RFID技术的应用原理

　　1. RFID工作原理介绍

　　在杂货店结帐时排的长长的队或许是人们对购物最大的抱怨之一了。但不久后，随着全球产品编号(UPC)条形码被智能标签也称射频识别(RFID)标签取代，这些长队可能就会随之消失了。RFID标签是一种智能条形码，可以向网络系统跟踪报告你放入购物车中每一个产品。

　　想象一下，你去到杂货店，把东西装满了你的购物车，便直接走出门去。你不用再排队等待收银员一个个的扫描你车里的每个东西。相反的，这些RFID标签将连接到电子读取器，这些读取器可以即时的检测车里的每一个物品。这些读取器又将被连接到一个更大的网络，该网络将您的购买信息发送给零售商和产品生成商。接着，您的银行将收到相应的通知，该应付的金额从您的帐户中直接扣除。一切无需排队，无需等待。

　　RFID标签，一项曾经只是用来跟踪牛群的技术，如今正被用于跟踪全球的消费产品。许多制造商用RFID标签来全程追踪每一个产品，从产品被生产出来开始，直到它被人从货架上取下来扔进购物车里。

　　除了零售商品领域以外，RFID标签还用于跟踪车辆，飞机乘客，阿尔茨海默氏症患者和宠物。不久后，他们甚至可能跟踪您的对矮胖或奶油花生酱的偏好。一些批评者说，RFID技术正占据了我们生活中太多的部分了-我们生活中几乎所有的地方都在受着它的影响。

　　在这篇文章中，您将可以学习到RFID标签有哪些类型以及这些标签是如何跟踪整个供应链的。我们还将关注RFID标签的非商业用途，以及国务院和国土安全部是如何使用它们的。最后，我们将研究一些评论家认为RFID标签在动物，人类和我们的社会中的一些限制人权的应用。

　　2. 重塑条形码

　　在你从零售商购买的几乎所有的东西上都会印制有一个UPC条码。这些条形码可以帮助制造商和零售商对库存保持追踪。他们还可以告诉这些厂家售出货品的数量，以及在一定程度上提供购买产品的消费者信息。这些由机器可读的存储二进制代码的竖线组成的一系列代码相当于每个产品的指纹。

　　于20世纪70年代初，为了加快货品读取速度而创造的条形码有下面几个缺点：

　　为了与库存保持一致，企业必须对同一种产品的每一个条形码都进行扫描。

　　通过收银台时，又要重复对每个产品的每个条形码进行扫描的相同过程。

　　条形码是一种只读的技术，这意味着它不能发送任何信息。

　　RFID标签相对于条形码有了改善，既可读也可写。 RFID标签中存储的数据可以改变，更新并锁定。有些已经开始使用RFID标签的商店发现，该技术提供了一种更好的方式来跟踪库存和市场销售的商品。使用了RFID标签，商店会看到产品离开货架的速度以及消费者购买他们的速度变得更快。

　　RFID标签在不久的将来还不会完全取代条形码 - 目前有太多的零售店使用UPC扫描器的交易每年达十亿美元。但是，随着时间的推移，我们一定会看到更多带有RFID标签的产品，以及类似我们在前面介绍中展望的美好的即时结账的无缝无线交易方式会受到越来越多的重视。事实上，世界上已经开始在特殊的信用卡和智能手机支付中使用RFID技术- 这些我们稍后再谈。

　　除了零售商品，RFID标签也被用于如公路收费的密码卡片和地铁通行证等交通设备。因为他们如此有效存储数据的能力， RFID标签可以为收费和票价进行制表并从用户存在卡上的钱里面自动扣除相应的金额。而不用在收费站等待付费或是往柜台里投入硬币，乘客带着内嵌的RFID芯片好像使用信用卡一样可以即时通过。

　　但是你会将你的病史委托给RFID标签吗?或者您的家庭地址或是您孩子的安全?在我们经过可以购买人的生命的杂货店前，让我们先来看看两种类型的RFID标签以及他们如何存储和传输数据。

　　3. RFID电子标签的过去和现在

　　RFID技术早已在1970年就开始出现了，但直到最近，它已经被大规模的使用了。RFID电子标签原来是被用于跟踪长距离运输的大型商品的，如牛、铁路汽车和航空公司的行李。当时的标签称为电感耦合RFID电子标签，是由金属线圈、天线和玻璃组成的复杂系统。

