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RFID相关技术和应用标准简介

来源:中国科学院自动化研究所RFID研究中心      作者:刘禹      2010/6/5 12:45:55
    由于RFID的应用牵涉到众多行业,因此其相关的标准盘根错节,非常复杂。从类别看,RFID标准可以分为以下四类:技术标准(如RFID技术、IC卡标准等);数据内容与编码标准(如编码格式、语法标准等);性能与一致性标准(如测试规范等);应用标准(如船运标签、产品包装标准等)。

    具体来讲,RFID相关的标准涉及电气特性、通信频率、数据格式和元数据、通信协议、安全、测试、应用等方面。

    与RFID技术和应用相关的国际标准化机构主要有:国际标准化组织(ISO)、国际电工委员会(IEC)、国际电信联盟(ITU)、世界邮联(UPU)。此外还有其他的区域性标准化机构(如EPC global、UID Center、CEN)、国家标准化机构(如BSI、ANSI、DIN)和产业联盟(如ATA、AIAG、EIA)等也制定与RFID相关的区域、国家、或产业联盟标准,并通过不同的渠道提升为国际标准。

RFID主要频道标准和特性

    主要技术标准体系

    目前RFID存在三个主要的技术标准体系,总部设在美国麻省理工学院(MIT)的Auto-ID Center(自动识别中心)、日本的Ubiquitous ID Center (泛在ID中心,UIC)和ISO标准体系。

    EPC Global

    EPC Global是由美国统一代码协会(UCC)和国际物品编码协会(EAN)于2003年9月共同成立的非营利性组织,其前身是1999年10月1日在美国麻省理工学院成立的非营利性组织Auto-ID中心。

    Auto-ID中心以创建“物联网”(Internet of Things)为使命,与众多成员企业共同制订一个统一的开放技术标准。旗下有沃尔玛集团、英国Tesco等100多家欧美的零售流通企业,同时有 IBM、微软、飞利浦、Auto-IDLab等公司提供技术研究支持。

    目前EPC Global已在加拿大、日本、中国等国建立了分支机构,专门负责EPC码段在这些国家的分配与管理、EPC相关技术标准的制定、EPC相关技术在本国的宣传普及以及推广应用等工作。

    EPC Global“物联网”体系架构由EPC编码、EPC标签及读写器、EPC中间件、ONS服务器和EPCIS服务器等部分构成。

    EPC赋予物品惟一的电子编码,其位长通常为64位或96位,也可扩展为256位。对不同的应用规定有不同的编码格式,主要存放企业代码、商品代码和序列号等。最新的GEN2标准的EPC编码可兼容多种编码。

    EPC中间件对读取到的EPC编码进行过滤和容错等处理后,输入到企业的业务系统中。它通过定义与读写器的通用接口(API)实现与不同制造商的读写器兼容。

    ONS服务器根据EPC编码及用户需求进行解析,以确定与EPC编码相关的信息存放在哪个EPCIS服务器上。

    EPCIS服务器存储并提供与EPC相关的各种信息。这些信息通常以PML的格式存储,也可以存放于关系数据库中。

    Ubiquitous ID

    日本在电子标签方面的发展,始于20世纪80年代中期的实时嵌入式系统TRON。T-Engine是其中核心的体系架构。

    在T-Engine论坛领导下,泛在ID中心于2003年3月成立,并得到日本政府经产省和总务省以及大企业的支持,目前包括微软、索尼、三菱、日立、日电、东芝、夏普、富士通、NTT DoCoMo、KDDI、J-Phone、伊藤忠、大日本印刷、凸版印刷、理光等重量级企业。

    泛在ID中心的泛在识别技术体系架构由泛在识别码(uCode)、信息系统服务器、泛在通信器和ucode解析服务器等四部分构成。

    uCode采用128位记录信息,提供了340×1036编码空间,并可以以128位为单元进一步扩展至256、 384或512位。uCode能包容现有编码体系的元编码设计,可以兼容多种编码,包括JAN、UPC、ISBN、IPv6地址,甚至电话号码。 uCode标签具有多种形式,包括条码、射频标签、智能卡、有源芯片等。泛在ID中心把标签进行分类,设立了9个级别的不同认证标准。

