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RFID——物与物沟通的语言
作者：刘禹 曾隽芳
来源：来源网络(侵权删)
日期：2007-05-10 08:14:04
摘要：RFID将在我们身边建起一个网络，这个网络可以让物与物之间相互通话，而与许多新兴技术的结合，使RFID的应用效果更加明显。
RFID对公众来说已经不是一种遥不可及的技术，从物品追溯到生产线的自动化应用，从各种卡片的识别到未来商店的货物自动识别，RFID将在我们身边建起一个网络，这个网络可以让物与物之间相互通话，而与许多新兴技术的结合，使RFID的应用效果更加明显。
进入2007年，RFID技术对公众来说已并非一项遥不可及的技术，不论是已经换发了数亿张的居民二代身份证，还是日常使用的公交卡、饭卡、借书卡等，以及在诸多领域正在铺开的应用，RFID技术都在发挥着巨大的作用。也许再过一年，我们还会习惯在超市买菜时查看一下食品的来源，或者朋友聚会时验证一下白酒的真伪，再或者感受一下使用电子门票便捷观看奥运赛事等新的生活方式和体验。正是由于RFID技术具有非人工干预、自动识别的特点，所以它给人们的日常生活提供了诸多便利。
RFID发展现状
经过近30年的发展，尤其是美国、日本、英国、德国、瑞典、瑞士及南非等国家目前均已有较为成熟且先进的RFID系统，如生产制造和装配、航空行李处理、邮件/快运包裹处理、文档追踪/图书管理、身份标识、移动车辆的自动识别、运动计时、身份认证、智能交通、网络家电控制、门禁控制/电子门票、物流与供应链管理等领域，都已经或正在投入实际应用。其中，近距离RFID系统主要使用125KHz、13.56MHz等LF和HF频段，技术最为成熟; 远距离RFID系统主要使用433MHz、860MHz～960MHz等UHF频段，以及2.45GHz、5.8GHz等微波频段，技术处于发展期。而在中国，除了铁路车号自动识别系统之外，主要应用是在近距离125KHz和13.56MHz等频段的非接触IC卡方面，特别是第二代公民身份证和学生证铁路优惠卡等量大面广的实际领域。此外，中国众多的制造企业在沃尔玛等商家的推动下，也需要尽快完成条码到RFID电子标签的过渡。
结合RFID技术的特点，充分发挥想象力，就可以开拓出更广泛的应用市场，同时也让人们的生活更加便利。为了实现上述目标，各国的研究人员也在做着各种努力，包括标准、技术、应用等多方面。由美国、德国、意大利、中国、韩国等近20家研究机构在EPC Global框架之外于2007年3月成立了The Global RF Lab Alliance (GRFLA)，目的是促进各实验室间的人员、技术和思想的交流与合作，推动RFID技术在物流供应链以及更多的领域中成功应用。目前中国的成员有两家，一是中国科学院自动化研究所，二是香港科技大学。
GRFLA对RFID技术发展的设想如下:
随着生物特征识别（Biometrics）技术、微电子机械系统（MEMS）技术的兴起，促成了一些集成多种功能的RFID应用，比如集成指纹、虹膜等身份信息的机器可读旅行证件（MRTD，Machine Readable Traveling Document，又称电子护照），或集成微传感器的电子标签传感器等; 利用电子标签上存储物品的形状、大小以及空间位置等信息，可以帮助机器人系统进行定位导航，进一步提高机器人自主行为能力，下一代移动通信技术与互联网技术的不断成熟，使得用电子标签对物品进行精确管理的需求也在不断产生，如高价值资产管理、危险品跟踪、食品安全追溯等; 在手机支付解决了移动通信运营商和银行间的结算问题之后，也将促进NFC技术和产品的大规模推广; 有源电子标签还有待突破集成化、模块化等问题，但是其在通信距离方面的优势也将使其大有可为，特别是RFID技术与卫星定位及移动通信技术具有很强的互补性，未来组成的无线传感网络可以应用于室内定位和未知环境探测等方面。
