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介绍RFID的系统架构，给出物联网与RFID之间的关系，使读者领悟RFID在物联网中所处的地位和作用；系统介绍RFID的工作原理，这些工作原理可以构成较为完整的RFID解决方案；给出RFID的应用实例，使读者认识到物联网的时代即将来临，物联网RFID将对社会经济的各个领域产生重大影响。
书名：物联网：射频识别（RFID）核心技术详解（第3版）
ISBN：978-7-115-43818-8
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• 编 著 黄玉兰
责任编辑 李永涛
• 人民邮电出版社出版发行 北京市丰台区成寿寺路11号
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• 读者服务热线：(010)81055410
反盗版热线：(010)81055315
本书内容共6篇18章，全面介绍了物联网RFID系统及其工作原理。系统架构篇介绍了物联网RFID的概念、产生背景、发展历程、基本组成和系统架构。无线传输篇、射频前端篇、数字通信篇和体系标准篇讲解了物联网RFID工作流程、工作原理、理论数据、工程举例、各国规范和标准体系，主要内容包括RFID使用频率、无线传播、电磁能量收发、天线技术、射频前端电路、编码与调制、数据完整性、数据安全性、电子标签体系结构、读写器体系结构、中间件和标准体系。应用实例篇介绍了物联网RFID在各个领域的典型应用实例。书中每篇均有内容导读，每章都配有小结、思考题和练习题，列举了具有实用价值和工程数据的例题，书末附有习题答案，便于学习。
本书分篇细致介绍，内容丰富详实，论述系统全面，同时具有可读性，不仅讲解了物联网RFID基础知识和基本原理，给出了理论认知和理论计算，而且介绍了国内外发展现状、实践切入点、技术数据、仿真设计和解决方案。
对于从事物联网RFID工作的工程师，本书是一本很好的参考书。本书适合作为高等院校通信、电子、物联网和自动控制类学生的教材。
《物联网：射频识别（RFID）核心技术详解》2010年出版，2011年11月荣获陕西省普通高等学校优秀教材一等奖，2012年修订完成第2版，已经重印7次。
为适应物联网与射频识别的迅速发展，对第2版又进行了修订。本版保留了原书中心明确、层次清楚、论述流畅的特点，在保持原书基本风格不变的前提下，对全书进行了全面更新和完善。本版在第2版的基础上做了如下修订。
“物联网”是在“互联网”的基础上，将用户端延伸和扩展到任何物品，进行信息交换和通信的一种网络。当物联网最初在美国被提出时，还只是停留在给全球每个物品一个编码，实现物品跟踪与信息传递的设想。如今，物联网被称为继计算机、互联网之后世界信息产业的第三次浪潮，物联网已经上升为国家战略，成为下一阶段IT产业的任务。在物联网时代，人类在信息与通信的世界里将获得一个新的沟通维度，从任何时间、任何地点人与人之间的沟通和连接，扩展到任何时间、任何地点人与物、物与物之间的沟通和连接。
射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）通过无线射频方式获取物体的相关数据，并对物体加以识别，是一种非接触式的自动识别技术。RFID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，可以识别高速运动的物体，可以同时识别多个目标，可以实现远程读取，并可以工作于各种恶劣环境。RFID技术无须与被识别物体直接接触，即可完成物体信息的输入和处理，能快速、实时、准确地采集和处理物体信息，是21世纪十大重要技术之一。
在物联网中，RFID技术是实现物联网的关键技术。RFID技术与互联网、移动通信等技术相结合，可以实现全球范围内物体的跟踪与信息的共享，从而给物体赋予智能，实现人与物体及物体与物体的沟通和对话，最终构成联通万事万物的物联网。
编写本书的初衷有3方面。一是介绍物联网的系统架构，给出物联网与RFID之间的关系，使读者领悟RFID在物联网中所处的地位和作用；二是给出工作原理，这些工作原理可以构成完整的物联网RFID解决方案；三是给出物联网RFID的应用实例，使读者认识到物联网的时代即将来临，物联网RFID将对社会经济的各个领域产生重大影响。
本书分为6篇，共18章内容。第1篇（第1章～第3章）为物联网RFID系统架构篇，介绍了物联网RFID概念、产生背景、发展历程、基本组成和系统架构。第2篇～第5篇详述了物联网RFID的工作原理，其中，第2篇（第4章～第5章）为物联网RFID无线传输篇，介绍了RFID使用频率、无线传播和电磁能量收发；第3篇（第6章～第8章）为物联网RFID射频前端篇，介绍了RFID天线和射频前端电路；第4篇（第9章～第11章）为物联网RFID数字通信篇，介绍了RFID编码、调制、数据校验、防碰撞算法、安全与隐私解决机制；第5篇（第12章～第15章）为物联网RFID体系标准篇，介绍了电子标签体系结构、读写器体系结构、中间件和标准体系；第6篇（第16章～第18章）为物联网RFID应用实例篇，介绍了物联网RFID在航空、铁路、公路、制造、物流、防伪和安全领域的典型应用实例。
本书由西安邮电大学黄玉兰教授编著。中国科学院西安光学精密机械研究所、中国科学院大学通信与信息系统专业的博士生夏璞协助完成了本书的插图工作，并协助整理了物联网和RFID的技术资料，在此表示感谢。本书受到西安邮电大学的资助（JGA201502）。
由于作者时间和水平有限，书中难免会有缺点和错误，敬请广大专家和读者予以指正。（电子邮箱：huangyulan10@sina.com）。
编者
2016年10月
《物联网：射频识别（RFID）核心技术详解》自2010年出版以来，受到广大读者的一致好评，已经多次印刷。2011年11月荣获陕西省普通高等学校优秀教材一等奖。
为适应物联网与射频识别的迅速发展，对第1版进行了修订。第2版修订如下。
本书内容分为3篇，共17章。其中，第1篇（第1章～第3章）为物联网RFID系统架构篇，系统地介绍了物联网的概念、RFID的概念、RFID的发展历程、物联网RFID的系统架构和5个组成部分；第2篇（第4章～第14章）为RFID工作原理篇，系统地介绍了RFID的工作频率、电子标签和读写器的天线、电子标签和读写器的射频前端电路、编码与调制、数据的完整性与数据的安全性、电子标签的体系结构、读写器的体系结构、中间件和RFID标准体系；第3篇（第15章～第17章）为物联网RFID应用实例篇，介绍了物联网RFID在不同领域的典型应用实例。
本书由西安邮电大学黄玉兰撰写。中国科学院西安光学精密机械研究所通信与信息系统专业的研究生夏璞协助完成了本书的插图工作，并协助整理了物联网和RFID的技术资料，在此表示感谢。夏岩提供了一些物联网和RFID的应用资料，夏岩在西门子工作多年，实践经验丰富，在本书的编写中给出了一些建议，在此表示感谢。
由于作者时间和水平有限，书中难免会有缺点和错误，敬请广大专家和读者予以指正。（电子邮件：huangyulan10@sina.com）。
编者
2012年11月
内容导读
第1篇“物联网RFID系统架构”共有3章内容。射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）经历了从闭环应用到开环应用的发展历程，并促成了物联网（The Internet of Things，IOT）概念的诞生。
物联网是在互联网的基础上，将用户端延伸和扩展到任何物体，进行信息交换和通信的一种网络。当物联网最初在美国被提出时，还只是停留在给全球每个物品一个代码，实现物品跟踪与信息传递的设想上。如今，物联网已经成为国家战略，物联网本身则被称为继计算机、互联网之后世界信息产业的第三次浪潮。在物联网时代，人类在信息与通信的世界里将获得一个新的沟通维度，从任何时间、任何地点的人与人之间的沟通和连接，扩展到任何时间、任何地点的人与物和物与物之间的沟通和连接。互联网时代，人与人之间的距离变小了；而继互联网之后的物联网时代，则是人与物、物与物之间的距离变小了。
在物联网中，RFID技术是实现物联网的关键技术。RFID技术是一种自动识别技术，它利用射频信号实现无接触信息传递，达到物体识别的目的。RFID技术与互联网、移动通信等技术相结合，可以实现全球范围内物体的跟踪与信息的共享，从而给物体赋予智能，实现人与物体及物体与物体的沟通和对话，最终构成联通万事万物的物联网。
