內容簡介

無線射頻識別技術(RFID)隨著近年來物聯網技術的發展，在各領域中的應用日益廣泛，是物聯網技術的重要內容之一，也是高校物聯網工程專業的必修課之一。

本書先從RFID的發展歷史及現行主流標準入手，介紹RFID技術的基本工作原理及相關技術，詳細解析RFID技術編解碼及解決數據碰撞問題的方案；然后通過RFID在EPC體系及M2M技術中的重要應用，展現RFID在物聯網技術領域中的重要地位；并通過RFID中間件設計及相應網絡的安全分析，完善整個RFID技術體系的內容；最后，通過RFID的若干實際應用案例，讓讀者更加深入地理解RFID技術及其應用。

  本書內容綜合了RFID的基礎知識、實際應用及與物聯網技術相關的其他領域的有關知識，由淺入深、循序漸進，涉及面廣，實用性強，可作為高校物聯網工程專業本科生、研究生的專業教材，還可供相關領域的工程技術人員參考使用。

前    言

　　物聯網技術近幾年來得到了充分的發展。在物聯網技術中，自動識別是非常重要的。因為物聯網最終需要實現機器與機器之間的自主學習、自主通信和相互控制，而這就需要有自動識別技術。條形碼和二維碼是自動識別技術的一種嘗試，但由于這類識別手段有內在的缺陷，導致仍然無法實現完全的自動識別。

　　射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID)技術的出現，讓自動識別有了真正實現的可能。盡管射頻技術歷史久遠，但作為自動識別手段，也只是近些年來的事情。

　　射頻識別技術是通過無線電波進行數據傳遞的自動識別技術，是一種非接觸式的自動識別技術。它通過射頻信號自動識別目標對象，并獲取相關數據，其識別工作無須人工干預，可工作于各種惡劣環境中。

　　與條碼識別、磁卡識別和IC卡識別等技術相比，射頻識別技術以特有的無接觸、抗干擾能力強、可同時識別多個物品等優點，逐漸成為自動識別領域中最優秀和應用最廣泛的技術之一，是目前最重要的自動識別技術。

　　本書共分為9章。

　　第1章主要介紹射頻識別技術的發展歷史；第2章主要介紹射頻識別技術的工作原理；第3、第4章深入討論射頻識別技術的編解碼原理和數據傳輸等問題；第5章介紹射頻識別技術與EPC體系的關系；第6章介紹射頻識別技術與M2M體系的關系；第7章介紹射頻識別技術中間件開發技術；第8章介紹射頻識別技術應用過程中涉及的信息安全問題；第9章給出大量的射頻識別技術應用實例，供讀者參考。

　　本書具有以下特點。

* 體系清晰：對射頻識別技術與物聯網其他領域技術的關系進行完整的闡述。

* 知識面廣：通過大量的應用實例，說明射頻識別技術在物聯網技術中的重要作用，及在生產、生活中的廣泛應用。

* 淺顯易懂：適當減少射頻識別技術理論性的內容，增加大量實例應用，著重體現其技術性和實用性。

　　本書的第1、5、6、7章由王佳斌編寫，第4、8章由張維緯編寫，第3章由王佳斌和張維緯聯合編寫；第2、9章由黃誠惕編寫。全書由王佳斌統稿。

　　本書文字打印和繪圖由宋春紅、陳麗楓完成。

　　本書在編寫過程中，得到清華大學出版社編輯、華僑大學工學院領導和教師的大力支持，在此表示感謝！此外，本書在編寫過程中，參考了眾多的書籍和網絡資料，在此對書籍和資料的作者一并表示感謝！

 

　　由于作者水平有限，書中難免有疏漏之處，敬請廣大讀者批評指正。

 

目錄

 

第1章  射頻識別技術概述           1

 

1.1  自動識別技術 2

1.1.1  自動識別技術的概念 2

1.1.2  自動識別技術的分類 2

1.1.3  RFID技術 5

1.2  射頻技術及其特點 6

1.2.1  RFID的發展簡史 6

1.2.2  RFID的發展現狀 7

1.3  RFID技術標準 8

1.3.1  全球三大標準體系的比較 8

1.3.2  超高頻RFID技術協議

標準的發展與應用 12

1.3.3  不同頻率的標簽和標準 15

本章小結 17

習題 17

 

第2章  RFID的工作原理           19

 

2.1  RFID的基本工作原理 20

2.2  RFID系統的構成 21

2.2.1  RFID的基本組成 21

2.2.2  電子標簽 24

2.2.3  讀寫器 32

2.2.4  系統高層 35

2.3  耦合方式 36

2.3.1  電感耦合方式 36

2.3.2  反向散射耦合方式 37

2.4  電感耦合方式的射頻前端 38

2.4.1  讀寫器的功能與分類 38

2.4.2  標簽的功能與類別 39

2.5  天線 42

2.5.1  天線的工作模式 42

2.5.2  天線的基本參數 43

2.5.3  天線的設計要求 45

本章小結 45

習題 45

 

第3章  編碼與調制                47

 

