【IT168 信息化】
射频识别（Radio Frequency Identification,简称RFID）技术是从20 世纪80 年代走向成熟的一项自动识别技术。它利用射频方式进行非接触式双向通信交换数据以达到识别目的。而现在的世界海运系统存在明显的缺陷，无法满足世界运输界对集装箱运输的安全性日益增高的要求 。基于射频识别技术的集装箱的智能化为这一现状提供了很好的契机，所以基于射频识别技术的智能集装箱成为新的发展趋势。
1. RFID 技术及系统
RFID系统是利用感应、无线电波或微波能量进行非接触双向通信, 实现识别和交换数据目的的自动识别技术。它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据, 识别工作无需人工干预。作为条形码的无线版本, RFID 技术具有条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离远、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更改自如等优点。射频识别技术是从20 世纪80 年代走向成熟的一项自动识别技术, 进入90 年代以来得到了极为迅速发展。如今R FID 的应用已相当广泛: 人员出入门禁监控、管制; 可回收资产管理; 物流运输的货物管理; 不停车收费;公交智能卡等等。本文将主要介绍射频识别技术及其在实现智能集装箱里的应用。
典型的射频识别系统包括两部分: 它们是射频卡、读写器。射频卡也称应答器或电子标签, 它的几个主要模块集成到一块芯片中，完成与读写器的通信, 芯片上的内存部分用来储存识别号码或其它数据, 如集装箱号、集装箱型号、货物类别等。芯片外围仅需要连接天线( 和电池) , 可以作为集装箱的识别卡或货物的标识卡。读写器也称收发器或询问器, 它由发射单元、接收单元、信号处理控制单元和电源等组成。它通过天线向RFID 卡发送射频调制信号( 也称询问信号) , 同时通过天线接收从RFID 卡返回的载有RFID 卡中信息的射频调制信号( 也称应答信号) ,经处理后传给智能控制设备。
1.1 RFID 技术的优点
与其它自动识别技术，例如条形码识别技术相比，RFID技术主要有以下几个优点：
1） RFID的阅读器能透过泥浆、污垢、油漆涂料、油污、木材、水泥、塑料、水和蒸汽等非金属材料阅读标签，不必一定与标签直接接触，这使电子标签成为肮脏、潮湿和刺目等恶劣环境下阅读的理想选择；
2） RFID的数据存储容量大，标签上数据可以加密、数据可随时更新，特别适合于储存大量数据或在所需储存的数据经常需要改变的情况下使用；
3） RFID和条形码的主要区别是数据被电子化储存在RFID 标签的存储单元内。采用专用芯片的RFID读卡机能根据每件货物唯一的序列标识号来进行识别， 并可以进行密钥认证，保障数据安全；
4） RFID实现了“ 免接触”，不需要直线瞄准扫描操作，读写速度快，读取距离大。因此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。例如用在工厂的流水线上跟踪部件或产品，长距射频产品可用于自动收费或识别车辆身份、集装箱的信息等交通运输上，识别距离达几十米；
5） RFID的体积小、易封装， 外形多样（ 如卡状、环状、钮扣形、笔形等）， 可以隐藏或者嵌入在大多数材料或产品内， 使被标记的货品更加美观。可应用于不同场合，使用非常方便；
6）RFID的使用寿命可长达10 年以上， 读写10 万次，无机械磨损、无机械故障，可在恶劣环境下使用， 工作温度：-25℃～+70℃以内；
7） RFID的编号少有， 而且可以加入防伪识别码（ 如编码的最后一位可以设置防伪数位，它需要使用前面编码数字， 通过一种加密运算得出），只要通过联网或生产厂的防盗识别设备扫描，立即可以分辨产品的真伪。
RFID具有读写速度快，读取距离远， 数据容量大等特点，这一技术应用在物流过程和供应链管理之中，将会带来流通和交易成本的减少和管理水平的提高，对于实现智能集装箱将发挥重大作用。
1.2 RFID 系统的组成
RFID系统有限量的后台计算机，若干的读写器、阅读器及电子标签组成。其中，电子标签是物品识别的载体，其内部存放着物品的相关信息；读写器和阅读器是系统的中间设备，他们通过射频信号同电子标签进行近距离通行，从而识别标签指代的物品信息，通过接口把信息汇总给后台计算机，读写器和阅读器的区别在于，读写器可以对标签进行读写操作，而阅读器只能读取标签内部存放的信息；后台计算机分析从中间设备传来的信息，负责管理整个标签系统的正常工作。
RFID系统的硬件组成包括电子标签和电子标签读写器两个部份，如图1所示[1]。读写器通过射频信号同电子标签进行通信，系统通过读写器给电子标签发送指令，并通过读写器分析电子标签返回的有关信息；电子标签是应答器，用来响应读写器的指令，并报告处理结果。电子标签由标签天线和标签芯片两部份组成。标签天线是读写器和标签芯片之间进行信号和能量传递的中介。标签芯片则根据读写器的指令，作出相应的操作和响应。
1.3 RFID 系统的工作流程
读写器(阅读器)上电复位后，首先对各功能模块进行初始化，然后发出询卡/ 应答的指令。当标签芯片位于读写器(阅读器)的有效工作范围之外，标签芯片处于无电状态，不能进行任何操作。当其进入读写器(阅读器)的有效工作范围，标签芯片上电复位，进入等待状态，在此状态下，标签芯片可以正确接收和响应读写器(阅读器)所发送的询卡/ 应答指令，并进行相互认证(如图2所示)[2]。
如果在从询卡/应答认证过程中发生错误，读写操作将不能进行。
相互认证通过之后，读写器向电子标签发出读、写、增加、减少、恢复、传输、停止等指令。
电子标签一方面将读写器的指令接受、识别，另一方面对当前的工作状态进行分析，发现满足指令执行的条件，就经过指令译码，执行读写器指定的操作，并返回相应的处理结果，并将工作状态返回至初始状态。
如果电子标签发现指令不满足执行条件，电子标签将向读写器发出错误的信息，并将工作状态返回至初始状态。
读写器要再对该卡进行操作，只有从发送询卡/ 应答指令开始，直到所有的步骤满足条件并执行为止。读写器与电子标签之间的通信主要包括如下内容：
(1)复位应答：标签的通信协议和通信的波特率是定义好的，通过这两项内容，读写器与标签相互验证，当标签进入读写器的操作范围时，读写器以特定的协议与它通信，从而确定卡片的类型。
(2)防冲突闭合机制：当有多张卡在读写器的操作范围内时，防冲突闭合电路首先从众多卡中选择其中的一张作为下一步处理的对象，而未选中的卡则处于空闲模式以等待下一次被选择，该过程返回一个被选中的卡的序列号。
(3)选择卡片：选择被选中的卡的序列号。
(4)相互确认：读写器与卡片相互认证，然后进行通讯。
(5)指令操作：相互确认后可以进行读，写，加，减，传输，存储，暂停操作。
