RFID及其相关技术的基础知识问答

　　近年来，随着科学技术发展速度的加快，人们对科技的关注也越来越多了。特别是关系到人们日常生活的科学技术，由于和人们的生活息息相关，人们在好奇之余也在努力适应这种新的技术。RFID就是其中之一。它不是一种新技术，但是，却是在近两年被重新提起的一种高科技。有关它的标准问题也是人们关注的焦点。

　　1、Q：什么是RFID的标准化？

　　A：RFID是各个厂家当初在互相独立和各自为政所规定的标准下开发出来的，所以缺乏统一规范。正因为如此，它在大规模的系统中很难得到运用。而热切希望普及RFID技术的领域，如物流界由于运作区域非常广泛，对RFID的标准化`极为重视。RFID标准化有标签和读写器间的通信协议，以及标签中ID的格式和数据检索的结构等方面。

　　2、Q：什么是EPC？

　　A：EPC的全称是Electronic Product Code，中文称为产品电子代码。EPC的载体是RFID电子标签，并借助互联网来实现信息的传递。EPC旨在为每一件单品建立全球的、开放的标识标准，实现全球范围内对单件产品的跟踪与追溯，从而有效提高供应链管理水平、降低物流成本。EPC是一个完整的、复杂的、综合的系统。

　　3、Q：EPCglobal是什么样的组织？

　　A：EPCglobal用中文解释为全球产品电子代码管理中心，是产品电子代码（EPC）在全球的管理机

　　构，它隶属于国际物品编码协会（GSI），是一个全球用户参与的、中立的、非营利性标准化组织。它通过国际物品编码协会（GS1）在全球103个国家和地区的编码组织（在我国是中国物品编码中心）来推动和实施 EPC工作，主要包括：推广EPC标准；管理EPCglobal网络；实施EPC系统的推广工作；与包括麻省理工科大学MIT （Massachusetts Institute of Technology）在内的7个Auto-ID实验室合作来进行研发。各国编码组织负责管理EPC系统成员的注册和标准化工作，在当地推广EPC系统，提供技术支持和培训。美国的沃尔玛、IBM、微软、英国的Tesco、荷兰的飞利浦、日本的DNP等数百家企业都是EPCglobal的成员。

　　4、Q：产品电子代码EPC与EAN·UCC编码的关系如何？

　　A：EPC编码是与EAN/UCC编码兼容的RFID编码标准。像任何编码一样，EPC编码必须有载体，通过贴在物品上的载体，物品才能得到标识和识别。RFID电子标签是EPC的唯一载体，EPC已经成为 GS1（由UCC和EAN合并后成立的）的一项主要业务。EPC编码与EAN/UCC编码是兼容的，实现了对单个产品的唯一标识，而EAN/UCC编码主要还是对产品类别进行标识。

　　5、Q：EPC编码是怎样构成的？

　　A：EPC编码由96位数码构成。在各位数里与条码类似地分配有厂家编号、产品编号等数字段。RFID是比条码具有更高水准的识别码。其主要特征是利用它可以在制造、流通、销售、使用直至再利用的全过程中有效地管理商品，并且有助于制定商品在流通中的最佳管理方式。从EPC编码的构成可以看出其数据量之大，不但可以面向数亿企业，而且每个企业能够为1000多万种商品、每种商品可以对680亿个单品赋码。

　　A：尽管已有低频、高频、超高频、甚超高频等多种频段已为RFID所利用，但是EPC编码标准只是利用超高频UHF（ultrahigh frequency）频段（860MHz-960MHz）。而UHF频段已被手机、无线广播和其他无线业务所占用。各国为了减小对不宜清理的部分频率的影响，各自选用了UHF内的不同频段为RFID专用。美国选用915MHz，欧洲选用868MHz，日本在结束第二代手机后将952MHz-954MHz或 950MHz-956MHz让位于RFID。中国香港地区是865MHz-868MHz。而中国由于目前这个范围被GSM、CDMA等占用，所以在清理的基础上考虑将917MHz-922MHz分配给RFID使用，也有利用860Mhz以下频段的说法，目前尚未做出最终决定。

