RFID电子封锁在现代物联网中的运用
2022-06-09
摘 要：RFID电子封锁是将无源电子标签经过二次注塑或超声波的焊接工艺方法有效密封在塑料封锁中，利用写设备在电子标签中贮存大量的客户所需信息，通过GBS定位系统及终端设备从而达到识别和跟踪物品等作用。将RFID电子标签与塑料封条有机结合可实现全球范围内物品跟踪与信息共享。RFID电子封锁是继PC、互联网和无线通信之后的第四次的信息技术革命，是21世纪最有发展前途的信息技术之一。我们将通过本项目的研究，采用RFID技术、计算机技术等，结合跨区域的物品流转过程管理的实际需求，研发出基于RFID技术的电子封锁。通过基于RFID电子封锁可快速有效地记录物品的基本信息，准确地提供物品实时数据和历史数据。
关键词：RFID；无线射频识别；电子封锁；互联网
中图分类号： U298.3 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）15-147-3
1 RFID电子封锁概述
RFID一次性电子封锁产品是一次性安保产品，具有成本低、体积小、存储信息容量大、全方向读写、识别距离长及存贮时间长等特点，并具有定位及长期跟踪管理优势，与互联网、通讯技术有面结合，可实现全球范围内物品跟踪与信息共享。RFID是继PC、互联网和无线通信之后的第四次的信息技术革命，是21世纪最有发展前途的信息技术之一[1]。主要应用于海运集装箱一次性封锁、航运包裹、石油天燃气化工管道节点管理、银行钱袋与票据袋管理、快递邮政包裹、电力电表、水厂水表封锁管理、采矿下井工人管理、物流管理、农业生产管理、公共信息服务行业、防伪防盗等领域。
在物流行业，主要应用在于部分自动识别与数据采集（AIDC）技术中，特别是目前发展最快的快递行业中的自动分拣系统，大量的包裹通过自动分拣系统传输带，通过读写设备可自动分出包裹的去向，然后包裹自动从流道中分拣出来，电子封锁在包裹袋中，可在任一方向被读写设备识别。传统条形码打印、条形码识别技术由于信息存贮量有限，随着RFID技术的发展，越来越多的领域采用RFID电子封锁，以此来不断降低RFID成本。
RFID的自动识别与数据采集技术（AIDC）主要解决货物与信息之间的匹配关系，在各类实物在存贮、运输过程中，随时可以掌握物流的整个过程，使物流链变得透明化、信息安全化。目前，RFID是自动识别与数据采集AIDC领域最热门的技术，射频技术是利用无线电波对记录媒体进行读写，射频识别的距离可达几十厘米乃至几十米，且根据读写的方式，可以输入数千字节的信息，同时，还具有极高的保密性。
2 国内外研究现状和发展趋势
RFID最早发明于1948年，并首先应用于第二次世界大战，通过安装在飞机上的RFID标签和阅读器发送和接受无线射频信号，来分辨敌我双方飞机。到了70年代，美国政府通过Los Alamos科学实验室，将RFID技术转为民用，并应用在物品跟踪管理上[2]。从90年代开始，RFID正逐步应用在邮包跟踪、机场行李及乘客跟踪、仓储管理、存货控制、健康护理、物流供应链管理等领域[3]。随着RFID硬件技术的不断改进与完善，RFID设备的体积越来越小，成本也越来越低，其应用领域将更为广泛。RFID技术与互联网、通信等技术相结合，以产品电子编码（Electronic Product Code， EPC）和无线射频识别（RFID）为核心在互联网之上构造“物联网”，可以在全球范围从根本上改变对物品生产、运输、仓储、销售等各环节物品移动监控和动态管理[4]。为了使RFID在全球进行推广应用，国际上已成立了一个标准化组织EPC global[5]，提出了基于RFID的应用体系架构，制定全球统一标准来保证供应链各个环节信息的自动识别。各大软件厂商也在其产品中提供了支持RFID的服务及解决方案，如Sun EPC网络[6]、SAP-自动识别基础设施[7]、Oracle传感服务器[8]、IBM Websphere服务器[9]、Sybase RFID解决方案[10]、微软的RFID中间件[11]等。
当前，国家众多企业中，信息化水平尚处于较低水平，阻碍RFID电子封锁的应用。RFID电子封锁作为一种信息技术手段，其主要功能是快速、精准地采集数据。采集数据后，须经过进一步的对比分析处理，才能达到提高效率、降低总成本的作用。即，RFID电子封锁的应用，需要相应的企业信息化达到一定的水平，使RFID电子封锁系统与该企业的erp、CRM等信息集成在一起，才能充分发挥作用。
