陳耀華 古鵬

摘要：從RFID硬件、軟件、制造、信息安全等各個(gè)方面入手，對(duì)影響RFID技術(shù)發(fā)展因素進(jìn)行分析并提出一些建設(shè)性的建議，各個(gè)方面研究可以看出RFID技術(shù)發(fā)展有三大制約，它們是價(jià)格、技術(shù)以及信息安全，如果能突破性解決這些問(wèn)題，那么RFID的應(yīng)用將更進(jìn)一步。

關(guān)鍵詞：RFID關(guān)鍵技術(shù)；信息安全；影響

中圖分類號(hào)：TP311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2012)18-4525-03

Research on the RFID Key Technologies Constraint of Its Application

CHEN Yao-hua, GU Peng

(School of Mechanical and Electric Engineering, Guangzhou University, Guangzhou 510006, China）

Abstract: From the RFID hardware, software, manufacturing, information security and other aspects, factors affecting the development of RFID technology to analyze and make some constructive suggestions, all aspects of the development of RFID technology can be seen there are three constraints, which are : price, technology and information security, if a breakthrough to solve these problems, then the application will further RFID.

Key words: RFID; The key technology; information security; affect

1 RFID的核心關(guān)鍵技術(shù)

基本的RFID系統(tǒng)通常由三部分組成：RFID標(biāo)簽(tag)，RFID閱讀器(reader)及應(yīng)用支撐軟件。圖1給出了基本的RFID系統(tǒng)的組成。

圖1射頻識(shí)別過(guò)程示意圖

在RFID系統(tǒng)的應(yīng)用支撐軟件中除了運(yùn)行在標(biāo)簽和閱讀器上的部分軟件之外，介于閱讀器與企業(yè)應(yīng)用之間的中間件(Middle ware)是其中的一個(gè)重要組成部分。中間件是RFID系統(tǒng)的神經(jīng)中樞。然而，RFID中間件的設(shè)計(jì)還面臨很多挑戰(zhàn)，其中如何實(shí)時(shí)地對(duì)巨量的RFID數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，如何充分挖掘RFID數(shù)據(jù)所包含的有用信息成為亟待研究的重要課題。

RFID的技術(shù)難點(diǎn)與問(wèn)題可以概括為如下幾個(gè)方面:

（1）RFID反碰撞防沖突問(wèn)題；

（2）RFID中間件作用與實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題；

（3）RFID天線問(wèn)題；

（4）工作頻率的選擇問(wèn)題；

（5）安全與隱私問(wèn)題；

（6）軟件系統(tǒng)平臺(tái)的適用范圍問(wèn)題；

（7）專用集成IC的研發(fā)問(wèn)題；

（8）各種不同類型通信協(xié)調(diào)問(wèn)題；

（9）軟件平臺(tái)的適用范圍問(wèn)題。

2.1 RFID技術(shù)廠商發(fā)展策略與現(xiàn)狀

1）組件供貨商

在組件供貨商方面主要大廠有Alien、Philips Semiconductor、Texas Instruments等。Alien以生產(chǎn)EPC之卷標(biāo)（Tag）與讀取器（Reader）為主，積極參與Auto-ID Center測(cè)試以爭(zhēng)取內(nèi)部會(huì)員顧客，并且以低價(jià)與大量生產(chǎn)的方式降低售價(jià)，擴(kuò)大其市場(chǎng)占有率。Philips以其本身半導(dǎo)體制造的能力，延伸發(fā)展RFID相關(guān)產(chǎn)品，以擴(kuò)大企業(yè)在RFID的市場(chǎng)。Texas致力于特殊領(lǐng)域的應(yīng)用，提供RFID最佳化的系統(tǒng)與軟件。

2）系統(tǒng)供貨商

在系統(tǒng)供貨商方面較多廠商投入，主要大廠有CrossLink、Escort Memory Systems、Intermec、SAM Sys Technology與Savi等。廠商所提供的產(chǎn)品線較廣，包含Tag、Reader與系統(tǒng)等等，大多廠商以系統(tǒng)搭配硬件的方式，給予顧客完整性的服務(wù)。