　　电感耦合RFID标签由RFID读写器产生的磁场供电。电流有一个电场分量和磁场分量——它是一种电磁波。所以既可以用一个电场产生磁，也可以用一个磁场产生电。“电感耦合”的名字就是来自磁场在电线中导入电流的过程。

　　后来为了降低技术成本又产生了电容耦合标签。这些就可以作为一次性标签应用到更便宜的商品，并产生了普遍使用的条形码。使用电容耦合标签不用金属而用导电碳墨线圈来传输数据。油墨被印在标签纸上，并用读取器进行扫描。

　　摩托罗拉的BiStatix RFID标签是这项技术的领跑者。他们在一块仅3毫米宽的硅晶片上储存96bits的信息。该技术并没有被零售商采用，BiStatix也在2001年被取消了 [来源:RFID期刊]。

　　RFID产业又有了更多的创新，包括有源、半有源和无源RFID标签。这些标签可以储存到2 k的数据并由一个微型芯片和天线组成，在有源和半有源标签里还包括电池。这些组件被封装在塑料、硅以及玻璃中。

　　基本上，每个标签都有同样的工作方式：

　　数据存储在一个¬RFID标签芯片中等待被读取。

　　标签的天线接收到RFID读取器天线发出的电磁场。

　　在其内部电池或读取器发出的电磁场的供电下,标签发送无线电波给读取器。

　　读取器接收标签发出的无线电波并解读其相应的频率数据。

　　因为价格昂贵并且笨重，电感耦合和电容耦合的RFID标签今天已经不常用了。在下一章节，我们将了解更多关于有源、半有源和无源RFID标签的知识。

　　4. 有源,半有源和无源RFID标签

　　有源、半有源和无源RFID标签使得RFID技术我们的世界里更实用。生产这些标签成本更少,并且可以小到可以装在几乎任何产品里。

　　有源和半有源RFID电子标签使用内部电池驱动他们的电路。有源标签还会用电池驱动给RFID读取器发射信号，而半有源标签则需依靠读取器提供给它的功率来发射信号。因为这两种标签相比无源RFID电子标签内部有更多的硬件，因此更贵。有源和半有源标签被用于读取大距离的较贵的项目中—他们发射的高频从850到950兆赫兹,可以在100英尺(30.5米)或更远的距离内读取。如果读取距离还需要更远，可以额外再加一个电池，标签读取范围可超过300英尺(100米)[来源:RFID期刊]。

　　类似于其他的无线设备， RFID标签可以发射一定频谱范围内的电磁信号。频率是精确可变的，从而避免标签间或读取器之间的干扰。RFID系统使用时分多址(TDMA)的蜂窝系统，确保在无线通信中获得正确处理[来源:RFID期刊]。

　　无源RFID标签完全依靠读取器提高其功率驱动。这种标签可以在20英尺(6米) 读取,他们的生产成本较低，意味着它们可以应用到更便宜的商品中。因为往往用于一次性消费品，这些标签往往也是一次性的。一个铁路汽车会有一个有源RFID标签而一瓶洗发香波会用一个无源标签。

　　另一个影响的RFID标签成本的因素是数据存储。有三种存储类型:读写，只读和WORM (只写一次，多次读取)。一个可读写标签的数据可以被添加或被覆盖。只读标签将不能被写入或覆盖——他们只包含存储在其中的数据。蠕虫WORM标签可以被写一次(如写入另一个序列号)，但无法覆盖数据。

　　大多数无源RFID标签成本¬在7至20美分[来源:RFID期刊]。有源和半有源标签则更贵，并且通常在没有确定它们的使用范围,¬存储种类和数量前，RFID厂商无法给出这些标签的价格。RFID产业的目标是如果有更多商家使用，要将无源RFID标签的成本费用降至五美分一个。

　　在下一章节,我们将学习这种技术如何连接到因特网并创建一个全球性的RFID标签系统。

　　5.RFID漫谈

　　如果RFID产业能够降低价格,它将走向一个可以全程智能追踪供应链的随处可见的网络。商店¬货架伤将放满智能标签产品,可以从被购买一直追踪到扔进垃圾桶。货架本身会与网络进行无线通讯。而标签将只是这个大的产品追踪网络的一个组件。