　　7、Q：EPC标准有什么特点？

　　A：由于目前的EPC Gen2（关于Gen2和下文提到的Gen1请参阅后文的介绍）标准只是针对UHF频段，它适合长距离的读写（读取ID可达8m左右的距离），因此主要应用在物流等需要通信距离长的领域。目前EPC没有对UHF以外的其它频段制定标准。也就是说EPC的主要对象是物流，特别是物流中的流通领域，如用于购物。这样把目标限定在很窄小范围内的最大好处在于可以降低电子标签的成本。成本降低到一定程度，例如5美分（0.4元人民币），小商品上就可以使用电子标签。EPC Gen2中对于空中接口的标准融合了Gen1和ISO协议中有关空中接口的优点，加上一些从其他通讯系统借鉴来的信息，如从802.11 Wi-FI路由器，来实现读写器和标签的通信，这样会比现存的RFID协议更快捷、更可靠，并且可以解决对环境的噪声污染问题。经EPCglobal批准的EPC通信协议标准已经提交ISO，即将成为国际通用标准。虽然目前定义完成的Gen2是针对UHF频段的，但是EPC正在和将要制定高频（HF）和 2.45GMW频段的标准。

　　8、Q：电子商品编码EPC系统包含哪些内容？

　　A： EPC系统是一个非常先进的、综合性的和复杂的系统。其最终目标是为每一单件商品建立全球开放的标准标识代码。它由电子商品代码（EPC）体系、射频识别（RFID）系统及信息网络这三个系统构成。主要内容由编码标准、电子标签、读写器、中间件，Savant系统（神经网络软件）、对象名称解释服务 （ONS：Object Name Service）、物理标记语言（PML：Physical Markup Language）等六个方面组成。EPC系统及主要内容由下表表示：

　　9、Q：EPC的信息网络系统是怎样实现ID信息检索的？

　　A： EPC对于ID进行信息检索的部件是：（1）Savant，（2）PML（Physical Markup Language） ，（3）ONS（Object Name Service）的三点。其中Savant是连接RFID读写器系统的操作软件。PML（Physical Markup Language）是提供与ID相关联信息的服务器。ONS在识别那些PML服务器所提供ID情报中，起到DNS（Domain Name Server）的类似作用。其处理流程如下。一旦Savant检测到特定的ID以后，便向ONS服务器查询相应于ID的PML服务器中的地址。然后，根据得到的地址去查询PML服务器，便可得到ID所对应的准确信息。

　　10、Q：什么是EPC的Gen1？

　　A： Gen1标准是EPCglobal的前身Auto-ID Center制定的。EPC的Gen1是第一代之意，Gen是generation（世代）的缩写。它包括Class 0协议和Class 1协议，其中Class 0协议下的标签是只读的，不可以写入；而Class 1协议下的标签虽是可读写的，但是只能写一次，写完后就成为只读标签，这两种协议下的标签都不具有保密性。Class 1和Class 2协议都是EPC的标准协议。

　　11、Q：什么是EPC的Gen2？

　　A：因Gen1存在许多问题，EPCglobal在Gen1颁布不久便立即开始制定的新的标准协议Gen2。Gen2事实上是EPCglobal 制定的Class 1 UHF频段射频识别空中接口的第二代标准。在Gen2协议下的标签可以重复读写，并且增加了保密性能。其标准和ISO18000-6类似。Gen2的特点参照后文。

　　12、Q：EPC的Gen2经历了怎样的发展过程？

　　A： Auto-ID Center的目标是规范编码系统和网络构造，并且采用ISO协议作为空中接口标准。早期，EAN和UCC致力于努力制订符合ISO的UHF协议的全球标签（GTAG）的标准。但是，Auto- ID Center反对这样做，原因在于ISO中的UHF协议过于复杂，并且因此导致电子标签的成本居高不下。

　　Auto-ID Center开始开发独自的UHF协议，最初计划制订一套适用于不同级别标签的协议。级别越高的标签更完善。结果却一直在调整计划。

　　最终，Auto-ID Center采用Class 0和Class 1的两种不同的协议，这意味着终端用户必须购买不同的读写器来读取Class 1和Class 0的标签。

