冊(cè)。
但是， OCR系統(tǒng)沒有成為通用手段的原因是其高昂的價(jià)格和與其他識(shí)別方式相比更加復(fù)雜的閱讀器。
生物特征識(shí)別（Biometrics） 是基于人類人體自身所帶的某種身體或者行為特征進(jìn)行模版化后對(duì)個(gè)體進(jìn)行識(shí)別。因此，該方式具有其他方式所不具備的特征，即識(shí)別特征是天然的不可重復(fù)的（理論上）。對(duì)于方式來說，主要有指紋、掌紋、聲音、語音、虹膜、視網(wǎng)膜、步態(tài)、面容等等。其中指紋方式是最流行和普遍的。
關(guān)于生物特征識(shí)別的詳細(xì)內(nèi)容，請(qǐng)參見公司編寫的《生物特征識(shí)別系統(tǒng)》和《生物特征識(shí)別和信息安全》兩篇白皮書。
智能卡（smart card）是一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，也可以提供附加的計(jì)算能力，并且對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)提供內(nèi)置的防篡改支持。第一個(gè)智能卡是1984年發(fā)行的預(yù)付費(fèi)電話卡。智能卡被放入閱讀器中，這樣，就與只能卡的觸角之間形成了電流通路。閱讀器向智能卡提供電源和和時(shí)鐘脈沖。兩者之間的數(shù)據(jù)傳輸使用雙向串行接口的(I/O port)的方式。基于內(nèi)部功能的不同，智能卡的基本類型分為兩種：內(nèi)存卡和處理器卡。
智能卡的一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)是存儲(chǔ)在其上的數(shù)據(jù)可以防止非授權(quán)的訪問和修改。因此，智能卡克易失得與這些信息相關(guān)的服務(wù)完成簡(jiǎn)單、便宜和安全的服務(wù)事務(wù)。因此在安全訪問，認(rèn)證、金融和電信領(lǐng)域使之成為微電子領(lǐng)域增站最快的一塊。
RFID 和上述的智能卡系統(tǒng)非常緊密相關(guān)。和智能卡類似，數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在一個(gè)電子數(shù)據(jù)承載設(shè)備——收發(fā)器（transponder）之上。但是，和智能卡不同，數(shù)據(jù)承載設(shè)備和閱讀器之間的電源供應(yīng)和數(shù)據(jù)傳輸不是基于接觸的電流方式，而是基于磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)的方式。其基本的依賴技術(shù)包括射頻和雷達(dá)工程技術(shù)。RFID 的縮寫代表radio frequency identification,即是說，信息是通過無線電波承載的。因?yàn)镽FID 系統(tǒng)和其他識(shí)別系統(tǒng)相比有很多優(yōu)點(diǎn)，RFID 系統(tǒng)開始大規(guī)模的占領(lǐng)市場(chǎng)。一個(gè)主要的應(yīng)用領(lǐng)域就是非接觸式智能卡在短程公共交通中的應(yīng)用。
上述各種不同的識(shí)別系統(tǒng)之間的比較如表 1.1)所示。并且在接觸式智能卡和RFID 系統(tǒng)之間有著緊密地聯(lián)系。從某一方面說，后者彌補(bǔ)了前者的幾乎所有缺點(diǎn)。
圖表 1?8 不同識(shí)別技術(shù)的比較