3）系統(tǒng)整合商

在RFID系統(tǒng)整合商方面主要有Accenture與IBM。其中Accenture以管理顧問(wèn)公司的角度切入，協(xié)助企業(yè)將RFID整合至供應(yīng)鏈管理與電子商務(wù)，進(jìn)行內(nèi)部或供應(yīng)鏈上的效率改善與提升，因此以整個(gè)RFID系統(tǒng)導(dǎo)入為主要服務(wù)項(xiàng)目。而在IBM方面，由信息硬件與系統(tǒng)廠商轉(zhuǎn)型切入RFID市場(chǎng)，提供以RFID為基礎(chǔ)的設(shè)備、硬件與軟件，包括資產(chǎn)監(jiān)控、智能卡、安全管控與供應(yīng)鏈管理。

4）軟件供貨商

在RFID軟件供貨商方面包括有Acsis、OAT Systems與Vizional等。此三個(gè)大廠所發(fā)展RFID軟件系統(tǒng)皆與其它企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)合，以發(fā)揮最大的效益、改善企業(yè)的運(yùn)作模式。

以上這些廠商由不同的領(lǐng)域切入RFID的市場(chǎng)，除了組件供貨商之外，其它業(yè)者均已整合性服務(wù)為主軸，或與其它系統(tǒng)加以結(jié)合，也使得相關(guān)廠商的規(guī)模很大，其它潛在競(jìng)爭(zhēng)者進(jìn)入門檻相對(duì)較高。2.2關(guān)于硬件對(duì)應(yīng)用的影響

就RFID的硬件而言，以下情況也會(huì)對(duì)應(yīng)用產(chǎn)生不同的影響。

從供電方式來(lái)說(shuō)，分為有源卡和無(wú)源卡。有源是指卡內(nèi)有電池提供電源，其作用距離較遠(yuǎn)，但壽命有限、體積較大、成本高，且不適合在惡劣環(huán)境下工作；無(wú)源卡內(nèi)無(wú)電池，它利用波束供電技術(shù)將接收到的射頻能量轉(zhuǎn)化為直流電源為卡內(nèi)電路供電，其作用距離相對(duì)有源卡短，但壽命長(zhǎng)且對(duì)工作環(huán)境要求不高。

按載波頻率分為低頻射頻卡、中頻射頻卡和高頻射頻卡。低頻射頻卡主要有125kHz和134.2kHz兩種，中頻射頻卡頻率主要為13.56MHz，高頻射頻卡主要為433MHz、915MHz、2.45GHz、5.8GHz等。低頻系統(tǒng)主要用于短距離、低成本的應(yīng)用；中頻系統(tǒng)用于需傳送大量數(shù)據(jù)的應(yīng)用系統(tǒng)；高頻系統(tǒng)其天線波束方向較窄且價(jià)格較高，應(yīng)用于需要較長(zhǎng)的讀寫距離和高讀寫速度的場(chǎng)合。

硬件作用是有效準(zhǔn)確無(wú)誤的接收、傳送信息，有效是指在適合的速度，足夠的容量保存信息；所以，建立全球共同遵守的權(quán)威統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，制造低成本，能有多種的接收、傳送信息方式進(jìn)行自動(dòng)切換，在各種環(huán)境都可以正確識(shí)別集成電路是今后RFID技術(shù)研究的關(guān)鍵，這有利于節(jié)約硬件IC制造成本，有利技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展。

2.3軟件對(duì)應(yīng)用的影響

2.3.1關(guān)于C語(yǔ)言

C語(yǔ)言是最受歡迎的語(yǔ)言之一,主要因?yàn)樗哂袕?qiáng)大的功能。許多系統(tǒng)軟件,如PC-DOS,DBASEⅣ都是由C語(yǔ)言編寫的。用C語(yǔ)言加上一些匯編語(yǔ)言子程序,就更能顯示C語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)了。此外，C語(yǔ)言還具有效率高，可移植性強(qiáng)等特點(diǎn)。因此廣泛地移植到了各類各型計(jì)算機(jī)上，從而形成了多種版本的C語(yǔ)言。歸納起來(lái)C語(yǔ)言具有下列特點(diǎn):