　　2003 年，Auto-ID Center的EPC技术因得到了UCC的认可，而开始与EAN组织进行合作，使EPC技术商业化。2003年11月，EPCglobal成立，Auto -ID Center将Class 0和Class 1协议转交EPCglobal。后来EPCglobal通过会议批准Class 0和Class 1协议作为EPC标准。

　　Class 0和Class 1协议有两个缺点，其一是Class 0和Class 1协议互不兼容，并且与ISO更不兼容。其二是它们不能做到全球通用。例如，Class 0发射信号时使用一种频率，而接收信号时用另一种不同频率。这与欧洲的标准不同。

　　2004年，EPCglobal开始着手第二代协议（Gen2）的开发，这个协议与Gen1不同，而是要使 EPC标准将更加接近ISO标准。2004年12月，EPCglobal又通过了Gen2。这样Gen2和ISO标准同时成为RFID产品厂家的标准。

　　Gen2虽然接近了ISO，但是，关于AFI却与ISO不同。所有的ISO标准都有AFI，这是一个8bit的编码，用来识别标签源码，来防止EPCglobal对标准的垄断。但是，生产商已经开始用Gen2标准来生产产品，这将在供应链中形成全球使用Gen2的趋势。

　　EPC的Gen2标准将以18000-6 Type C的形式，于2006年3月得到ISO的批准认可，纳入ISO标准体系。

　　13、Q：为什么说Gen2标准是一个相当完备的标准？

　　A： Gen2中对于空中接口的标准融合了Gen1和ISO协议中有关空中接口的优点，加上一些从其他通讯系统借鉴来的信息，如从802.11 Wi-FI路由器，来实现读写器和标签的通信，这样会比现存的RFID协议更快捷、可靠，并且可以解决对环境的噪声问题。所以这个Gen2不是一个泛泛的概念，而是有具体明确对象的。

　　射频识别的常用频率范围有HF ISM频段，UHF 860MHz-960MHz频段，MW 2.45GHz频段等。不同频段的射频识别各有技术特点，然而针对EPC物品编码应用的大物流，供应

　　链管理的应用需求，UHF频段具有读写距离远，通讯速率较高等优势而成为最适合上述应用的频段。因此，自EPCglobal接管Auto-ID Center之初，就成立了专门的硬件工作组（Hard ware Action Group， HAG）负责制订EPC射频识别的空中接口技术，首先进行的就是UHF频段的。该工作组几乎集合了全球最主要的射频识别硬件供应商，在已有的UHF射频识别标准（如ISO/IEC 18000-6）、已有用户需求和相关技术储备基础上，该工作组根据EPC应用的特殊需求进行了前后长达两年的分析、论证最终制定了我们所说的Gen2标准。从这一点上，我们就可以说Gen2标准是一个不同一般的射频识别空中接口标准。从技术上说，这个标准是一个相当完备的标准，当然这样造成的后果是实现的复杂度提高，芯片设计难度及制造成本也相应提高。（朱正）

　　14、Q：与Gen1相比，Gen2的最基本的优越性有哪些？

　　A：与Gen1相比，Gen2的最基本的优越性在于：

　　更快的读取率

　　Gen2 协议是为了使读者能在RFID标签中读取和写入数据比Gen1协议更快而设计的。Gen2支持标签到读写器转变率最高可达到640Kbit/sec，相比较而言，Gen1的Class 0是140Kbit/sec，Class 1为80Kbit/sec，比率的提高意味着公司可以用比从前高出很多的速率来读取标签，以适应现场对读取速度的要求。此外，Gen2标签每写入 16bit要少于20毫秒。写入一个96bit的EPC，加上开头（标签里储存的一些额外信息）不超过140msec，并且允许读写器以高于7个标签 /sec的速度工作，这种速度能满足目前生产线上的实时要求，因此现场不需要放慢他们的生产线的速度就能为标签写入EPC。

　　较长的密码

　　新的Gen2使用32bit长的密码，同时也用来终止、锁定和开启记忆。这意味着至少有4亿多种密码可供选择，除了得到标签的所有者的许可之外，没有人能够破坏或停止标签的工作状态。