    信息系统服务器存储并提供与ucode相关的各种信息。

    uCode解析服务器确定与uCode相关的信息存放在哪个信息系统服务器上。uCode解析服务器的通信协议为 uCodeRP和eTP,其中eTP是基于eTron(PKI)的密码认证通信协议。

    泛在通信器主要由IC标签、标签读写器和无线广域通信设备等部分构成,用来把读到的uCode送至uCode解析服务器,并从信息系统服务器获得有关信息。

    ISO标准体系

    国际标准化组织(ISO)以及其他国际标准化机构如国际电工委员会(IEC)、国际电信联盟(ITU)等是 RFID国际标准的主要制定机构。大部分RFID标准都是由ISO(或与IEC联合组成)的技术委员会(TC)或分技术委员会(SC)制定的。

    RFID主要标准简介

    RFID系统主要由数据采集和后台应用系统两大部分组成。目前已经发布或者正在制定中的标准主要是与数据采集相关的,主要有电子标签与读写器之间的空气接口、读写器与计算机之间的数据交换协议、电子标签与读写器的性能和一致性测试规范,以及电子标签的数据内容编码标准等。后台应用系统目前并没有形成正式的国际标准,只有少数产业联盟制定了一些规范,现阶段还在不断演变中。

    电子产品编码标准

    RFID是一种只读或可读写的数据载体,它所携带的数据内容中最重要的是惟一标识号。因此,惟一标识体系以及它的编码方式和数据格式,是我国电子标签标准中的一个重要组成部分。

    惟一标识号广泛应用于国民经济活动中,例如我国的公民身份证号、组织机构代码、全国产品与服务统一代码扩展码、电话号、车辆识别代号、国际证券号等。尽管国家多个部委在惟一标识领域开展了一系列的相关研究工作,但与发达国家相比,我国的惟一标识体系总体上处于发展的起步阶段,正在逐步完善中。

    1.产品电子代码 EPC

    EPC是由EPC global组织、各应用方协调一致的编码标准,可以实现对所有实体对象(包括零售商品、物流单元、集装箱、货运包装等)的惟一有效标识。

    EPC由一个版本号加上域名管理者、对象分类、序列号三段数据组成的一组数字。其中EPC的版本号标识EPC的长度或类型;域名管理者是描述与此EPC相关生产厂商的信息;对象分类记录产品精确类型的信息;序列号用于惟一标识货品单件。

    EPC与目前应用最成功的商业标准EAN.UCC全球统一标识系统是兼容,成为EAN.UCC系统的一个重要组成部分,是EAN.UCC系统的延续和拓展,是EPC系统的核心与关键。

    2.EAN.UCC

    EAN国际物品编码协会成立于1977年,是基于比利时法律规定建立的一个非营利性国际组织,总部设在比利时首都布鲁塞尔。EAN目的是建立一套国际通行的全球跨行业的产品、运输单元、资产、位置和服务的标识标准体系和通信标准体系,即“全球商业语言—— EAN.UCC系统”。国际EAN的前身是欧洲物品编码协会,现主要负责除北美以外的EAN.UCC系统的统一管理及推广工作。目前,其会员遍及90多个国家和地区,全世界已有约90万家公司、企业通过各国或地区的编码组织加入到EAN.UCC系统中来。近几年,国际EAN加强了与美国统一代码委员会(UCC)的合作,先后两次达成EAN/UCC联盟协议,以共同开发、管理EAN.UCC系统。

    3.GB 18937 (NPC)

    强制性国家标准 GB 18937《全国产品与服务统一标识代码编制规则》规定了全国产品与服务统一代码(NPC)的适用范围、代码结构及其表现形式,由国务院标准化行政主管部门于2003年2月2日颁布,2003年4月16日正式实施。

    全国产品与服务统一代码是按照《全国产品与服务统一标识代码编制规则》国家标准要求编制的全国产品与服务统一标识代码,目前已经用于电子设备、食品、建材、汽车、石油化工、农业、专业服务等领域。

    根据国内外对海量赋码对象进行赋码的一般规律,全国产品与服务统一代码按照全数字、最长不超过十四位、便于维护机构维护和管理的原则设计,由十三位数字本体代码和一位数字校验码组成,其中本体代码采用序列顺序码或顺序码。

    通信标准

    RFID的无线接口标准中最受注目的是ISO/IEC 18000系列协议,涵盖了从125KHz到2.45GHz的通信频率,识读距离由几厘米到几十米,其中主要是无源标签但也有用于集装箱的有源标签。

