RFID射頻識別技術(shù)被公認為是本世紀最有發(fā)展前途的信息技術(shù)之一,，已經(jīng)得到業(yè)界的高度重視,。近年來，RFID技術(shù)發(fā)展迅速,，被廣泛應用于工業(yè)自動化,、商業(yè)自動化、交通運輸管控及物流,、供應鏈管理等眾多的領(lǐng)域,。據(jù)不完全統(tǒng)計，RFID技術(shù)從80年代后期至今,，申請專利已達600 信息安全等技術(shù)的發(fā)展,，射頻識別技術(shù)進入商業(yè)化應用階段。這一技術(shù)由于具有對高速移動物體識別,、多目標一次性識別和非接觸識別等特點,，在各領(lǐng)域顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿εc應用空間，被譽為21世紀的科技之星,。
　　
　　RFID技術(shù)發(fā)展趨勢
　　
　　一,、國外應用現(xiàn)狀
　　
　　1991年海灣戰(zhàn)爭中，美軍的后勤供給發(fā)生了嚴重問題,。據(jù)美國媒體報道,，美軍向海灣地區(qū)運送了4萬個集裝箱，由于集裝箱里面的物資明細不清楚,，有2.5萬個必須由人工開封,，清點登記后，重新加入到物流中,，浪費了人力和時間,。更為嚴重的是，有很多的集裝箱在運送中丟失或延誤,，最終,，約有1600個集裝箱遺棄在沙漠中。
　　
　　美國國防部吸取了海灣戰(zhàn)爭中的沉痛教訓,，與Savi技術(shù)公司簽訂關(guān)于RFID標簽,、固定、移動,、手持的RFID讀寫器以及相關(guān)的硬件,、軟件和專業(yè)服務的合約，在世界50個國家850個軍事基地建立了世界最大的無線射頻網(wǎng)絡貨物追蹤系統(tǒng),，實現(xiàn)實時的數(shù)據(jù)自動采集,、聚合、恢復與服務,。使美國國防部的軍需物資實現(xiàn)了全方位的可視化管理與控制,。
　　
　　這項技術(shù)在2003年第二次海灣戰(zhàn)爭中得到了很好驗證。由于美軍建立了無線網(wǎng)射頻絡貨物追蹤系統(tǒng),，軍需物資運送狀況有了徹底的改變,。美軍通過嵌在集裝箱上的電子標簽對發(fā)往海灣的軍需物資進行跟蹤，實現(xiàn)了從儲備式后勤到配送式后勤的轉(zhuǎn)變,，增強了美軍的后勤供給能力,，節(jié)省了數(shù)十億美元。
　　
　　另外,，在供應鏈管理領(lǐng)域,，RFID技術(shù)也備受青睞。被美國《商業(yè)周刊》稱為全球企業(yè)新獨裁者,，連續(xù)多年榮登《財富》雜志全球500強企業(yè)的零售巨頭Wal-Mart百貨公司,，于2003年11月5日，在位于美國阿肯色州羅杰市的總部召開會議,，宣布到2005年末,，要求全球100家最大的供應商供給Wal-Mart的商品都要應用RFID技術(shù)。
　　
　　RFID技術(shù)的應用,，給Wal-Mart和上下游供應商帶來了無限商機,。它使貨物不會存在倉庫里而無人知曉，數(shù)據(jù)庫中記錄的貨物數(shù)量與實際庫存量精確相符,，與貿(mào)易伙伴之間的貨物傳送信息能夠自動,、準確地完成。店員能夠及時準確的了解什么商品需要補貨,，該商品放在倉庫的什么位置,，是什么種類，數(shù)量是多少等,。無需人工清點,，不會漏掉一件物品，也不會出現(xiàn)計算錯誤,，店員有充足的時間將商品補上貨架,，不會因貨物的缺失而失掉商機,。SanfordC.Bernstein公司的零售業(yè)分析師統(tǒng)計，Wal-Mart通過采用RFID技術(shù),，實現(xiàn)了貨物的可視化管理,，及時跟蹤商品狀況，了解商品的即時狀態(tài),，簡化票據(jù)的處理流程,，提高庫存信息的精確性和供應商的供貨效率，每年可節(jié)省約83.5億美元,。
　　
　　世界各地的零售巨頭們繼沃爾瑪之后,，德國的麥德龍、英國最大的連鎖超市集團Tesco,、美國的Tar-get,、Albertsons也陸續(xù)宣布了導入RFID計劃。
　　