　　网络的另外两个部分有与标签通讯的读取器和给网络提供通信线路的互联网。

　　让我们来看一下这个系统的一个实际场景：

　　在杂货店,你买了一盒牛奶。牛奶的容器上的RFID标签储存了牛奶的过期日期和价格。当你从货架上拿起牛奶，架子上会显示出牛奶的截止日期或者信息可以通过无线网络发送到您的个人数字助理或手机。

　　当你走出商店,穿过嵌有RFID读取器的门。读取器会列出您的购物车里所有物品的价格,并把帐单送到你的银行,银行就从你的帐户中扣除相应金额。产品制造商就会知道你买了他们的产品,并且库存的电脑也会知道到底每一种产品需要再被准备多少。

　　你回到家就把你的牛奶放进也配备了RFID读取器的冰箱里。这个智能冰箱能够追踪里面储存的所有食品。它可以跟踪你使用的食物,记录你使用冰箱的频率,而且能让你知道什么时候牛奶和其他食物变质。

　　产品还可以被跟踪到他们被扔进垃圾桶或回收站。这时，你的冰箱就可以将牛奶加入到你的购物清单,或者你还可以给冰箱设定让冰箱自动订购这些物品。

　　基于你购买的产品,你的杂货店可以知道你独特的偏好。不再每周收到通用的杂货店特价简报,或许您会接收到一个专为你制作的简报。如果你有两个在上学年龄的孩子、一只小狗，你的杂货店就会寄给你果汁和狗食等您会喜欢的物品的优惠券。

　　为了让这个系统能实现,每个产品都要有一种独特的产品号码。麻省理工学院的Auto-ID中心正致力于研制电子产品代码(EPC)标识符,它可以代替条形码。每个智能标签可能存储96bit信息,包括产品制造商,产品名称和40bit序列号。在这个系统里,智能标签与一个叫目标命名服务的网络进行通讯。这个数据库将检索信息,然后直接将信息送到厂商的电脑上。

　　储存在智能标签里的信息用产品标记语言(PML)来写,主要是基于可扩展标记语言(XML)的。使用PML语言，所有的计算机都可以与任何计算机系统通讯，方法类似于网络服务器阅读超文本标记语言(HTML)—用于创建网页的语言。

　　RFID还没有达到这种阶段，但是RFID标签在你生活中起到的作用比你可能想象到的还要多。沃尔玛和Best Buy只是用RFID标签管理货存和市场销售的其中两大客户。被称作智能软件代理的自动化系统可以处理所有进出RFID标签的数据并像整理物品一样执行具体的行动 [来源:RFID期刊]。

　　美国零售市场主要通过使用近场通讯的支付系统在捆绑式的实施RFID技术。这些将成为未来的信用卡。

　　6. 近场通信、智能手机和RFID

　　近场通信(NFC)有很好的应用前景，因为它提出了安全性更高，更加便捷的下一代支付方式。有些信用卡内嵌有NFC芯片,可以通过在NFC付款终端上挥动付款而不是再终端上刷一下,因此就不可能有人能通过磁条读取你的数据。同样的系统也应用于智能手机：取决于电子支付如何在这项技术上进行挖掘。

　　谷歌正使用Google Wallet推动NFC支付。这项应用在多重安全保护下，存储了信用卡信息，可以在NFC终端迅速敲击付款。也就是说,这项技术的可用性取决于在零售商处NFC付款终端机的数量以及支持这项技术的手机数量——Google Wallet发行时仅能用于Android Nexus S系列智能手机。

　　这和RFID有什么关系吗?近场通信设备能读出无源RFID标签并提取储存在其中的信息。这种技术被用于现代广告中。例如,想象一个正常的牛仔裤广告海报, 在购物中心墙上能看到的那种。广告商可以RFID标签做一个”智能”海报可以与客户产生更多的互动。

　　用一个NFC手机对着带有RFID标签的智能海报挥动一下,你就能得到一个在梅西百货公司购买这些牛仔裤的九折优惠券。无源RFID标签的成本很低,完全可以用在吸引客户的宣传材料上。