    近距离无线通信(NFC)是一项让两个靠近(近乎接触)的电子装置以13.56MHz频率通信的RFID应用技术。由诺基亚、飞利普和索尼创办的近距离无线通信论坛(NFC Forum)起草了相关的通信和测试标准,让消费类电子设备(尤其是手机)与其他的网络产品或电脑外设进行通信和数据交换。该标准还与ISO/IEC 14443和ISO/IEC 15693非接触式IC卡兼容。目前,已经有支持NFC功能的手机面世,可以用手机来阅读兼容ISO/IEC 14443 Type A或Sony FeliCa 的非接触式IC卡或电子标签。

    超宽带无线技术(UWB)是一种直接以载波频率传送数据的通信技术。以UWB作为射频通信接口的电子标签可实现半米以内的精确定位。这种精确定位功能方便实现医院里的贵重仪器和设备管理、大楼或商场里以至奥运场馆内的人员管理。

    无线传感器网络是另一种RFID技术的扩展。传感器网络技术的对象模型和数字接口已经形成产业联盟标准IEEE 1451。该标准正进一步扩展,提供基于射频的无线传感器网络,相关标准草案1451.5正在草议中。有关建议将会对现有的ISO/IEC 18000系列RFID标准,以及ISO/IEC 15961、ISO/IEC 15862读写器数据编码内容和接口协议进行扩展。

    频率标准

    RFID标签与阅读器之间进行无线通信的频段有多种,常见的工作频率有135kHz以下、13.56MHz、 860~928MHz (UHF)、2.45GHz及5.8GHz等。

    低频系统工作频率一般低于30MHz,典型的工作频率有125KHz、225KHz、13.56MHz等,这些频点应用的射频识别系统一般都有相应的国际标准予以支持。其基本特点是电子标签的成本较低、标签内保存的数据量较少、阅读距离较短(无源情况,典型阅读距离为10cm)、电子标签外形多样(卡状、环状、钮扣状、笔状)、阅读天线方向性不强等。

    高频系统一般指其工作频率高于400MHz,典型的工作频段有915MHz、2.45gHz、5.8gHz等。高频系统在这些频段上也有众多的国际标准予以支持。基本特点是电子标签及阅读器成本均较高、标签内保存的数据量较大、阅读距离较远(可达几米至十几米), 适应物体高速运动性能好,外形一般为卡状,阅读天线及电子标签天线均有较强的方向性。

    各种频段有其技术特性和适合的应用领域。低频系统使用最广,但通信速度过慢,传输距离也不够长;高频系统通信距离远,但耗电量也大。短距离的射频卡可以在一定环境下替代条码,用在工厂的流水线等场合跟踪物体。长距离的产品多用于交通系统,距离可达几十米,可用在自动收费或识别车辆身份等场合。

    应用标准

    RFID在行业上的应用标准包括动物识别、道路交通、集装箱识别、产品包装、自动识别等。

    我国RFID标准的制定与推广

    国内RFID技术与应用的标准化研究工作起步比国际上要晚4~5年时间,2003年2月国家标准化委员会颁布强制标准《全国产品与服务统一代码编码规则》,为中国实施产品的电子标签化管理打下基础,并确定首先在药品、烟草防伪和政府采购项目上实施。此外,我国正在制定的RFID领域技术标准是采用了ISO/IEC 15693系列标准,该系列标准与ISO/IEC 18000-3相对应,均在13.56MHz的频率下工作,前者以卡的形式封装。目前,在这一频率下工作的电子标签技术已相对成熟。

    在充分照顾我国国情和利用我国优势的前提下,应该参照或引用ISO、IEC、ITU等国际标准并做出本地化修改,这样能尽量避免引起知识产权争议,掌握国家在电子标签领域发展的主动权。

    RFID的广泛应用蕴藏着巨大的产业利益、还涉及国家安全利益、信息控制利益等,在这一点上我国政府主管部门应高度关注。我国应全面部署电子标签标准体系,尤其应重视编码体系、频率划分以及与知识产权有关的技术和应用,并推出具有我国自主知识产权的标准,特别是在解决安全、防伪、识别、管理等应用领域。
分享到新浪微博         责任编辑:苏洁   投稿邮箱:editor@yktworld.com
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