　　經(jīng)濟方面,，據(jù)美國VDC（VentureDevelopmentCorporation）公司發(fā)表的報告透露,，2000年美國的RFID市場規(guī)模8.9億美元，2005年達到26.5億美元,，年增長率約24%,。
　　
　　2004年1月，日本貨物鐵道（JR貨物）,，在日本全國約140個全貨物車站同時導入了RFID技術(shù),；同年12月，新東京國際空港（成田空港）,、日本航空公司和宅急便公司聯(lián)合進行了RFID加附在顧客行李箱的試驗,。香港、新加坡,、舊金山,、溫哥華等國際空港也陸續(xù)進行了相關(guān)的實驗。
　　
　　二,、國內(nèi)應用現(xiàn)狀
　　
　　1992年工研院開始研發(fā)RFID技術(shù),，2003年成功舉辦了RFID商業(yè)應用發(fā)展策略論壇，2006年6月,，中國發(fā)布了《中國RFID技術(shù)政策白皮書》,。
　　
　　目前，香港的八通達卡是當今最成功的非接觸式多功能智能卡,，其應用范圍有停車場,、便利商店、快餐店、電影院,、自動販賣機,、游泳池、住宅,、保全系統(tǒng)及校園通系統(tǒng)等,。
　　
　　根據(jù)工信部相關(guān)報道，2005年我國RFID市場規(guī)模已經(jīng)達到36.9億元,，2006年增加接近60億元，2008年RFID相關(guān)產(chǎn)值達到80億元左右,。據(jù)相關(guān)部門預測,，中國的RFID市場在今后數(shù)年將穩(wěn)步增長，到2011年將達到118.1億美元,。
　　
　　我國RFID技術(shù)在政府的推動下,，已經(jīng)在很多領(lǐng)域已經(jīng)得到初步應用。在公共交通管控,、高速公路收費,、動植物電子標志、食品,、藥品,、郵件實時狀態(tài)跟蹤管理以及物流、供應鏈管理等領(lǐng)域均已先后啟動了RFID技術(shù)應用試點項目,；各類電子證照與重要商品防偽,、各類IC卡應用開辟了廣闊市場空間，奠定了我國RFID產(chǎn)業(yè)與應用的基礎,。雖然RFID產(chǎn)業(yè)在我國起步較晚,，但是經(jīng)過近些年的發(fā)展，目前我國在技術(shù)研發(fā),、制造,、工藝設計、系統(tǒng)集成與應用等各環(huán)節(jié)已初具規(guī)模,。從近期我國RFID領(lǐng)域的動態(tài)來看,，與行業(yè)應用相結(jié)合的基于RFID技術(shù)的產(chǎn)品和解決方案開始出現(xiàn)，這為RFID在我國應用的推廣,，特別是在物流,、安全保障、防偽識別等非制造領(lǐng)域奠定了堅實的基礎,。

　　基于RFID技術(shù)構(gòu)建港灣物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的探討
　　
　　港灣是國際物流的集散地,，是國際海運的交通樞紐。據(jù)2009年6月中國物流與采購聯(lián)合會統(tǒng)計，國際運輸方面,，全球國際海運貨運量52億噸,，我國貨運量占世界海運量的84%左右。因此,，港灣的建設和安全保障,，是體現(xiàn)出一個國家的經(jīng)濟實力和國際競爭力的核心。但是,，價格,、速度、安全保障,、高效率,、高水平的服務一直是困擾港灣發(fā)展的要因。本文稿以此為藍本,，探討應用RFID技術(shù),，構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)（Internetofthings），來解決以上問題,。港灣管理的關(guān)鍵是集裝箱,、車輛和人員的自動識別，所有的信息都能夠在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)上得到實時傳遞和動態(tài)跟蹤貨物信息,。
　　
