国内外RFID技术研究现状与发展趋势

1 技术概述 RFID 射频识别技术实际上是一项较早的技术, 20 世纪 60 年代的时候, 在 RFID 射频识别技术的理论已经得到发展,并且开始了一些尝试性的应用。20 世纪 90 年代起,这 项技术进入商业应用阶段。经过多年的发展,13.56MHz 以下的 RFID 技术已相对成熟,目前 业界最关注的是位于中高频段的 RFID 技术,特别是 860MHz-960MHz(UHF 超高频段)的远距离 RFID 技术发展最快 [1] 。 表 1 RFID 技术发展的历程 时期 发展情况 1961-1970 年 RFID 技术的理论得到了发展,开始了一些应用尝试。 1971-1980 年 RFID 技术与产品研发处于一 个大发展时期,各种 RFID 技术测试得到加速,出现了一些最早的 RFID 应用。 1981-1990 年 RFID 技术及产品进入商业应用阶段,各种封闭系统应用开始出现。 1991-2000 年 RFID 技术 标准化问题日趋得到重视,RFID 产品得到广泛采用。 2001-现在 标准化问题日趋为人们所 重视, RFID 产品种类更加丰富, 有源电子标签、 无源电子标签及半无源电子标签均得到发展, 电子标签成本不断降低。 从分类上看,RFID 技术根据电子标签工作频率的不同通常可分为 低频系统(125kHz、134.2kHz),高频系统(13.56MHz),超高频(860MHz-960MHz)和微波系统 (2.45GHz、5.8GHz)等。 低频和高频系统的特点是阅读距离短、阅读天线方向性不强等,其 中,高频系统的通讯速度也较慢。两种不同频率的系统均采用电感耦合原理实现能量传递和 数据交换,主要用于短距离、低成本的应用中。 超高频、微波系统的标签采用电磁后向散射 耦合原理进行数据交换,阅读距离较远(可达十几米),适应物体高速运动,性能好;阅读天 线及电子标签天线均有较强的方向性,但该系统标签和读写器成本都比较高。 表 2 不同频 段的电子标签性能比较 频段 低频 高频 超高频 微波 ~135KHz 13.56MHz 900MHz 左右 2.45GHz 通信方式 电感藕合方式 电磁发射方式 主要通途 畜牧业,门禁 支付 物流管理、 制造业 交通管制 读取距离 <10cm <1m 10m 左右 2m 左右 使用区域 美国 多 多 多 多 欧洲 多 多 较少 多 日本 多 多 很少 多 根据电子标签供电方式的不同, 电子标签又可分为无源 标签(Passive Tag)、半有源标签(Semi-Passive Tag)和有源标签(Active Tag)三种。 无源 电子标签不含电池, 它接收到读写器发出的微波信号后, 利用读写器发射的电磁波提供能量, 无源标签一般免维护,重量轻、体积小、寿命长、较便宜,但其阅读距离受到读写器发射能 量和标签芯片功能等因素限制; 半有源标签内带有电池, 但电池仅为标签内需维持数据的电 路或远距离工作时供电, 电池能量消耗很少; 有源标签工作所需的能量全部由标签内部电池 供应,且它可用自身的射频能量主动发送数据给读写器,阅读距离很远(可达 30 米),但寿命 有限,价格昂贵。 2 国外现状 从全球的范围来看,美国政府是 RFID 应用的积极推动者,在 其推动下美国在 RFID 标准的建立、 相关软硬件技术的开发与应用领域均走在世界前列。 欧洲 RFID 标准追随美国主导的 EPCglobal 标准。在封闭系统应用方面,欧洲与美国基本处在同一 阶段。日本虽然已经提出 UID 标准,但主要得到的是本国厂商的支持,如要成为国际标准还 有很长的路要走。 RFID 在韩国的重要性得到了加强, 政府给予了高度重视, 但至今韩国在 RFID 的标准上仍模糊不清。目前,美国、英国、德国、瑞典、瑞士、日本、南非等国家均有较为 成熟且先进的 RFID 产品。 从全球产业格局来看,目前 RFID 产业主要集中在 RFID 技术应用 比较成熟的欧美市场。飞利浦、西门子、ST、TI 等半导体厂商基本垄断了 RFID 芯片市场; IBM、HP、微软、SAP、Sybase、Sun 等国际巨头抢占了 RFID 中间件、系统集成研究的有利位 置;Alien、Intermec、Symbol、Transcore、Matrics、Impinj 等公司则提供 RFID 标签、天 线、读写器等产品及设备 [2] 。 1 )美国 在产业方面,TI、Intel 等美国集成电路厂商目 前都在 RFID 领域投入巨资进行芯片开发。Symbol 等已经研发出同时可以阅读条形码和 RFID 的扫描器。IBM、Microsoft 和 HP 等也在积极开发相应的软件及系统来支持 RFID 的应用。目 前美国的交通、车辆管理、身份识别、生产线自动化控制、仓储管理及物资跟踪等领域已经 开始逐步应用 RFID 技术。在物流方面,美国已有 10 多家企业承诺支持 RFID 应用,这其中包 括:零售商沃尔玛;制造商吉列、强生、宝洁;物流行业的联合包裹服务公司以及政府方面 国防部的物流应用。另外,值得注意的是美国政府是 RFID 应用的积极推动者。按照美国防部

