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综述RFID研究现状及应用领域
摘要：RFID技术并不是一种新的技术，在军事、航空、图书馆、安全、医疗、体育、动物养殖等领域都有几十年的应用。RFID技术被应用于各行各业，例如个人或车辆的访问控制、部门存储安全、设备追踪、行李运输、快餐店、物流等等。RFID技术的应用带来了优势，优化了资源，提高了业务处理流程的效率，整体改善了客户服务、经营活动和医疗保健等领域。本次研究是依托一个大型项目，其目标是为医院病人的流向产生一个应用于移动手机端的模型。然而，本文的重点是研究射频识别的组成，即标签、天线和阅读器。这三个射频识别组件的研究结果将被用来开发我们的模型。
关键词：RFID技术；RFID探索；RFID的组成；RFID的应用；医疗领域的RFID
- 引言
RFID，即无线射频识别技术，是一个术语，用来描述一个识别系统。射频识别基于远程存储和数据检索，它由RFID标签、射频识别阅读器和后端数据库组成。RFID标签存储着对象的唯一标识信息，能够交流以允许远程检索ID。射频识别技术的关键在于RFID标签和RFID阅读器之间的通信。阅读器的阅读范围取决于其工作频率。通常阅读器有自己的软件运行在他们的ROM，它与其他软件交互来操作这些独特的识别标签。通常，用户通过应用程序对标签进行操作，应用程序与RFID阅读器交互获取标签信息。许多研究人员已经解决了射频识别系统的可靠性和性能相关的问题。RFID技术越来越流行，因为它能提高工作效率，并为利益相关者提供更好的服务。RFID技术已经被当做一种用于区别各种商业应用性能的差异的技术，但其潜力尚未得到充分挖掘。
- RFID技术的发展
在过去的几十年里，射频识别技术的发展已经经过了许多阶段。这种技术被用于跟踪商品的交付、快递服务和行李处理。其他应用程序包括自动收费支付、大型建筑部门的访问控制、特定区域内的个人和车辆控制、固定区域内的物品安全、用于工程追踪的设备、医院归档系统等。图1显示了在过去的几十年里RFID发展的各个阶段。
- RFID系统的工作原理
大多数射频识别系统都包含附加在物体上用于识别的标签。每个标签都有自己的“只读”或“可重写”内存，这取决于标签本身的类型和应用在什么地方。典型配置的内存一般用来存储产品信息，如对象的惟一ID、制造日期等。RFID系统中的另一个组件是RFID阅读器，阅读器在一定范围内产生磁场使射频识别系统来定位对象（通过标签）。高频电磁波信号触发标签进行应答，查询频率可以达到每秒50次。系统的主要组件之间的通信即标签和阅读器之间的通信。由于会生成大量的数据，工业供应链通过使用过滤器路连接到后台信息系统来处理这个问题。换句话说，为了处理这个问题，一些过滤软件，例如Savant被用于供应链中。这类软件作为信息技术和RFID阅读器之间的一个缓冲区。
有几种协议用来管理阅读器和标签之间的通信过程。当阅读器开始工作后，这些协议（高频：ISO 15693和ISO 18000 – 3，超高频：ISO 18000 – 6和EPC）开始用于识别过程。这些协议有特定的工作频率(如高频860 - 915 MHz或超高频13.56 MHz)。如果阅读器启动工作，标签进入阅读器工作范围内，标签会被激活，并将信号解码调制然后回应阅读器。阅读器范围中的所有标签都可能进行回应，因此在这种情况下，阅读器必须检测信号碰撞(多个标签的指示)。通过应用防冲突算法，可解决信号碰撞的问题，阅读器通过该算法将标签分类，基于频率范围（50个标签至100个标签）选择或处理每个标签。在这个连接上的阅读器可以对标签执行一些操作，如读取标签的标识符码和写数据到标签里。
阅读器对每个标签陆续执行这些操作。一个典型的射频识别系统工作流从图2中可以看到。
- RFID系统的组成
射频识别系统包括上面所介绍的各种组件。RFID系统主要依赖标签，各种操作也是基于标签。各组件的整合使RFID解决方案得以实现。射频识别系统包括五个组件（如图3）：
bull;标签（附在一个物体上，是唯一标识）
bull;天线（标签探测器，产生磁场）
bull;阅读器（标签信息的接收器，操作者）
bull;通信基础设施（使阅读器或射频识别系统通过IT基础设施工作）
bull;应用软件（用户数据库、应用程序、接口）。
- 电子标签
