浅析物联网RFID 技术

冀松，卢秀丽

（保定理工学院，河北保定，071000）

物联网的英文名称为The Internet of Things。物联网是通过射频识别（RFID）、传感器、定位系统等信息传感设备，按照约定的协议，把任何物体与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网可以理解成世界范围内物与物之间互相连接而成的网络，利用感知层的设备获得物的相关数据信息，由网络层进行数据的传送最终交给应用层的各种系统进行数据的各种处理。同时可以利用应用系统产生的命令控制相关的物理设备，最终达到智能控制的目的。物联网的特征可以概括为：面感知、可靠传输、智能处理。

RFID（Radio Frequency Identification）射频识别技术，可以说是感知层中获取各种物的相关数据信息最常用的一种技术。RFID 技术能够进行自动的感知和识别，RFID 标签和RFDI 阅读器之间可以在不接触的情况下进行相互的通信。利用RFID 技术可以对RFID 标签的信息进行读写，从而可以实现识别物品和数据交换的目的。RFID 标签被贴放到相应的商品或货物上，便签里记录了商品的各种信息，包括商品名称、型号、产地等。RFID 标签与条形码、磁条相比有很大的自身优势。RFID 的读写器和RFID 标签可以实现无线的链接并进行无接触的读写。RFID 标签可以完全集成到产品里边，这样可以适应更加恶劣的环境，比如潮湿、尘土等环境。使用RFID 可以透过包装进行数据的读取，读取的距离可以达到30m 以上，当RFID 标签进入到读写器的磁场时，读写器立刻就能读出标签上的数据，并且可以同时识别多个RFID 标签。RFID 标签还具有数据存储容量大，数据可以动态的进行修改、使用寿命长、安全性更高的优点。

通过RFID 技术读取物品信息之后，可以与互联网、移动通讯等技术相结合，把数据传递到各种信息系统，这样一来，我们就能够对贴了RFID 标签的物品进行定位和跟踪，能够对物品的信息进行查询和共享。从而达到人与物品、物品与物品相互直接的通信和联系，形成一个世界范围内的物与物的互联网，使使地球上的万物可以被感知、被控制，从而形成一个智慧的地球。互联网把人与人之间的距离变小了，而物联网将人与物、物与物之间的距离变小了。

1 RFID 系统的组成

一个RFID 系统主要由两部分组成，一个是RFID 标签，一个是RFID 读写器，RFID 系统组成图如图1 所示。RFID标签里面保存物品的各种相关的数据信息，RFID 读写器负责读取RFID 标签里的这些信息。

图1 RFID 系统组成图

RFID 电子标签进入电磁场后，接收RFID 读写器发出的射频信号，无源RFID 电子标签（被动电子标签）利用空间中产生的电磁场得到的能量，将被测物体的信息传送到RFID 读写器，RFID 读写器读取数据信息后，将数据信息通过相连的网络传给对应的信息系统。有源RFID 电子标签（主动电子标签）则是主动发射射频信号，RFID 读写器进行读写操作。

2 RFID 系统的工作原理

RFID 读写器和RFID 电子标签之间射频信号的传输主要电感耦合方式和电磁反向散射方式，两种方式采用的频率不同，其工作原理也不相同。

（1）电感耦合方式

耦合的作用就是把某一电路的能量输送（或转换）到其他的电路中去。RFID 系统也是利用这个原理把RFID 读写器电路产生的能量传输给RFID 标签的电路上，让RFID标签获得能量，RFID 标签通过能量把数据传回到读写器。电感耦合识别方式一般用于低频和高频RFID 系统中。

低频和高频RFID 电子标签和RFID 读写器的之间的距离很近，在工作的时候，RFID 标签就可以通过耦合的方式获得较大的能量，通过获得的能量就可以把RFID 标签上的信息传给RFID 读写器。低频和高频RFID 电子标签与读写器的天线大部分都做成线圈的形状，这样两个线圈之间就可以相互作用，进行能量的传送。中、高频段的RFID 电子标签的工作频率的范围是3MHz 到30MHz。比较常用的工作频率是13.56MHz。中频段的RFID 电子标签主要也是属于无源电子标签，它的工作能量和低频电子标签相同，也是利用空间中产生的电磁场获取能量。电感耦合方式的工作原理如图2所示。

图2 RFID 电感耦合工作方式

（2）电磁方向散射方式

另外一种RFID 利用的原理是雷达的工作方式，发送出去的电磁波到达目标物体后，会发生反射和散射，反射和散射回来的电磁波就同时携带了RFID 标签的信息，工作原理如图3所示。

图3 微波RFID 工作方式

微波波段RFID 系统工作频率的范围是几百兆赫兹到几吉赫兹之间，能够实现物品信息远程读取，可以识别高速运动的物体，并可以同时识别多个目标。微波RFID 的工作波长较短，RFID 电子标签大部分情况下都位于RFID读写器天线的远区，RFID 电子标签可以获得RFID 读写器的电磁波能量及其携带的信息。电磁方向散射方式电子标签包括：超高频段的电子标签和微波频段的电子标签，比较常用的工作频率是433.92MHz、862(902)～928MHz、2.45GHz 和5.8GHz。

3 RFID 标签

RFID 标签称为射频标签、应答器或射频卡。电子标签附着在待识别的物品上，每个电子标签具有唯一的电子编码，是射频识别系统真正的数据载体。一般情况下，电子标签由标签专用芯片和标签天线组成。RFID 标签根据是否有电源供电分为有源RFID 标签、无源RFID 标签和半有源RFID 标签。具体工作方式和优缺点如表1 所示。

表1 RFID标签分类表

4 RFID 读写器

RFID 读写器（Reader and Writer）又称为阅读器（Reader），是读取RFID 标签信息的设备。此外RFID 读写器的另一端与计算机网络相连，RFID 读写器读取信息后，会将将前端RFID 电子标签所包含的信息，传递给后端的计算机网络。

RFID 读写器主要由四部分组成：读写器天线与射频模块、读写器控制器与通信模块。

读写器天线与射频模块的功能：向RFID 标签发送电磁波，激活RFID 电子标签；接收RFID 标签发送的数据信息。

读写器控制器：控制与RFID 标签的通信过程；对RFID标签进行身份认证与数据加、解密计算；对读取的标签信息进行解码和预处理；通过通信模块向数据管理计算机传输接收的数据；将数据管理计算机的写操作命令与数据通过天线发送给RFID 标签。

通信模块：通信模块通过以太网标准、无线局域网标准、移动通信网的M2M 标准、蓝牙或无线个人区域网WPAN 标准与数据管理计算机通信，传输读取的RFID 标签数据，同时接收应用系统的相关操作指令。