【摘 要】射頻技術(shù)RFID的基本原理是電磁理論。射頻系統(tǒng)的優(yōu)點是不局限視線范圍，識別距離比光學(xué)系統(tǒng)遠，射頻識別卡可具有讀寫能力，可攜帶大量數(shù)據(jù)、難偽造和有智能等。本文在重點分析RFID射頻技術(shù)的基礎(chǔ)上，探討RFID的通信協(xié)議，并重點分析RFID技術(shù)在校園網(wǎng)中應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】RFID技術(shù)；校園網(wǎng)；射頻識別

　　射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID)技術(shù)是相對較新的自動識別技術(shù)，它可以通過非接觸的方式識讀信息，通過感應(yīng)、無線電波或微波能量進行雙向通信，保密性和抗惡劣環(huán)境的能力較強[1]。

1.RFID射頻識別技術(shù)

　　RFID射頻識別，又稱為感應(yīng)式電子芯片或感應(yīng)卡、非接觸卡、電子卷標、電子條形碼等。通過這種非接觸式的自動識別技術(shù)，作為條形碼的無線版本，應(yīng)用非常廣泛，如動物芯片、門禁管制、停車場管制、生產(chǎn)線自動化、物料管理等。標簽根據(jù)商家種類的不同能儲存從512B～4MB不等的數(shù)據(jù)。卷標中儲存的數(shù)據(jù)是由系統(tǒng)的應(yīng)用和相應(yīng)的標準決定的。例如，卷標能夠提供產(chǎn)品生產(chǎn)、運輸、存儲情況，也可以辨別機器、動物和個體的身份。卷標還可以連接到數(shù)據(jù)庫，存儲產(chǎn)品庫存編號、當前位置、狀態(tài)、售價、批號的信息。相應(yīng)的，射頻卷標在讀取數(shù)據(jù)時不用參照數(shù)據(jù)庫就可以直接確定代碼的含義[2]。

　　RFID系統(tǒng)至少包含電子卷標和閱讀器兩部分。電子卷標是射頻識別系統(tǒng)的數(shù)據(jù)載體，電子卷標由卷標天線和卷標專用芯片組成。依據(jù)電子卷標供電方式的不同，電子卷標可以分為有源電子卷標(Active tag)、無源電子卷標(Passive tag)和半無源電子卷標(Semi-passive tag)。有源電子卷標內(nèi)裝有電池，無源射頻標簽沒有內(nèi)裝電池，半無源電子卷標(Semi-passive tag)部分依靠電池工作。電子卷標依據(jù)頻率的不同可分為低頻電子卷標、高頻電子卷標、超高頻電子卷標和微波電子卷標。依據(jù)封裝形式的不同可分為信用卡卷標、線形卷標、紙狀卷標、玻璃管卷標、圓形卷標及特殊用途的異形標簽等。RFID閱讀器(讀寫器)通過天線與RFID電子卷標進行無線通信，可以實現(xiàn)對卷標識別碼和內(nèi)存數(shù)據(jù)的讀出或?qū)懭氩僮?。典型的閱讀器包含有高頻模塊(發(fā)送器和接收器)、控制單元以及閱讀器天線。

2.RFID技術(shù)的通信協(xié)議

　　RFID技術(shù)在標簽的數(shù)據(jù)格式上與目前國際主流的標準相匹配，這些主流的標準主要包含了以下幾類：EPC、UID、ISO/IEC、AIM以及IP-X等標準所規(guī)定的數(shù)據(jù)格式，其中針對同一種標準也存在著不同的數(shù)據(jù)編碼格式，如EPC標準中包含了64位、96位以及256位等多種編碼格式。而針對RFID系統(tǒng)的通信協(xié)議則包含了無線通信協(xié)議與有線通信協(xié)議兩種，無線通信協(xié)議主要是指電子標簽與讀寫器間的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，為了保證多個電子標簽與無線讀寫器在通信過程中能夠避免沖突的發(fā)生，通常采用ALOHA協(xié)議來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信道的動態(tài)分配，并解決了在無線網(wǎng)絡(luò)中信息傳輸過程中的“沖突消解”問題。其思想可用于任何無協(xié)調(diào)關(guān)系的標簽共用單一共享信道使用權(quán)的應(yīng)用場合，鑒于多個電子標簽工作在同一頻率，當它們處于同一個讀寫器作用范圍內(nèi)時，在沒有采取多址訪問控制機制的情況下，當RFID標簽通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信息時將會產(chǎn)生沖突，并導(dǎo)致信息讀取失敗。因此，一旦RFID系統(tǒng)檢測到信息“沖突”，則立即停止繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)幀，并且將已發(fā)送的數(shù)據(jù)幀拋棄，而不是繼續(xù)傳完它們的幀，因為反正數(shù)據(jù)幀已遭到破壞。