　　物聯(lián)網(wǎng)從網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)上看,，是通過因特網(wǎng)（Internet）將眾多RFID應用系統(tǒng)連接起來，并在廣域網(wǎng)范圍內(nèi)對物品身份進行識別的分布式系統(tǒng),。因特網(wǎng)則是借助物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議將因特網(wǎng)的邊界延伸到世間萬物,。
　　
　　在本稿中的物聯(lián)網(wǎng)是以RFID技術(shù)為核心，將物品和物聯(lián)網(wǎng)綁定的技術(shù)手段之一,，是一個以計算機網(wǎng)絡,、GPS（GlobalPositioningSystem）等先進的通訊技術(shù)組成的龐大的系統(tǒng)。
　　
　　表1RFID和條形碼的比較
　　
　　在物聯(lián)網(wǎng)中,，每個物品均被賦予唯一的ID,，這個ID是存儲在和物品綁定的電子標簽中。與條形碼（BarCode）相比,，RFID技術(shù)特性具有獨特的優(yōu)勢（詳見表1）,。
　　
　　本文稿是以出口海運為假定。港灣在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的支持下,，把貨物的信息（企業(yè)名,、地址、電話,、商品ID,、日期,、商品批號）寫入電子標簽中，然后與貨物綁定,。
　　
　　一,、港灣作業(yè)的特點
　　
　　為了有效地利用RFID技術(shù)，對港灣作業(yè)特點進行了分析,，歸納如下（如圖1所示）,。
　　
　　（一）跨國間的物流：港灣是國際貿(mào)易貨物的集散地,，貨物都是來自不同的國家及地區(qū),。
　　
　　（二）貨物容積大：受理的貨物是20尺或40尺（Feet）的集裝箱,，需要廣闊的空間和堆場來保管,。
　　
　　（三）安全保障：防止集裝箱的丟失,、被盜和損壞及內(nèi)場危險物（炸藥或高險化學品等）。
　　
　?。ㄋ模┳匀画h(huán)境惡劣：風雨,、海水、溫濕度,、鹽霧,、日曬等自然因素。
　　
　　二,、RFID的應用方法
　　
　　根據(jù)港灣作業(yè)特點,，提議港灣應用UHF頻段的RFID技術(shù)，UHF頻段具有識別距離長,、快速識別移動物體,、成本低等特點，是港灣管理最理想的選擇,。
　　
　　□標簽貼附在托盤,、包裝箱、集裝箱上,，進行規(guī)格,、序列號等信息的自動存儲和傳遞。
　　
　　□對電子標簽的要求
　　
　　□Code（編碼）體系國際標準化（如EPC標準）
　　
　　□利用UHF頻段的電子標簽,，識別距離長,、高速識別移動物體、成本低且耐用性好

　　□在惡劣的自然環(huán)境下確保正常射頻質(zhì)量的電子標簽
　　
　　□與GPS系統(tǒng)相連接,，預防異常行為發(fā)生,。
　　
　　在港灣操作管理過程中，最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)就是集裝箱的跟蹤管理，以及如何防止集裝箱的丟失,、被盜和損壞,。進入港區(qū)的集裝箱就相當于一張動態(tài)物流全景圖，通過這張圖,，各環(huán)節(jié)操作人員可以獲得更快,、更精確的實時信息，操作人員只要輸入綁定貨物的ID號碼,，就可以在顯示器上把貨物信息盡現(xiàn)眼底,，不用到處去找貨物在什么位置。
　　
　　物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的操作如圖2所示,。港灣閘口上方設置射頻讀寫器,，運送貨車通過閘口時，讀寫器會自動識別和讀取綁定在集裝箱上的電子標簽（商品信息,、貨物數(shù)量,、出庫者信息、入庫者信息,、發(fā)貨單號）信息,，通過無線LAN傳輸給中央服務器，進行數(shù)據(jù)處理和保存,。系統(tǒng)確定無誤后,，把貨物的信息自動上傳到監(jiān)管部門，監(jiān)管部門根據(jù)信息指令把貨物分撥到指定的倉位,。貨物的通關(guān)手續(xù)完結(jié)后,，中央服務器根據(jù)通關(guān)指令下達作業(yè)信息，集裝箱搬運到幾號碼頭,、裝在幾號貨船上,、上船定位操作、接貨確認等工作,。
