RFID是自动身份识别和数据采集的一种很好手段

介绍

射频识别(RFID)技术是一种通过射频通信实现的非接触式自动识别技术(以下简称RFID)。RFID标签具有体积小、容量大、寿命长、可重复使用等特点。它们可以支持快速读写、非视觉识别、移动识别、多目标识别、定位和长期跟踪管理。RFID技术与互联网、通信等技术相结合,可以实现全球范围内货物的追踪和信息共享。

ISO/IEC 是信息技术领域最重要的标准化组织之一。ISO/IEC 认为 RFID 是一种很好的自动识别和数据收集手段。RFID标准的制定不仅要考虑物流供应链领域的单品识别,还要考虑电子票证、物品防伪、动物管理、食品药品管理、固定资产管理等应用领域。基于这一认识,ISO/IEC联合技术委员会JTC委托SC31分委员会负责制定所有RFID通用技术标准,即规范所有RFID应用领域的共同属性;委托各专业委员会负责制定应用技术标准如ISO TC104 SC4负责制定集装箱系列RFID标准,ISO TC 23 SC19负责制定动物管理系列RFID标准,联合ISO TC122和ISO TC104组成的工作组制定物流和供应链系列应用标准[1]。对所有标准的制定有源rfid读写器,可以由技术委员会委托部分专家起草标准草案,也可以由公司或专家直接提交标准草案,然后按照ISO标准化审查、修改并最终批准实施组织的标准制定程序。所有当前的 ISO RFID 草案标准都可以在网站上找到。

一、通用RFID技术标准

ISO/IEC的通用技术标准可分为数据收集和信息共享两大类。数据采集​​技术标准涉及标签、阅读器、应用程序等,可以理解为由单个本地阅读器组成的简单系统,也可以理解为大系统的一部分,其层次关系如图1所示; 信息共享类是实现RFID应用系统间信息共享所必需的技术标准,如软件架构标准等。

图1 ISO RFID标准体系框图

在图1中,左半部分是常见的RFID标准的分层框图,右半部分是2006年以来制定的RFID标准在增加辅助电源和传感器功能后的分层框图。清楚地显示了标准之间的层级关系,自下而上,首先是RFID标签识别编码标准ISO/IEC 15963,然后是空中接口协议ISO/IEC 18000系列、ISO/IEC 15962和ISO/IEC 24753数据传输协议,最后是 ISO/IEC 15961 应用程序编程接口。与辅助电源和传感器相关的标准是空中接口协议、ISO/IEC 24753 数据传输协议和 IEEE 1451 标准。

1、数据内容标准

数据内容标准主要规定了从标签、阅读器到主机(即中间件或应用程序)的各个环节中数据的表示。由于标注能力(存储能力、通信能力)的限制,各个环节的数据表示必须充分考虑自身特点,采用不同的表示。另外,主机对标签的访问可以独立于读写器和空中接口协议[2],也就是说读写器和空中接口协议对应用程序是透明的。RFID数据协议的应用接口基于ASN.1,它提供了一套独立于应用程序、操作系统和编程语言的命令结构,也独立于标签阅读器和标签驱动程序。

ISO/IEC 15961 规定了阅读器和应用程序之间的接口[3],重点是应用命令和数据协议处理器之间交换数据的标准方式,使应用程序可以完成对电子数据的读写。标签数据。、修改、删除等操作功能。该协议还定义了错误响应消息。

ISO/IEC 15962 规定了数据的编码、压缩、逻辑内存映射格式 [3],以及如何将电子标签中的数据转换为对应用有意义的方式。该协议提供了一套数据压缩机制,可以充分利用电子标签有限的数据存储空间和空中通信能力。