　　15、Q：Gen2的性能方面的提升或者说技术特点是什么？

　　A：Gen2的性能方面的提升或者说技术特点主要有下面这几个方面：

　　第一，Gen2在制定过程中，伴随着世界主要区域的用于射频识别的无线电频段的划分和落实。所以

　　Gen2标准充分考虑了全球范围内的通用性，Gen2标准规定了多种编码、信号调制方式，使得射频识别标签及读写器能够在符合地方无线电管理标准的前提下最大程度提升系统性能。

　　第二，Gen2标准提出了全新的密集读写器（Dense-Reader）模式的解决方案，在后面的问题中我们再具体了解。

　　第三，Gen2标准有效地将Ghost Read（幻影标签）的发生概率极大地降低了，理论分析针对EPC的大物流应用，其发生概率也仅为1个/年。

　　第四，明确规范了kill指令及Lock指令，用于实现隐私保护的用户需求。（朱正）

　　16、Q：Dense-Reader模式是怎样的工作原理？

　　A： Gen2中的Dense Reader模式也是针对EPC的大物流和供应链管理的具体应用提出的。在这些应用中，常常会出现在一个相对较小的物理空间，比如一个仓库中，同时存在着十几甚至几十台读写器的情况。不同于其他的无线通信系统，射频识别系统中从标签返回的信号强度是非常弱的，而标签又是无源低成本的，无法实现复杂的编码和调制方式，标签基本上只能以调幅的形式返回信号。因此，即使通过读写器选择不同通信信道的方式，近旁信道的读写器仍然会对信道中工作的读写器和标签产生干扰。针对这一问题，以往的解决方案是读写器在工作前通过侦听信道中的信号强度来决定是否开启，即所谓的“发前听”（Listen Before Talk）方式来实现。

　　第一，但这种方式的效率低，并且一个对旁瓣抑制差的读写器可以轻易地将工作场所内的其他读写器设置为工作无效。

　　第二，针对这一问题，Gen2制定了专门的Dense-Reader模式。该

　　模式主要通过降低信号通信速率来降低收发信号的带宽，同时严格限制读写器的收发信道的带宽，通过采用滚降系数大的滤波器来抑制带外信号泄露和噪声，从而实现各个信道之间的读写器和标签互不干扰。同时，针对标签，通过设计解码滤波器，提升标签对其他信道读写器干扰的抑制。

　　第三，做个形象的比喻：如果一条马路宽度一定，我们划分成一定数量的车道，如果汽车的限速是120公里，为了安全考虑，车道宽度比较大，也许我们只能划出4 车道，而限速如果降低到60公里，那么车与车之间的影响就会减小，我们就可能可以划出6车道，而如果进一步降低限速，比如我们都改骑自行车，那么同样的马路我们可能就可以让20辆自行车互不干扰地运行了。如果我们在车道间在加上良好的隔离（滤波抑制），那么我们就可以进一步提升同时运行的自行车数量了。（朱正）

　　17、Q：较长识读距离对系统识读率由何好处？

　　A：长识读距离是绝大部分射频识别系统性能优化的需求。较长的识别距离对于提高读出率、吞吐率、以及可靠性都有帮助。（朱正）

　　18、Q：怎样才能有较长的识读距离？

　　A：提高识读距离是关系整个射频识别系统的，一般而言我们可以通过几个方面来提高识读距离：降低标签芯片的功耗是最直接的手段；作为标签芯片的核心技术之一的整流电路的效率也是关系到识读距离的重要因素，采用整流效率高的电路结构和元件是目前常用的解决方法；降低信道之间的干扰也是提高识读距离的重要手段。（朱正）

　　19、Q：Ghost Read是怎么回事？

　　A： Ghost Read，现在还没有看到国内有什么准确的翻译方法，我暂时翻译为幻影标签。那么Ghost Read是什么呢？就是读写器得到了实际在通信范围内并不存在的标签，可能这个标签上存储的EPC号码是在别的产品、别的物理空间中的，也可能在整个系统中的任何地方都没有出现过。相对于标签丢失而言，Ghost Read对于系统的影响更严重。（朱正）

　　20、Q：Gen2是怎样避免Ghost Read出现的？

　　A：解决Ghost Read的方式主要依靠严格时序结构、随机数确认通信有效，数据完整性检查等手段加以避免。以Gen2为例，读写器必须经过八重严格定义的检查机制才能够得到一个标签中的EPC编码，这样就将Ghost Read的出现概率大大降低了。（朱正）