　　
　　碼頭的龍門吊上同時裝有射頻讀寫器和GPS裝置,，操作人員根據(jù)信息指令，在每一個操作環(huán)節(jié)開始和結(jié)束,，都要對集裝箱上的電子標簽掃描,，然后，通過無線LAN把信息上傳至中央服務器進行數(shù)據(jù)處理和保存,。在船上,，同時安裝高性能的RFID系統(tǒng)，即RFID芯片中裝有傳感器,，可以記錄物品所處的溫度,、濕度,、日照等環(huán)境信息。無論是管理部門或用戶,，只要輸入貨物給定的ID,，就能夠通過物聯(lián)網(wǎng)隨時隨地的了解貨物的狀態(tài)、位置和動態(tài)跟蹤,。通過對上述系統(tǒng)的探究,，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在港灣物流中應用的價值從以下三方面得到認證：
　　
　　1、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)能夠?qū)b箱進行跟蹤,，減少丟失,、被盜和損壞，從而提高了安全保障,。
　　
　　2,、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)能夠?qū)ω浳锛b箱全程追蹤，并及時傳遞貨物的動態(tài)信息給上下游客戶,，提高了港灣的服務質(zhì)量,。
　　
　　3、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)能夠及時,、準確地把貨物信息提供給作業(yè)者,，減少了遺漏和錯誤的發(fā)生，大幅提高工作效率,，降低港灣的運營成本以及縮短貨船的滯港時間,。
　　
　　通過以上的探討,，說明了物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)能夠提高港灣的核心競爭力,，同時為貨主企業(yè)、制造企業(yè)和消費者提供更及時,、可靠的物流增值服務,。
　　
　　RFID系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和種類

　　一、RFID系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)
　　
　　RFID系統(tǒng)一般由電子標簽（Tag）,、讀寫器（Reader）和信息處理系統(tǒng)三部分組成,。電子標簽主要是由IC芯片和天線（Antenna）構(gòu)成。
　　
　　讀寫器由環(huán)形天線,、控制模塊和收發(fā)裝置組成,。分為手持和固定兩種，收發(fā)裝置和計算機或編程邏輯控制器（PLC）連接從而實現(xiàn)相互信息交換（RFID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參照圖3）,。
　　
　　當電子標簽進入可識別區(qū)域后,，讀寫器通過接收標簽發(fā)出的無線電波接收讀取數(shù)據(jù)。最常見的是被動射頻（PassiveTag,，無源型標簽）系統(tǒng),，當讀寫器在同一磁場區(qū)感應到RFID標簽的電波時,，讀寫器主動發(fā)出電波，標簽從電波中獲得電流能量激活標簽中的IC芯片電路,，
　　
　　圖3RFID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　
　　根據(jù)讀寫器的要求,，標簽傳出相應數(shù)碼信號給讀寫器，讀寫器把接收到的數(shù)碼信號解密,，轉(zhuǎn)換成相關(guān)信息,。由終端設備通過無線或有線（LANLocalAreaNetwork）傳輸給中央計算機處理這些數(shù)據(jù)，從而進行管控,。（Tag的基本結(jié)構(gòu)參照圖4）,。
　　
　　圖4電子標簽（Tag）基本結(jié)構(gòu)
　　
　　二、電子標簽的種類