　　NFC和RFID技术在零售界有很大的前景,但安全问题仍然是一个普遍关心的问题。一些批评家觉得要对厂商跟踪和记录采购的主意保持警觉。零售不是唯一使用RFID技术的产业:在下一章节,我们将了解政府如何使用RFID标签。

　　7. 政府发行的RFIDs

　　美国政府的Real ID项目

　　从空中交通到道路交通,安全正成为一个更迫切的问题,有些人认为他们现在比以往任何时候都受到更密切的监护。真实身份Real ID, 是9/11委员会开发的项目,旨在改进官方证件的发行方式。实际上, Real ID项目尚未被批准(并处于热烈讨论中),首先被提出的Real ID是真实身份的驾驶执照。DHS在2007年3月1日发出通知,提出对真实身份的驾驶执照立法。《真实身份驾驶执照可以使得过境加拿大更加容易,并且相比标准的驾驶执照,它还可以让你接近联邦设施,联邦飞机和核电站[来源:安全部]。美国将会选择是否在真实身份驾照里嵌入RFID芯片取代现行的二维条码。

　　虽然许多消费者很愿意购买RFID标签跟踪的货物,但美国政府立法强制护照被嵌入RFID芯片，让一些人大动肝火。

　　2006年8月14日,美国国务院开始发行电子护照,或e-passports。在2001年911恐怖袭击后,国土安全部门(DHS)提出了e-passport的安全措施，有利于空中交通安全、边境安全、以及美国机场更有效率的海关程序。e-passport加强的安全特性有——一个芯片识别号码、数字签名和作为一种生物标识的照片——因此不可能去伪造护照。

　　e-passport将提高安全性,但有这么多的个人信息嵌入在其中,已经有越来越多的人担忧e-passport身份文件被人盗用的潜在可能。e-passports可能发生的两种形式的身份盗窃有:

　　略读:在 e-passport持有人不知道的情况下，被人使用RFID读取器从一个RFID芯片里扫描数据。

　　窃听:当RFID读取器扫描RFID时，RFID发射的频率被别人解读。

　　然而,DHS坚持e-passport的使用完全安全和并已采用适当预防措施,以确保用户信息被保密。

　　为了防止略读,e-passport内含一个金属的反略读anti-skimming装置。这个装置是插入在护照封面和第一页中间的一个射频防护。当e-passport被合上时,它根本就不能被扫描;当它打开时,只能被3.9英寸(10公分)距离内的扫描仪读取 [来源:美国国家]。

　　为了防止窃听,DHS已下令彻底覆盖和封闭隔离所有扫描e-passport的区域，信号就不会泄露给被未授权的RFID读取器。

　　e-passport价格是97美元。这个成本看似很高,而在机场安装射频识别读取机的成本会更为惊人。采用e-passport需要逐步改变,但当局已经开始讨论如何增强安全性以及在下一代e-passports中增加生物特征识别技术。

　　对e-passports的争论远远不及对人体芯片的争论。接下来,我们将来看一下RFID芯片在生物领域里所做的事。

　　8. 动物和人体芯片

　　动物芯片不是一件新鲜的事情——多年来农民都在一直使用RFID技术跟踪家畜。但是一些公司正在对用于宠物的动物芯片做更大的文章,有些公司可以提供对人类进行芯片植入。

　　RFID的宠物回收系统利用一个米粒大小的微芯片，内含宠物主人的联系信息,有时还有动物的医疗史。兽医用RFID读取器对走失的宠物进行扫描来确认它是否携带RFID。但是系统在这里会出现问题。有许多宠物回收系统在相互竞争,因此,也出现了许多种宠物微芯片。美国动物保护协会一直在选择一个普遍通用的RFID阅读器,让兽医可以用于读取宠物芯片,不考虑其制造商以及制造时间。2005年11月,布什总统签署了一项规范宠物微芯片和国家宠物主人资讯数据库的法案(来源:RFID期刊]。

　　尽管FDA在2004年批准了对动物和人类植入RFID芯片,从早在1996年的研究显示这些芯片植入在实验室老鼠身上会导致肿瘤 (源自华盛顿邮报)。确切地说是，植入导致肉瘤,从而影响身体组织。目前还没有研究证实癌症会在实验室老鼠以外的其它动物身上出现,而芯片对人类会产生哪些影响还言之过早。RFID芯片发射的无线电波尚没有任何对身体健康的负面影响。无论怎样,这些人体芯片的其他缺点可能会远远大于其优点。

