射频识别技术的探讨

张轻越、李文杰、谭忠林、张瑞芝、吕尧仪

重庆电子工程职业学院 401331

摘要：射频识别系统在各种场景应用十分广泛，随着使用的规模和区域的不断增加，射频识别系统逐渐暴露出了隐私性、识别精度和识别效果不稳定等多个问题，本文主要探讨射频识别系统的相关缺陷以及预期解决方式。

随着计算机与互联网的快速发展，物联网技术应运而生。物联网及其相关技术引发了世界信息产业的又一浪潮，成为了推动工业转型和社会经济可持续发展的重要引擎。物联网是一个基于感知、通信、信息交互、网络等技术的综合性应用技术。[6]在物联网世界中，网络代理可以通过现有的网络基础设施远程感知和控制物理对象，以前所未有的方式将现实世界与虚拟网络世界连接起来。从人到地方，到汽车和电脑，再到家庭和生产设备，各种各样的实物都配备了嵌入式电子系统、软件和传感器。物联网促进了人、物体和网络之间的连接，通过支持联网设备进行信息共享和交换，更好地完成了物体的识别和管理。在谷歌、亚马逊、阿里巴巴和华为等公司的推动下，物联网得到了前所未有的发展。[7]

射频识别技术（RFID）是物联网技术的关键制程技术之一，能够为物联网的物体感知和数据采集提供强有力的保障。射频识别技术是一种非接触式自动识别技术。它集成了射频技术和嵌入式技术等技术，可以实现自动识别、采集数据、整合数据、跟踪等功能。射频识别技术的萌芽出现于第二次世界大战期间，由美国军方研制并主要用于军事敌我识别和实验室。直到20世纪60年代末，射频识别技术才开始了一些简单的应用尝试并逐渐出现基于射频识别技术的商业模式。例如:动物晶片、汽车晶片防盗器、门禁管制、停车场管制、生产线自动化等。射频识别系统的识别标签分为有源标签、半有源标签和无源标签。其中，无源标签出现于20世纪80年代，是三类标签中出现时间最早，也运用最广泛的。运用无源标签的产品体积较小，自身结构简单，成本低，故障率低，使用寿命长。但由于有效识别距离通常较短，一般用于近距离的接触式识别。典型包括:公交卡、二代身份证、食堂餐卡等。该标签最大的特点在于，嵌入此类标签之后，标签将不再需要额外能源，无源标签的出现使得射频识别系统的标签价格和维护成本大大降低，也大大推动了射频识别系统的发展。[1]

随着射频识别产品的种类和应用场景愈发丰富，其标准化、关键技术和开放场景的数据安全等问题逐渐被大众所关注。在开放场景中，射频识别技术就面临着隐私性、数据规模大和不稳定等多个问题。比如消费者的个人信息、物流信息等等，为此，RFID的推广和使用在一定程度上还是具有风险。在超高频单读卡器RFID系统中，由于单个读卡器的通信范围仅为4∽6米，通信覆盖范围内的标签数量有限（受附在标签上的物体大小和物体之间距离的影响），现有标签识别协议可以在十几秒内识别数千个标签。因此，开放式RFID系统的大规模特性通常意味着需要放置多个阅读器以覆盖整个系统。[3]在大型RFID系统中，为了全面监控系统中的数千或数千个标签，通常需要部署多个读取器。此外，大规模使用RFID技术的情况下，系统对于RFID标签的识别和管理则变得尤为重要。对于开放式RFID系统的隐私敏感性，通常使用阻塞标签来保护重要标签不被非法读取。然而，当合法的读取器可用时，现有的标签识别协议不能有效地识别要保护的标签。为了更好地管理系统中的物品，特别是需要保护的重要物品，因此研究基于阻塞标签保护的隐私敏感RFID系统中的标签识别问题是非常有必要的。并需要提出一种不泄露隐私的高效标签识别协议。针对开放系统的大规模特性，早期的工作主要研究如何调度阅读器，以避免相邻阅读器同时工作而引起的阅读器冲突。[2]

在开放式的RFID系统中，利用随机分配的RFID读写器与RFID标签之间的信号联系作为数据传输和识别的桥梁。由于各种物体位置、标签信号强弱、障碍物的隔绝性等不确定因素，现有协议的性能仍然还有较大的改进空间。尤其是在开放环境下标签的识别研究已经丢失标签的识别研究。这在智慧家居、智慧养殖、智慧农业等应用场景中是值得思考和探究的。此外，RFID标签被“非法”读写器干扰，从而盲目响应并被篡改数据也是常见的情况。为了避免非法读取造成的不良后果，目前大多数用户是利用阻塞标签和需被保护的标签同步响应读写器。阻塞标签实际上是高级RFID标签或特定RFID设备，它是通过生成一组阻止标签，用哪个与保护重要的标签信息不被非法阅读器所读取。[6]这些阻挡标签与待保护标签的RFID相同，并与它们同时响应读取器，导致不可调和的时隙冲突，从而防止非法读取器窃取待保护标签信息。[2]然而，不可调和的时隙冲突将使合法读者很难识别系统中的所有标签。如何让合法读者有效地识别所有标签，而不泄露隐私，这是一个非常具有挑战性的问题。

因此，针对于现有的RFID系统在使用过程中可能出现的各种问题，研究和制定一系列标签识别协议可以对后续管理操作提供强有力的支持。针对于各种复杂环境下的RFID读写器的识别问题，需要研讨并提供一些新的设计思路，使得RFID读写器的识别效果已经读写速度能够大幅提升。在带有阻塞标签的环境中和大规模环境中的标签识别问题，需要利用新的协议配合合理的标签及读写器部署方式使得部分具体问题得到解决。由于受保护的真实标签和阻塞标签之间存在不可调和的冲突，传统协议无法识别这部分标签。[5]尽管传统的轮询协议可以识别这部分标签，但广播受保护标签的ID会泄露其信息，这与保护标签的初衷背道而驰。因此笔者认为应该提出一种阅读器并发识别协议栈，其中包括阅读器和标签冲突避免协议，该协议可以在阅读器定期部署和随机部署的RFID系统中高效工作。[4]该协议需要解决标签分布不均匀导致的阅读器负载不均衡问题，达到提高标签识别吞吐量的目的。

在当前经济和科技水平高速发展的情况下，各种复杂场地和应用场景会不断出现。在运用现有技术的同时，更需要对于在技术使用过程中的不断地对于标准、协议以及技术本身进行探究和思考，才能使得技术能够更好的推广和服务社会。

[1] 蒋皓石, 张成, 林嘉宇. 无线射频识别技术及其应用和发展趋势[J]. 电子技术应用, 2005, 31(5):4.

[2] 游战清. 无线射频识别技术 (RFID) 理论与应用[M]. 电子工业出版社, 2004.

[3] 刘长征, 熊璋, 王剑昆. 基于智能标签的射频识别系统的研究和实现[J]. 计算机工程, 2003, 29(20):3.

[4] 周晓光, 王晓华. 射频识别(RFID)技术原理与应用[M]. 人民邮电出版社, 2006.

[5] 胡永利, 孙艳丰, 尹宝才. 物联网信息感知与交互技术[J]. 计算机学报, 2012, 35(6):17.

[6] 石军. "感知中国"促进中国物联网加速发展[J]. 通信管理与技术, 2009(5):3.

[7] 廉小亲, 翁贻方, 张晓力,等. 基于电子标签技术的物流自动化管理系统[J]. 微计算机信息, 2006(05X):3.