　　RFID系統(tǒng)所采用的技術(shù)稱為微波反射技術(shù)，它基于電子標簽內(nèi)微波天線的負載阻抗隨儲存的電子數(shù)據(jù)而變化的特點，來實現(xiàn)對電子標簽內(nèi)電子數(shù)據(jù)的讀取。系統(tǒng)的基本工作流程是：識讀器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號，當電子標簽進入發(fā)射天線工作區(qū)域時產(chǎn)生感應(yīng)電流，電子標簽獲得能量被激活；電子標簽將自身編碼等信息通過卡內(nèi)置發(fā)送天線發(fā)送出去；系統(tǒng)接收天線接收到從電子標簽發(fā)送來的載波信號，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到識讀器，識讀器對接收的信號進行解調(diào)和解碼然后送到后臺主系統(tǒng)進行相關(guān)處理；主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運算判斷該卡的合法性，針對不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號控制執(zhí)行機構(gòu)動作。在耦合方式(電感-電磁)、通信流程(FDX、HDX、SEQ)、從電子標簽到識讀器的數(shù)據(jù)傳輸方法(負載調(diào)制、反向散射、高次諧波)以及頻率范圍等方面，不同的非接觸傳輸方法有根本的區(qū)別，但所有的識讀器在功能原理上，以及由此決定的設(shè)計構(gòu)造上都很相似，所有識讀器均可簡化為高頻接口和控制單元兩個基本模塊。

3.RFID系統(tǒng)應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)

　　一般而言，軟件應(yīng)用系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的意義在于發(fā)現(xiàn)高層的框架以便理解某類系統(tǒng)或其子系統(tǒng)與相關(guān)系統(tǒng)的交互作用，并通過在一般化層次下揭示出不同應(yīng)用系統(tǒng)共享的應(yīng)用構(gòu)件，有助于系統(tǒng)的基礎(chǔ)構(gòu)件和業(yè)務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，這些構(gòu)件與子系統(tǒng)是可復(fù)用的、便宜的、可修改的，并可確定關(guān)鍵的互操作性接口和服務(wù)。通過多層應(yīng)用軟件體系結(jié)構(gòu)，將各種應(yīng)用作為被共享的服務(wù)集合，它是一種跨應(yīng)用、可重用的服務(wù)平臺。在這個平臺上，各種應(yīng)用作為組件可集成或者重組生成新的應(yīng)用。由于具有靈活的可伸縮特性，非常適合于Internet/Intranet上的應(yīng)用，并將成為應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的主流基礎(chǔ)平臺[3]。由于多層軟件體系結(jié)構(gòu)的層次劃分不是按物理上劃分的，而是從結(jié)構(gòu)邏輯或應(yīng)用目標來劃分，它可將應(yīng)用程序和系統(tǒng)中的業(yè)務(wù)邏輯獨立出來，組成一層或多層。一方面用來簡化和解決復(fù)雜的事務(wù)處理，同時也通過支持地理位置分散的業(yè)務(wù)模式，實現(xiàn)業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)的快速響應(yīng)，并通過減少網(wǎng)絡(luò)負載，提高運算速度，最大程度地減少前端系統(tǒng)的數(shù)據(jù)獲取與客戶端的維護工作量。由于多層系統(tǒng)應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點。(1)可伸縮性好：可按應(yīng)用要求部署邏輯層次，易于實現(xiàn)應(yīng)用擴展。(2)網(wǎng)絡(luò)效率高：經(jīng)過合理的布局，通過網(wǎng)絡(luò)的傳輸數(shù)據(jù)量大大減少，提高了網(wǎng)絡(luò)效率。(3)可管理性強：系統(tǒng)客戶基本實現(xiàn)“零維護”，主要管理工作集中在應(yīng)用邏輯層，業(yè)務(wù)邏輯的修改對客戶層沒有影響。(4)可重用性好。按可提供的服務(wù)構(gòu)筑應(yīng)用，每種服務(wù)可以被不同的應(yīng)用重用。由于采用面向?qū)ο蟮慕M件構(gòu)成，進一步增加了系統(tǒng)的可重用性。 4.RFID技術(shù)在校園網(wǎng)中的應(yīng)用