　　
　　按照RFID標簽的能量供給方式,，RFID標簽可分為有源標簽和無源標簽,；按照RFID工作時使用的無線電頻率，RFID系統(tǒng)可分為低頻,、高頻,、超高頻和微頻。有源的標簽是通過標簽內(nèi)置電池的能量主動發(fā)送信息,。電波識別距離較長,，可達幾十米或百米，內(nèi)附高性能的傳感器（sensor）,，使用壽命有限且價格較高,，每個標簽在10美元～15美元左右，由于內(nèi)置電池,，體積較大,，不適用制作類似于身份證、交通卡等卡片標簽,。無源的標簽是標簽內(nèi)沒有電池,，利用讀取器發(fā)射電波通過磁場能量的耦合作用被動的發(fā)送信息。電波識別距離較短,，可識別范圍在幾厘米到幾米,，由于標簽內(nèi)不含電池，對讀取裝置要求較高,，需要較大功率的讀取裝置,，使用壽命長且價格上比有源型便宜，每個標簽在0.5美分～5美元,，體積小,，重量輕，可適用制作各種各樣的卡片標簽和各種商品以及防偽,、食品安全等方面上使用,。
　　
　　RFID的基本原理
　　
　　一,、RFID使用的電波
　　
　　在了解RFID的基本原理之前，有必要對RFID使用的電波進行說明,。在電波法中,，頻率3000GHz以下的電波被定義為電波。電波分為長波,、中波,、短波、超短波（VHF）,、極超短波（UHF）,，根據(jù)應用領(lǐng)域分配頻段。
　　
　　電波和光有一個共同的特性,，運行速度相同（30萬Km/S）,。如果把電波用頻率來表示，波的運行周期被稱為波長,。
　　
　　例如：電波在1秒間反復振動頻率用f表示：

　　f=30萬Hz
　　
　　1周期的波長用λ表示
　　
　　λ=30萬Km/30Hz=1Km
　　
　　波長（λ）1Km的電波,，相當于1周期運行1Km。
　　
　　f=300MHz時
　　
　　λ=30萬Km/s÷300MHz
　　
　　=（3×108m/s）÷（3×108Hz）
　　
　　=1m
　　
　　也就是說,，波長λ相當于1米的電波,。同樣，頻率f=3000萬GHz時,，波長λ相當于0.1mm（100μm）,。
　　
　　二、無線射頻技術(shù)通訊原理
　　
　　了解了RFID使用的電波后,，對無線射頻技術(shù)通訊原理的說明就會很容易,。無線射頻技術(shù)是起源于無線電波通訊原理，把數(shù)碼信號轉(zhuǎn)換成電波,，傳達信息是0和1的兩個數(shù)值作為數(shù)碼信號發(fā)送或接受,。因此,，無線射頻的工作原理可分為以下三種類型：電感耦合型,、電感有向耦合型、微波型,。本文稿主要對前兩種類型進行說明,。
　　
　　電感耦合型。依據(jù)的是電磁感應定律,，通過空間高頻交變磁場實現(xiàn)耦合,。電感耦合方式一般適合于中、低頻工作的近距離射頻識別系統(tǒng),。工作頻段包括：125kHz～135kHz,、225kHz和13.56MHz,。識別作用距離小于1m，作用距離為10cm～20cm,。
　　
　　電感有向耦合型,。依據(jù)的是電波的空間傳播規(guī)律發(fā)射出去的電波，碰到目標后反射,，同時帶回目標信息,。電感有向耦合方式一般適合于高頻、微波工作的遠距離射頻識別系統(tǒng),。工作頻段有：433MHz,，915MHz，2.45GHz,，5.8GHz,。識別作用距離大于1m，作用距離為3m-l0m,。
　　
　　為避免各國無線電頻率使用標準不一,，國際上大多遵守國際電信聯(lián)合會（ITU）的規(guī)范。目前,，RFID使用的頻段有135KHz,、13.56MHz、433.92MHz,、860M～960MHz（UHF）,、2.45GHz以及5.8GHz等6種。（RFID通常利用的頻率參照表2）
　　