RFID与生物特征识别技术
生物特征识别技术（Biometrics）是指一种通过计算机与光学、声学、生物传感器和生物统计学原理等高科技手段密切结合，针对可自动识别和验证的人类本身固有的生理特性(如指纹、人脸、虹膜等)或行为特征(如笔迹、声音、步态等)来进行个人身份鉴定的技术。由于其具有唯一性、防伪性能好、不易伪造或被盗、随身“携带”和随时随地可用等优点，目前己经成为身份识别的重要手段。
人脸识别技术是生物特征识别技术中的一种，自20世纪90年代起获得了较大发展，其具有良好的人际交互功能，对被验证者的侵犯最少，被认为是最易接受的生物识别技术。在身份认证领域，RFID和Biometrics二项技术均有着广泛应用，如二代身份证、电子护照等。然而，Biometrics只能验证“是不是那个人”，RFID只能验证“是不是具有那种权限”，将两种技术结合，则可以解决“是否是合法的持卡人在操作合法的指令”这类较为复杂的逻辑问题。
将RFID技术和人脸识别技术相结合的双重认证方法，采取以RFID电子标签的UID作为索引，链接持卡人的面部信息方式。在认证过程中，首先认证卡号是否合法注册，通过后再进行人脸识别认证的流程，实现双重认证。此方法属于在线系统方法，适用于网络操作; 同时充分发挥了RFID非接触式、高加密性和人脸识别易于接受的特点，使用时更加安全、便捷，也使个人隐私得到了较好的保护。以银行ATM机和图书馆借/还书为背景的基于RFID和人脸识别的智能终端就是这样一个应用方向。
RFID与机器人定位技术
在物联网的概念中，RFID电子标签用来标识每一件商品。在生活中，RFID同样可以用来标识家中每一件家具电器以及每一本重要证件和图书。当家用机器人更加普及的时候，RFID还可以发挥更大的作用。
据相关报道，两家德国公司研发出一种电子地毯，RFID标签以网格状埋在地毯背面。使用一种携带RFID读写器和网格地图的机器人可以通过无线传输来标记地毯背面的标签的位置，使它能够打扫到每一寸地面。如果前面有东西挡住了机器人的清扫路线，它就会记住没有清扫的这一区域的传感器ID，之后再回来打理。日本几家公司也正在福冈的一家商场内测试一种导购机器人。这种带有RFID读写器的机器人不仅能为顾客提供商品信息咨询，还可以根据顾客的喜好为其导游。只要在机器人的屏幕上选择感兴趣的商品种类，机器人就可以通过读取存储在地下的五千枚RFID标签，自动安排合理的路线引领到那些商品的销售区域。
这些新闻都涉及了RFID的另一类应用，即用来标识某个空间内的地理坐标及物品属性。举例来说，人们经常会遇到在一栋从未到过的建筑内失去方向的情形。而新的智能建筑在地板、墙面、管线内都预埋了电子标签，并根据标签所在位置绘制了地图。当我们来到这栋建筑时，随身携带的带有阅读功能的手机、PDA甚至是手表在进门时就下载了该建筑的地图。这样，无论我们想找电梯、楼道，还是某间办公室，甚至是维修某条管道，都可以通过该地图轻松地指引方向，找到目标。山东金侨电子设备有限公司已经生产出内嵌电子标签的防静电地板，海尔公司和中科院自动化所联合开发的机器人样机也已经完成。用不了多久，我们就能感受到这类应用带来的便利。
RFID与视觉监控技术
RFID技术能实现对车辆自动收费管理