ISO/IEC 24753 扩展了 ISO/IEC 15962 数据处理能力[3],适用于具有辅助电源和传感器功能的电子标签。添加传感器后,电子标签中存储的数据量和传感器的管理任务大大增加。ISO/IEC 24753 规定了电池状态监测、传感器设置和重置以及传感器处理等功能。图 1 显示 ISO/IEC 24753 与 ISO/IEC 15962 一起规范了具有辅助电源和传感器功能的电子标签的数据处理和命令交互。它们的作用使 ISO/IEC 15961 独立于电子标签和空中接口协议。

ISO/IEC 15963规定了电子标签唯一标识的编码标准[5],兼容ISO/IEC 7816-6、ISO/TS 14816、EAN.UCC标准编码系统,INCITS 256 并保留以供将来扩展。注意与项目代码的区别,项目代码是附在标签上的项目代码,而标准标识标签本身。

2、空口通信协议

空中接口通信协议规范了读写器和电子标签之间的信息交换,目的是为了不同厂商的生产设备之间的互联互通[6]。ISO/IEC 制定了五个频段的空中接口协议。主要原因是不同频段的RFID标签在读取速度、读取距离、适用环境等方面存在较大差异。单一频段的标准无法满足各种应用的需求。这一思想充分体现了标准统一的相对性。标准是广泛应用系统的共同要求,但并非所有应用系统。一套标准可以满足更广泛的应用需求。

ISO/IEC 18000-1 信息技术 – 基于项目管理的射频识别 – 参考结构和标准化参数定义。它规定了阅读器和标签的通信参数表、知识产权的基本规则等,这些都是空口通信协议中普遍遵守的。这样,每个频段对应的标准就不需要重复指定相同的内容了。

ISO/IEC 18000-2 Information Technology – Radio Frequency Identification based on Item Management – 适用于 IF 125~134KHz,指定标签与阅读器通信的物理接口,阅读器应兼容 Type A (FDX)与 B 型 (HDX) 标签通信的能力;指定多标签通信的协议和命令以及防冲突方法。

ISO/IEC 18000-3 信息技术-基于物品管理的射频识别-适用于高频段13.56MHz,规定了读写器与标签之间的物理接口、协议和命令以及防碰撞方法。防冲突协议可分为两种模式,模式一分为基本协议和两种扩展协议(无时隙和终止的多转发器协议和有时隙终止自适应轮询的多转发器读取协议)。方式二采用时频复用FTDMA协议,共8个通道,适用于标签数量较多的情况。

ISO/IEC 18000-4 信息技术-基于物品管理的射频识别-适用于微波频段2.45GHz,规定了读写器与标签之间的物理接口、协议和命令以及防碰撞方法。标准包括两种模式,模式1为无源标签工作模式,阅读器先说话;模式二是主动标签,工作模式是标签先说话。

ISO/IEC 18000-6 信息技术-基于物品管理的射频识别-适用于UHF 860-960MHz,规定了读写器和标签之间的物理接口、协议和命令以及防碰撞方法。它包含用于无源标签的TypeA、TypeB和TypeC接口协议,通信距离可达10m。其中TypeC由EPCglobal起草并于2006年7月获批,在识别速度、读写速度、数据容量、防碰撞、信息安全、频段适应能力、抗干扰等方面均有较大提升。2006年提交了V4.0的草案,扩展了带有辅助电源和传感器的电子标签的特性,包括标签数据存储方式和交互命令。

ISO/IEC 18000-7适用于超高频段433.92 MHz,属于有源电子标签。规定了读写器与标签之间的物理接口、协议和命令以及防碰撞方法。有源标签的读取范围广,适用于跟踪大型固定资产。

3、测试标准

测试是所有信息技术标准中非常重要的一部分。ISO/IEC RFID标准体系包括设备性能测试方法和一致性测试方法。

ISO/IEC 18046 RFID设备性能测试方法,主要内容为标签性能参数和检测方法:标签检测参数、检测速度、标签形状、标签检测方向、单标签检测和多标签检测方法等;性能参数及检测方法:读写器检测参数、读取范围、读取速率、读取数据速率、写入数据速率等检测方法。测试条件在附件中有规定,测试场分为全暗室、半暗室和开放场三种。本标准定义的测试方法构成了性能评估的基本结构,测试内容可以根据RFID系统应用的需要进行扩展。