1) C語(yǔ)言是結(jié)構(gòu)式語(yǔ)言，簡(jiǎn)潔緊湊、靈活方便

它把高級(jí)語(yǔ)言的基本結(jié)構(gòu)和語(yǔ)句與低級(jí)語(yǔ)言的實(shí)用性結(jié)合起來(lái)。C語(yǔ)言一共只有32個(gè)關(guān)鍵詞,9種控制語(yǔ)句，程序書寫自由，主要用小寫字母表示。它把高級(jí)語(yǔ)言的基本結(jié)構(gòu)和語(yǔ)句與低級(jí)語(yǔ)言的實(shí)用性結(jié)合起來(lái)。C語(yǔ)言允許直接訪問(wèn)物理地址，可以直接對(duì)硬件進(jìn)行操作因此既具有高級(jí)語(yǔ)言的功能，又具有低級(jí)語(yǔ)言的許多功能，能夠象匯編語(yǔ)言一樣對(duì)位、字節(jié)和地址進(jìn)行操作,而這三者是計(jì)算機(jī)最基本的工作單元，可以用來(lái)寫系統(tǒng)軟件。C語(yǔ)言的運(yùn)算符包含的范圍很廣泛，共有種34個(gè)運(yùn)算符。C語(yǔ)言把括號(hào)、賦值、強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換等都作為運(yùn)算符處理。從而使C的運(yùn)算類型極其豐富表達(dá)式類型多樣化，靈活使用各種運(yùn)算符可以實(shí)現(xiàn)在其它高級(jí)語(yǔ)言中難以實(shí)現(xiàn)的運(yùn)算。

結(jié)構(gòu)式語(yǔ)言的顯著特點(diǎn)是代碼及數(shù)據(jù)的分隔化,即程序的各個(gè)部分除了必要的信息交流外彼此獨(dú)立。這種結(jié)構(gòu)化方式可使程序?qū)哟吻逦?便于使用、維護(hù)以及調(diào)試。C語(yǔ)言引入了指針概念,使程序效率更高。另外C語(yǔ)言具有強(qiáng)大的圖形功能,支持多種顯示器和驅(qū)動(dòng)器。且計(jì)算功能、邏輯判斷功能強(qiáng)大。C語(yǔ)言是以函數(shù)形式提供給用戶的,這些函數(shù)可方便的調(diào)用,并具有多種循環(huán)、條件語(yǔ)句控制程序流向,從而使程序完全結(jié)構(gòu)化。一般只比匯編程序生成的目標(biāo)代碼效率低10へ20%。

2) C語(yǔ)言的不足

從應(yīng)用的角度，C語(yǔ)言比其他高級(jí)語(yǔ)言較難掌握。C語(yǔ)言的缺點(diǎn)主要是表現(xiàn)在數(shù)據(jù)的封裝性上，這一點(diǎn)使得C語(yǔ)言在數(shù)據(jù)的安全性上做的有很大缺陷；C語(yǔ)言的語(yǔ)法限制不太嚴(yán)格，對(duì)變量的類型約束不嚴(yán)格，影響程序的安全性，對(duì)數(shù)組下標(biāo)越界不作檢查等；指針就是C語(yǔ)言的一大特色,可以說(shuō)C語(yǔ)言優(yōu)于其它高級(jí)語(yǔ)言的一個(gè)重要原因就是因?yàn)樗兄羔槻僮骺梢灾苯舆M(jìn)行靠近硬件的操作,但是C的指針操作也給它帶來(lái)了很多不安全的因素，如對(duì)具體內(nèi)存操作時(shí)，如不及時(shí)釋放內(nèi)存，很容易造成系統(tǒng)死機(jī)或數(shù)據(jù)丟失，C++在這方面做了很好的改進(jìn),在保留了指針操作的同時(shí)又增強(qiáng)了安全性。

