国内外rfid技术研究现状与发展趋势.pdf

国内外 RFID 技术研究现状与发展趋势 来源：中国科学院上海科技查新咨询中心 作者：顾震宇 2010-10-30 15:04:25 评论 0 条 1 技术概述 RFID 射频识别技术实际上是一项较早的技术，在20 世纪 60年代的时候，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 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 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。v