本章将介绍物联网和RFID技术的基本概况。本章首先介绍物联网的概念和RFID的概念，介绍RFID技术的发展历程，并介绍物联网起源于RFID领域；然后介绍物品的自动识别技术，RFID是一种自动识别技术，通过条码识别、磁卡识别、IC卡识别和RFID的比较，介绍RFID技术与其他自动识别技术相比的优势；最后介绍物联网RFID技术的应用领域和应用前景。
物联网的定义是：通过射频识别（RFID，Radio Frequency Identification ）、传感器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按照约定的协议，把任何物体与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
物联网的英文名称为The Internet of Things。由该名称可见，物联网就是“物与物相连的互联网”。这有两层意思，第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础之上延伸和扩展的一种网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物体，在物体之间进行信息的交换和通信。
射频识别（RFID）是一种自动识别技术。RFID通过无线射频信号获取物体的相关数据，并对物体加以识别。RFID技术无须与被识别物体直接接触，即可完成物体信息的输入和处理，能快速、实时、准确地采集和处理物体的信息。
RFID以电子标签来标志某个物体。电子标签包含电子芯片和天线，电子芯片用来存储物体的数据，天线用来收发无线电波。电子标签的天线通过无线电波将物体的数据发射到附近的RFID读写器，RFID读写器就会接收物体的数据，并对数据进行处理。RFID无须人工干预，可以工作于各种恶劣环境，可以识别高速运动的物体，并可以同时识别多个目标。
IT产业下一阶段的任务，就是把新一代的IT技术充分运用到各行各业之中，地球上的各种物体将被普遍连接，形成物联网。在物联网中，世界上的所有物体都将“自动开口说话”，人和物体也可以“对话”，物体和物体之间也能“交流”，再借助于互联网，在世界任何一个地方人类都可以即时获取物体的信息。
在物联网中，RFID是非常重要的技术。在物联网的构想中，每个物品都有一个电子标签，RFID技术通过读写器自动采集电子标签的信息，再通过网络传输到中央信息系统，以实现物品的自动识别和信息共享。物联网以RFID系统为主要基础之一，结合已有的无线通信技术、网络技术、数据库技术和中间件技术等，将构筑一个由大量联网的读写器和无数移动的电子标签组成的，比Internet更为庞大的网络。
RFID技术在20世纪40年代产生，最初单纯用于军事领域，从20世纪90年代开始在企业内部等闭环内逐步推广使用。现在随着物联网概念的产生，RFID技术将逐步运用到各行各业之中。任何新技术的产生和发展都源于实际应用的需要，RFID技术也不例外，从20世纪40年代起，RFID技术经历了产生、探索阶段、成为现实阶段、推广阶段和普及阶段。RFID技术的发展历程如下。
20世纪40年代，由于雷达技术的应用和改进，产生了RFID技术，也奠定了RFID技术的基础。RFID的诞生源于战争的需要，二战期间，英国空军首先在飞机上使用RFID技术，其功能是用来分辨敌方飞机和我方飞机，这是有记录的第一个敌我RFID系统，也是RFID的第一次实际应用。
在“不列颠空战”中，德国的“BF-109”战机与英国的“飓风MK.I”战机和“喷火MK.I”战机十分相似，在瞬息万变的空战中不易识别敌我。为此，英军开发了无线电“敌我识别系统”。英军的无线电“敌我识别系统”大多与雷达协同工作，识别的“敌”“友”信息在雷达上显示，英军的无线电“敌我识别系统”为英国空军取得了巨大的技术优势。无线电“敌我识别系统”一般由询问器和应答器两部分组成，由询问器发射事先编好的电子脉冲码，若目标为“友”方，则应答器在接收到信号后会发射事先约定好的脉冲编码，如果对方不回答或回答错误即可认为是敌方。英军的“敌我识别系统”基本具备了RFID技术的主要特征，因此其成为RFID技术的起源。这个技术在20世纪50年代末成为世界空中交通管制系统的基础，至今还在商业和私人航空控制系统中使用。
1948年，Harry Stockman发表的论文“用能量反射的方法进行通信”是RFID理论发展的里程碑，该论文发表在“无线电工程师协会论文集”中，该论文集是IEEE的前身。在论文中Harry Stockman预言：“显然，在能量反射通信中的其他基本问题得到解决之前，在开辟它的实际应用领域之前，我们还要做相当多的研究和发展工作”。事实正如Harry Stockman所预言，人类花了大约30年时间，才解决了他所说的所有问题。
20世纪50年代是RFID技术的探索阶段。远距离信号转发器的发明扩大了敌我识别系统的识别范围，D. B. Harris的论文“使用可模式化被动反应器的无线电波传送系统”提出了信号模式化理论和被动标签的概念。在这个探索期，RFID技术主要是在实验室进行研究，RFID技术使用成本高、设备体积大。
1960～1980年，RFID技术成为了现实。在理论与技术方面，无线理论及其他电子技术（如集成电路和微处理器）的发展，为RFID技术的商业化奠定了基础。在应用方面，20世纪60年代欧洲出现了商品的电子监视器，这是RFID技术第一次在商业系统中应用。此后，RFID技术逐步进入商业应用阶段，RFID技术成为了现实。
20世纪60年代是RFID技术应用的初始期。在这一时期，科研人员开始尝试一些应用，一些公司引入RFID技术开发电子监控设备来保护财产、防止偷盗。早期的RFID系统是只有1位的电子标签系统，电子标签不需要电池，简单地附着在物品上。电子标签一旦靠近识别装置（读写器），系统就会报警，识别装置通常放在门口，用于探测电子标签的存在。
20世纪70年代是RFID技术应用的发展期。在这一时期，由于微电子技术的发展，科技人员开发了基于集成电路芯片的RFID系统，并且有了可写内存，RFID读取速度更快、识别范围更远，降低了RFID技术的应用成本，减小了RFID设备的体积。RFID技术成为人们研究的热门课题，各种机构都开始致力于RFID技术的开发，RFID测试技术也得到加速发展，出现了一系列RFID技术的研究成果，RFID产品研发处于一个大发展时期。
20世纪80年代是RFID技术应用的成熟期。在这一时期，RFID技术及产品进入商业应用阶段，西方发达国家都在不同的应用领域安装和使用了RFID系统。例如，挪威使用了RFID电子收费系统，纽约港务局使用了RFID汽车管理系统，美国铁路用RFID系统识别车辆，欧洲用RFID电子标签跟踪野生动物来对野生动物进行研究。
20世纪90年代是RFID技术的推广期，主要表现在发达国家配置了大量的RFID电子收费系统，并将RFID用于安全和控制系统，使射频识别的应用日益繁荣。
20世纪90年代，RFID技术在美国的公路自动收费系统得到了广泛应用。1991年，美国俄克拉荷马州出现了世界上第一个开放式公路自动收费系统，装有RFID电子标签的汽车在经过收费站时无需减速停车，可以按照正常速度通过，固定在收费站的读写器在识别车辆后自动从汽车的账户上扣费，这个RFID系统的好处是消除了因为减速停车造成的交通堵塞。1992年，美国休斯顿安装了世界上第一套同时具有电子收费功能和交通管理功能的RFID系统，借助于RFID的电子收费系统，科研人员开发了一些新功能，一个RFID电子标签可以具有多个账号，分别用于电子收费系统、停车场管理和汽车费用征收。
20世纪90年代，社区和校园大门控制系统开始使用射频识别系统，RFID技术在安全管理和人事考勤等工作中发挥了作用。
20世纪90年代，世界汽车行业也开始使用射频识别系统，日本丰田公司和美国福特公司将RFID技术用于汽车防盗系统，汽车防盗实现了智能化。
20世纪90年代末和21世纪初是RFID技术的普及期。这时，RFID产品种类更加丰富，标准化问题日趋为人们所重视，电子标签成本不断降低，规模应用行业不断扩大，一些国家的零售商和政府机构都开始推荐RFID技术，RFID比想象的更接近现实。
