计算机网络RFID系统的组成与工作原理及标签分类

1.RFID系统的组成与工作原理

射频识别（RFID）技术被认为是物联网的关键技术，有时也被称为“第二代条形码”，是一种利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）来实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。它利用无线射频方式在阅读器和射频卡之间进行非接触双向数据传输，以达到目标识别和数据交换的目的，具有非接触、阅读速度快、无磨损、不受环境影响、寿命长且便于使用等诸多特点，同时，它还具有防冲突的功能，能同时处理多张卡片。目前，RFID技术已被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域。一般而言，一个RFID系统至少应包括以下三个部分：

◆ 标签（Tag，也称为射频卡或电子标签）：由耦合元件及芯片组成，标签含有内置天线，用于和射频天线间进行通信。标签主要用于存放有一定格式的电子数据，常以此作为待识别物品的标识性信息。在实际应用中，一般是将电子标签附着在待识别物品上，作为待识别物品的电子标记。

◆ 阅读器（Reader）：是一种可读取（在读写卡中还可以写入）标签信息的设备。阅读器与电子标签可按约定的通信协议互传信息。通常的情况是由阅读器向电子标签发送命令，电子标签根据收到的阅读器的命令，将内存的标识性数据回传给阅读器。这种通信是在无接触方式下，利用交变磁场或电磁场的空间耦合及射频信号调制与解调技术实现的。

◆ 天线（Antenna）：用于在标签和读取器间传递射频信号。

RFID系统的基本工作原理为：阅读器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当射频卡进入发射天线工作区域时产生感应电流，射频卡获得能量被激活；射频卡将自身编码等信息通过卡内置发送天线发送出去；系统接收天线接收到从射频卡发送来的载波信号，经天线调节器传送到阅读器，阅读器对接收到的信号进行解调和解码，然后送到后台主系统进行相关处理；主系统则根据逻辑运算判断该卡的合法性，并针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构做出相应的动作。

2.RFID标签的分类

目前，国际上还没有统一的RFID标准，在已有的可供电子标签使用的标准中，应用最多的是ISO 14443和ISO 15693两种，这两种标准都由物理特性、射频功率和信号接口、初始化和反碰撞以及传输协议四部分组成。按照不同的方式，电子标签（射频卡）有以下几种分类：

（1）按供电方式不同，可分为有源卡、无源卡和半无源卡。其中，有源卡是指卡内有电池提供电源，其作用距离较远，但寿命有限、体积较大、成本高，且不适合在恶劣环境下工作；无源卡内则无电池，它利用波束供电技术将接收到的射频能量转化为直流电源，为卡内电路供电，其作用距离相对有源卡来说较短，但寿命较长，且对工作环境要求较低；半无源标签内也装有电池，但电池仅对标签内要求供电维持数据的电路或标签芯片工作所需的电压作辅助支持，标签电路本身耗电很少。标签未进入工作状态前，一直处于休眠状态，相当于无源标签。标签进入阅读器的阅读范围时，受到阅读器发出的射频能量的激励，进入工作状态时，用于传输通信的射频能量与无源标签一样源自阅读器。

（2）按载波频率的不同，可分为低频、中频和高频射频卡。其中，低频射频卡主要有125 kHz和134.2 kHz两种，中频射频卡频率主要为13.56 MHz，高频射频卡则主要为433 MHz、915 MHz、2.45 GHz、5.8 GHz等。低频系统主要用于短距离、低成本的应用中，例如：多数的门禁控制、校园卡、动物监管、货物跟踪等；中频系统主要用于门禁控制和需要传送大量数据的应用系统；高频系统则主要应用于需要较长的读写距离和高读写速度的场合，其天线波束方向较窄且价格较高，例如：可在火车监控、高速公路收费等系统中应用。

（3）按调制方式的不同，可分为主动式和被动式。其中，主动式射频卡用自身的射频能量主动地发送数据给读写器；被动式射频卡使用调制散射方式发射数据，它必须利用读写器的载波来调制自己的信号，该类技术适合用在门禁或交通应用中，因为读写器可以确保只激活一定范围之内的射频卡。在有障碍物的情况下，用调制散射方式，读写器的能量必须来去穿过障碍物两次。而主动方式的射频卡发射的信号仅穿过障碍物一次，因此，主动方式工作的射频卡主要应用于有障碍物的应用中，距离更远（可达30m）。

（4）按作用距离的不同，可分为密耦合卡（作用距离小于1 cm）、近耦合卡（作用距离小于15 cm）、疏耦合卡（作用距离约1 m）以及远距离卡（作用距离为1～100m，甚至更远）。

（5）按芯片的功能不同，可分为只读卡、读写卡和CPU卡。CPU卡又称为智能卡，卡内具有中央处理器CPU（Central Processing Unit）、随机存储器RAM（Random Access Memory）、程序存储器 ROM（Read Only Memory，只读存储器）、数据存储器EEPROM（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，电可擦写可编程只读存储器）以及片内操作系统COS（Chip Operating System）。CPU卡可适用于金融、保险、交警、政府行业等多个领域，具有用户空间大、读取速度快以及支持一卡多用等特点。