的合同规定,2005 年 1 月 1 日以后,所有军需物资都要使用 RFID 标签;美国食品及药物管 理局(FDA)建议制药商从 2006 年起利用 RFID 跟踪最常造假的药品;美国社会福利局(SSA)于 2005 年年初正式使用 RFID 技术追踪 SSA 各种表格和手册。 2 )欧洲 在产业方面,欧洲的 Philips,ST Microelectronics 在积极开发廉价 RFID 芯片;Checkpoint 在开发支持多系统 的 RFID 识别系统;诺基亚在开发并推广其能够基于 RFID 的移动电话购物系统;SAP 则在积 极开发支持 RFID 的企业应用管理软件。在应用方面,欧洲在诸如交通、身份识别、生产线自 动化控制、物资跟踪等封闭系统与美国基本处在同一阶段。日前,欧洲许多大型企业都纷纷 进行 RFID 的应用实验。 3 )日本 日本是一个制造业强国,它在电子标签研究领域起步较早, 政府也将 RFID 作为一项关键的技术来发展。 邮政与电信通讯部(MPHPT)在 2004 年 3 月发布了 针对 RFID 的 “关于在传感网络时代运用先进的 RFID 技术的最终研究草案报告”报告称 MPHPT , 将继续支持测试在 UHF 频段的被动及主动的电子标签技术,并在此基础上进一步讨论管制的 问题。从近来日本 RFID 领域的动态来看,与行业应用相结合的基于 RFID 技术的产品和解决 方案开始集中出现。 3 国内现状 相较于欧美等发达国家或地区, 我国在 RFID 产业上的发展 还较为落后。目前,我国 RFID 企业总数虽然超过 100 家,但是缺乏关键核心技术,特别是在 超高频 RFID 方面。从包括芯片、天线、标签和读写器等硬件产品来看,低高频 RFID 技术门 槛较低, 国内发展较早, 技术较为成熟, 产品应用广泛, 目前处于完全竞争状况; 超高频 RFID 技术门槛较高,国内发展较晚,技术相对欠缺,从事超高频 RFID 产品生产的企业很少,更缺 少具有自主知识产权的创新型企业。 从产业链上看,RFID 的产业链主要由芯片设计、标签 封装、读写设备的设计和制造、系统集成、中间件、应用软件等环节组成。目前我国还未形 成成熟的 RFID 产业链,产品的核心技术基本还掌握在国外公司的手里,尤其是芯片、中间件 等方面。中低、高频标签封装技术在国内已经基本成熟,但是只有极少数企业已经具备了超 高频读写器设计制造能力。 国内企业基本具有 RFID 天线的设计和研发能力, 但还不具备应用 于金属材料、 液体环境上的可靠性 RFID 标签天线设计能力。 系统集成是发展相对较快的环节, 而中间件及后台软件部分还比较弱 [3] 。 1 )芯片设计 RFID 芯片在 RFID 的产品链中占据 着举足轻重的位置,其成本占到整个标签的三分之一左右。对于广泛用于各种智能卡的低频 和高频频段的芯片而言,以复旦微电子、上海华虹、大唐微电子、清华同方等为代表的中国 集成电路厂商已经攻克了相关技术,打破了国外厂商的统治地位。但在 UHF 频段,RFID 芯片 设计面临巨大困难:(1)苛刻的功耗限制;(2)片上天线技术;(3)后续封装问题;(4)与天线 的适配技术。目前,国内 UHF 频段 RFID 芯片市场几乎被国外企业垄断。 2 )标签封装 目前 国内企业已经熟练掌握了低频标签的封装技术,高频标签的封装技术也在不断地完善。出现 了一些封装能力很强,尤其是各种智能卡封装能力强的企业,例如深圳华阳、中山达华、上 海申博等等。但是国内欠缺封装超高频、微波标签的能力,当然这部分产品在我国的应用还 很少,相关的最终标准也没有出台。我国的标签封装企业大多是做标签的纯封装,没有制作 Inlay 的能力。提高生产工艺,提供防水、抗金属的柔性标签是我国 RFID 标签封装企业面临 的问题。 3 )读写设备的设计和制造 国内低频读写器生产加工技术非常完善,生产经营的企 业很多且实力相当。高频读写器国内的生产加工技术基本成熟,但还没有形成强势品牌,企 业实力差不多,只是注重的应用方向不同。例如面对消费领域(校园一卡通等)的企业中哈尔 滨新中新,沈阳宝石、北京迪科创新等有一定的影响力。国内只有如深圳远望谷,江苏瑞福 等少数几家企业具有设计、制造超高频读写器的能力。 4 )系统集成 目前,RFID 市场还是 处于前期宣传预热阶段,项目机会在逐步增加,但是大部分还是处于前期的洽谈阶段,真正 实施的项目并不多, 还未出现真正的大规模有影响力的应用项目。 因此中国市场的 RFID 系统 集成商还是处于前期的市场宣传和投入阶段, 真正能够借助 RFID 盈利的集成商很少。 国内市 场上集成商可以分为两类:国外大厂商例如 IBM、HP 等他们通过与国内集成商和硬件厂商合 作,专攻大型的集成项目。国内较有影响力的集成商有维深、励格、富天达、实华开、倍思