　　VeriChip公司是人体芯片业务的领跑者。公司给每个芯片独特的识别号码接入其医疗数据库。VeriChip数据库包含紧急联络方式和医疗病史。有严重的医疗问题,如阿尔茨海默氏症的病人是理想的VeriChip芯片候选人。除了一次性植入费、VeriChip芯片根据你想在数据库上存储多少信息来收取年费——你可以选择仅仅存储你的姓名及联络资料还是将全部病史都存储进去。VeriChip的业务仍处于增长中, 所以不是每一家医院都有射频识别读取机。同样,医生也不会给每一个病人扫描来检查是否有芯片,所以VeriChip芯片是否有用还取决于医院和医生。

　　VeriChip在拥抱婴儿保护项目中有较大的成功运用。在此RFID监控系统下，一些医院的托儿所里的新生儿在脚踝上带上有RFID的脚镯。如果一个未经授权的人试图将孩子从医院带走,护士站以及安全通道处都会响起警报。在VeriChip网站上，你还可以看到更多关于保护婴儿的成功案例。

　　在下一章节,我们将听到RFID评论家关于跟踪设备在我们的现代世界中的评价。

　　RFID技术和SIDS

　　一位研究人员已经发展了一种射频识别系统来监控婴儿呼出的二氧化碳含量以防止婴儿猝死综合症SIDS。在这个体系中,传感器连接到婴儿摇篮，一旦他们发现孩子已停止了呼吸，就会响起声音警报，这潜在的保护了年轻的生命。在RFID杂志上可以了解更多有关这个SIDS预防系统的信息。

　　9. RFID评论

　　强制性的人体芯片

　　2007年10月,加州州长阿诺施瓦辛格签署了一项法案禁止任何雇主强迫雇员安装芯片。加利福尼亚也禁止RFID芯片在真实身份驾照上的使用[来源:RFID期刊]。

　　像许多新技术一样,人们害怕他们不懂的东西。对于RFID,消费者也有许多恐惧,有些是非常正当的担忧。这场辩论里你会看到为数不多的美国公民自由联盟和基督教联合站在同一边的情况。

　　人体芯片看起来比商品标签更加高级,RFID批评者担心,可能有一天人体芯片会变成强制性的。在2006年CityWatcher.com公司给他的两个员工安装了芯片后，这些恐惧开始失控。CityWatcher.com坚持说员工不是被迫的——他们自愿植入芯片以更方便去获取存放在安全柜里的文件。还有其他员工拒绝移植,并且他们的职位在公司里也没有受到任何影响。

　　除了上一节中讨论到VeriChip芯片扫描的局限性，对一些来说， VeriChip芯片背后还有很深厚的宗教以及公民自由问题的暗示。有些人认为VeriChip芯片预示着一个《启示录》中的圣经预言,并将芯片解释为“兽印记”。对于关心公民自由的人来说,该芯片将把我们一步一步地带入一个接近Orwellian一样的社会,在这样的社会里我们的思想和行动都将由人控制。

　　虽然我们可以选择是否要把RFID芯片植入自己或我们的宠物,但我们不能控制是否在我们购买的商业产品里放置标签。在《间谍芯片:有多少公司和政府计划用RFID跟踪你的一举一动》一书中，Katherine Albrecht和Liz McIntyre 描述了RFID标签最极端的应用场景。他们写道，RFID标签可以用来估计你的消费习惯和银行帐户来决定你要为购买的产品付多少钱。这听起来可能有些偏执,但一些黑客证实了RFID标签可以被伪造,包括打破他们的防盗功能并且改变产品相应的价格。因此需要有更好的加密技术来保证黑客无法用超灵敏天线窃取 RFID射频。

　　更重要的是,有些评论家认为依赖RFID(无线射频识别)系统作为首要的安全方法会让人类的安全检查站变得懒惰和无效。如果保安人员完全依赖商品的RFID防盗装置和政府发行鉴定的RFID技术来监视犯罪和恐怖分子,他们可能会错过就发生在眼前的犯罪活动。