2003年，美国沃尔玛公司宣布它将要求100个主要供应商在2005年1月前在其货箱和托盘上应用RFID电子标签。而且，沃尔玛还提出在2006年这一要求将扩展到其他的供应商，同时将很快在欧洲实施，然后在剩下的其他海外区域实施。沃尔玛是世界最大的连锁超市，沃尔玛的这一决定在全球范围内极大地推动RFID技术的普及。沃尔玛的高级供应商每年要把80亿箱到100亿箱货物运送到零售商店，一旦这些货箱贴上电子标签，就需要安装相关的RFID设施。因此，沃尔玛的这项决议使RFID技术在各行业的应用迅速扩展。
对军队来说，后勤物资调动是打赢战争最为重要的保障。但是，如何把这样庞大繁杂的工作进行得迅速准确却是一大难题。在1991年海湾战争中，美国向中东运送了约4万个集装箱，但由于标识不清，其中2万多个集装箱不得不重新打开、登记、封装并再次投入运输系统，当战争结束后，还有8000多个打开的集装箱未能加以利用。
美国国防部认为，RFID在集装箱联运跟踪和库存物资跟踪方面具有巨大的发展潜力。目前美国国防部已经在内部使用RFID系统，跟踪大约40万件物品，RFID已经给美军后勤领域的管理带来了极大的方便。
本世纪初，RFID标准体系已经初步形成。目前国际上有多种RFID标准体系，其中ISO/IEC、EPCglobal和UID是3种最主要的RFID标准体系。各种RFID标准体系相互竞争，共同促进RFID技术的发展。国际上多种RFID标准体系的竞争有利于降低我国物联网RFID标准的使用成本，ISO/IEC、EPCglobal和UID标准体系最后是否能够成为我国的产业标准，将由我国政府和我国市场共同决定。
全球多种RFID标准体系包含了许多RFID标准，但这些RFID标准不一定完全符合我国的应用需求。我国认识到RFID标准的重要性，已经加入RFID标准的制订。
物联网的基本思想是美国麻省理工学院在1999年提出的，其核心思想是为全球每个物品提供唯一的电子标识符，实现对所有实体对象的唯一有效标识。这种电子标识符就是现在经常提到的电子产品编码（Electronic Product Code，EPC），物联网最初的构想是建立在EPC之上的。EPC系统使网络的触角伸到了物体之上，通过EPC码来搭建自动识别全球物品的物联网，目标是实现全球物品实时识别和信息共享的网络平台。EPC系统利用射频识别技术追踪和管理物品。在EPC系统中，电子标签中存储着EPC码，电子标签是EPC码的物理载体，附着在可跟踪的物品上，可全球流通；电子标签与读写器构成的射频识别系统对EPC码自动采集；读写器与互联网相连，读写器是读取电子标签中EPC码，并将EPC码输入互联网的设备。
2003年，美国沃尔玛公司宣布2005年将使用EPC系统的射频识别技术。随后，联合利华、保洁、卡夫、可口可乐、吉列和强生等公司也宣布将采用EPC系统。2004年，EPC系统推出了第一代的全球标准，第一代EPC电子标签标准EPC Gen1完成，并在部分应用中进行了测试。2005年，EPC系统发布了电子标签的EPC Gen2标准，Gen2标准得到实际应用。从示范实验到全球标准，EPC系统以射频识别技术作为一种物联网的实现模式，构建全球的、开放的、物品标识的物联网。
2005年11月17日，在突尼斯（Tunis）举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟（ITU）发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，正式提出了“物联网”的概念。报告指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体都可以通过因特网主动进行信息交换，包括从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾。
2009年1月28日，奥巴马就任美国总统后，与美国工商业领袖举行了一次“圆桌会议”。作为仅有的两名代表之一，IBM首席执行官彭明盛首次提出“智慧地球”这一概念，建议新政府投资新一代的智慧型基础设施。“智慧地球”概念一经提出，立即得到美国各界的高度关注，甚至有分析认为，IBM公司的这一构想极有可能上升至美国的国家战略，并在世界范围内引起轰动。IBM认为，IT产业下一阶段的任务是把新一代的IT技术充分运用到各行各业之中，地球上的各种物体将被普遍连接，形成物联网。
2009年6月18日，欧盟在比利时首都布鲁塞尔提交了以《物联网——欧洲行动计划》为题的公告。欧盟的《物联网——欧洲行动计划》列举了14项行动，欧盟希望通过构建新型物联网管理框架来引领世界物联网的发展。有关专家认为，欧盟制订有关物联网的行动计划，标志着欧盟已经将物联网的建设提到议事日程上来。
2009年8月，我国首次提出发展物联网。2010年3月，教育部下发“教育部办公厅关于战略性新兴产业相关专业申报和审批工作的通知”，我国高校开始创办物联网工程专业。2010年9月，国务院通过“国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定”，确定物联网是我国7个战略性新兴产业之一。2015年7月，国务院发布推进“互联网+”的行动指导意见，“互联网+”将在协同制造、现代农业、智慧能源、普惠金融、益民服务、高效物流、电子商务、便捷交通、绿色生态和人工智能方面开展重点行动，这将进一步加快我国物联网的发展。
美国权威咨询机构Forrester预测，到2020年，世界上“物与物互联”业务与“人与人通信”业务相比将达到30比1。也有预测这个比例未来可以达到100比1甚至1000比1，将对社会经济产生巨大影响。
欧洲智能系统集成技术平台（The European Technology Platform on Smart Systems Integration，EPOSS）是欧盟工业企业为协调研发活动而成立的一个组织。EPOSS在《Internet of Things in 2020》报告中指出物联网的发展将经历4个阶段：2010年之前RFID被广泛应用于物流、零售和制药领域；2010～2015年物体互联；2015～2020年物体进入半智能化；2020年之后物体逐步进入全智能化。
随着人类社会步入信息时代，人们所获取和处理的信息量不断加大。传统的信息采集是通过人工手段录入的，不仅劳动强度大，而且数据误码率高。以通信技术和计算机为基础的自动识别技术可以对目标对象自动识别，并可以工作在各种环境之下，使人类得以对大量信息进行及时、准确地处理。自动识别技术可以对每个物品进行标识和识别，并可以将数据实时更新，是构造全球物品信息实时共享的基础，是物联网的重要组成部分。
射频识别是一种自动识别技术。与条码识别技术、磁卡识别技术和IC卡识别技术等相比，射频识别技术以特有的无接触、抗干扰能力强、可同时识别多个物体等优点，成为自动识别领域中最优秀和应用最广泛的技术之一，是目前最重要的自动识别技术。本节首先介绍自动识别技术的概念和分类，然后分别介绍条码识别技术、磁卡识别技术、IC卡识别技术和射频识别技术，通过本章的学习可以对自动识别技术有一个基本的认识。
自动识别技术是利用机器识别对象的众多技术的总称。具体地讲，就是应用识别装置，通过被识别物品与识别装置之间的接近活动，自动地获取被识别物品的相关信息。自动识别技术是一种高度自动化的信息或数据采集技术，对字符、影像、条码 和信号等记录数据的载体进行机器自动识别，自动地获取被识别物品的相关信息，并提供给后台的计算机处理系统来完成相关后续处理。
以前信息识别和管理多采用单据、凭证和传票等为载体，通过手工记录、电话沟通、人工计算、邮寄或传真等方法，对信息进行采集、记录、处理、传递和反馈，不仅极易出现差错、信息滞后，也使管理者对物品在流动过程中的各个环节难以统筹协调。因而造成了信息识别和管理不能系统控制，无法实现系统优化和实时监控，效率低下，导致人力、运力、资金和场地的大量浪费。
近几十年来，自动识别技术在全球范围内得到迅猛发展，极大地提高了数据采集和信息处理的速度，改善了人们的工作和生活环境，提高了工作效率，并为管理的科学化和现代化做出了重要贡献。自动识别技术可以在制造、物流、防伪和安全等领域中应用，可以采用光识别、磁识别、电识别或射频识别等多种识别方式，是集计算机、光、电、通信和网络技术为一体的高技术学科。
自动识别技术的分类方法很多，可以按照国际自动识别技术的分类标准进行分类，也可以按照应用领域和具体特征的分类标准进行分类。