　　讀寫器通過自身天線發(fā)射出電波來誘導磁界內(nèi)的電子標簽,，電子標簽內(nèi)的環(huán)形天線接受讀寫器的電感信號后耦合,，完成信息交換。無源電子標簽憑借環(huán)形天線上的感應電流獲得能量,，啟動標簽控制電路和射頻電路,，發(fā)送出電子標簽存儲器（IC芯片）內(nèi)的數(shù)據(jù)。有源標簽主動發(fā)送頻率信號,。讀寫器的CPU（CentralProcessingUnit）通過環(huán)形天線接受標簽發(fā)射出信號進行解碼后,，通過讀寫器的終端將信息發(fā)送到計算機等應用系統(tǒng)，進行數(shù)據(jù)處理,，最后應用系統(tǒng)得到所需要的信息,，從而達到識別目的。
　　
　　RFID的特點和展望
　　
　　一,、非接觸識別
　　
　　非接觸識別是無線射頻技術(shù)的最大亮點,。條形碼是在不受污染和破損的前提下，逐一讀取數(shù)據(jù)信息,；可是電子標簽是利用無線電波技術(shù),，無論是裝在箱子還是其他容器里,，表面受到污染也沒有關(guān)系，根據(jù)射頻的種類,，可識別讀取信息,。
　　
　　二、高信賴性和耐環(huán)境性
　　
　　標簽與讀寫器之間無機械接觸,，避免了由于接觸不良所造成的讀寫錯誤等操作,，即使在標簽上染上灰塵、油污（水）等外部惡劣環(huán)境下也不影響讀寫數(shù)據(jù),。
　　
　　三,、可改寫信息
　　
　　條形碼錄入的數(shù)據(jù)不可更改，電子標簽不同于條形碼,，根據(jù)業(yè)務要求,，可進行數(shù)據(jù)加寫或改寫。但是,，也有不能加寫或改寫數(shù)據(jù)的,，要根據(jù)使用的用途來決定。

　　四,、信息容量大
　　
　　標簽信息容量可根據(jù)需要來決定,，一般有96bit或128bit的信息量。
　　
　　現(xiàn)行的JAN/EAN/UPC條形碼,，其容量不過幾十個字符,，容量最大的二維條形碼最多也只能存儲千個數(shù)字，容量有限,。未來物品所需儲存的信息量大,，RFID的容量完全可以滿足。用一個形象的比喻,，RFID能為全球每一粒大米付一個碼,，它能容納2的96次方個碼，即268億個碼,。
　　
　　五,、可一次性識別處理多個標簽
　　
　　現(xiàn)行的條形碼只能逐一讀取信息，電子標簽能防止標簽之間出現(xiàn)數(shù)據(jù)干擾,，因此,，讀寫器可一次性識別處理多個標簽,。
　　
　　六,、重復使用性
　　
　　由于標簽為電子數(shù)據(jù)，可以反復被覆寫,，進行通信,。因此,，可以將回收的標簽重復使用。如果是被動式標簽,，不需要電池就可以使用,，不需要維護和保養(yǎng)。
　　
　　從目前的情況來看,，RFID市場盡管已有了很大的發(fā)展,，在商品防偽、汽車防盜,、電子票證,、食品藥品安全監(jiān)管、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理,、智能交通及現(xiàn)代物流和供應鏈管理等諸多領(lǐng)域得到了應用并被市場認可,，但還是處于初級發(fā)展階段。其未來市場發(fā)展?jié)摿薮?，應用范圍將涵蓋從家庭,、辦公室、政府機關(guān),、各商業(yè)和服務等廣泛領(lǐng)域,，并會逐漸改變現(xiàn)今傳統(tǒng)的商業(yè)模式，對未來社會的各個方面帶來影響,。同時,，對物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也會起到積極的促進作用。
　　
　　然而,，關(guān)于RFID技術(shù)還存在一些問題,，如隱私權(quán)，如何由條形碼向電子標簽過渡,，安全性,、標簽成本過高、國際標準的制定等問題,。這些問題都在一定程度上阻礙了RFID的發(fā)展,，只有解決了這些問題，RFID技術(shù)才能更好的推廣和發(fā)展,。目前,，無線通訊、數(shù)據(jù)處理和網(wǎng)絡技術(shù)已經(jīng)基本成熟,，在各國政府的推動下,，RFID支持技術(shù)會日益完善，它將極大地促進相關(guān)應用產(chǎn)品性能的提高。任何一項技術(shù)的發(fā)展都有一個逐步成熟的過程,，RFID也不會例外,，它將成為繼移動通訊、因特網(wǎng)之后的又一項影響全球經(jīng)濟與人們生活的新技術(shù),。