盤點RFID的工作原理！

本文梗概

©文丨 e-works整理

RFID標籤，一項曾經只是用來跟蹤牛群的技術，如今正被用於跟蹤全球的消費產品。

1.

RFID工作原理介紹

在雜貨店結帳時排的長長的隊或許是人們對購物最大的抱怨之一了。但不久后，隨著全球產品編號（UPC）條形碼被智能標籤也稱射頻識別（RFID）標籤取代，這些長隊可能就會隨之消失了。RFID標籤是一種智能條形碼，可以向網路系統跟蹤報告你放入購物車中每一個產品。

想象一下，你去到雜貨店，把東西裝滿了你的購物車，便直接走出門去。你不用再排隊等待收銀員一個個的掃描你車裡的每個東西。相反的，這些RFID標籤將連接到電子讀取器，這些讀取器可以即時的檢測車裡的每一個物品。這些讀取器又將被連接到一個更大的網路，該網路將您的購買信息發送給零售商和產品生成商。接著，您的銀行將收到相應的通知，該應付的金額從您的帳戶中直接扣除。一切無需排隊，無需等待。

RFID標籤，一項曾經只是用來跟蹤牛群的技術，如今正被用於跟蹤全球的消費產品。許多製造商用RFID標籤來全程追蹤每一個產品，從產品被生產出來開始，直到它被人從貨架上取下來扔進購物車裡。

除了零售商品領域以外，RFID標籤還用於跟蹤車輛，飛機乘客，阿爾茨海默氏症患者和寵物。不久后，他們甚至可能跟蹤您的對矮胖或奶油花生醬的偏好。一些批評者說，RFID技術正佔據了我們生活中太多的部分了-我們生活中幾乎所有的地方都在受著它的影響。

在這篇文章中，您將可以學習到RFID標籤有哪些類型以及這些標籤是如何跟蹤整個供應鏈的。我們還將關注RFID標籤的非商業用途，以及國務院和國土安全部是如何使用它們的。最後，我們將研究一些評論家認為RFID標籤在動物，人類和我們的社會中的一些限制人權的應用。

2.

重塑條形碼

在你從零售商購買的幾乎所有的東西上都會印製有一個UPC條碼。這些條形碼可以幫助製造商和零售商對庫存保持追蹤。他們還可以告訴這些廠家售出貨品的數量，以及在一定程度上提供購買產品的消費者信息。這些由機器可讀的存儲二進位代碼的豎線組成的一系列代碼相當於每個產品的指紋。

於20世紀70年代初，為了加快貨品讀取速度而創造的條形碼有下面幾個缺點：

• 為了與庫存保持一致，企業必須對同一種產品的每一個條形碼都進行掃描。

• 通過收銀台時，又要重複對每個產品的每個條形碼進行掃描的相同過程。

• 條形碼是一種只讀的技術，這意味著它不能發送任何信息。

RFID標籤相對於條形碼有了改善，既可讀也可寫。 RFID標籤中存儲的數據可以改變，更新並鎖定。有些已經開始使用RFID標籤的商店發現，該技術提供了一種更好的方式來跟蹤庫存和市場銷售的商品。使用了RFID標籤，商店會看到產品離開貨架的速度以及消費者購買他們的速度變得更快。

RFID標籤在不久的將來還不會完全取代條形碼 - 目前有太多的零售店使用UPC掃描器的交易每年達十億美元。但是，隨著時間的推移，我們一定會看到更多帶有RFID標籤的產品，以及類似我們在前面介紹中展望的美好的即時結賬的無縫無線交易方式會受到越來越多的重視。事實上，世界上已經開始在特殊的信用卡和智能手機支付中使用RFID技術- 這些我們稍後再談。

除了零售商品，RFID標籤也被用於如公路收費的密碼卡片和捷運通行證等交通設備。因為他們如此有效存儲數據的能力， RFID標籤可以為收費和票價進行製表並從用戶存在卡上的錢裡面自動扣除相應的金額。而不用在收費站等待付費或是往櫃檯里投入硬幣，乘客帶著內嵌的RFID晶元好像使用信用卡一樣可以即時通過。

但是你會將你的病史委託給RFID標籤嗎？或者您的家庭地址或是您孩子的安全？在我們經過可以購買人的生命的雜貨店前，讓我們先來看看兩種類型的RFID標籤以及他們如何存儲和傳輸數據。

3.

