RFID技术和应用

导读:上层中间件及应用软件与读写器进行交互,以减少与中间件及应用软件之间数据交换的流量,是由飞利浦和索尼联合开发的一种全新的近距离无线通信技术,飞利浦与索尼公司于2002年共同发明NFC技术,NFC由非接触式射频识别(RFID)及互联互通技术整合演变而来,在单一芯片上结合,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,NFC技术在ISO18092、ECMA3

RFID技术和应用

1.6.1 电子标签

上面已经介绍,由耦合元件及芯片组成,每个RFID标签具有唯一的电子编码,附着在物体上标识目标对象。

1.6.2 读写器

读写器也称读卡器,是对RFID标签进行读/写操作的设备,主要包括读卡器天线、射频模块和数字信号处理单元。读卡器天线既可以内置于读卡器中,也可以通过同轴电缆与读卡器的射频输出端口相连。读卡器和电子标签之间一般采用半双工通信方式进行信息交换,同时读卡器通过耦合给无源标签提供能量和时序。

读写器是RFID系统中最重要的基础设施,一方面,RFID标签返回的微弱电磁信号通过天线进入读写器的射频模块中转换为数字信号,再经过读写器的数字信号处理单元对其进行必要的加工整形,最后从中解调出返回的信息,完成对RFID标签的识别或读/写操作;另一方面,上层中间件及应用软件与读写器进行交互,实现操作指令的执行和数据汇总上传。在上传数据时,读写器会对RFID标签原子事件进行去重过滤或简单的条件过滤,将其加工为读写器事件后再上传,以减少与中间件及应用软件之间数据交换的流量,因此在很多读写器中还集成了微处理器和嵌入式系统,实现一部分中间件的功能,如信号状态控制、奇偶位错误校验与修正等。未来的读写器呈现出智能化、小型化和集成化趋势,还将具备更加强大的前端控制功能,例如直接与工业现场的其它设备进行交互甚至是作为控制器进行在线调度。在物联网中,读写器将成为同时具有通讯、控制和计算(communication, control, computing)功能的C3核心设备。

1.6.2.1 NFC标准

NFC英文全称Near Field Communication,是由飞利浦和索尼联合开发的一种全新的近距离无线通信技术。飞利浦与索尼公司于2002年共同发明NFC技术,并于2004年共同创立NFC论坛。如果ISO 14443A(亦是Philips自有的MIFARE)与FeliCa各自发展,将有可能如过去Beta、VHS录像带规格的无谓争斗,所以Philips与SONY决定共同推展一统性的方案,即是NFC。NFC将可兼容现有的ISO 14443A及FeliCa

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(曾期望申请为ISO 14443C,但之后放弃),使身份辨识的无线芯片卡获得更专注一致的发展。

NFC由非接触式射频识别(RFID)及互联互通技术整合演变而来,在单一芯片上结合感应式读卡器、感应式卡片和点对点的功能,能在短距离内与兼容设备进行识别和数据交换。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。

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。NFC的短距离交互大大简化整个认证识别过程,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。 1.6.2.2 手机的NFC芯片

图表 3 NFC终端功能框图

NFC采用Inside公司Microread芯片,符合ETSI标准。芯片支持ISO/IEC 14443A/B、ISO/IEC 15693、Felica、NFCIP-1、Mifare 1k/4k等协议。

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BROWSERJAVA 客户端APPSTKBIP Server方式HTTPHCI协议JSR257JAVA客户端方式JSR177TCP/IPGPRS/EDGE UARTR7BIP(R99)HCI协议HCI协议NFC controlerSWPAPDU C6 NFC芯片 NFC 终端SIM ISO7816 图表 4 NFC终端软件架构

1.6.2.3 POS终端的NFC读写器

PN512是一个高度集成的非接触读写芯片,集成了13.56MHz下的各种主动/被动式非接触通信方法和协议。PN512传输模块支持4种不同的工作模式:

1. 读写器模式,支持ISO 14443A / MIFARE?和FeliCa机制 2. 读写器模式,支持ISO 14443B机制

3. 卡操作模式,支持ISO 14443A / MIFARE?和FeliCa机制 4. NFCIP-1模式

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PN512在读写器模式中支持MIFARE? Classic加密,故兼容现有的非接触式逻辑加密卡,适用于各种基于ISO/IEC 14443A标准并且要求低成本、小尺寸、高性能以及单电源的非接触式通信的应用场合。

? 公共交通终端 ? 手持终端 ? 板上单元

? 非接触式PC终端 ? 计量

? 非接触式公用电话 1.6.3 应用软件系统

中间件(middleware)是一种面向消息的、可以接受应用软件端发出的请求、对指定的一个或者多个读写器发起操作并接收、处理后向应用软件返回结果数据的特殊化软件。中间件在RFID应用中除了可以屏蔽底层硬件带来的多种业务场景、硬件接口、适用标准造成的可靠性和稳定性问题,还可以为上层应用软件提供多层、分布式、异构的信息环境下业务信息和管理信息的协同。中间件的内存数据库还可以根据一个或多个读写器的读写器事件进行过滤、聚合和计算,抽象出对应用软件有意义的业务逻辑信息构成业务事件,以满足来自多个客户端的检索、发布/订阅和控制请求。

应用软件(application software)是直接面向RFID应用最终用户的人机交互界面,协助使用者完成对读写器的指令操作以及对中间件的逻辑设置,逐级将RFID原子事件转化为使用者可以理解的业务事件,并使用可视化界面进行展示。由于应用软件需要根据不同应用领域的不同企业进行专门制定,因此很难具有通用性。从应用评价标准来说,使用者在应用软件端的用户体验是判断一个RFID应用案例成功与否的决定性因素之一。

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图表 5 RFID数据传递

1.7 RFID的行业标准 1.7.1 RFID标准体系

1. EPCglobal 美国 2. ISO标准体系

3. UID (Unique Identification ) 日本 这些标准各自具有不同的特点。目前,EPC标准在案例方面和企业支持力度方面具有一定的领先优势,已经成功地实现了从GEN1到GEN2的演进,许多符合GEN2的产品已经面世。ISO标准则秉持标准的基本理念,少了一些商业利益,更侧重标准的中立性,因此对于加速RFID产业的发展来说,似乎更具有弹性和发展前景。而对于UID标准,通过汇集来自各方面的信息,似乎正在逐步迈向滑铁卢。

标准构成:

1. 技术标准(如符号、射频识别技术、IC卡标准等); 2. 数据内容标准(如编码格式、语法标准等); 3. 一致性标准(如印刷质量、测试规范等标准); 4. 应用标准(如船运标签、产品包装标准等)。

其中编码标准和通信协议(通讯接口)是几个标准体系中争夺得比较激烈的部分,它们也构成了RFID标准的核心。

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