目前世界各国都在密切关注新一代监控技术——智能视觉监控技术。它和以往监控技术有本质的区别，其主要特征是采用计算机视觉的方法，在几乎不需要人为干预的情况下，通过对摄像机拍录的图像序列进行自动分析来对动态场景中的目标进行定位、识别和跟踪，并在此基础上分析和判断目标的行为，从而做到既能完成日常管理又能在异常情况发生的时候及时做出反应。
然而，智能视觉监控所使用的模式识别方法却不能满足多种复杂场合的应用。如当监控对象密集时，使用模式识别的监控方式已经不能起到对特定监控对象识别实时监控的要求。面对在要求对监控对象进行定位、行迹跟踪和复现、数量统计、运动速度估算、运动趋势估计、流量疏导等方面的需求，和减少智能视频监控系统处理的视频数据量等要求，利用RFID技术与视觉监控技术相结合将起到良好的作用。使用电子标签数据作为视频数据的时间戳，可以提高视频监控的智能化，减少无效视频处理量。同时利用RFID技术可以批量、快速和非接触式读取的特性，新系统尤其适用于对大批量监控对象的定位、跟踪，对监控对象的行为特性分析等。
将RFID技术应用到视觉监控中，首先需要让RFID读写器与监控用的摄像机作用区域重叠，并一一对应。通过RFID读写器读取进入监控区域的监控对象所携带的电子标签编号、记录获取到编号的时间，而读取到这些编号的所有读写器都要与本读写器对应的摄像机等信息进行关联存储和应用，通过读取到的标签的编号、数量、时间等信息对监控对象的行动特性进行判定，尤其通过RFID标签作为监控视频数据的时间标签，可以有效缩短搜索特定监控对象所需要处理的视频流。特别是，在复杂的天气、密集的监控环境下，RFID受到的影响远小于视觉监控的影响。将RFID技术应用到视觉监控中，提高了系统的智能化，符合监控系统的发展趋势，具有很强的实际应用价值。
RFID与NFC技术
电子标签中的芯片
NFC（Near Field Communication）是由飞利浦公司发起，由诺基亚、索尼等著名厂商联合主推的一项无线技术。不久前，由多家公司、大学和用户共同成立了泛欧联盟，旨在开发NFC的开放式架构，并推动其在手机中的应用。这项技术最初只是RFID技术和网络技术的简单合并，现在已经演变成一种短距离无线通信技术，发展态势相当迅速。
与RFID不同的是，NFC具有双向连接和识别的特点，工作于13.56MHz频率范围，作用距离10厘米左右。NFC技术在ISO 18092、ECMA 340和ETSI TS 102 190框架下推动标准化，同时也兼容应用广泛的ISO 14443 Type-A、B以及Felica标准非接触式智能卡的基础架构。
NFC芯片装在手机上，手机就可以实现小额电子支付和读取其他NFC设备或标签的信息。因此NFC被诺基亚称为手机的下一个杀手级应用（killer application）。诺基亚副总裁及新兴事业部总监Dieter May表示，预计到2010年，全球有38%手机都将内建NFC功能。NFC的短距离交互大大简化了整个认证识别过程，使电子设备间互相访问更直接、更安全和更清楚。通过NFC，电脑、数码相机、手机、PDA等多个设备之间可以很方便快捷地进行无线连接，进而实现数据交换和服务。
目前NFC的相关应用服务可分三大类: 小额付款、分享和服务。“小额付款”包括各种小额消费、票务、交通运输等; “分享”是指使用者能更加方便与朋友交换音乐、图片等信息; “服务”则是指提供下载服务，例如下载折价券或付费音乐到手机中存储。3月13日，上海正式推出了NFC移动认证业务。执法人员只需持定制防伪应用的NFC手机，即可随时随地读取烟花爆竹所贴电子标签的全球惟一识别码，并实时上传至防伪服务器与数据库校验，数秒内便可将产品名称、生产厂家、生产日期、批号等显示在手机上。除此之外，中国移动去年已在厦门开始对NFC技术进行试点，成立了研究小组负责支持对NFC商用的准备工作，并小规模商用。而中国联通也正在积极研究包括NFC在内的各种非接触支付技术，并可能在不久之后出台移动支付标准。