ISO/IEC 18047 定义了一种确定射频识别设备(标签和阅读器)一致性的方法,也称为空中接口通信测试方法。测试方法只需要那些实现和测试的命令功能和任何功能选项。它对应于 ISO/IEC 18000 系列标准。一致性测试是为了保证系统各部分之间的交互满足技术要求,即系统的一致性要求。只有满足一致性要求,不同厂家生产的设备才能在同一个RFID网络中实现互联互通。一致性测试标准反映了通用技术标准的范围,即实现互联互通所需的技术内容。

4、实时定位系统 (RTLS)

实时定位系统可以提高供应链透明度[8]、车队管理、物流和车队安全等。RFID标签可以解决短距离物体,尤其是室内物体的定位,可以弥补GPS和其他只能应用于大型室外区域的定位系统。GPS定位、手机定位、RFID短距离定位手段与无线通信手段相结合,可实现对物品位置的全程跟踪监控。目前正在制定的标准包括:

ISO/IEC 24730-1 应用程序编程接口API,它规范了RTLS服务功能和访问方式,目的是应用程序可以方便地访问RTLS系统,它独立于RTLS低层空中接口协议。

用于 2450MHz 的 ISO/IEC 24730-2 RTLS 空中接口协议。它指定了一种网络定位系统,该系统利用 RTLS 发射器发送无线电信标,并利用接收器根据多个接收到的信标信号来解析位置。变送器的许多参数可以实时远程配置。

ISO/IEC 24730-3 适用于 433MH 的 RTLS 空中接口协议。内容与第 2 部分类似

5、软件系统的基本结构

2006年,ISO/IEC开始关注RFID应用系统的标准化[4],将ISO/IEC 24752调整为6个部分并更名为ISO/IEC 24791。该标准的目的是为RFID提供一个框架应用系统,并标准化数据安全和各种接口,以促进RFID系统之间的信息共享;使应用程序不再关心多个设备和不同类型的设备。方便应用程序的设计和开发;支持分布式协同控制、设备集中管理等功能,优化密集读写器组网性能。该标准的主要目的是解决阅读器和应用程序之间的数据信息共享。随着RFID技术的广泛应用,RFID数据信息的共享变得越来越重要。ISO/IEC 24791标准各部分之间的关​​系如下:

图10-2 软件系统基本结构图

该标准的具体内容如下:

1) ISO/IEC 24791-1 Architecture:给出软件系统的总体框架和标准各部分的基本定位。它将架构分为三大类:数据平面、控制平面和管理平面。数据平面侧重于数据的传输和处理,控制平面侧重于读写器运行过程中空口协议参数的配置,管理平面侧重于对运行状态的监控和设备管理。三个平面的划分可以简化软件架构系统的描述,每个平面所包含的功能也会减少。这种方法常用于复杂协议的描述中。每个平面包括五个方面的部分:数据管理、设备管理、应用接口、设备接口和数据安全。已给出标准草案。

2) ISO/IEC 24791-2数据管理:主要功能包括读、写、收集、过滤、分组、事件通知、事件订阅等功能。此外,它支持ISO/IEC 15962提供的接口,还支持其他标准的标签数据格式。该标准位于数据平面上,并已给出标准草案。

3) ISO/IEC 24791-3 设备管理:类似于EPCglobal读写器管理协议,可支持设备运行参数设置、读写器性能监控和故障诊断。设置包括初始化的操作参数、动态改变的操作参数和软件升级。性能监控包括历史运行数据收集和统计等功能。故障诊断包括故障检测和诊断等功能。该标准位于管理层面,目前正在制定过程中,尚未发布草案。

