RFID标准体系建议和重点研究

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国外RFID标准情况

RFID技术在国外的发展较早也较快。欧美日等国家和地区也有相应的RFID标准制定机构,并制定了有关标准。ISO/IEC JTC 1/SC 31是ISO和IEC国际两大标准化组织联合技术委员会从事制订RFID国际标准的机构,目前已发布的RFID技术标准和技术报告有下列几大类:

(1) 识别标准

  • ISO/IEC 15418:1999 信息技术EAN/UCC应用识别器和事实数据识别器及维护;
  • ISO/IEC 15434:1999 信息技术 高容量ADC介质的传递规则;
  • ISO/IEC 15459-1:1999 信息技术 传输设备的唯一识别 第1部分:总则;
  • ISO/IEC 15459-2:1999 信息技术 传输设备的唯一识别 第2部分:注册程序;
  • ISO/IEC 15963:2004信息技术 项目管理的射频识别 射频标签的唯一识别。

(2)数据和系统协议标准 

  •  ISO/IEC 15961:2004信息技术 项目管理的射频识别(RFID)数据协议:应用接口; 
  •  ISO/IEC 15962:2004 信息技术 项目管理的射频识别 (RFID)数据协议:数据编码规则和逻辑存储功能。

(3)空中接口标准 

  •  ISO/IEC 18000-1:2004 信息技术 项目管理的射频识别 第1部分:参考结构和标准化参数的定义; 
  •  ISO/IEC 18000-2:2004 信息技术 项目管理的射频识别 第2部分:135 kHz以下的空中接口通信用参数; 
  •  ISO/IEC 18000-3:2004 信息技术 项目管理的射频识别 第3部分:13.56 MHz的空中接口通信用参数; 
  •  ISO/IEC 18000-4:2004 信息技术 项目管理的射频识别 第4部分:2.45 GHz的空中接口通信用参数; 
  •  ISO/IEC 18000-6:2004 信息技术 项目管理的射频识别 第6部分:860 MHz~960 MHz的空中接 口通信用参数; 
  •  ISO/IEC 18000-7:2004 信息技术 项目管理的射频识别 第7部分:433 MHz的空中接口通信用参数。

(4)应用支持技术报告

  • ISO/IEC TR 18001:2004 信息技术 项目管理的射频识别应用要求轮廓。

(5)检验方法和安全技术报告 

  •  ISO/IEC TR 18046:2005信息技术 自动识别和数据捕获技术 射频识别装置性能检验方法; 
  •  ISO/IEC TR 18047-3:2004 信息技术 射频识别装置合格检验方法 第3部分:13.56 MHz空中接口

通信的检验方法; 

  •  ISO/IEC TR 18047-4:2004信息技术 射频识别装置合格检验方法 第4部分: 2.45 GHz空中接口通信的检验方法。

(6)术语标准 

  •  ISO/IEC 19762-1:2005 信息技术 自动识别和数据捕获(AIDC)技术 协调词汇 第1部分:与AIDC有关的一般术语; 
  •  ISO/IEC 19762-3:2005信息技术 自动识别和数据捕获(AIDC)技术 协调词汇 第3部分:射频识别(RFID)。

EPCglobal是产品电子代码(EPC)在全球的管理机构,它隶属于国际物品编码协会(GSI),是一个全球用户参与的、中立的、非营利性标准化组织。EPCglobal制定的EPCGen2(全称为:EPC 射频识别协议 Class 1第二代 860 MHz~960 MHz的空中接口协议)是一个比较完备的标准,它融合了EPCGen1和ISO协议中有关空中接口的优点,并加上了一些从其他通信系统借鉴来的信息,如从 802.11Wi-FI路由器,来实现读写器和标签的通信,可解决对环境的噪声问题。据悉:EPCGen2标准将以ISO/IEC18000-6 TypeC的形式,于2006年3月得到ISO/IEC的批准认可,纳入ISO标准体系。