按照国际自动识别技术的分类标准，自动识别技术可以分为数据采集技术和特征提取技术两大类。数据采集技术分为光识别技术、磁识别技术、电识别技术和无线识别技术等；特征提取技术分为静态特征识别技术、动态特征识别技术和属性特征识别技术等。
按照应用领域和具体特征的分类标准，自动识别技术可以分为条码识别技术、生物识别技术、图像识别技术、磁卡识别技术、IC卡识别技术、光学字符识别技术和射频识别技术等。这几种自动识别技术采用了不同的数据采集技术，其中条码是光识别技术、磁卡是磁识别技术、IC卡是电识别技术、射频识别是无线识别技术。
条码是由一组条、空和数字符号组成，按一定编码规则排列，用以表示一定的字符、数字及符号等信息。
条码技术诞生于Westinghouse实验室，发明家John Kermode想实现邮政单据自动分检，他的想法是在信封上做条码标记，条码中的信息是收信人的地址，如同今天的邮政编码。为此，John Kermode发明了条码标识。最早的条码标识设计方案非常简单，即一个“条”表示数字“1”、二个“条”表示数字“2”，依次类推。然后，John Kermode又发明了由扫描器和译码器构成的识读设备，扫描器利用当时新发明的光电池收集反射光，“空”反射回来的是强信号，“条”反射回来的是弱信号，通过这种方法直接分检信件。
条码种类很多，大体可以分为一维条码和二维条码。一维条码和二维条码都有许多码制，条、空图案对数据不同的编码方法构成了不同形式的码制。不同码制有各自不同的特点，可以用于一种或若干种场合。条码识别是对红外光或可见光识别，由扫描器发出的红外光或可见光照射条码标记，深色的“条”吸收光，浅色的“空”将光反射回扫描器，扫描器将光反射信号转换成电子脉冲，再由译码器将电子脉冲转换成数据，数据最后传至后台。
一维条码有许多种码制，包括EAN-8码、EAN-13码、UPC-A码、UPC-E码、Code25码、Code39码、Code93码、Code128码、Matrix码、库德巴码和ITF25码等。图1-1所示为几种常用一维条码的样图。
图1-1 几种常用的一维条码样图
不论哪一种码制，一维条码都是由以下几部分构成的。
目前最流行的一维条码是EAN-13条码。EAN（European Article Number）是欧洲物品编码的缩写。EAN-13条码的代码是由13位数字组成，其中它的前3位数字为前缀码，目前国际物品编码协会分配给我国并已启用的前缀码为“690～692”。当前缀码为“690”和“691”时，第4～7位数字为厂商代码，第8～12位数字为商品项目代码，第13位数字为校验码；当前缀码为“692”时，第4～8位数字为厂商代码，第9～12位数字为商品项目代码，第13位数字为校验码。EAN-13条码的构成如图1-2所示。
图1-2 EAN-13条码的构成
二维条码技术是在一维条码无法满足实际应用需求的前提下产生的。二维条码能够在横向和纵向二维空间同时表达信息，因此能在很小的面积内表达大量的信息。二维条码技术自20世纪70年代初问世以来，发展十分迅速，目前它已广泛应用于商业流通、仓储、医疗卫生、图书情报、邮政、铁路、交通运输和生产自动化管理等领域。
二维条码是用某种特定的几何图形，按一定规律在平面（二维空间）上分布的黑白相间的图形。二维条码在代码编制上巧妙地利用计算机逻辑基础的“0”和“1”比特概念，使用若干个与二进制相对应的几何图形来表示数值信息，通过图像输入设备或光电扫描设备自动识读，以实现信息自动处理。目前有几十种二维条码的码制，常用的码制有Data matrix码、QR Code码、Maxicode码、PDF417码、Code 49码、Code 16K码和Code one码等。图1-3所示为几种常用二维条码的样图。
图1-3 几种常用的二维条码样图
磁卡最早出现在20世纪60年代，当时伦敦交通局将地铁票背面全涂上磁介质，磁卡用来储值。后来，由于改进了系统、缩小了面积，磁介质成为了现在的磁条。磁条从本质意义上讲与计算机用的磁带或磁盘是一样的，它可以用来记载字母、字符和数字信息。磁条通过粘合或热合与塑料或纸牢固地整合在一起，形成磁卡。
磁卡是一种磁记录介质卡片，它由高强度、耐高温的塑料或纸质涂覆塑料制成，能防潮、耐磨且有一定的柔韧性，携带方便、使用较为稳定可靠。磁条记录信息的方法是变化磁的极性，在磁性氧化的地方具有相反的极性（如S-N和N-S），这个过程被称作磁变。识读器材能够分辨到这种磁性变换。一部解码器可以识读到磁性变换，并将它们转换回字母或数字的形式，以便由一部计算机来处理。磁卡技术能够在很小的磁条内存储较大数量的信息，在磁条上的信息可以被重写或更改。
磁条有2种形式，一种是普通信用卡式磁条，另一种是强磁式磁条。强磁式磁条由于降低了信息被涂抹或损坏的机会而提高了可靠性，大多数读卡器同时支持这2种类型磁条的识读。磁卡的特点是数据可读写，即具有现场改变数据的能力，这个优点使得磁卡的应用领域十分广泛，例如，银行信用卡、会员卡、现金卡、机票和公共汽车票等都可以采用磁卡。图1-4所示为一种银行卡，该银行卡通过背面的磁条可以读写数据。
图1-4 银行磁卡
磁卡数据存储时间的长短受磁性粒子极性耐久性的限制，因此磁卡存储数据的安全性一般较低，如果磁卡不小心接触磁性物质就可能造成数据的丢失或混乱。要提高存储数据的安全性能，就必须采用另外的相关技术。随着新技术的发展，安全性能较差的磁卡有逐步被取代的趋势。但是，在现有条件下，社会上仍然存在大量的磁卡设备，再加上磁卡技术的成熟和低成本，在短期内磁卡技术仍然会在许多领域应用。
IC卡，英文名称为Integrated Circuit，有些国家和地区称之为灵巧卡（Smart Card）、芯片卡（Chip Card）或智能卡（Intelligent Card）。IC卡是一种电子式数据自动识别卡，分为接触式IC卡和非接触式IC卡，这里介绍的是接触式IC卡。
IC卡是集成电路卡，通过卡里的集成电路存储信息。IC卡将一个微电子芯片嵌入到卡基中，做成卡片形式，通过卡片表面8个金属触点与读卡器进行物理连接，来完成通信和数据交换。IC卡包含了微电子技术和计算机技术，作为一种成熟的高技术产品，是继磁卡之后出现的又一种新型信息工具。
按照是否带有微处理器，IC卡可分为存储卡和智能卡两种。存储卡仅包含存储芯片而无微处理器；智能卡则带有微处理器，将指甲盖大小带有内存和微处理器芯片的大规模集成电路嵌入到塑料基片中，就制成了智能卡。银行的IC卡通常是指智能卡，智能卡也称为CPU(中央处理器)卡，它具有数据读写和处理功能，因而具有安全性高、可以离线操作等突出优点。图1-5所示为几种IC卡。
图1-5 IC 卡
IC卡的外形与磁卡相似，它与磁卡的区别在于数据存储的媒介不同。磁卡是通过卡上磁条的磁场变化来存储信息；而IC卡是通过嵌入卡中的电擦除式可编程只读存储器（EEPROM）集成电路芯片来存储数据信息。
与磁卡相比较，IC卡具有以下优点。
RFID与传统的条码识别相比有很大的优势，其优势与特点表现如下。
条码的载体是纸张，它附在塑料袋或外包装箱上，特别容易受到折损。条码采用的是光识别技术，如果条码的载体受到污染或折损将会影响物体信息的正确识别。RFID采用电子芯片存储信息，可以免受外部环境污损。
条码是由平行排列的宽窄不同的线条和间隔组成，条码制作容易、操作简单，但条码是数据明码，也产生了仿造容易、信息保密性差等缺点。RFID标签采用的是电子芯片存储信息，其数据可以通过编码实现加密保护，其内容不易被伪造和更改。
一维条码的容量有限，只有约40bit存储能力；二维条码容量虽然比一维条码容量增大了很多，但最大容量也只可存储3000个字符。RFID标签的容量可以做到二维条码容量的几十倍。随着记忆载体的发展，RFID标签数据的容量会越来越大，可实现真正的“一物一码”，满足信息流量不断增大和信息处理速度不断提高的需要。
条码识别一次只能有一个条码接受扫描，而且要求条码与读写器的距离比较近，一般小于20cm。射频识别采用的是无线电波进行数据交换，RFID读写器能够远距离同时识别数百个RFID标签，并可以通过计算机网络处理和传送信息。
条码印刷上去就无法更改。RFID是采用电子芯片存储信息，可以随时记录物品在任何时候的任何信息，并可以很方便地新增、更改和删除信息。RFID通过计算机网络可以使制造企业与销售企业实现互联，工作人员可以随时了解物品在生产、运输和销售过程中的实时信息，人类可以实现对物品的透明化管理。因此，RFID是实现“物与物互连”和“人与物互连”的一种重要方式，是实现物联网的基石。