用发展的眼光来看，RFID技术的应用不仅仅局限于物流供应链管理中的单品识别，与新兴技术的融合正是RFID技术长远发展的生命力所在。
本文作者来自中科院自动化所RFID研究中心
进入2007年，RFID技术对公众来说已并非一项遥不可及的技术，不论是已经换发了数亿张的居民二代身份证，还是日常使用的公交卡、饭卡、借书卡等，以及在诸多领域正在铺开的应用，RFID技术都在发挥着巨大的作用。也许再过一年，我们还会习惯在超市买菜时查看一下食品的来源，或者朋友聚会时验证一下白酒的真伪，再或者感受一下使用电子门票便捷观看奥运赛事等新的生活方式和体验。正是由于RFID技术具有非人工干预、自动识别的特点，所以它给人们的日常生活提供了诸多便利。
RFID发展现状
经过近30年的发展，尤其是美国、日本、英国、德国、瑞典、瑞士及南非等国家目前均已有较为成熟且先进的RFID系统，如生产制造和装配、航空行李处理、邮件/快运包裹处理、文档追踪/图书管理、身份标识、移动车辆的自动识别、运动计时、身份认证、智能交通、网络家电控制、门禁控制/电子门票、物流与供应链管理等领域，都已经或正在投入实际应用。其中，近距离RFID系统主要使用125KHz、13.56MHz等LF和HF频段，技术最为成熟; 远距离RFID系统主要使用433MHz、860MHz～960MHz等UHF频段，以及2.45GHz、5.8GHz等微波频段，技术处于发展期。而在中国，除了铁路车号自动识别系统之外，主要应用是在近距离125KHz和13.56MHz等频段的非接触IC卡方面，特别是第二代公民身份证和学生证铁路优惠卡等量大面广的实际领域。此外，中国众多的制造企业在沃尔玛等商家的推动下，也需要尽快完成条码到RFID电子标签的过渡。
结合RFID技术的特点，充分发挥想象力，就可以开拓出更广泛的应用市场，同时也让人们的生活更加便利。为了实现上述目标，各国的研究人员也在做着各种努力，包括标准、技术、应用等多方面。由美国、德国、意大利、中国、韩国等近20家研究机构在EPC Global框架之外于2007年3月成立了The Global RF Lab Alliance (GRFLA)，目的是促进各实验室间的人员、技术和思想的交流与合作，推动RFID技术在物流供应链以及更多的领域中成功应用。目前中国的成员有两家，一是中国科学院自动化研究所，二是香港科技大学。
GRFLA对RFID技术发展的设想如下:
随着生物特征识别（Biometrics）技术、微电子机械系统（MEMS）技术的兴起，促成了一些集成多种功能的RFID应用，比如集成指纹、虹膜等身份信息的机器可读旅行证件（MRTD，Machine Readable Traveling Document，又称电子护照），或集成微传感器的电子标签传感器等; 利用电子标签上存储物品的形状、大小以及空间位置等信息，可以帮助机器人系统进行定位导航，进一步提高机器人自主行为能力，下一代移动通信技术与互联网技术的不断成熟，使得用电子标签对物品进行精确管理的需求也在不断产生，如高价值资产管理、危险品跟踪、食品安全追溯等; 在手机支付解决了移动通信运营商和银行间的结算问题之后，也将促进NFC技术和产品的大规模推广; 有源电子标签还有待突破集成化、模块化等问题，但是其在通信距离方面的优势也将使其大有可为，特别是RFID技术与卫星定位及移动通信技术具有很强的互补性，未来组成的无线传感网络可以应用于室内定位和未知环境探测等方面。
RFID与生物特征识别技术