4) ISO/IEC 24791-4 应用接口:最高层,提供读写函数的调用格式和交互流程。估计和ISO/IEC 15961应用接口差不多,但肯定需要扩展和调整。该标准位于数据平面上,目前正在制定中,尚未看到草案。

5) ISO/IEC 24791-5 Device Interface:类似于EPCglobal LLRP底层读写器协议,为客户端提供了一个通用的接口规范来控制和协调读写器的空中接口协议参数,与空中接口协议有关。该标准位于控制平面中,目前正在制定中,尚未看到草案。

6) ISO/IEC 24791-6 数据安全:正在开发中,尚无草案。

6、实施指南

图片[1]-RFID是自动身份识别和数据采集的一种很好手段-老王博客

ISO/IEC 24729 – 实施指南 [7] 是目前正在开发的标准,由以下三个部分组成:

ISO/IEC 24729-1 支持 RFID 的标签和包装;

ISO/IEC 24729-2 RFID 可回收标签;

ISO/IEC 24729-3 RFID 阅读器/天线安装。

需要注意的是,上述RFID系列标准包含大量专利。例如,一些专利列在 ISO/IEC 18000 系列中。事实上,标准中没有列出的专利还有很多。

二、ISO/IEC RFID应用技术标准

早在1990年代,ISO/IEC就开始制定集装箱标准ISO 10374,后来又制定了集装箱电子密封标准ISO 18185、动物管理标准ISO 11784/5、ISO 14223等。 RFID技术越来越广泛,ISO/IEC认识到需要针对不同应用领域所涉及的共同需求和属性制定通用技术标准,而不是完全独立制定各个应用技术标准。这是上一节。通用技术标准。

在制定ISO 17363-17367系列物流和供应链标准时,直接引用了ISO/IEC 18000系列标准。通用技术标准提供了一个基本框架,应用标准是对其的补充和具体规定,既保证了RFID技术在不同应用领域的互联互通,又兼顾了应用领域的特点。满足应用领域的特定要求。应用技术标准是在通用技术标准的基础上,根据各行业特点制定的。针对行业应用领域所涉及的共同需求和属性。应用技术标准与用户应用系统的区别,应用技术标准是针对一大类应用系统的共同属性,而用户应用系统则是针对特定的应用。如果以面向对象的分析来类比,则将通用技术标准视为基础类,将应用技术标准视为派生类。

1、货运集装箱系列标准

ISO TC 104技术委员会负责制定集装箱标准,是集装箱制造和运营的最高权威。RFID相关标准由第四分委员会(SC4)制定。包括以下标准:

1)ISO 6346 容器 – 代码、ID 和识别号,1995

本标准提供了集装箱识别系统。集装箱识别系统有多种用途,例如文档、控制和通信(包括自动数据处理),以及集装箱本身的展示。集装箱识别中的强制性识别以及自动设备识别 (AEI) 和电子数据交换 (EDI) 中应用的可选功能。该标准规定了集装箱尺寸和类型等数据的编码系统,以及相应的标记方法、操作标记和容器标记的物理表现形式。

2)ISO 10374 集装箱自动识别标准,1991年制定,1995年修订

该标准是基于微波转发器的集装箱自动识别系统,将集装箱视为固定资产。转发器为有源器件,工作频率为850MHz~950Mhz,2.4GHz~2.5GHz。只要应答器处于该场中,它就会被激活,并通过使用变形的 FSK 子载波的反向散射调制来响应。信号在两个子载波频率 40kHz 和 20kHz 之间进行调制。自1991年制定以来,RFID这个词还没有使用过,其实有源转发器就是今天的有源RFID电子标签。本标准与 ISO 6346 共同适用于容器的识别。ISO 6346 规定了光学识别,ISO 10374 使用微波来表示光学识别的信息。

3)ISO 18185,集装箱电子密封标准草案(陆、海、空)