2.3.2關(guān)于匯編語(yǔ)言

1）面向機(jī)器的低級(jí)語(yǔ)言，通常是為特定的計(jì)算機(jī)或系列計(jì)算機(jī)專門設(shè)計(jì)的。70%以上的系統(tǒng)軟件是用匯編語(yǔ)言編寫的。保持了機(jī)器語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn)，具有直接和簡(jiǎn)捷的特點(diǎn)；目標(biāo)代碼簡(jiǎn)短，占用內(nèi)存少，執(zhí)行速度快，是高效的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。可有效地訪問(wèn)、控制計(jì)算機(jī)的各種硬件設(shè)備，如磁盤、存儲(chǔ)器、CPU、I/O端口等。

2）一些快速處理、位處理、訪問(wèn)硬件設(shè)備,高級(jí)繪圖程序、視頻游戲等高效程序是用匯編語(yǔ)言編寫的。像機(jī)器指令一樣，是硬件操作的控制信息，因而仍然是面向機(jī)器的語(yǔ)言，使用起來(lái)還是比較繁瑣費(fèi)時(shí)，通用性也差。匯編語(yǔ)言作為最基本的編程語(yǔ)言之一，因?yàn)樗軌蛲瓿稍S多其它語(yǔ)言所無(wú)法完成的功能。

以Linux內(nèi)核為例，雖然絕大部分代碼是用C語(yǔ)言編寫的，但仍然不可避免地在某些關(guān)鍵地方使用了匯編代碼，其中主要是在Linux的啟動(dòng)部分。由于這部分代碼與硬件的關(guān)系非常密切，即使是C語(yǔ)言也會(huì)有些力不從心，而匯編語(yǔ)言則能夠很好揚(yáng)長(zhǎng)避短，最大限度地發(fā)揮硬件的性能。

由上述分析研究，就現(xiàn)實(shí)而言，用C語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言編寫RFID底層系統(tǒng)軟件仍是當(dāng)前最適合的系統(tǒng)軟件平臺(tái)，這是因?yàn)樗鼈兡軡M足與硬件結(jié)合起來(lái)完成系統(tǒng)控制要求。

3關(guān)于中間件（Middleware）

RFID中間件的特征：一般來(lái)說(shuō)，RFID中間件具有下列的特色：

獨(dú)立于架構(gòu)（Insulation Infrastructure）RFID中間件獨(dú)立并介于RFID讀寫器與后端應(yīng)用程序之間，并且能夠與多個(gè)RFID讀寫器以及多個(gè)后端應(yīng)用程序連接，以減輕架構(gòu)與維護(hù)的復(fù)雜性。

數(shù)據(jù)流（Data Flow）RFID的主要目的在于將實(shí)體對(duì)象轉(zhuǎn)換為信息環(huán)境下的虛擬對(duì)象，因此數(shù)據(jù)處理是RFID最重要的功能。RFID中間件具有數(shù)據(jù)的搜集、過(guò)濾、整合與傳遞等特性，以便將正確的對(duì)象信息傳到企業(yè)后端的應(yīng)用系統(tǒng)。

處理流（Process Flow）RFID中間件采用程序邏輯及存儲(chǔ)再轉(zhuǎn)送（Store-and-Forward）的功能來(lái)提供順序的消息流，具有數(shù)據(jù)流設(shè)計(jì)與管理的能力。

標(biāo)準(zhǔn)（Standard）RFID為自動(dòng)數(shù)據(jù)采樣技術(shù)與辨識(shí)實(shí)體對(duì)象的應(yīng)用。EPCglobal目前正在研究為各種產(chǎn)品的全球惟一識(shí)別號(hào)碼提出通用標(biāo)準(zhǔn)，即EPC（產(chǎn)品電子編碼）。EPC是在供應(yīng)鏈系統(tǒng)中，以一串?dāng)?shù)字來(lái)識(shí)別一項(xiàng)特定的商品，通過(guò)無(wú)線射頻辨識(shí)標(biāo)簽由RFID讀寫器讀入后，傳送到計(jì)算機(jī)或是應(yīng)用系統(tǒng)中的過(guò)程稱為對(duì)象命名服務(wù)（Object Name Service，ONS）。對(duì)象命名服務(wù)系統(tǒng)會(huì)鎖定計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的固定點(diǎn)抓取有關(guān)商品的消息。EPC存放在RFID標(biāo)簽中，被RFID讀寫器讀出后，即可提供追蹤EPC所代表的物品名稱及相關(guān)信息，并立即識(shí)別及分享供應(yīng)鏈中的物品數(shù)據(jù)，有效率地提供信息透明度。