生物特征识别技术（Biometrics）是指一种通过计算机与光学、声学、生物传感器和生物统计学原理等高科技手段密切结合，针对可自动识别和验证的人类本身固有的生理特性(如指纹、人脸、虹膜等)或行为特征(如笔迹、声音、步态等)来进行个人身份鉴定的技术。由于其具有唯一性、防伪性能好、不易伪造或被盗、随身“携带”和随时随地可用等优点，目前己经成为身份识别的重要手段。
人脸识别技术是生物特征识别技术中的一种，自20世纪90年代起获得了较大发展，其具有良好的人际交互功能，对被验证者的侵犯最少，被认为是最易接受的生物识别技术。在身份认证领域，RFID和Biometrics二项技术均有着广泛应用，如二代身份证、电子护照等。然而，Biometrics只能验证“是不是那个人”，RFID只能验证“是不是具有那种权限”，将两种技术结合，则可以解决“是否是合法的持卡人在操作合法的指令”这类较为复杂的逻辑问题。
将RFID技术和人脸识别技术相结合的双重认证方法，采取以RFID电子标签的UID作为索引，链接持卡人的面部信息方式。在认证过程中，首先认证卡号是否合法注册，通过后再进行人脸识别认证的流程，实现双重认证。此方法属于在线系统方法，适用于网络操作; 同时充分发挥了RFID非接触式、高加密性和人脸识别易于接受的特点，使用时更加安全、便捷，也使个人隐私得到了较好的保护。以银行ATM机和图书馆借/还书为背景的基于RFID和人脸识别的智能终端就是这样一个应用方向。
RFID与机器人定位技术
在物联网的概念中，RFID电子标签用来标识每一件商品。在生活中，RFID同样可以用来标识家中每一件家具电器以及每一本重要证件和图书。当家用机器人更加普及的时候，RFID还可以发挥更大的作用。
据相关报道，两家德国公司研发出一种电子地毯，RFID标签以网格状埋在地毯背面。使用一种携带RFID读写器和网格地图的机器人可以通过无线传输来标记地毯背面的标签的位置，使它能够打扫到每一寸地面。如果前面有东西挡住了机器人的清扫路线，它就会记住没有清扫的这一区域的传感器ID，之后再回来打理。日本几家公司也正在福冈的一家商场内测试一种导购机器人。这种带有RFID读写器的机器人不仅能为顾客提供商品信息咨询，还可以根据顾客的喜好为其导游。只要在机器人的屏幕上选择感兴趣的商品种类，机器人就可以通过读取存储在地下的五千枚RFID标签，自动安排合理的路线引领到那些商品的销售区域。
这些新闻都涉及了RFID的另一类应用，即用来标识某个空间内的地理坐标及物品属性。举例来说，人们经常会遇到在一栋从未到过的建筑内失去方向的情形。而新的智能建筑在地板、墙面、管线内都预埋了电子标签，并根据标签所在位置绘制了地图。当我们来到这栋建筑时，随身携带的带有阅读功能的手机、PDA甚至是手表在进门时就下载了该建筑的地图。这样，无论我们想找电梯、楼道，还是某间办公室，甚至是维修某条管道，都可以通过该地图轻松地指引方向，找到目标。山东金侨电子设备有限公司已经生产出内嵌电子标签的防静电地板，海尔公司和中科院自动化所联合开发的机器人样机也已经完成。用不了多久，我们就能感受到这类应用带来的便利。
RFID与视觉监控技术
RFID技术能实现对车辆自动收费管理
目前世界各国都在密切关注新一代监控技术——智能视觉监控技术。它和以往监控技术有本质的区别，其主要特征是采用计算机视觉的方法，在几乎不需要人为干预的情况下，通过对摄像机拍录的图像序列进行自动分析来对动态场景中的目标进行定位、识别和跟踪，并在此基础上分析和判断目标的行为，从而做到既能完成日常管理又能在异常情况发生的时候及时做出反应。