2 国内RFID标准情况

我国还没有任何RFID标准发布。2005年月12月,信息产业部在北京成立了电子标签标准工作组,信息产业部电子信息产品管理司张琪司长任电子标签标准工作组组长。标准工作组下设7个专题组:总体组、标签与读写器专题组、频率与通信专题组、数据格式专题组、信息安全专题组、应用专题组、知识产权专题组。电子标签标准工作组的任务是结合国情,在研究、参考国际标准的基础上,自力更生,自主创新,制订具有中国自主知识产权的电子标签国家标准。现标准工作组正在积极进行标准制订的准备工作。

3 RFID标准体系的建议

RFID标准体系由技术标准体系和应用标准体系组成。

4 RFID标准研究制定中的几项重点专题

RFID标准研究制定应以ISO/IEC、EPCglobal相关标准为基础,参照欧、美、日等区域标准,结合我国RFID产品研究、生产、应用的实际情况自主创新来制定。既要重视与国际相关标准的兼容和协调一致,也要考虑到我国实际情况和技术应用发展,制定相应国家标准,并向国际标准组织提出我国的建议和意见。因此根据标准研制的需要着重研究以下五个重点专题。

4.1 RFID频率使用的需求

4.1.1 国际标准规定RFID使用的频率范围


国际标准ISO/IEC18000标准系列中使用的频率范围见表1
其中135 kHz以下和13.56 MHz属于电磁耦合类型,是通过近场高频交变电磁场实现耦合,属短近距离使用的RFID,作用距离10cm以内。

433.92MHz主要是有源RFID电子标签,单频点、远距离(100m以内),大多作为全球追踪货柜使用。

860MHz~960MHz以无源RFID电子标签为主体、多频点,作用范围在20m内,是目前应用最广泛的产品。

2.45GHz以有源RFID电子标签为主、多频点、远距离、多用途。

4.1.2 各国使用RFID频率范围

根据不完全资料,目前有关海运货物使用RFID的频率范围见表2。
4.1.3 我国RFID使用频率情况

RFID目前在我国使用还刚刚起步,据悉工作频率主要在900MHz频段。例如,铁道部运输局采用RFID铁路车辆自动识别系统就是由国家无线电管理部门专批的900MHz频段中4组频率。目前深圳盐田港货柜码头采用433.92 MHz和123kHz两频点。而13.56MHz目前主要用于非接触IC卡的系统,例如广州羊城通IC卡收费系统和地铁IC卡收费系统等,作用范围不超过 10cm.

目前主要解决1m以外到100m的RFID使用频率:对433MHz RFID系统,由于是使用单频点,使用主要在港口货柜运输业,只要合理配置是可以使用的。余下的2个频段有860 MHz~960MHz、2400~2483.5 MHz。2.45GHz属于ISM频段,是开放频段,在该频段有多个系统(无线局域网、宽带城域网)共用,存在相互影响,能否使用要慎重处置。因此重点研究的是860 MHz~960MHz频段,该频段主要使用是无源电子标签,成本低、使用方便,目前应用范围最广。而目前中国860 MHz~960MHz频率资源已分配完毕(见表3)。

4.1.4 RFID标准研究制定中使用频率的研究

RFID系统广泛应用的频率在860MHz~960MHz, 而我国目前在该频段无法提供专用工作频段,因此,标准制定应着重研究分析在860MHz~960MHz频段中选择相互影响最小的工作频段作为RFID工作频段。通过分析,917~925MHz频段分配给点与点立体声广播传输使用,它用于调频广播发射台之间信号(节目)互连,所以使用量小,范围局限,仅点与点之间,只要采取适当技术措施(天线位置及方向性),就可以避免和减弱RFID使用时干扰,在频率未确定前,建议进行以下试验:

(1) 研究917~925MHz的RFID系统工作时对点与点立体声广播传输的影响;
(2) 研究在点与点立体声广播传输时对917~925MHz工作的RFID系统的影响;
(3) 通过分析选择相应影响最小的工作频段作为917~925MHz范围的最佳工作频段。
(4) 通过实际检测电磁环境, 确定917~925MHz RFID产品的发射功率和杂散发射值。