4 RFID系統(tǒng)的沖撞問(wèn)題

解決標(biāo)簽碰撞問(wèn)題的方法有基于退避思想的Aloha算法和二進(jìn)制搜索算法。由于ALOHA算法隨機(jī)性大,當(dāng)大量標(biāo)簽并存時(shí),幀沖突嚴(yán)重,引起性能急劇惡化,不適宜大規(guī)模標(biāo)簽讀取，所以主要發(fā)展樹(shù)分叉算法。二進(jìn)制搜索算法雖然識(shí)別效率比較高,但是泄露信息比較多,安全性比較差。Aloha算法主要有時(shí)隙的Aloha算法、幀時(shí)隙的Aloha算法和動(dòng)態(tài)幀時(shí)隙算法,這幾種算法實(shí)現(xiàn)比較容易,但是在標(biāo)簽數(shù)量很大時(shí)識(shí)別效率比較低。

RFID防碰撞問(wèn)題與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)沖突問(wèn)題類似。但是，由于RFID系統(tǒng)中的一些限制，使得傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的很多標(biāo)準(zhǔn)的防碰撞技術(shù)都不適于或很難在RFID系統(tǒng)中應(yīng)用。這些限制因素主要有：標(biāo)簽不具有檢測(cè)沖突的功能而且標(biāo)簽間不能相互通信，因此沖突判決需要由閱讀器來(lái)實(shí)現(xiàn)；標(biāo)簽的存儲(chǔ)容量和計(jì)算能力有限，就要求防沖突協(xié)議盡量簡(jiǎn)單和系統(tǒng)開(kāi)銷較小，以降低其成本。RFID系統(tǒng)通信帶寬有限，因此需要防碰撞算法盡量減少讀寫器和標(biāo)簽間傳送的信息比特的數(shù)目。因此，如何在不提高RFID系統(tǒng)成本的前提下，提出一種快速高效的防沖突算法，以提高RFID系統(tǒng)的防碰撞能力同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽的需求，從而將RFID技術(shù)大規(guī)模的應(yīng)用于各行各業(yè)，是當(dāng)前RFID技術(shù)亟待解決的技術(shù)難題。

5結(jié)束語(yǔ)

從研究可以看出RFID技術(shù)發(fā)展有三大制約，它們是:價(jià)格、技術(shù)以及信息安全。RFID技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵是:首先必須建立一個(gè)全球范圍的標(biāo)準(zhǔn)，以利于商品在各國(guó)間的流通，順應(yīng)全球經(jīng)濟(jì)一體化的趨勢(shì)。在價(jià)格方面，電子標(biāo)簽的單價(jià)下降到10美分以下，才可能大規(guī)模應(yīng)用于整箱整包的商品。隨著技術(shù)的不斷提升和在各大行業(yè)的日益推廣，RFID各個(gè)組成部分的制造成本都有望大幅度降低。對(duì)于安全問(wèn)題，有源的RFID系統(tǒng)的安全狀況相對(duì)目前的無(wú)源RFID要好，因此可用有源的RFID設(shè)備替代現(xiàn)有RFID設(shè)備來(lái)提高對(duì)信息安全的要求；同時(shí)，各大RFID廠商正努力通過(guò)使電子標(biāo)簽在商品銷售到消費(fèi)者手中后自動(dòng)失效或者通過(guò)增加加密手段來(lái)保護(hù)個(gè)人隱私。

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