3.1  信號和編碼 48

3.1.1  數據和信號 48

3.1.2  信道 48

3.1.3  編碼 51

3.2  RFID中常用的編碼方式和

編/解碼器 54

3.2.1  曼徹斯特碼和密勒碼 54

3.2.2  修正密勒碼 60

3.3  脈沖調制 63

3.3.1  FSK方式 63

3.3.2  PSK方式 66

3.3.3  副載波調制和調解 70

3.4  正弦波調制 73

3.4.1  載波 74

3.4.2  調幅 74

3.4.3  數字調頻和調相 80

本章小結 81

習題 82

 

第4章  數據校驗和防碰撞算法      83

 

4.1  差錯檢測 84

4.1.1  差錯的性質和表示方法 84

4.1.2  差錯控制 85

4.1.3  檢糾錯碼 85

4.1.4  數字通信系統的性能 87

4.1.5  RFID中的差錯檢測 88

4.2  防碰撞算法 90

4.2.1  Aloha算法 91

4.2.2  二進制樹型搜索算法 92

4.3  ISO/IEC 14443標準中的

防碰撞協議 93

4.3.1  TYPE A的防碰撞協議 93

4.3.2  TYPE B的防碰撞協議 98

4.4  碰撞檢測 104

4.5  防碰撞RFID系統設計實例 105

4.5.1  無源RFID芯片MCRF250 105

4.5.2  基于FSK脈沖調制方式的

碰撞檢測方法 106

4.5.3  FSK防碰撞讀寫器的設計 107

本章小結 108

習題 109

 

第5章  RFID與EPC              111

 

5.1  EPC基礎 112

5.1.1  EPC的定義 112

5.1.2  EPC的產生 112

5.1.3  EPC系統的構成 114

5.1.4  EPC系統的特點 117

5.1.5  EPC系統的工作流程 117

5.1.6  EPC在國內外的發展狀況 118

5.2  編碼體系 121

5.2.1  EPC標準 121

5.2.2  GS1全球統一標識系統 125

5.2.3  EPC編碼體系 133

5.2.4  EPC編碼策略 134

5.2.5  EPC編碼實現 136

5.3  EPC系統網絡技術 148

5.3.1  EPCglobal網絡與全球數據

同步網絡(GDSN) 148

5.3.2  中間件 151

5.3.3  ONS的工作原理 152

5.3.4  EPC信息服務(EPCIS) 155

5.4  EPC射頻識別系統 156

5.4.1  EPC與自動識別技術 156

5.4.2  EPC與射頻識別技術 157

5.4.3  EPC標簽 158

5.4.4  EPC標簽識讀器 160

5.4.5  EPC射頻識別系統的建設 162

本章小結 165

習題 165

 

第6章  RFID與M2M             167

 

6.1  什么是M2M 168

6.1.1  M2M的發展現狀 168

6.1.2  M2M的業務模式 169

6.1.3  促進M2M技術的成熟 174

6.2  M2M高層框架及標準 176

6.2.1  M2M高層框架介紹 176

6.2.2  M2M標準 178

6.3  M2M需要RFID技術 179

6.3.1  自動識別技術是M2M

可以實施的關鍵 179

6.3.2  RFID應用于M2M技術 180

6.4  M2M技術在貿易與物流中的應用 181

6.4.1  為什么要在物流中

應用M2M 181

6.4.2  發展現狀 184

6.4.3  預測和前景 187

6.4.4  縱向M2M集成 188

本章小結 190

習題 190

 

第7章  RFID中間件的設計        191

 

7.1  為什么需要RFID中間件 192

7.1.1  背景介紹 192

7.1.2  中間件介紹 192

7.2  RFID中間件設計依賴的技術 196

7.3  RFID中間件的設計方法 198

本章小結 200

習題 200

 

第8章  RFID信息安全            201

 

8.1  信息安全概述 202

8.2  密碼學基礎 206

8.2.1  密碼學的基本概念 206

8.2.2  密碼體制的原則 207

8.2.3  對稱密碼體制 207

8.2.4  非對稱密碼體制 209

8.3  序列密碼(流密碼) 210

8.3.1  序列密碼體制的結構框架 210

8.3.2  m序列 212

8.3.3  非線性反饋移位寄存器

序列 213

8.4  密鑰管理 213

8.5  射頻識別中的認證技術 218

本章小結 222

習題 222

 

第9章  物聯網RFID應用實例      223

 

9.1  沃爾瑪全面推進RFID/EPC

在供應鏈中的應用 224

9.2  班加羅爾心臟病診療中心

應用UHF RFID標簽 227

9.3  意大利紡織商應用EPC系統追蹤

卷板布匹 228

9.4  葡萄牙家具制造商在生產線

應用無源UHF RFID標簽 231

9.5  海爾美國應用RFID超高頻

標簽標識冰箱冰柜產品 232

9.6  上海世博會采用RFID門票 235

9.7  RFID在交通領域的應用 237

9.8  上海浦東國際機場防入侵系統 240

9.9  博物館利用RFID技術拓展

參觀者體驗 243

9.10  食品物流RFID監控溯源系統 244

9.11  醫院智能管理系統 245

9.12  智慧型藥盒與RFID藥罐提醒

老年人準時服藥 247

9.13  RFID在物流管理中的應用 250

9.14  RFID無線實時定位系統 253

9.15  RFID在農業中的應用 255

9.16  RFID在畜牧業中的應用 257

本章小結 259

習題 259

 

參考文獻                         261