4.2 标签编码规则

电子标签应用特别是物流业是全球化的,融入世界经济交往之中,因此标准化工作非常重要。如果RFID标准的不统一将制约了它的应用和发展,而统一标准首先要统一标签编码规则。

有关标签的数据编码的规则ISO/IEC制定了ISO/IEC-15962 (2004-10-15)《信息技术-无线频率识别(RFID)的项目管理-数据协议:数据编码规则和逻辑存储功能》标准。标准中对:协议模型、数据结构、数据协议处理器和应用接口、数据协议处理器和空中接口、数据流和处理、数据协议和RF标签间的通信等都给出了规定。

对于电子标签编码,国际标准中首先规定了标签的唯一身份码(UID),其规定见表4。
在电子标签的数据编码中需要重要研究的是对数据正确与否的校验编码。通常校验方法有:

(1)奇偶校验编码:奇偶校验方法是在每个字节中增加一位,可以选奇校验或偶校验。接收端对接收到数据进行与发端相同的校验,如果该字节是奇数与发端数据一致则正确;若为偶数则校验不符(奇校验),认为传输错误。但此种方法识别错误能力低,通常要与纠错和重发编码技术相结合。
(2)纵向冗余校验编码(LRC):该方法在数据传输时把XOR校验LRC模块与数据一起传输,在接收端对接收的数据和校验字节进行校验,其结果为零则数据正确,校验出的其它结果都表示数据在传输中出现错误。该算法主要用于快速校验很小的数据块。对RFID容量较小,一次交易量不大的情况,较为适合。
(3)循环冗余校验编码(CRC):CRC校验需要在传输数据块附加一些校验位(校验位的数目主要有:4位、8位、12位、16位、32位),该校验位(CRC 校验)由该数据块按一定的生成多项式算法产生。在接收端,对接收到的数据块再按规定计算方法算CRC校验和,其结果若为零,则数据正确;不为零则表示传输过程出现错误。选用的校验位不同其校验的数据块长度也不同,例如选用16位CRC校验,其有效校验数据块长度不超过4KB。根据RFID传输数据的不同长度可选12位和8位CRC校验。在ISO/IEC 18000系列标准中,就推荐CRC校验编码。

在标准制定研究时,首先要对ISO/IEC相关标准中所规定的编码规则进行验证,在了解熟悉基础上,重点进行提高纠错校验编码能力的研究,尽管ISO/IEC相关标准推荐了校验编码方法,但经过我们研究可以提出更为合理、可靠的校验方法,成为我们的自立知识产权。

4.3 电子标签数据传输协议

电子标签数据传输协议,也就是电子标签与读取器之间的通信空中接口,它包括物理层和媒体接入控制层。其中,物理特性要求包括:发射功率、工作频率、信道间隔、接收灵敏度、接收带宽、调制方式、电磁兼容性能、天线能等。

协议包括:电子标签与读取器之间的指令和响应,建立通信的流程。例如:读取器首先要校验周围有无干扰,然后选择最佳工作频率,接着它要主动激活标签,激活后标签要响应,待验证确认后,激活的电子标签,按指令发射数据,读取器在接收数据后进行校验后无误,则此次建立有效,否则将重新激活电子标签,重发数据。
有关RFID空中接口协议,ISO/IEC制定出了18000系列标准:
——18000-1第一部分:通则
——18000-2第二部分:低于135kHz空中接口通信协议
——18000-3第三部分:13.56MHz空中接口通信协议
——18000-4第四部分:2.45GHz空中接口通信协议(Ⅰ)
——18000-6第六部分:860MHz~960MHz空中接口通信协议
——18000-7第七部分:433MHz空中接口通信协议
在标准研究中,根据国家规定的RFID工作频段验证ISO/IEC 18000相关标准中的空中接口协议,以确定我国相应频段RFID的物理特性要求和空中接口通信协议。

4.4 电子标签应用系统接口规范

电子标签与读取器所构成的RFID系统其目的是为应用服务,而应用的需求是多种多样,十分广泛,各不相同。读取器与应用系统之间的接口,通常采用标准的数据接口和相应协议。读取器与应用系统数据处理终端的工作程序,大体是:

·应用系统根据需要向读取器发出配置指令。
·读取器接到指令后向应用系统返回所有可能的读取器的当前配置状态。
·应用系统根据读取器返回的信息向读取器发送相应命令。
·读取器执行相应指令后,并向应用系统返回根据命令的执行结果。

应用系统中计算机平台主要包括Windows系列、Linux、Unix以及DOS等平台系统。所谓电子标签与应用系统接口主要指读取器与应用系统计算机的接口方式。目前RFID的应用系统接口方式几乎包罗了所有数据接口方式:RS232、RS485、RJ45(以太网),以及 WLAN802.11(无线局域网)等。其中RJ45采用TCP/IP传输协议。RS232接口最大传输速率115.2kb/s。RS485为全双工接口,其抗干扰能力优于RS232,其数据传出速率达230kb/s~1Mb/s。802.11是无线局域网中国际承认的第一个标准,早期其无线传输速率 1Mb/s~2Mb/s,后发展提出802.11b,其传输速率提升到5.5Mb/s和11Mb/s。

RFID与应用系统的接口规范,就是要明确读取器的输出接口特性及相应协议需要进行标准化,以利于应用发展,因此需在RFID应用技术标准中加以规范,在相应标准研究制定时进行验证。

4.5 电子标签安全管理及可靠性

电子标签安全性是电子标签应用十分重要的问题,有些RFID系统对安全性能要求不高,例如:工业自动控制、库房材料管理、车辆识别等。但有些 RFID系统就需要很高的安全性能,例如:自动收费,支付系统等。当然引入密码、身份、数据鉴别一定会增加设备成本,但这也是不可避免的。

电子标签安全性主要是:电子标签对读取器进行鉴别验证其合法性后,才能按指令向读取器发送数据;同样读取器也需要对电子标签的数据进行鉴别验证其合法性后,才能按要求处理这些数据。鉴别是RFID系统安全的首要问题。目前读取器与电子标签之间鉴别建立在国际标准ISO9798-2《三通相互鉴别》的基础上,双方通信中互相检测另一方的密码,而对电子标签和读取器都应是具有唯一性的身份密码。

RFID系统中安全性还须注意数据在空中传输中被窃取的问题,对于重要数据,例如:银行取存款自动柜员机,需要对其空中传输的数据本身进行加密处理,以保证数据的安全。而数据加密是一项专门技术应由国家指定机构处理。为了保证数据的可靠性,除对传输数据进行校验和纠错处理外,在RFID系统还需注意:多标签同时识别和系统防冲撞的问题:

(1) 多标签同时识别在RFID系统应用中经常会遇到的情况,目前常用的一个读取器配置4副天线进行多标签同时识别的过程。多标签同时识别常用的方法有:

·空分多路法:利用天线空间分离的技术分别读取电子标签的数据。
·频分多路法:把若干各使用不同载波频率的传输道路分别读取电子标签的数据。
·时分多路法:把整个可供使用的通路容量按时间不同分配多个用户分别读取数据。

(2) 防冲撞:为了保证数据读取的安全性和可靠性,在多读取器随机工作的RFID系统,还需采用因同时读取产生的数据冲撞的技术。通常防冲撞采用ALOHA法。 ALOHA法是当读取器发生同时读取时,系统任意将冲撞中某一个读取器作适量延迟读取。电子标签安全管理和可靠性是目前RFID应用标准中薄弱环节,也是标准制定研究中重点进行的工作。通过安全性、鉴别、鉴权的研究制定出中国自己的RFID鉴别、鉴权标准。还要根据要求制定中国RFID空中传输数据加密规范。

通过对多标签同时识别和防冲撞的机制研究,制定中国多标签同时识别国家标准和防冲撞的规范。总之,保障数据可靠性,电子标签的安全管理和可靠性是标准制定研究的重点,是中国自主知识产权技术所在。

以上是我们对中国RFID标准研究和制定应注意的几个问题的看法,供有关人士研究,达到“抛砖引玉”的目的。

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