RFID電子標籤的過去和現在

RFID技術早已在1970年就開始出現了，但直到最近，它已經被大規模的使用了。RFID電子標籤原來是被用於跟蹤長距離運輸的大型商品的，如牛、鐵路汽車和航空公司的行李。當時的標籤稱為電感耦合RFID電子標籤，是由金屬線圈、天線和玻璃組成的複雜系統。

電感耦合RFID標籤由RFID讀寫器產生的磁場供電。電流有一個電場分量和磁場分量——它是一種電磁波。所以既可以用一個電場產生磁，也可以用一個磁場產生電。「電感耦合」的名字就是來自磁場在電線中導入電流的過程。

後來為了降低技術成本又產生了電容耦合標籤。這些就可以作為一次性標籤應用到更便宜的商品，併產生了普遍使用的條形碼。使用電容耦合標籤不用金屬而用導電碳墨線圈來傳輸數據。油墨被印在標籤紙上，並用讀取器進行掃描。

摩托羅拉的BiStatix RFID標籤是這項技術的領跑者。他們在一塊僅3毫米寬的硅晶片上儲存96bits的信息。該技術並沒有被零售商採用，BiStatix也在2001年被取消了 [來源:RFID期刊]。

RFID產業又有了更多的創新，包括有源、半有源和無源RFID標籤。這些標籤可以儲存到2 k的數據並由一個微型晶元和天線組成，在有源和半有源標籤里還包括電池。這些組件被封裝在塑料、硅以及玻璃中。

基本上，每個標籤都有同樣的工作方式：

• 數據存儲在一個¬RFID標籤晶元中等待被讀取。

• 標籤的天線接收到RFID讀取器天線發出的電磁場。

• 在其內部電池或讀取器發出的電磁場的供電下,標籤發送無線電波給讀取器。

• 讀取器接收標籤發出的無線電波並解讀其相應的頻率數據。

因為價格昂貴並且笨重，電感耦合和電容耦合的RFID標籤今天已經不常用了。在下一章節，我們將了解更多關於有源、半有源和無源RFID標籤的知識。

4.

有源,半有源和無源RFID標籤

有源、半有源和無源RFID標籤使得RFID技術我們的世界里更實用。生產這些標籤成本更少,並且可以小到可以裝在幾乎任何產品里。

有源和半有源RFID電子標籤使用內部電池驅動他們的電路。有源標籤還會用電池驅動給RFID讀取器發射信號，而半有源標籤則需依靠讀取器提供給它的功率來發射信號。因為這兩種標籤相比無源RFID電子標籤內部有更多的硬體，因此更貴。有源和半有源標籤被用於讀取大距離的較貴的項目中—他們發射的高頻從850到950兆赫茲,可以在100英尺(30.5米)或更遠的距離內讀取。如果讀取距離還需要更遠，可以額外再加一個電池，標籤讀取範圍可超過300英尺(100米)[來源:RFID期刊]。

類似於其他的無線設備， RFID標籤可以發射一定頻譜範圍內的電磁信號。頻率是精確可變的，從而避免標籤間或讀取器之間的干擾。RFID系統使用時分多址(TDMA)的蜂窩系統，確保在無線通信中獲得正確處理[來源:RFID期刊]。

無源RFID標籤完全依靠讀取器提高其功率驅動。這種標籤可以在20英尺(6米) 讀取,他們的生產成本較低，意味著它們可以應用到更便宜的商品中。因為往往用於一次性消費品，這些標籤往往也是一次性的。一個鐵路汽車會有一個有源RFID標籤而一瓶洗髮香波會用一個無源標籤。

另一個影響的RFID標籤成本的因素是數據存儲。有三種存儲類型:讀寫，只讀和WORM (只寫一次，多次讀取)。一個可讀寫標籤的數據可以被添加或被覆蓋。只讀標籤將不能被寫入或覆蓋——他們只包含存儲在其中的數據。蠕蟲WORM標籤可以被寫一次（如寫入另一個序列號），但無法覆蓋數據。

大多數無源RFID標籤成本¬在7至20美分[來源:RFID期刊]。有源和半有源標籤則更貴，並且通常在沒有確定它們的使用範圍,¬存儲種類和數量前，RFID廠商無法給出這些標籤的價格。RFID產業的目標是如果有更多商家使用，要將無源RFID標籤的成本費用降至五美分一個。

在下一章節,我們將學習這種技術如何連接到網際網路並創建一個全球性的RFID標籤系統。

5.

