移动支付中RFID技术的历史发展
RFID技术来源于雷达领域。1948 年,哈里●斯托克曼发表的《利用反射功率的通讯》一文奠定了射频识别的理论基� �
RFID,即射频识别是一种非接触式的自动识别技术,又称电子标签,可通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据,而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。RFID是一种简单的无线通信系统,它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,识别工作无须人工干预,可工作于各种恶劣环境。RFID 经常被称作感应式电子晶片或近接卡、感应卡、非接触卡、电子标签以及电子条码等。RFID 技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签,操作快捷方便。
最基本的RFID系统由三部分组成:标签( 或者称为电子标签)、阅读器以及天线。电子标签由耦合元件及芯片组成,每个标签具有唯一的电子编码,附着在物体上标识目标对象;阅读器是读取( 有时还可以写人)标签信息的设备,可设计为手持式或固定式;天线在标签和读取器间传递射频信号。它的工作原理是,电子标签中一般保存有约定格式的电子数据,在实际应用中,电子标签附着在待识别物体的表面。阅读器可无接触地读取并识别电子标签中所保存的电子数据,从而达到自动识别的目的。通常阅读器与电脑相连,所读取的标签信息被传送到电脑上进行下一步处理。
RFID标签具有体积小、容量大、寿命长、可重复使用等特点,可支持快速读写、非可视识别、移动识别、多目标识别、定位及长期跟踪管理。RFID 技术与互联网、通讯等技术相结合,可实现全球范围内物品跟踪与信息共享。RFID技术应用于物流、制造、公共信息服务等行业,可大幅提高管理与运作效率,降低成本。
可以用来衡量射频识别系统的技术参数比较多,比如系统使用的频率、协议标准、识别距离、识别速度、数据传输速率、存储容量、防碰撞性能以及电子标签的封装标准等,这些技术参数相互影响和制约。
其中,读写器的技术参数包括读写器的工作频率、读写器的输出功率、读写器的数据传输速度、读写器的输出端口形式和读写器是否可调等;电子标签的技术参数包括电子标签的能量要求、电子标签的容量要求、电子标签的工作频率、电子标签的数据传输速度、电子标签的读写速度、电子标签的封装形式、电子标签数据的安全性等。
1.工作频率
工作频率是射频识别系统最基本的技术参数之一。工作频率的选择在很大程度上决定了射频识别系统的应用范围、技术可行性以及系统的成本高低。从本质上说,射频识别系统是无线电传播系统,必须占据一定的无线通信信道。在无线通信信道中,射频信号只能以电磁耦合或者电磁波传播的形式表现出来。因此,射频识别系统的工作性能必然会受到电磁波空间传输特性的影响。
从电磁波的物理特性、识读距离、穿透能力等特性上来看,不同射频频率的电磁波存在较大的差异,特别是在低频和高频两个频段上。低频电磁波具有很强的穿透能力,能够穿透水、金属、动物等导体材料,但是传播距离比较近。另外,由于频率比较低,以及可以利用的频带窄,导致数据传输速率较低,信噪也比较低,容易受到干扰。
相比低频电磁波而言,要得到同样的传输效果,高频系统的发射功率较小,设备比较简单,成本也比较低。高频电磁波的数据传输速率较高,没有低频的信噪比限制。但是,高频电磁波的穿透能力较差,很容易被水等导体媒质所吸收,困此,高频电磁波对障碍物的敏感性较强。
2.作用距离
射频识别系统的作用距离指的是系统的有效识别距离。影响读马器识别电子标签有效距离的因素有很多,主要包括了以下因素:读写器的发射功率、系统的工作频率和电子标签的封装形式等。
其他条件相同时,低频系统的识别距离最近,其次是中高频系统和微波系统,尤以微波系统的识别距离最远。只要读写器的频率发生变化,系统的工作频率就会随之改变。
射频识别系统的有效识别距离和读写器的射频发射功率成正比。发射功率越大,识别距离也就越远,但是电磁波产生的辐射超过一定的范围时,就会对环境和人体产生有害的影响。因此,在电磁功率方面必须遵循一定 的功率标准。
电子标签的封装形式也是影响系统识别距离的原因之一。电子标签的天线越大,即电子标签穿过读写器的作用区域内所获取的磁通量越大,存储的能量也越大。
应用项目所需要的作用距离取决于电子标签的定位精度、实际应用中多个电子标签之间的最小距离以及在读写器的工作区域内电子标签的移动速度。
通常在RFID的应用中,选择恰当的天线,即可适应长距离读写的需要。例如,FastTrack传送带式天线就是设计安装在滚轴之间的传送带上,REID载体则安装在托盘或产品的底部,以确保载体直接从天线上通过。
3.数据传输速率
对于大多数数据采集系统来说,速度是非常重要的因素。由于现在的生产企业不断缩短产品生产周期,要求读取和更新RFID载体的时间越来越短。
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在RFID系统中,电子标签又称为射频标签、应答器、数据载体;阅读器又称为读出装置、扫描器、通讯器、读写器(取决于电子标签是否可以无线改写数据)。
(1) 只读速率。RFID只读系统的数据传输速率取决于代码的长度、载体数据发送速率、读写距离、载体与天线间载波频率以及数据传输的调制技术等因素。传输速率随实际应用中产品种类的不同而不同。,
(2)无源读写速率。无源读写REID系统的数据传输速率决定因素与只读系统一样,不过除了要考虑从载体上读数据外,还要考虑往载体上写数据。传输速率随实际应用中产品种类的不同而有所变化。
(3) 有源读写速率。有源读写RFID系统的数据传输速率决定因素与无源系统一样,不同的是无源系统需要激活载体上的电容充电来通信,而且很重要的一点是,一个典型的低频读写系统的工作速率可能仅为每秒100字节或每秒200字节。这样,由于在一个站点上可能会有数百字节数据需要传送,数据的传输时间就会需要数秒钟,这可能会比整个机械操作的时间还要长。EMS公司已经通过采用数项独到且专有的技术设计出一种低频系统,其速率高于大多数微波系统。
4.双工方式
射频识别系统的基本工作方式分为全双工( Full Duplex)系统和半双工( HalfDuplex)系统以及时序 (SEQ)系统。全双工表示射频标签与读写器之间可在同一时刻互相传送信息。半双工表示射频标签与读写器之间可以双向传送信息,但在同一时刻只能向一个方向传送信息。.