标签包含芯片，存储每个物体的唯一识别码（ID）。ID是一个存储在RFID内存的序号。这个芯片是由集成电路组成，并且嵌入在一个硅芯片里。RFID内存芯片可以是永久或可变的，这取决读/写的特征。只读和可重写电路不同的是只读标签包含固定数据，且并不能电子重写进行改变。而可重写标签中的数据可以在任何时间通过阅读器程序重新更改，没有任何限制。RFID标签有不同的大小和形状，这取决于应用程序和使用的环境。标签的制作材料也有各种各样的。例如，对于信用卡则用小塑料零件，小塑料零件附在各种对象和标签上。标签也嵌入在各种对象中，例如证件、布料、生产用料等。图4展示了不同大小和形状的射频识别标签。
射频识别标签还可以按读或写的功能分类。图5显示了五种类别的RFID标签。
这里介绍了三种类型的标签：被动式、半主动式和主动式。半主动式标签有主动式标签和被动式标签的组合特征。所以，现在主要是主动式和被动式这两种类型的标签被工业和大部分的RFID系统应用。RFID标签的基本特征是它们在RFID系统里的功能。这是基于它们的类别、频率、内存、安全性、数据类型和其他特征。这些特征是射频识别性能的核心，只在对RFID系统的效能上有所不同。图6时考虑到这些特点，比较了主动式和被动式标签。
5.1、标签的频率
RFID标签的种类取决于它们的频率。频率决定了抵抗干扰能力和其他性能属性。RFID标签的使用或选择取决于应用程序，不同的射频识别标签有着不同的频率。EPCglobal和国际标准化组织（ISO）是致力于开发超高频波段的RFID技术的国际化标准的主要组织。这两个组织仍在不断改进，彼此并不完全兼容。为了避免射频频率标准的混乱使用，大多数的国际组织有义务遵守国际电信联盟(ITU)的标准。以下是常用的频率：
bull;微波平均在2.45 GHz，这个频率的阅读器速度比超高频标签速度更快。尽管这个频率在潮湿的物体表面和金属附近的识别速度会受影响，但它在范围为1米左右的车辆跟踪等应用程序中能产生很好的效果。
bull;超高频指860 - 930 MHz范围，它可以在给定的时间快速识别大量的标签。所以，它有一个相当不错的识别速度。它与微波在应用时具有相同的限制，在潮湿的物体表面和金属附近的识别速度会降低。然而，它在3米范围内比高频传输数据快。
bull;高频指13.56 MHz，不到一米的阅读范围，但其价格低廉，在访问控制、销售物品标识应用上都非常有用，并且可以植入极薄的物体中，例如纸张。
bull;低频率指125 KHz，大约半米的阅读范围，主要用于短阅读范围的应用，如商店、制造工厂、出库入库控制、刷卡访问控制。这种低频标签当应用于潮湿环境和金属表面附近不会受到太大影响,。
- 天线
RFID天线收集数据，是阅读标签的媒介。它分为以下几种类型：（1）贴片天线，（2）门天线，（3）线性极化天线，（4）圆形极化天线，（5）单极或多级天线，（6）杆天线，（7）波束形成或相控阵列原理天线，（8）自适应天线，（9）全向天线 。
- RFID读写器
RFID阅读器是RFID系统的重要设备。它通过RFID天线以一定频率读取标签中的数据。简单来说，阅读器是一种产生和接受无线电信号的电子装置。天线包含一个附接的阅读器，阅读器通过天线，根据标签信号容量，解析标签的无线电信号。阅读器内部有防冲突模式且一个阅读器可以工作在多个频率上。这些阅读器将读写标签中的数据并传送到计算机系统中，为此目的可通过RS-232、RS-485或USB将阅读器连接到计算机中，这称为串行连接。也可以使用WiFi连接，使用这种连接方式的阅读器称为网络阅读器。阅读器是电子设备，可以独立使用，也可以与其他设备集成，以下组件或硬件包括在里面：（1）阅读器工作电源（2）通信接口（3）微处理器（4）通道（5）控制器（6）接收器（7）发射器（8）内存
7.1、标签的标准
读者通过天线与不同距离的标签进行通信。如果一个标签想回应阅读器，那么它需要获得能量与阅读器交流。例如，被动标签使用下面两种方法之一：
（1）近距离：近距离所使用的方法类似于变压器，标签和阅读器产生的磁场发生电感耦合（见图8）。
（2）远距离：远距离使用的方法类似于雷达，标签后向散射与电场耦合。
近距离射频识别系统和远距离射频识别系统的区别是近距离使用低频率，而远距离使用高频率。通常远距离RFID系统都是使用更高频率，例如超高频或微波。
- RFID系统的优缺点
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优点 |
缺点 |
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高速 |
易受干扰 |
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多用途、多形式 |