现在，物联网RFID已经应用于制造、物流和零售等多个领域，RFID种类十分丰富。2015年，我国又提出“互联网+”的行动指导意见，这将进一步加快我国物联网RFID的发展。目前物联网RFID的主要应用领域如下。
主要用于生产数据的实时监控、质量追踪和自动化生产等。
主要用于物流过程中的货物追踪、信息自动采集、仓储应用、港口应用和邮政快递等。
主要用于商品的销售数据实时统计、补货和防盗等。
主要用于医疗器械管理、病人身份识别和婴儿防盗等。
主要用于电子护照、身份证和学生证等各种电子证件。
主要用于弹药管理、枪支管理、物资管理、人员管理和车辆识别与追踪等。
主要用于贵重物品（烟，酒，药品）防伪、票证防伪、汽车防盗和汽车定位等。
主要用于贵重的、危险性大的、数量大且相似性高的各类资产管理。
主要用于不停车缴费、出租车管理、公交车枢纽管理、铁路机车识别、航空交通管制、旅客机票识别和行李包裹追踪等。
主要用于水果、蔬菜生长和生鲜食品保鲜等。
主要用于书店、图书馆和出版社的书籍资料管理等。
主要用于驯养动物和宠物识别管理等。
主要用于畜牧牲口和农产品生长的监控等，确保绿色农业，确保农业产品的安全。
主要用于对电力运行状态进行实时监控，以实现电力高效一体化管理。
主要用于银行和零售等部门，采用银行卡或充值卡等支付方式进行支付的一种系统。
主要用于环境的跟踪与监测。
主要用于家庭中各类电子产品、通信产品、信息家电的互通与互连，以实现智能家居。
主要用于养老、教育、旅游和社会保障等新兴服务，以提升科学决策能力和管理水平。
基于物联网的RFID技术用途十分广泛，可用于公共安全、工业制造、农业生产、仓储物流、环境监控、智能交通、智能家居、公共卫生、健康监测和绿色生态等多个领域。专家预测，未来10年内物联网就可能大规模普及，如果物联网顺利普及，就意味着几乎所有的工业制造、农业生产、商业物流、家居用品、电器设备、交通运输甚至金融服务等都需要更新换代，物联网RFID有很好的应用前景。
在物联网中，物体上都会附有RFID电子标签，物体上的RFID电子标签负责与外界沟通联系、互通信息。由于需要数以亿计的RFID电子标签，RFID电子标签的期望价格为5美分。RFID电子标签是一种用于物品的无线收发设备，RFID电子标签包含天线和芯片，如何使这样的RFID电子标签的价格降低为5美分，这对RFID技术提出了挑战。展望未来，物联网RFID技术将在21世纪掀起一场技术与应用的革命，RFID技术本身则被视为21世纪十大重要技术之一。
物联网的英文名称为The Internet of Things，由该名称可见，物联网就是“物与物相连的互联网”。RFID是一种通过无线射频信号获取物体相关数据的自动识别技术。RFID技术在20世纪40年代产生，经历了产生、探索、成为现实、推广和普及阶段，现在随着物联网概念的产生，RFID技术将运用到各行各业之中。
自动识别技术是利用机器识别对象的众多技术的总称。条码识别技术、磁卡识别技术、IC卡识别技术和RFID技术都属于自动识别技术。条码是由一组条、空和数字符号组成，条码识别是对红外光或可见光进行识别，深色的“条”吸收光、浅色的“空”将光反射回扫描器。磁卡是一种磁记录卡片，记录信息的方法是变化磁的极性，一部解码器可以识读到磁性变换。IC卡是一种电子式数据自动识别卡，通过卡里的集成电路存储信息。RFID是射频无线识别技术，RFID技术以特有的无接触、可同时识别多个物体等优点，成为最优秀和应用最广泛的自动识别技术。
物联网用途十分广泛，专家预测，未来10年内物联网就可能大规模普及。在物联网中，需要大量的RFID电子标签，对RFID电子标签的预期价格为5美分，这对物联网RFID技术提出了挑战。
1.1 什么是物联网？什么是RFID技术？
1.2 简述RFID技术产生、探索、成为现实、推广和普及阶段的发展史。
1.3 简述物联网的发展历程。
1.4 什么是自动识别技术？简述自动识别技术的分类方法。
1.5 条码识别技术的原理是什么？一维条码和二维条码有哪些码制？EAN-13条码是怎样构成的？
1.6 简述磁卡识别技术和IC卡识别技术的工作原理。IC卡比磁卡有哪些优点？
1.7 为什么说RFID技术是实现物联网的基石？
1.8 简述物联网RFID的应用领域和应用前景。
RFID系统是由电子标签、读写器和系统高层构成。RFID系统是一种非接触式的自动识别系统，它通过射频无线信号自动识别目标对象，并获取相关数据。在RFID系统中，电子标签用来标识物体，读写器用来读写电子标签的信息，电子标签与读写器通过射频无线信号传递物体的信息，系统高层管理电子标签和读写器。本章主要介绍RFID系统的基本构成、分类方法、工作流程、技术参数、功能特征和发展趋势，通过本章的学习，可以对由电子标签、读写器和系统高层构成的RFID系统有一个基本的认识。
RFID系统因应用不同其组成会有所不同，但基本都是由电子标签、读写器和系统高层这3大部分组成的。电子标签附着在物体上，用来标识物体。电子标签通过射频无线电波与读写器进行数据交换，读写器可将系统高层的读写命令传送到电子标签，再把电子标签返回的数据信息传送到系统高层。系统高层的数据交换与管理系统负责完成电子标签数据信息的存储，并负责对读写器和电子标签进行管理和控制。RFID系统的基本组成如图2-1所示。
图2-1 RFID系统的基本组成
电子标签由芯片和天线组成，具有存储数据和收发射频无线信号的功能。每个电子标签都具有唯一的电子编码，电子编码中存储着物体的相关信息。
读写器是利用射频技术读写电子标签信息的设备；同时，读写器还具有通信接口，通过通信接口与系统高层进行通信。在RFID系统工作时，一般首先由读写器发射一个特定的询问信号；当电子标签接收到这个信号后，就会给出应答信号，应答信号中含有电子标签携带的数据信息；读写器接收这个应答信号，然后将其传输给系统高层。
最简单的RFID系统只有一个读写器，它一次只对一个电子标签进行操作。例如，公交车上的票务系统就是最简单的RFID系统，公交车上的读写器一次只对一个电子标签（也就是公交卡）进行刷卡操作。复杂的RFID系统会有多个读写器，每个读写器要同时对多个电子标签进行操作，并要求实时处理数据信息，这就需要系统高层处理问题，RFID系统的数据处理、数据交换、数据传输和通信管理都由系统高层完成。
在RFID系统中，要从一个电子标签中读出数据或者向一个电子标签中写入数据，需要非接触式的读写器作为接口。读写器与电子标签的所有动作均由系统高层控制，对一个电子标签的读写操作是严格按照“主-从”原则进行的。在这个“主-从”原则中，系统高层是主动方；读写器是从动方，只对系统高层的读写指令做出反应。
为了执行系统高层发出的指令，读写器会与一个电子标签建立通信。而相对于电子标签而言，此时的读写器是主动方。除了最简单的只读电子标签，电子标签只响应读写器发出的指令，从不自主活动。
RFID系统的“主-从”原则如图2-2所示，其中包括系统高层与读写器的“主-从”原则和读写器与电子标签的“主-从”原则。
图2-2 RFID系统中的“主-从”原则
读写器的基本任务是启动电子标签，与电子标签建立通信，并在系统高层和非接触的电子标签之间传送数据。非接触通信的具体细节，包括通信建立、冲突避免和身份验证等，均由读写器自己来处理。在下面的例子中，由系统高层向读写器发出的一条读取命令，会在读写器与电子标签之间触发一系列的通信步骤，具体如下。
RFID系统有基本的技术流程。由技术流程可以看出RFID系统利用无线射频方式在读写器和电子标签之间进行非接触双向数据传输，以达到目标识别、数据传输和控制的目的。RFID系统的一般技术流程如下。
① 读写器通过天线发送一定频率的射频信号。
② 当电子标签进入读写器天线的工作区时，电子标签天线产生足够的感应电流，电子标签获得能量被激活（被唤醒），电子标签建立电源。
③ 电子标签接收读写器的询问指令，按照碰撞仲裁算法进入等待应答状态。
④ 电子标签将自身信息通过内置天线发送出去。
⑤ 读写器天线接收到从电子标签发送来的无线射频信号。
⑥ 读写器天线将无线射频信号传送到读写器。
⑦ 读写器对无线射频信号进行解调和解码，然后送到系统高层进行相关处理。
⑧ 系统高层根据逻辑运算判断该电子标签的合法性。