RFID漫談

如果RFID產業能夠降低價格,它將走向一個可以全程智能追蹤供應鏈的隨處可見的網路。商店¬貨架傷將放滿智能標籤產品,可以從被購買一直追蹤到扔進垃圾桶。貨架本身會與網路進行無線通訊。而標籤將只是這個大的產品追蹤網路的一個組件。

網路的另外兩個部分有與標籤通訊的讀取器和給網路提供通信線路的互聯網。

讓我們來看一下這個系統的一個實際場景：

在雜貨店,你買了一盒牛奶。牛奶的容器上的RFID標籤儲存了牛奶的過期日期和價格。當你從貨架上拿起牛奶，架子上會顯示出牛奶的截止日期或者信息可以通過無線網路發送到您的個人數字助理或手機。

當你走出商店,穿過嵌有RFID讀取器的門。讀取器會列出您的購物車裡所有物品的價格,並把帳單送到你的銀行,銀行就從你的帳戶中扣除相應金額。產品製造商就會知道你買了他們的產品,並且庫存的電腦也會知道到底每一種產品需要再被準備多少。

你回到家就把你的牛奶放進也配備了RFID讀取器的冰箱里。這個智能冰箱能夠追蹤裡面儲存的所有食品。它可以跟蹤你使用的食物,記錄你使用冰箱的頻率,而且能讓你知道什麼時候牛奶和其他食物變質。

產品還可以被跟蹤到他們被扔進垃圾桶或回收站。這時，你的冰箱就可以將牛奶加入到你的購物清單,或者你還可以給冰箱設定讓冰箱自動訂購這些物品。

基於你購買的產品,你的雜貨店可以知道你獨特的偏好。不再每周收到通用的雜貨店特價簡報,或許您會接收到一個專為你製作的簡報。如果你有兩個在上學年齡的孩子、一隻小狗，你的雜貨店就會寄給你果汁和狗食等您會喜歡的物品的優惠券。

為了讓這個系統能實現,每個產品都要有一種獨特的產品號碼。麻省理工學院的Auto-ID中心正致力於研製電子產品代碼(EPC)標識符,它可以代替條形碼。每個智能標籤可能存儲96bit信息,包括產品製造商,產品名稱和40bit序列號。在這個系統里,智能標籤與一個叫目標命名服務的網路進行通訊。這個資料庫將檢索信息,然後直接將信息送到廠商的電腦上。

儲存在智能標籤里的信息用產品標記語言(PML)來寫,主要是基於可擴展標記語言(XML)的。使用PML語言，所有的計算機都可以與任何計算機系統通訊，方法類似於網路伺服器閱讀超文本標記語言(HTML)—用於創建網頁的語言。

RFID還沒有達到這種階段，但是RFID標籤在你生活中起到的作用比你可能想象到的還要多。沃爾瑪和Best Buy只是用RFID標籤管理貨存和市場銷售的其中兩大客戶。被稱作智能軟體代理的自動化系統可以處理所有進出RFID標籤的數據並像整理物品一樣執行具體的行動 [來源:RFID期刊]。

美國零售市場主要通過使用近場通訊的支付系統在捆綁式的實施RFID技術。這些將成為未來的信用卡。

6.

近場通信、智能手機和RFID

近場通信（NFC）有很好的應用前景，因為它提出了安全性更高，更加便捷的下一代支付方式。有些信用卡內嵌有NFC晶元,可以通過在NFC付款終端上揮動付款而不是再終端上刷一下,因此就不可能有人能通過磁條讀取你的數據。同樣的系統也應用於智能手機：取決於電子支付如何在這項技術上進行挖掘。

谷歌正使用Google Wallet推動NFC支付。這項應用在多重安全保護下，存儲了信用卡信息，可以在NFC終端迅速敲擊付款。也就是說,這項技術的可用性取決於在零售商處NFC付款終端機的數量以及支持這項技術的手機數量——Google Wallet發行時僅能用於Android Nexus S系列智能手機。

這和RFID有什麼關係嗎?近場通信設備能讀出無源RFID標籤並提取儲存在其中的信息。這種技術被用於現代廣告中。例如,想象一個正常的牛仔褲廣告海報, 在購物中心牆上能看到的那種。廣告商可以RFID標籤做一個」智能」海報可以與客戶產生更多的互動。

用一個NFC手機對著帶有RFID標籤的智能海報揮動一下,你就能得到一個在梅西百貨公司購買這些牛仔褲的九折優惠券。無源RFID標籤的成本很低,完全可以用在吸引客戶的宣傳材料上。

NFC和RFID技術在零售界有很大的前景,但安全問題仍然是一個普遍關心的問題。一些批評家覺得要對廠商跟蹤和記錄採購的主意保持警覺。零售不是唯一使用RFID技術的產業:在下一章節,我們將了解政府如何使用RFID標籤。

7.