得等。 后者做的大规模有影响力的集成项目不是很多, 基本都是中小型的闭环应用。 5 ) RFID 中间件 RFID 中间件又称 RFID 管理软件,它屏蔽了 RFID 设备的多样性和复杂性,能够为后 台业务系统提供强大的支撑,从而驱动更广泛、更丰富的 RFID 应用。当前我国的 RFID 中间 件市场还不成熟,应用较少而且缺乏深层次上的功能。市场上比较有影响力的中间件企业有 SAP、Manhattan Associatesz、Oracle、OAT Systems 等。 6 )标准发展 中国在 RFID 技术 与应用的标准化研究工作上已有一定基础,目前经从多个方面开展了相关标准的研究制定工 作。制定了《中国射频识别技术政策白皮书》《建设事业 IC 卡应用技术》等应用标准,并且 、 得到了广泛的应用;在频率规划方面,已经做了大量的试验;在技术标准方面,依据 ISO/IEC 15693 系列标准已经基本完成国家标准的起草工作,参照 ISO/IEC 18000 系列标准制定国家 标准的工作已列入国家标准制订计划。 此外, 中国 RFID 标准体系框架的研究工作也基本完成。 4 发展趋势 1 )市场趋势 近年来,RFID 技术已经在物流、零售、制造业、服装业、医疗、 身份识别、防伪、资产管理、食品、动物识别、图书馆、汽车、航空、军事等众多领域开始 应用,对改善人们的生活质量、提高企业经济效益、加强公共安全以及提高社会信息化水平 产生了重要的影响。我国已经将 RFID 技术应用于铁路车号识别、身份证和票证管理、动物标 识、 特种设备与危险品管理、 公共交通以及生产过程管理等多个领域。 据 ABI 公司根据预测, RFID 技术将在未来 2-5 年逐渐开始大规模应用,2003 年全球 RFID 市场规模为 16.5 亿美元, 至 2008 年达到 52.5 亿美元,2009 受到金融危机影响增长幅度趋缓,估计将达到 55.6 亿美 元, 预计到 2013 年全球 RFID 规模将达到 98 亿美元, 2003-2013 年均复合增长率为 19%。 RFID 电子标签方面,2005 年全球共发货 10.2 亿,2008 年达到 19.7 亿,预计至 2009 年将为 23.5 枚,2005-2009 年均复合增长率为 23% [4] [5] 。

据 Frost & Sullivan 公司 2008 年发布的调查显示,2004-2014 年间,亚太地区不同种 类 RFID 构成将发生变化,低频 RFID 市场份额将快速下降;高频 RFID 市场份额小幅下降,但 仍占各类 RFID 的主导地位;而超高频 RFID 市场份额呈现快速上升的格局,至 2014 年,其市 场份额将与高频 RFID 接近 [6] 。 2 )技术趋势 就技术而言,在未来的几年中,RFID 技术 将继续保持高速发展的势头。电子标签、读写器、系统集成软件、公共服务体系、标准化等 方面都将取得新的进展。随着关键技术的不断进步,RFID 产品的种类将越来越丰富,应用和 衍生的增值服务也将越来越广泛。 RFID 芯片设计与制造技术的发展趋势是芯片功耗更低, 作用距离更远,读写速度与可靠性更高,成本不断降低。芯片技术将与应用系统整体解决方 案紧密结合。 RFID 标签封装技术将和印刷、造纸、包装等技术结合,导电油墨印制的低成 本标签天线、 低成本封装技术将促进 RFID 标签的大规模生产, 并成为未来一段时间内决定产 业发展速度的关键因素之一。 RFID 读写器设计与制造的发展趋势是读写器将向多功能、多 接口、多制式、并向模块化、小型化、便携式、嵌入式方向发展。同时,多读写器协调与组 网技术将成为未来发展方向之一。 RFID 技术与条码、生物识别等自动识别技术,以及与互 联网、 通信、 传感网络等信息技术融合, 构筑一个无所不在的网络环境。 海量 RFID 信息处理、 传输和安全对 RFID 的系统集成和应用技术提出了新的挑战。 RFID 系统集成软件将向嵌入式、 智能化、可重组方向发展,通过构建 RFID 公共服务体系,将使 RFID 信息资源的组织、管理 和利用更为深入和广泛。


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