⑨ 系统高层针对不同的设定做出相应处理，发出指令信号，控制执行机构动作。
根据RFID系统的技术流程，电子标签由内置天线、射频模块、控制模块和存储模块构成，读写器由天线、射频模块、读写模块、时钟和电源构成。其中，有些电子标签自身也含有电池。RFID系统的结构框图如图2-3所示。
图2-3 RFID系统的结构框图
RFID系统的分类方法很多。RFID系统常用的分类方法有按照频率分类、按照供电方式分类、按照耦合方式分类、按照技术方式分类、按照信息存储方式分类、按照系统档次分类和按照工作方式分类等。下面具体介绍RFID系统常用的分类方式。
RFID系统工作频率的选择要顾及其他无线电服务，不能对其他服务造成干扰和影响。通常情况下，读写器发送的频率称为系统的工作频率或载波频率，根据工作频率的不同，射频识别系统通常分为低频、高频和微波系统。
按照供电方式，电子标签分为无源电子标签、有源电子标签和半有源电子标签，对应的RFID系统分别称为无源供电系统、有源供电系统和半有源供电系统。
根据读写器与电子标签耦合方式、工作频率和作用距离的不同，RFID无线信号传输分为电感耦合方式和电磁反向散射方式。
按照读写器读取电子标签数据的技术实现方式，RFID系统可以分为主动广播式、被动倍频式和被动反射调制式3种方式。
电子标签保存信息的方式有只读方式和读写方式，具体分为如下4种形式。
按照存储能力、读取速度、读取距离、供电方式和密码功能等的不同，RFID系统分为低档系统、中档系统和高档系统。
1位系统的数据量为1位。该系统读写器只能发出2种状态，这2种状态分别是“在读写器工作区有电子标签”和“在读写器工作区没有电子标签”。1位系统电子标签没有芯片，而是利用物理效应进行工作。1位系统电子标签主要应用在商店的防盗中，该系统读写器通常放在商店门口，电子标签则附着在商品上，当商品通过商店门口时系统就报警。
只读电子标签内的数据通常只由唯一的串行多字节数据组成，适合于只需读出一个确定数字的情况。只要将只读电子标签放入读写器的工作范围内，电子标签就开始连续发送自身序列号，并且只有电子标签到读写器的单向数据流在传输。在只读系统中，读写器的工作范围内只能有一个电子标签，如果多个电子标签同时存在，就会发生数据碰撞。只读电子标签功能简单，芯片面积小，功耗小，成本较低。
射频识别系统的基本工作方式有3种，分别为全双工工作方式、半双工工作方式和时序工作方式。
对于时分双工工作的RFID空中接口，通信协议第一条就是规定谁先讲，分为读写器先讲和标签先讲。
电子标签（Tag）又称为射频标签、应答器或射频卡。电子标签附着在待识别的物品上，每个电子标签具有唯一的电子编码，电子编码是RFID系统真正的数据载体。从技术角度来说，射频识别的核心是电子标签，读写器是根据电子标签的性能而设计的。在RFID系统中，电子标签的价格远比读写器低，但电子标签数量很大，应用场合多样，组成、外形和特点各不相同。RFID技术以电子标签代替条码，对物品进行非接触自动识别，可以实现自动收集物品信息的功能。
一般情况下，电子标签由标签专用芯片和标签天线组成，芯片用来存储物品的数据，天线用来收发无线电波。电子标签的芯片很小，厚度一般不超过0.35mm；天线的尺寸一般要比芯片大许多，天线的形状与工作频率等有关。封装后的电子标签尺寸可以小到2mm，也可以像身份证那么大。根据电子标签类型和应用需求的不同，电子标签能够携带的数据信息量有很大差异，范围从几比特到几兆比特。电子标签与读写器间通过电磁波进行通信，电子标签可以看成是一个特殊的收发信机。电子标签各组成部分如下。
为了满足不同的应用需求，电子标签的结构形式多种多样，有卡片型、环型、钮扣型、条型、盘型、钥匙扣型和手表型等。电子标签可能会是独立的标签形式，也可能会与诸如汽车点火钥匙等集成在一起进行制造。电子标签的外形会受到天线形状的影响，是否需要电池也会影响到电子标签的设计，电子标签可以封装成各种不同的形式。各种形式的电子标签如图2-4所示。
图2-4 各种形式的电子标签
如果将电子标签的芯片和天线封装成卡片形状，就构成卡片型电子标签。卡片型电子标签也常称为射频卡。
图2-5 卡片型电子标签
标签类电子标签形状多样，有条型、盘型、钥匙扣型和手表型等，可以用于物品识别和电子计费等。
图2-6 标签类电子标签
与其他电子标签相比较，植入式电子标签制造得很小。例如，将电子标签做成动物跟踪标签，其直径比铅笔芯还小，可以嵌入到动物的皮肤下。将RFID电子标签植入到动物皮下，称为“芯片植入”，这种方式近年来得到了很大的发展。这种电子标签采用玻璃封装，用注射的方式植入到狗或猫的两肩之间皮下，用来替代传统的狗牌或猫牌进行信息管理。植入式电子标签如图2-7所示。
图2-7 植入式电子标签
下面，在低频、高频和微波3个频段上，分别介绍电子标签的工作特点。
RFID技术首先在低频得到应用和推广。低频电子标签一般为无源标签，当电子标签位于读写器天线的近场区，电子标签的工作能量通过电感耦合方式从读写器中获得。在这种工作方式中，读写器与电子标签之间存在着变压器耦合作用，电子标签天线中感应的电压被整流，用作电子标签供电电压使用。低频电子标签可以应用于动物识别、工具识别、汽车电子防盗、酒店门锁管理、树木管理、资产管理和门禁安全管理等方面。低频电子标签可以采用如图2-8所示的形式。
图2-8 低频电子标签
在图2-8中，图2-8（a）～图2-8（b）所示分别为动物项圈和动物脚环式电子标签，这种电子标签经常用于管理动物；图2-8（c）所示为牲畜耳环式电子标签，这种电子标签经常用于管理牛、羊或猪；图2-8（d）所示为不干胶电子标签，可用于管理各种物品；图2-8（e）所示为汽车钥匙式电子标签，一般内置有电池；图2-8（f）所示为钉状电子标签，可用于树木管理，也可用于其他种类的资产管理。
高频电子标签的工作原理与低频电子标签基本相同。高频电子标签通常无源，当电子标签需要位于读写器天线的近场区，电子标签的工作能量通过电感耦合方式从读写器中获得。电子标签一般通过负载调制的方式进行工作，也就是通过电子标签负载电阻的接通和断开，促使读写器天线上的电压发生变化，实现天线电压振幅调制。高频电子标签常做成卡片形状，典型的应用有我国第二代身份证、小额消费卡、电子车票、门票和物流管理等。高频电子标签可以采用图2-9所示的形式。
图2-9 高频电子标签
在图2-9中，图2-9（a）所示为具有小额消费功能的VIP卡，小额消费电子标签也可以用于商店、超市等其他多种场合；图2-9（b）～图2-9（e）所示为门票，RFID门票可以用于体育赛事、景区门票或展览会门票；图2-9（f）所示为纸质的RFID火车票，这种电子标签已经在广州到深圳的车票中采用；图2-9（g）所示为物流标签，这种电子标签同时还配有条码，通常批量生产为一大卷，便于大量使用。
微波电子标签可以为有源电子标签或无源电子标签。微波电子标签与读写器传输数据时，电子标签位于读写器天线的远场区，读写器天线的辐射场为无源电子标签提供射频能量，或将有源电子标签唤醒。微波电子标签的典型参数为是否无源、无线读写距离、是否支持多标签同时读写、是否适合高速物体识别、电子标签的价格及电子标签的数据存储容量等。微波电子标签的数据存储容量一般限定在2Kbit以内，从技术及应用的角度来说，微波电子标签并不适合作为大量数据的载体，其主要功能在于标识物品并完成无接触的识别过程。以目前的技术水平来说，微波无源电子标签比较成功的产品相对集中在800MHz～900MHz工作频段，2.45GHz和5.8GHz系统则多以半无源微波电子标签产品面世。半无源标签一般采用钮扣电池供电，具有较远的阅读距离。微波电子标签可以采用图2-10所示的形式。
在图2-10中，图2-10（a）所示为腕带式电子标签，这类电子标签可用于医院病人或婴儿的跟踪，也可用于危险人物的管理；图2-10（b）所示为纽扣式电子标签，它属于一种体积微小、耐高温的电子标签，直径可为14mm，最高工作温度可达110℃，采用UHF频段且无源，并有防尘防水的功能，适用于洗衣店；图2-10（c）所示为悬挂式电子标签，这种电子标签有96bit内存容量，无源，识读距离可达6m；图2-10（d）所示为透明的电子标签，不会遮挡被标识的物品；图2-10（e）所示为超高频小型抗金属RFID标签，该标签可附着于金属表面使用，图中给出了标签尺寸与曲别针尺寸的对比；图2-10（f）所示为批量生产的电子标签，可满足电子标签的大规模使用；图2-10（g）～图2-10（i）所示为微波有源标签，工作距离可达100m，可用于人员考勤系统、车辆自动识别和ETC不停车收费等，其中图2-10（i）给出了有源标签与硬币的尺寸对比。