政府發行的RFIDs

美國政府的Real ID項目

從空中交通到道路交通,安全正成為一個更迫切的問題,有些人認為他們現在比以往任何時候都受到更密切的監護。真實身份Real ID, 是9/11委員會開發的項目,旨在改進官方證件的發行方式。實際上, Real ID項目尚未被批准(並處於熱烈討論中),首先被提出的Real ID是真實身份的駕駛執照。DHS在2007年3月1日發出通知,提出對真實身份的駕駛執照立法。《真實身份駕駛執照可以使得過境加拿大更加容易,並且相比標準的駕駛執照,它還可以讓你接近聯邦設施,聯邦飛機和核電站[來源:安全部]。美國將會選擇是否在真實身份駕照里嵌入RFID晶元取代現行的二維條碼。

雖然許多消費者很願意購買RFID標籤跟蹤的貨物,但美國政府立法強制護照被嵌入RFID晶元，讓一些人大動肝火。

2006年8月14日,美國國務院開始發行電子護照,或e-passports。在2001年911恐怖襲擊后,國土安全部門(DHS)提出了e-passport的安全措施，有利於空中交通安全、邊境安全、以及美國機場更有效率的海關程序。e-passport加強的安全特性有——一個晶元識別號碼、數字簽名和作為一種生物標識的照片——因此不可能去偽造護照。

e-passport將提高安全性,但有這麼多的個人信息嵌入在其中,已經有越來越多的人擔憂e-passport身份文件被人盜用的潛在可能。e-passports可能發生的兩種形式的身份盜竊有:

略讀:在 e-passport持有人不知道的情況下，被人使用RFID讀取器從一個RFID晶元里掃描數據。

竊聽:當RFID讀取器掃描RFID時，RFID發射的頻率被別人解讀。

然而,DHS堅持e-passport的使用完全安全和並已採用適當預防措施,以確保用戶信息被保密。

為了防止略讀,e-passport內含一個金屬的反略讀anti-skimming裝置。這個裝置是插入在護照封面和第一頁中間的一個射頻防護。當e-passport被合上時,它根本就不能被掃描;當它打開時,只能被3.9英寸(10公分)距離內的掃描儀讀取 [來源:美國國家]。

為了防止竊聽,DHS已下令徹底覆蓋和封閉隔離所有掃描e-passport的區域，信號就不會泄露給被未授權的RFID讀取器。

e-passport價格是97美元。這個成本看似很高,而在機場安裝射頻識別讀取機的成本會更為驚人。採用e-passport需要逐步改變,但當局已經開始討論如何增強安全性以及在下一代e-passports中增加生物特徵識別技術。

對e-passports的爭論遠遠不及對人體晶元的爭論。接下來,我們將來看一下RFID晶元在生物領域裡所做的事。

8.

動物和人體晶元

動物晶元不是一件新鮮的事情——多年來農民都在一直使用RFID技術跟蹤家畜。但是一些公司正在對用於寵物的動物晶元做更大的文章,有些公司可以提供對人類進行晶元植入。

RFID的寵物回收系統利用一個米粒大小的微晶元，內含寵物主人的聯繫信息,有時還有動物的醫療史。獸醫用RFID讀取器對走失的寵物進行掃描來確認它是否攜帶RFID。但是系統在這裡會出現問題。有許多寵物回收系統在相互競爭,因此,也出現了許多種寵物微晶元。美國動物保護協會一直在選擇一個普遍通用的RFID閱讀器,讓獸醫可以用於讀取寵物晶元,不考慮其製造商以及製造時間。2005年11月,布希總統簽署了一項規範寵物微晶元和國家寵物主人資訊資料庫的法案(來源:RFID期刊]。

儘管FDA在2004年批准了對動物和人類植入RFID晶元,從早在1996年的研究顯示這些晶元植入在實驗室老鼠身上會導致腫瘤 (源自華盛頓郵報)。確切地說是，植入導致肉瘤,從而影響身體組織。目前還沒有研究證實癌症會在實驗室老鼠以外的其它動物身上出現,而晶元對人類會產生哪些影響還言之過早。RFID晶元發射的無線電波尚沒有任何對身體健康的負面影響。無論怎樣,這些人體晶元的其他缺點可能會遠遠大於其優點。