在全双工和半双工系统中,射频标签的响应是在读写器发出的电磁场或电磁波的情况下发送出去的。因为与阅读器本身的信号相比,射频标签的信号在接收天线上是很弱的,所以必须使用合适的传输方法,以便把射频标签的信号与阅读器的信号区别开来。在实践中,人们对从射频标签到阅读器的数据传输一般采用负载反射调制技术将射频标签数据加载到反射回波上(尤其是针对无源射频标签系统)。
时序方法则与之相反,阅读器辐射出的电磁场会短时间地、周期性地断开。这些间隔被射频标签识别出来,并被用于从射频标签到阅读器的数据传输。其实,这是一种典型的雷达工作方式。时序方法的缺点是,在阅读器发送间歇,射频标签的能量供应中断,这就必须通过装人足够大的辅助电容器或辅助电池进行补偿。
5.安全要求
安全要求一般指的是加密和身份认证。对一个计划中的射频识别系统应该就其安全要求作出非常准确的评估,以便从一开始就能将在应用阶段可能会出现的各种危险攻击予以排除。为此,要分析系统中存在的各种安全漏洞以及攻击出现的可能性等。
6.存储容量
数据载体存储量的大小、方式不同,系统的价格也不同。数据载体的价格主要是由电子标签的存储容量确定的。RFID 主要使用三种方法存贮数据:电可擦可编程只读存贮器( EEPROM)、铁电随机存取存贮器( FRAM)、静态随机存取存贮器( SRAM)。
对于价格敏感、现场需求少的应用,应该选用固定编码的只读数据载体。对一般的射频识别系统来说,使用电可擦可编程只读存贮器是主要方法。然而,使用这种方法的缺点是写人过程中的功率消耗很大,使用寿命一般为写入10万次。此外,也可以使用一种非易失类存贮器,即铁电随机存取存贮器。与电可擦可编程只读存贮器相比,铁电随机存取存贮器的写人功率消耗是前者的1/100,写人时间是前者的1/1 000。对微波系统来说,还可以使用静态随机存取存贮器,该存贮器能很快写人数据。为了永久保存数据,该存贮器需要用辅助电池作不中断的供电。
基于存储器的系统有一个基本的规律,那就是存储容量总是不够用。只读载体的存储容量为20bit,有源读写载体的存储容量从64B到32KB不等,也就是说在可读写载体中可以存储数页文本,这足以装人载货清单和测试数据,并允许系统扩展。无源读写载体的存储空间从48B到736B不等,它有许多有源读写系统所不具有的特性。
7. RFID 系统的连通性
作为自动化系统的发展分支,RFID技术必须能够集成现存的和发展中的自动化技术。重要的是,REID系统应该可以直接与个人计算机、可编程逻辑控制器或工业网络接口模块(现场总线)相连,从而降低安装成本。连通性使RFID技术能够提供灵活的功能,易于集成到广泛的工业应用中去。
8.多电子标签同时识读性
由于系统可能需要同时对多个电子标签进行识别,因此,对读写器提供的多标签识读性也需要考虑。这与读写器的识读性能、电子标签的移动速度等都有关系。
9.电子标签的封装形式
针对不同的工作环境,电子标签的大小、形式决定了电子标签的安装与性能的表现,电子标签的封装形式也是需要考虑的参数之一。电子标签的封装形式不仅影响到系统的工作性能,而且影响到系统的安全性能和美观。
对射频识别系统性能指标的评估十分复杂,因为影响射频识别系统整体性能的因素很多,包括了产品因素、市场因素以及环境因素等。
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移动通信是无线通信的一种主要的应用,其特点是移动性,即支持通信终端在移动状态下进行正常的通信。