　　21、Q：Gen2技术的将来性如何？

　　A： Gen2是一个非常完备的UHF频段射频识别标准，其未来将会和条形码一样成为我们日常生活的一个部分。回顾射频识别技术在过去几年中的发展，我们可以看到整个社会对射频识别技术的认识从无到有，然后是狂热追捧，接着又出现了低谷。现在是真正进入应用，产生价值的时候了。吉列公司通过采用射频识别技术，已经将缺货率降低了20%。我们确实欣喜地看到越来越多的成功案例。而标签、读写器等硬件成本也在不断下跌，Gen2技术大规模应用的到来已为时不远了。（朱正）

　　22． Q：采用EPC C1 Gen2的空中接口协议是否一定需要采用EPC编码？

　　A：并不需要。EPC C1 Gen2空中接口协议是一个非常宽容的协议，制定中考虑了非EPC编码的需求。在EPC C1 Gen2 v1.1.0的最终版6.3.2.1.2.2部分详细定义了协议控制字。简单地来说，在控制字中有一位表示是否存储的是EPC编码，如果是EPC编码则控制字中的其它位存储相应的EPC信息，如果不是EPC编码，则为非EPC编码，控制字存储的是符合ISO 15961规范的应用类型AFI编码。从而实现了和国际标准的兼容性。在这个架构基础上，我们完全可以采用符合我国应用需求的编码。

　　23、Q：EPC必须遵循哪些规则？

　　A：EPC必须遵循下述原则：

　　全球通用、开放、中立。

　　在知识产权（IP）方面免专利使用费（Royalty free）。

　　价格低、性能高的RFID标签和读写器。

　　标签尽量简单，ID信息保持在网络中。

　　供应链上的所有环节上都要保

　　24、Q：UID是怎么回事？

　　A：泛在ID中心（Ubiquitous ID Center）是以东京大学的坂村健教授所主持的TRON项目为基础，于2002年12月设立的标准化团体。其宗旨为将自动物体识别作为RFID的核心。不仅以代替条码（一维条码和二维条码）为目标，而且在日常生活的各个领域里全面提供新式服务为基础来推动RFID的应用。作为基本ID利用由128位数码组成的U-CODE，我们常称之为UID编码。该中心在研究如何以ID被发行的时间和场所等为基础来自动生成ID的方法。另外UID的体系不仅限于通常的 RFID标签，而且包括搭载有CPU的密码化电子标签。这样一来UID体系涵盖和涉及了RFID标签的多种多样的应用，所以该体系的主要特征为在提高现存的各类标签体系的水准为前提推行标准化。

　　25、Q：国际标准化组织ISO有哪些相关标准？

　　A：标签和读写器间的通信协议的标准化规格正在由国际标准化组织ISO进行制定。作为已经确定的标准有ISO14443、ISO15693和ISO18000等种类。

　　其中ISO14443和ISO15693同时为13.56MHz频带所利用。ISO14443是关于认证和电子货币那样保密程度高的情况下利用RFID或非接触的IC卡的通信标准。主要有Type A（IC电话卡等），Type B（身份证件等），Type C（FeliCa）的三种。ISO15693是以作为商品等目的来应用为前提的RFID通信规格。规定了内存的读写等基本指令却没有规定密码化等保密机能。

　　近来，ISO又制定和公布了ISO 18000标准，这个标准写入了包括在供应链中用于货物跟踪的空中接口协议。ISO18000兼顾了世界上的七种RFID的主要频段标准。ISO14443和ISO15693以及这七种标注的内容汇总如下：

　　国际标准化组织（ISO）还制订出有关动物跟踪的RFID标准。

　　ISO11784详细说明了标签数据的构成方式。

　　ISO11785定义了空中接口协议。

　　ISO还建立了测试RFID标签与读卡机一致性的标准（ISO 18047），和测试RFID标签与读卡机性能的标准（ISO 18046）。

　　有关在供应链中利用RFID来进行货物跟踪的标准很少。ISO提议探讨有关四十英尺海运集装箱、托盘、运输工具、具体案例等特殊条款。

　　注：各问的回答后括号内的解答者为上海坤锐电子科技有限公司常务副总经理朱正先生。