VeriChip公司是人體晶元業務的領跑者。公司給每個晶元獨特的識別號碼接入其醫療資料庫。VeriChip資料庫包含緊急聯絡方式和醫療病史。有嚴重的醫療問題,如阿爾茨海默氏症的病人是理想的VeriChip晶元候選人。除了一次性植入費、VeriChip晶元根據你想在資料庫上存儲多少信息來收取年費——你可以選擇僅僅存儲你的姓名及聯絡資料還是將全部病史都存儲進去。VeriChip的業務仍處於增長中, 所以不是每一家醫院都有射頻識別讀取機。同樣,醫生也不會給每一個病人掃描來檢查是否有晶元,所以VeriChip晶元是否有用還取決於醫院和醫生。

VeriChip在擁抱嬰兒保護項目中有較大的成功運用。在此RFID監控系統下，一些醫院的託兒所里的新生兒在腳踝上帶上有RFID的腳鐲。如果一個未經授權的人試圖將孩子從醫院帶走,護士站以及安全通道處都會響起警報。在VeriChip網站上，你還可以看到更多關於保護嬰兒的成功案例。

在下一章節,我們將聽到RFID評論家關於跟蹤設備在我們的現代世界中的評價。

RFID技術和SIDS

一位研究人員已經發展了一種射頻識別系統來監控嬰兒呼出的二氧化碳含量以防止嬰兒猝死綜合症SIDS。在這個體系中,感測器連接到嬰兒搖籃，一旦他們發現孩子已停止了呼吸，就會響起聲音警報，這潛在的保護了年輕的生命。在RFID雜誌上可以了解更多有關這個SIDS預防系統的信息。

9.

RFID評論

強制性的人體晶元

2007年10月,加州州長阿諾施瓦辛格簽署了一項法案禁止任何僱主強迫僱員安裝晶元。加利福尼亞也禁止RFID晶元在真實身份駕照上的使用[來源:RFID期刊]。

像許多新技術一樣,人們害怕他們不懂的東西。對於RFID,消費者也有許多恐懼,有些是非常正當的擔憂。這場辯論里你會看到為數不多的美國公民自由聯盟和基督教聯合站在同一邊的情況。

人體晶元看起來比商品標籤更加高級,RFID批評者擔心,可能有一天人體晶元會變成強制性的。在2006年CityWatcher.com公司給他的兩個員工安裝了晶元后，這些恐懼開始失控。CityWatcher.com堅持說員工不是被迫的——他們自願植入晶元以更方便去獲取存放在安全櫃里的文件。還有其他員工拒絕移植,並且他們的職位在公司里也沒有受到任何影響。

除了上一節中討論到VeriChip晶元掃描的局限性，對一些來說， VeriChip晶元背後還有很深厚的宗教以及公民自由問題的暗示。有些人認為VeriChip晶元預示著一個《啟示錄》中的聖經預言,並將晶元解釋為「獸印記」。對於關心公民自由的人來說,該晶元將把我們一步一步地帶入一個接近Orwellian一樣的社會,在這樣的社會裡我們的思想和行動都將由人控制。

雖然我們可以選擇是否要把RFID晶元植入自己或我們的寵物,但我們不能控制是否在我們購買的商業產品里放置標籤。在《間諜晶元:有多少公司和政府計劃用RFID跟蹤你的一舉一動》一書中，Katherine Albrecht和Liz McIntyre 描述了RFID標籤最極端的應用場景。他們寫道，RFID標籤可以用來估計你的消費習慣和銀行帳戶來決定你要為購買的產品付多少錢。這聽起來可能有些偏執,但一些黑客證實了RFID標籤可以被偽造,包括打破他們的防盜功能並且改變產品相應的價格。因此需要有更好的加密技術來保證黑客無法用超靈敏天線竊取 RFID射頻。

更重要的是,有些評論家認為依賴RFID(無線射頻識別)系統作為首要的安全方法會讓人類的安全檢查站變得懶惰和無效。如果保安人員完全依賴商品的RFID防盜裝置和政府發行鑒定的RFID技術來監視犯罪和恐怖分子,他們可能會錯過就發生在眼前的犯罪活動。

看完本文有任何觀點想法，都可以在下方留言區暢所欲言！

數字化企業

科技 ● 智造 ● IT