【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(diǎn)是不局限視線范圍，識(shí)別距離比光學(xué)系統(tǒng)遠(yuǎn)，射頻識(shí)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(diǎn)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(diǎn)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(shí)別

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

1.RFID射頻識(shí)別技術(shù)

　　RFID射頻識(shí)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(biāo)、電子條形碼等。通過這種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，作為條形碼的無線版本，應(yīng)用非常廣泛，如動(dòng)物芯片、門禁管制、停車場(chǎng)管制、生產(chǎn)線自動(dòng)化、物料管理等。標(biāo)簽根據(jù)商家種類的不同能儲(chǔ)存從512B～4MB不等的數(shù)據(jù)。卷標(biāo)中儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)是由系統(tǒng)的應(yīng)用和相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)決定的。例如，卷標(biāo)能夠提供產(chǎn)品生產(chǎn)、運(yùn)輸、存儲(chǔ)情況，也可以辨別機(jī)器、動(dòng)物和個(gè)體的身份。卷標(biāo)還可以連接到數(shù)據(jù)庫，存儲(chǔ)產(chǎn)品庫存編號(hào)、當(dāng)前位置、狀態(tài)、售價(jià)、批號(hào)的信息。相應(yīng)的，射頻卷標(biāo)在讀取數(shù)據(jù)時(shí)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(biāo)和閱讀器兩部分。電子卷標(biāo)是射頻識(shí)別系統(tǒng)的數(shù)據(jù)載體，電子卷標(biāo)由卷標(biāo)天線和卷標(biāo)專用芯片組成。依據(jù)電子卷標(biāo)供電方式的不同，電子卷標(biāo)可以分為有源電子卷標(biāo)(Active tag)、無源電子卷標(biāo)(Passive tag)和半無源電子卷標(biāo)(Semi-passive tag)。有源電子卷標(biāo)內(nèi)裝有電池，無源射頻標(biāo)簽沒有內(nèi)裝電池，半無源電子卷標(biāo)(Semi-passive tag)部分依靠電池工作。電子卷標(biāo)依據(jù)頻率的不同可分為低頻電子卷標(biāo)、高頻電子卷標(biāo)、超高頻電子卷標(biāo)和微波電子卷標(biāo)。依據(jù)封裝形式的不同可分為信用卡卷標(biāo)、線形卷標(biāo)、紙狀卷標(biāo)、玻璃管卷標(biāo)、圓形卷標(biāo)及特殊用途的異形標(biāo)簽等。RFID閱讀器(讀寫器)通過天線與RFID電子卷標(biāo)進(jìn)行無線通信，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)卷標(biāo)識(shí)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(biāo)簽的數(shù)據(jù)格式上與目前國際主流的標(biāo)準(zhǔn)相匹配，這些主流的標(biāo)準(zhǔn)主要包含了以下幾類：EPC、UID、ISO/IEC、AIM以及IP-X等標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的數(shù)據(jù)格式，其中針對(duì)同一種標(biāo)準(zhǔn)也存在著不同的數(shù)據(jù)編碼格式，如EPC標(biāo)準(zhǔn)中包含了64位、96位以及256位等多種編碼格式。而針對(duì)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(biāo)簽與讀寫器間的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，為了保證多個(gè)電子標(biāo)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(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信道的動(dòng)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(biāo)簽共用單一共享信道使用權(quán)的應(yīng)用場(chǎng)合，鑒于多個(gè)電子標(biāo)簽工作在同一頻率，當(dāng)它們處于同一個(gè)讀寫器作用范圍內(nèi)時(shí)，在沒有采取多址訪問控制機(jī)制的情況下，當(dāng)RFID標(biāo)簽通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信息時(shí)將會(huì)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(cè)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?yàn)榉凑龜?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(biāo)簽內(nèi)微波天線的負(fù)載阻抗隨儲(chǔ)存的電子數(shù)據(jù)而變化的特點(diǎn)，來實(shí)現(xiàn)對(duì)電子標(biāo)簽內(nèi)電子數(shù)據(jù)的讀取。系統(tǒng)的基本工作流程是：識(shí)讀器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號(hào)，當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入發(fā)射天線工作區(qū)域時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流，電子標(biāo)簽獲得能量被激活；電子標(biāo)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(biāo)簽發(fā)送來的載波信號(hào)，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到識(shí)讀器，識(shí)讀器對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解碼然后送到后臺(tái)主系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理；主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運(yùn)算判斷該卡的合法性，針對(duì)不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。在耦合方式(電感-電磁)、通信流程(FDX、HDX、SEQ)、從電子標(biāo)簽到識(shí)讀器的數(shù)據(jù)傳輸方法(負(fù)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(shí)讀器在功能原理上，以及由此決定的設(shè)計(jì)構(gòu)造上都很相似，所有識(shí)讀器均可簡化為高頻接口和控制單元兩個(gè)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(jì)與實(shí)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(tái)。在這個(gè)平臺(tái)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(tái)[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(biāo)來劃分，它可將應(yīng)用程序和系統(tǒng)中的業(yè)務(wù)邏輯獨(dú)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(shí)也通過支持地理位置分散的業(yè)務(wù)模式，實(shí)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(fù)載，提高運(yùn)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(hù)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(diǎn)。(1)可伸縮性好：可按應(yīng)用要求部署邏輯層次，易于實(shí)現(xiàn)應(yīng)用擴(kuò)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(qiáng)：系統(tǒng)客戶基本實(shí)現(xiàn)“零維護(hù)”，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(duì)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(jìn)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