成本高 |
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减少人力消耗 |
一些材料会产生信号失真 |
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高精度 |
易产生超负荷阅读 |
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复制难度大 |
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多标签阅读 |
- 研究模型
我们的研究旨在利用“基于知识管理的上下文”产生一个模型实现在移动端展示病人的流向。为了做到这一点，我们需要研究射频识别的可行性以及RFID与医院信息系统集来改善医疗现状的可行性。本文探讨了射频识别技术的基本原理。其优点、类型、局限性和应用领域将进一步有助于开发医院的应用程序模型。RFID在病人流向中的应用是为了改善当前医疗现状尤其改善医疗设施。射频识别技术可以像在保健、访问控制、管理、存储和库存信息分析、业务流程、信息控制等领域一样，为医院提供全新的功能。以下部分将描述RFID技术在各个领域的应用，这将进一步帮助我们开发患者流向模型。
- 应用研究
进行的这项医院的案例研究表明，开发一个模型来表示患者流时，需要考虑一些与地点相关联的对象。将通过移动技术在真实环境中获取医院内的有限地点。以下组件已可以观察到患者的整体流向。然而，每个组件的深入使用仍有待探索。
bull;患者流向中辅助医疗人员的数量。
bull;患者流向中执行的操作的数量。
bull;患者流向中的资源。
bull;患者流向中的有限数量的地点。
bull;现有的IT基础设施获取的集成的过程中患者流向的信息。
系统应该支持资源的整合和优化，同时提高准确性和减少病人的过渡时间从而改善医疗服务。
10.1、RFID应用类型
前一节中的内容都是在医院案例中所定义的。然而，详细的内容仍有待探索。为了了解RFID应用在医院案例的好处，本文探讨了通用射频识别应用程序，如图10所示。
目标识别可以通过条形码、生物和RFID等各种方式进行。射频识别有两种基本类别（近距离和远距离）。短程应用程序需要标签离阅读器近距离，它在各种情况下都十分有用，例如，需要患者接近阅读器，这个时候只有一个患者能获得访问权利。远程应用程序不需要标签非常接近阅读器。类似的场景被成功用于各种物品的仓库（物流）如图9所示。图9中定义了一些最常见的应用，10.2节讨论了这些其他应用程序。
10.2、RFID技术在医疗上的应用
RFID应用于医疗保健不仅可以节省重要的医疗资源，还可以进一步促进病人得到更好的护理。RFID可以通过标记病人的档案、实时追踪医疗设备等措施减少医疗过程中的错误。射频识别技术在进一步改善了病人的护理情况下，通过整合医疗对象参与整个患者的护理过程。利用了RFID技术实时追踪设备可以极大提高工作效率、且提升患者就医体验。
10.3、RFID在安全和控制领域的应用
RFID标签可以被附加到设备、用户个人、公共财产例如身份证和车辆等财产上。通过在安全领域应用RFID，不仅对用户权限可以进行授予或撤销，也可以在特定区域记录个人访问和持续时间，也有利于审计追踪。这些类型的应用程序仔细考虑了时间和流量，这是非常重要的一个方面。
10.4、RFID技术在巡逻日志上的应用
RFID技术也用于审计和控制人身安全。应用程序给保安提供了巡逻的检查站。检查点是基于一个电子标签，安全门会在他们顺序巡逻通过阅读器时对他们进行扫描。当保安交换卡片后，阅读器会保持该记录的时间和地点，这将不仅有助于安保公司管理员检查安全门的性能，也能作为事件跟踪的依据。这个应用程序也可以帮助改善巡逻过程，例如在巡逻区域增加巡逻点或检查站。
10.5、RFID技术在行李托运中的应用
航空公司、行李打包和快递业因包裹丢失或快递延误损失十分大。处理大量来自不同地方、送往不同地方的包裹线路可能十分复杂。在这种场景下，RFID可提供最好的资源管理、有效的运作和包裹的高效运输。RFID有助于识别包裹，并提供记录，可以对行业上一些可能的方面提出建议以改进。这也让客户了解他们的快递物流过程。
10.6、RFID技术在收费公路上的应用
RFID技术通过不停车收费使收费、充电更方便，从而大大改
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