图2-10 微波电子标签
电子标签的技术参数主要有标签激活的能量要求、标签信息的读写速度、标签信息的传输速率、标签信息的容量、标签的封装尺寸、标签的读写距离、标签的可靠性、标签的工作频率和标签的价格等。
当电子标签进入读写器的工作区域后，受到读写器发出射频信号的激励，标签进入工作状态。标签的激活能量是指激活电子标签芯片电路所需的能量，这要求电子标签与读写器在一定的距离内，读写器能提供电子标签足够的射频场强。
标签的读写速度包括读出速度和写入速度。读出速度是指电子标签被读写器识读的速度，写入速度是指电子标签信息写入的速度，一般要求标签信息的读写为毫秒级。
标签信息的传输速率包括两方面：一方面是电子标签向读写器反馈数据的传输速率；另一方面是来自读写器写入数据的速率。
标签信息的容量是指电子标签携带的可供写入数据的内存量。标签信息容量的大小与电子标签是“前台”式还是“后台”式有关。
标签的封装尺寸主要取决于天线的尺寸和供电情况等，在不同场合对封装尺寸有不同要求。封装尺寸小的为毫米级，大的为分米级。如果电子标签的尺寸小，则它的适用范围宽，不管大物品或是小物品都能设置。但是，一味追求尺寸小并不是好事。如果电子标签设计的比较大，可以加大天线的尺寸，因此能有效地提高电子标签的识读率。
标签的读写距离是指电子标签与读写器的工作距离。标签的读写距离近的为毫米级，远的可达10m以上。另外，大多数系统的读取距离和写入距离是不同的，写入距离是读取距离的40%～80%。
标签的可靠性与电子标签的工作环境、大小、材料、质量、标签与读写器的距离等有关。例如，在传送带上时，当电子标签暴露在外，并且是单个读取时，读取的准确度接近100%。但是，许多因素都可能降低标签读写的可靠性，一次同时读取的标签越多、标签的移动速度越快，越有可能出现误读或漏读。
在某项应用中的调查表明，使用10000个电子标签时，一年中60个电子标签受到损坏，受损坏的比例低于0.1%。为了防止电子标签的损坏而造成的不便，条码与电子标签的共同使用是一种有效的补救办法，这样可以根据条码记载的信息迅速复制出一个电子标签。另外，在一个物品上放两个电子标签以备万一也是一种方法，但缺点是成本较高。
标签的工作频率是指电子标签工作时采用的射频频率，可以分为低频工作频率、高频工作频率和微波工作频率。
当电子标签大量订货时，目前某些电子标签的价格低于30美分。当电子标签的使用数量以10亿计时，规模经济效应将使电子标签的价格大大降低，很多公司希望将来每个电子标签低于5美分。智能电子标签的价格较高，一般在1美元以上。
对电子标签的硬件来说，封装占据了成本的一半以上。因此，封装是射频识别产业链中重要的一环。由于射频识别应用的领域越来越多，对电子标签的封装也提出了不同的要求。下面只从材料方面介绍电子标签的封装情况。
纸质的电子标签一般由面层、芯片电路层、胶层和底层组成。这种电子标签价格便宜，一般具有自粘贴的功能，可以直接粘贴在被识别物品的表面上。
塑料电子标签采用特定的工艺和塑料基材，将芯片和天线封装成不同的标签形式。塑料电子标签可以采用不同的颜色，封装材料耐高温。
玻璃电子标签将芯片和天线用特殊的物质植入到一定大小的玻璃容器内，封装成玻璃标签。玻璃电子标签可以注射到动物体内，用于动物的识别和跟踪。美国埃克森石油公司的速结卡也是一种玻璃电子标签，它采用玻璃容器封装芯片和天线，这种电子标签被设计成胶囊状，用来挂在钥匙环上。
电子标签有多种发展趋势，以适应不同的应用需求。以电子标签在商业上的应用为例，由于有些商品的价格较低，为使电子标签不过多提高商品的成本，要求电子标签的价格尽可能低。又以物联网为例，物联网希望标签不仅有标识的功能，而且有感知的功能。总体来说，电子标签具有以下发展趋势。
由于实际应用的限制，一般要求电子标签的体积比标记的物品小。这样，体积非常小的物品及其他一些特殊的应用场合，就对标签提出了更小、更易于使用的要求。现在带有内置天线的最小射频识别芯片厚度仅有0.1mm左右，电子标签可以嵌入纸币。
从长远来看，电子标签（特别是超高频远距离电子标签）的市场在未来几年内将逐渐成熟，成为继手机、身份证、公交卡之后又一个具有广阔前景和巨大容量的市场。在商业上应用电子标签，当使用数量以10亿计时，很多公司希望每个电子标签的价格低于5美分。
由于无源射频识别系统的工作距离主要限制在标签的能量供电上，随着低功耗设计技术的发展，电子标签的工作电压将进一步降低，所需功耗可以降低到5µW甚至更低。这就使得无源射频识别系统的作用距离进一步加大，可以达到几十米以上的作用距离。
不同的应用系统对电子标签的读写性能和作用距离有着不同的要求。为了适应多次改写标签数据的场合，需要更加完善电子标签的读写性能，使其误码率和抗干扰性能达到可以接受的程度。
针对高速移动的物体，如火车和高速公路上行驶的汽车，电子标签与读写器之间的通信速度会提高，使高速运动的物体可以快速准确地识别。
在物流领域中，会涉及大量物品需要同时识别的问题。因此，必须采用适合这种应用的通信协议，以实现快速、多标签的读/写功能。
电子标签处于读写器发射的电磁辐射中，这样电子标签有可能处于非常强的能量场中。如果电子标签接收的电磁能量很强，会在标签上产生很高的电压。为了保护标签芯片不受损害，必须加强电子标签在强磁场下的自保护功能。
在某些对安全性要求较高的应用领域中，需要对标签的数据进行严格的加密，并对通信过程进行加密。这样就需要智能性更强、加密特性更完善的电子标签，使电子标签在“敌人”出现的时候能够更好地隐藏自己而不被发现，并且数据不会因未经授权而被获取。
在某些应用领域中，需要准确寻找某一个标签，这时标签需要有某些附属功能，如蜂鸣器或指示灯。当系统发送指令时，电子标签便会发出声光指示，这样就可以在大量的目标中寻找特定的标签了。另外，在其他一些方面，如新型的防损、防窃标签，可以在生成过程中将电子标签隐藏或嵌入在物品中，以解决超市中物品的防窃问题。
为了保护隐私，在标签的设计寿命到期或者需要终止标签的使用时，读写器发出杀死命令或标签自行销毁。
为了降低标签天线的生产成本，人们开始研究新的天线印制技术，可以将RFID天线以接近于零的成本印制到产品包装上。采用导电墨水在产品的包装盒上印制RFID天线，比传统的金属天线成本低，印制速度快，节省空间，并有利于环保。
将电子标签与传感器相连，将大大扩展电子标签的功能和应用领域。
读写器（Reader and Writer）又称为阅读器（Reader）或询问器，是读取和写入电子标签内存信息的设备。读写器又可以与计算机网络进行连接，由计算机网络构成的系统高层完成数据信息的存储、管理和控制。读写器是一种射频无线数据采集设备，其基本作用就是作为数据交换的一环，将前端电子标签所包含的信息传递给后端的系统高层。
读写器基本由射频模块、控制处理模块和天线组成。读写器通过天线与电子标签进行无线通信，因此读写器可以看成是一个特殊的收发信机。同时，读写器也是电子标签与计算机网络的连接通道。
读写器可以工作在一个或多个频率，可以读写一种或多种型号的电子标签，并可以与计算机网络相连。
读写器天线可以是一个独立的部分，也可以内置到读写器中。读写器天线将电磁波发射到空间，并收集电子标签的无线数据信号。
射频模块用于基带信号与射频信号的相互转换，并与天线相连。射频模块既可以将频率很低的基带信号转换为射频信号，然后传输至天线；又可以将天线接收的射频信号转换为频率很低的基带信号。
控制模块是读写器的核心。控制模块的主要作用有：对发射信号进行编码、调制等各种处理，对接收信号进行解调、解码等各种处理；执行防碰撞算法；实现与后端应用程序的规范接口。
读写器没有一个确定的模式。根据数据管理系统的功能和设备制造商的生产习惯，读写器具有各种各样的结构和外观形式。根据读写器天线与读写器模块是否分离，读写器可以分为集成式读写器和分离式读写器；根据读写器外形和应用场合，读写器可以分为固定式读写器、OEM模块式读写器、手持式读写器、工业读写器和读卡器等。
固定式读写器一般是指天线、读写器与主控机分离，读写器和天线可以分别安装在不同位置，读写器可以有多个天线接口和多种I/O接口。固定式读写器如图2-11所示。
图2-11 3种固定式读写器
固定式读写器将射频模块和控制处理模块封装在一个固定的外壳里，固定式读写器的主要技术参数如下。