该标准被海关用于监控集装箱装卸状态[9]。它由7部分组成,分别是:空中接口通信协议、应用需求、环境特性、数据保护、传感器、信息交换的消息集、物理层特性需求。

上述两个标准中涉及的空口协议并非指ISO/IEC 18000系列空口协议,主要原因是其制定时间早于ISO/IEC 18000系列空口协议。

2、物流供应链系列标准

为了使RFID在整个物流供应链中发挥重要作用,ISO TC 122包装技术委员会和ISO TC 104货运集装箱技术委员会成立了联合工作组JWG,负责制定一系列物流供应链标准[10]。工作组根据应用要求,制定了货运集装箱、装载单元、运输单元、产品包装、单品五级物流单元六项应用标准。

1)ISO 17358 应用要求

这是供应链RFID的应用需求标准,由TC 122技术委员会主持,目前正在制定中。该标准定义了供应链物流单元各层级的参数,定义了环境标识和数据流。

2)ISO 17363~17367系列标准

供应链RFID物流单元系列标准分别规范了货运集装箱、可回收运输单元、运输单元、产品包装和产品标签的RFID应用。这一系列标准的内容基本相似。例如,空中接口协议采用ISO/IEC 18000系列标准。具体规定有差异,针对不同的使用对象,如使用环境条件、标签尺寸、标签位置等特点,制定了补充规定。根据对象的不同,电子标签的载波频率也不同。货运集装箱、可回收运输单元和运输单元使用的电子标签必须重复使用,产品包装视实际情况而定,产品标签通常是一次性的。此外,还必须考虑数据完整性、视觉识别等。可回收单元对数据容量、安全性和通信距离的要求更高。该系列标准目前正在制定过程中。

这里要注意的是ISO 10374、ISO 18185和ISO 17363的关系有源rfid读写器,都是针对集装箱的,但是ISO 10374是针对集装箱本身的管理,ISO 18185是针对海关监管集装箱的,ISO 17363 是在运输容器上使用可读写的 RFID 识别标签和运输标签,用于供应链管理。

3、动物管理系列标准

ISO TC 23/SC 19 负责制定动物管理的 RFID 标准,包括 ISO 11784/11785 和 ISO 14223。

1)ISO 11784 编码结构

它规定了动物射频识别码的64位编码结构。动物射频识别码要求读写器和电子标签能够相互识别。通常由包含数据的比特流和确保数据正确所需的编码数据组成。编码结构为 64 位,其中 27 到 64 位可以由每个国家定义。

2) ISO 11785 技术指南

它规定了应答器的数据传输方法和阅读器的规格。工作频率为134.2kHz,数据传输方式为全双工和半双工。读写器数据采用差分双相码表示,电子标签采用FSK调制和NRZ编码。由于电子标签的充电时间长,以及工作频率的限制,通信速率较低。

3) ISO 14223 高级标签

它规定了动物射频识别转发器和高级转发器的空间接口标准,允许将动物数据直接存储在标签上,这意味着通过简单、可验证和廉价的解决方案,每只动物的数据都可以离线。可以直接在州内获取,从而提高库存跟踪,增强全球进出口管控能力。可以通过符合ISO 14223标准的读取设备自动识别牲畜,并且凭借其防碰撞算法和抗干扰功能,即使牲畜数量非常多,识别也没有问题。ISO 14223标准包括三个部分:空中接口、编码和命令结构、应用。它是 ISO 11784/11785 的扩展版本。

参考

[1] 张有光等。世界三大RFID标准体系对比分析,中国标准化,2006年第3期

[2] 张有光等。ISO RFID标准体系中的数据协议分析,中国标准化,2006年第4期

[3] 数据传输协议,

[4] 软件架构,

[5] 标签编码,

[6] 空中接口协议,

[7] 实施指南,

[8] 实时定位系统 RTLS,

[9] 集装箱 RFID 标准 ISO 18185,

[10] 物流供应链系列标准,

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THE END
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