然而，智能视觉监控所使用的模式识别方法却不能满足多种复杂场合的应用。如当监控对象密集时，使用模式识别的监控方式已经不能起到对特定监控对象识别实时监控的要求。面对在要求对监控对象进行定位、行迹跟踪和复现、数量统计、运动速度估算、运动趋势估计、流量疏导等方面的需求，和减少智能视频监控系统处理的视频数据量等要求，利用RFID技术与视觉监控技术相结合将起到良好的作用。使用电子标签数据作为视频数据的时间戳，可以提高视频监控的智能化，减少无效视频处理量。同时利用RFID技术可以批量、快速和非接触式读取的特性，新系统尤其适用于对大批量监控对象的定位、跟踪，对监控对象的行为特性分析等。
将RFID技术应用到视觉监控中，首先需要让RFID读写器与监控用的摄像机作用区域重叠，并一一对应。通过RFID读写器读取进入监控区域的监控对象所携带的电子标签编号、记录获取到编号的时间，而读取到这些编号的所有读写器都要与本读写器对应的摄像机等信息进行关联存储和应用，通过读取到的标签的编号、数量、时间等信息对监控对象的行动特性进行判定，尤其通过RFID标签作为监控视频数据的时间标签，可以有效缩短搜索特定监控对象所需要处理的视频流。特别是，在复杂的天气、密集的监控环境下，RFID受到的影响远小于视觉监控的影响。将RFID技术应用到视觉监控中，提高了系统的智能化，符合监控系统的发展趋势，具有很强的实际应用价值。
RFID与NFC技术
电子标签中的芯片
NFC（Near Field Communication）是由飞利浦公司发起，由诺基亚、索尼等著名厂商联合主推的一项无线技术。不久前，由多家公司、大学和用户共同成立了泛欧联盟，旨在开发NFC的开放式架构，并推动其在手机中的应用。这项技术最初只是RFID技术和网络技术的简单合并，现在已经演变成一种短距离无线通信技术，发展态势相当迅速。
与RFID不同的是，NFC具有双向连接和识别的特点，工作于13.56MHz频率范围，作用距离10厘米左右。NFC技术在ISO 18092、ECMA 340和ETSI TS 102 190框架下推动标准化，同时也兼容应用广泛的ISO 14443 Type-A、B以及Felica标准非接触式智能卡的基础架构。
NFC芯片装在手机上，手机就可以实现小额电子支付和读取其他NFC设备或标签的信息。因此NFC被诺基亚称为手机的下一个杀手级应用（killer application）。诺基亚副总裁及新兴事业部总监Dieter May表示，预计到2010年，全球有38%手机都将内建NFC功能。NFC的短距离交互大大简化了整个认证识别过程，使电子设备间互相访问更直接、更安全和更清楚。通过NFC，电脑、数码相机、手机、PDA等多个设备之间可以很方便快捷地进行无线连接，进而实现数据交换和服务。
目前NFC的相关应用服务可分三大类: 小额付款、分享和服务。“小额付款”包括各种小额消费、票务、交通运输等; “分享”是指使用者能更加方便与朋友交换音乐、图片等信息; “服务”则是指提供下载服务，例如下载折价券或付费音乐到手机中存储。3月13日，上海正式推出了NFC移动认证业务。执法人员只需持定制防伪应用的NFC手机，即可随时随地读取烟花爆竹所贴电子标签的全球惟一识别码，并实时上传至防伪服务器与数据库校验，数秒内便可将产品名称、生产厂家、生产日期、批号等显示在手机上。除此之外，中国移动去年已在厦门开始对NFC技术进行试点，成立了研究小组负责支持对NFC商用的准备工作，并小规模商用。而中国联通也正在积极研究包括NFC在内的各种非接触支付技术，并可能在不久之后出台移动支付标准。
用发展的眼光来看，RFID技术的应用不仅仅局限于物流供应链管理中的单品识别，与新兴技术的融合正是RFID技术长远发展的生命力所在。
本文作者来自中科院自动化所RFID研究中心