在很多应用中，读写器并不需要封装外壳，只需要将读写器模块组装成产品，这就构成了OEM（Original Equipment Manufacture）模块式读写器。OEM模块式读写器的典型技术参数与固定式读写器相同。
为了减小设备尺寸，降低设备制造成本，提高设备灵活性，也可以将天线与射频模块、控制处理模块封装在一个外壳中，这样就构成了一体化读写器。手持便携式读写器是指天线、读写器与主控机集成在一起，适合用户手持使用的电子标签读写设备。手持便携式读写器将读写器模块、天线和掌上电脑集成在一起，执行电子标签识别的功能，其工作原理与固定式读写器基本相同。手持便携式读写器一般带有液晶显示屏，并配有输入数据的键盘，常用在付款扫描、巡查、动物识别和测试等场合。手持便携式读写器一般采用充电电池供电，并可以通过通信接口与服务器进行通信，可以工作在不同的环境，并可以采用Windows CE或其他操作系统。与固定式读写器不同的是，手持便携式读写器可能会对系统本身的数据存储量有要求，并要求防水和防尘等。手持便携式读写器可以采用图2-12所示的形式。
图2-12 5种手持式读写器
第二代身份证阅读器符合ISO14443技术标准，采用内置式天线、标准计算机通信接口，支持Windows 98/2000/XP/NT等操作系统，电源直流插孔可设计在通信插头上。第二代身份证阅读器如图2-13（a）所示，可用于银行开户、旅馆住宿登记、民航机票购买等场合。
银行卡读卡器符合ISO 7816和ISO 14443标准，能将接触式和非接触式技术标准整合在同一个读卡器设备中，不仅可以用于信用卡网上交易支付，还可以用于非接触式智能卡充值。银行卡读卡器如图2-13（b）所示，具有用于非接触电子标签访问的内置天线，卡的读取距离视标签类型而定，读卡距离最大可达50mm。
图2-13 身份证阅读器和银行卡读卡器
工业读写器是指应用于矿井、自动化生产或畜牧等领域的读写器。工业读写器一般有现场总线接口，很容易集成到现有设备中。工业读写器一般需要与传感设备组合在一起，如矿井读写器应具有防爆装置。与传感设备集成在一起的工业读写器有可能成为应用最广的射频识别形式。
发卡器主要用于电子标签对具体内容的操作，包括建立档案、消费纠错、挂失、补卡和信息修正等。发卡器可以与计算机相互配合，与发卡管理软件结合起来应用。发卡器实际上是小型电子标签读写装置，具有发射功率小、读写距离近等特点。
读写器的基本功能是触发作为数据载体的电子标签，与这个电子标签建立通信联系。电子标签与读写器非接触通信的一系列任务均由读写器处理，同时读写器在应用软件的控制下，实现读写器在系统网络中的运行。读写器的工作特点如下。
读写器以射频方式向电子标签传输能量，并对电子标签完成基本操作。基本操作主要包括对电子标签初始化，读取或写入电子标签内存的信息，使电子标签功能失效等。
读写器将读取到的电子标签信息传递给由计算机网络构成的系统高层，系统高层对读写器进行控制和信息交换，完成特定的应用任务。
读写器不仅能识别静止的单个电子标签，而且能同时识别多个移动的电子标签。
对有源电子标签，读写器能够标识电子标签电池的相关信息，如电量等。
读写器兼容最通用的通信协议，单一的读写器能够与多种电子标签进行通信。读写器在现有的网络结构中非常容易安装，并能够被远程维护。
读写器的所有行为可以由应用软件来控制，应用软件作为主动方对读写器发出读写指令，读写器作为从动方对读写指令进行响应。
不同的使用环境和应用场合需要不同的读写器技术参数。读写器常用的技术参数如下。
射频识别的工作频率是由读写器的工作频率决定的，读写器的工作频率也要与电子标签的工作频率保持一致。
读写器的输出功率不仅要满足应用的需要，还要符合国家和地区对无线发射功率的许可，符合人类健康的要求。
读写器的接口形式很多，具有RS232、RS485、USB、WIFI、GSM和3G等多种接口，可以根据需要选择几种输出接口。
读写器有多种形式，包括固定式读写器、手持式读写器、工业读写器和OEM读写器等，选择时还需要考虑天线与读写器模块分离与否。
工作方式包括全双工、半双工和时序3种方式。
读写器优先是指读写器首先向电子标签发射射频能量和命令，电子标签只有在被激活且接收到读写器的命令后，才对读写器的命令做出反应。
电子标签优先是指对于无源电子标签，读写器只发送等幅度、不带信息的射频能量，电子标签被激活后，反向散射电子标签数据信息。
随着射频识别应用的日益普及，读写器的结构和性能不断更新，价格也不断降低。从技术角度来说，读写器的发展趋势体现在以下几个方面。
现在射频识别的应用频段较多，采用的技术标准也不一致。因此，希望读写器可以多频段兼容、多制式兼容，实现读写器对不同标准、不同频段的电子标签兼容读写。
读写器要与计算机通信网络连接，因此希望读写器的接口多样化。读写器可以具有RS232、USB、WIFI、GSM和3G等多种接口。
随着读写器射频模块和基带信号处理模块的标准化和模块化日益完善，读写器的品种将日益丰富，读写器的设计将更简单，读写器的功能将更完善。
对于某些简单的应用，一个读写器可以独立完成应用的需要。但对于多数应用来说，射频识别系统是由许多读写器构成的信息系统，系统高层是必不可少的。系统高层可以将许多读写器获取的数据信息有效地整合起来，完成查询、管理与数据交换等功能。
伴着着经济全球化的进程，RFID的应用与日俱增，加之计算机技术、RFID技术、互联网技术与无线通信技术的飞速发展，对全球每个物品进行识别、跟踪与管理将成为可能。RFID必将通过网络整合起来，计算机网络将成为RFID系统的高层。借助于RFID技术，物品信息将传送到计算机网络的信息控制中心，构成一个全球统一的物品信息系统，构造一个覆盖全球万事万物的物联网体系，实现全球信息资源共享、全球协同工作的目标。
RFID由电子标签、读写器和系统高层构成。在RFID系统中，电子标签用来标识物体，读写器用来读写物体的信息，电子标签与读写器通过射频无线信号传递信息，系统高层管理电子标签和读写器。RFID系统的分类方法很多，常用的有按照频率、供电方式、耦合方式、技术方式、信息存储方式、系统档次和工作方式等方法分类。
电子标签（Tag）又称为射频标签、应答器或射频卡。电子标签附着在待识别的物品上，每个电子标签具有唯一的电子编码，电子编码是RFID系统真正的数据载体。一般情况下，电子标签由标签专用芯片和标签天线组成，芯片用来存储物品的数据，天线用来收发无线电波。电子标签的结构形式多种多样，有卡片型、环型、钮扣型、条型、盘型、钥匙扣型和手表型等。电子标签可以工作在低频、高频和微波3个频段上，RFID技术首先在低频得到应用；高频电子标签常做成卡片形状，是目前使用最多的电子标签；微波电子标签是近年来研发的热点，也是实现物联网的关键技术。电子标签的技术参数主要有激活要求、读写速度、传输速率、容量、封装尺寸、读写距离、工作频率和价格等。电子标签可以封装为纸标签、塑料标签和玻璃标签。读写器（Reader and Writer）又称为阅读器（Reader）或询问器，是读取和写入电子标签内存信息的设备。读写器一般由射频模块、控制处理模块和天线组成，读写器通过天线与电子标签进行无线通信，因此读写器可以看成是一个特殊的收发信机。读写器的基本作用就是作为数据交换的一环，将前端电子标签所包含的信息传递给后端的系统高层。读写器具有各种结构和外观形式，根据天线是否分离可以分为集成式和分离式读写器；根据外形和应用场合可以分为固定式、OEM模块式、手持式、工业用和读卡器等。读写器常用的技术参数有工作频率、输出功率、输出接口、结构形式、工作方式和读写器是否优先等。当RFID系统由许多读写器构成时，系统高层是必不可少的，系统高层可以将许多读写器获取的数据有效地整合起来，完成查询、管理和数据交换等功能。
2.1 RFID系统的基本组成是什么？什么是RFID系统的“主-从”原则？RFID系统的一般技术流程是什么？
2.2 简述射频识别系统的分类方法。
2.3 电子标签的基本组成是什么？电子标签有哪些常用的结构形式？
2.4 简述电子标签的工作频段、功能特点、技术参数和封装方法。
2.5 电子标签的发展趋势是什么？
2.6 读写器的基本组成是什么？读写器有哪些常用的结构形式？
2.7 简述读写器的工作特点和技术参数。读写器的发展趋势是什么？
2.8 RFID为什么需要系统高层？在物联网中RFID的系统高层有什么作用？