我国产业供应链发展尚处在初级阶段，也阻碍了RFID电子封锁的实际应用。与西方国家的企业相比，由于在技术和管理方面的弱势地位，况且我国大多企业之间更多的是在竞争，而非合作。价格成为竞争的主要手段，这就造成众多制造业利润率维持在相当低的水平，整个产业供应链的上下游企业之间往往博弈大于合作。然而，RFID技术只有在整个供应链上协调实施，才能完全实现信息的透明和分享，充分发挥其作用。此外，RFID电子封锁的另一个主要好处，是可以大幅度减少人工成本。如沃尔玛RFID每年为可为其节省数十亿美元的成本。
随着，中国企业信息化的发展，RFID电子封锁的应用将由点到面，延伸至各个领域。而RFID电子封锁D的实施成本，必然伴随RFID的推广而逐渐降低。在具体应用层面，也将会从托盘或整箱的货物跟踪逐渐扩展到单品货物跟踪的水平。从产业供应链的角度看，国家倡导的产业升级，鼓励众多企业多多生产高技术、高附加值、高利润产品，而RFID将会在整个产业升级中发挥用武之处。
RFID电子封锁主要由耦合元件及芯片组成，其基本原理就是通过内置天线和射频天线间实现通信。从原理与结构分析，整个电子封锁中的两大主要元件是“芯片与内置天线”，国外对RFID电子封锁的研究也集中在这两大项上面。
通过对SoC片上系统的不断研发与实际应用领域的飞速扩张，RFID电子封锁的研发将朝着体积更小、储存信息容量更大、读写速度更快、穿透性强非可视识别、对高速移动目标识别能力强、可同时多目标识别、能够嵌入GIS（地理信息系统）、gps（全球定位系统）、BD2（北斗2号卫星定位系统）、GLONASS（格洛纳斯卫星定位系统）芯片进行定位与实时跟踪，应用领域多样化的新兴高科技产业群发展。到2011年RFID电子封锁的全球市场规模将达1100亿美元，国内占比8.5% ，并且2011年到2015的市场规模年均复合增长率在17.83%以上。 3 应用或产业化前景
RFID一次性电子封锁技术，依据单元技术与系统集成并重、产业投入与市场培育并重、企业运作与政府推动并重、技术创新与标准制定并重、自主研发与国际合作并重的原则，以实现RFID一次性电子封锁产业自主、健康和可持续发展。
随着RFID技术融入到电子封锁行业，显示出巨大的发展潜力与应用空间。近年来，国家相继颁布了试运规定与技术政策，加大了对RFID电子封锁产业发展政策支持力度。实际应用领域也从“天津港基于RFID的集装箱陆运作业流程改造项目”、“上海港中美集装箱电子封锁国际航线应用项目”拓展到“五粮液酒防伪电子封锁项目”、“沃尔玛将全部货物上的条形码标签改为RFID封锁”多元化领域。
2011年RFID电子封锁的全球市场规模将达1100亿美元，国内占比8.5% ，并且2011到2015年的市场规模年均复合增长率在17.83%以上。
随着，互联网+的发展，RFID电子封锁技术将会得到更广泛的应用，RFID一次性封锁产品的种类将越来越丰富，电子封锁、读写器、系统集成软件、后台服务等都将取得新的进展。
4 技术路线及方案
本项目将采用吸收与创新并用、理论分析与实验验证相结合的方法，充分利用前人和自己以往的相关研究成果，综合天线技术、信号处理、计算机技术等多学科的积累，并将结合现代物流、仓储等特定的领域和应用背景来研发低成本RFID电子封锁，提高成果的实用价值。
RFID电子封锁是由RFID芯片和天线组成，利用电磁反向散射耦合原理实现与读写器之间的通讯。电子封锁中存储一个唯一编码，其地址空间远远高于条码所能提供的空间，因此可以实现单品级的物品编码。当RFID电子封锁进入读写器的作用区域，就可以根据电磁反向散射耦合原理在天线两端产生感应电势差，并在芯片通路中形成微弱电流，如果这个电流强度超过一个阈值，就将激活RFID电子封锁芯片电路工作，从而对标签芯片中的存储器进行读/写操作。系统组成如图1所示：
RFID电子封锁是研究将RFID芯片、天线与附着的封锁介质三者之间的匹配技术，以及电子封锁加工过程中的一致性技术。主要为仓储与物流配送管理，通过条码在生产加工及商店供应链中建立可追溯系统。在物流作业中，电子封锁记录货品信息。条码系统能清晰的获取物品的各类信息，包括当前位置、名称、储运情况等等，为用户查询提供全面、可靠的信息。
5 电子封锁应用后的作用及意义
在电子封锁自主创新技术研发的基础上，保持RFID天线最优化设计，完善电子标签嵌入式的封装工艺，降低生产成本，满足市场需求；建设产业基地，加快产业链形成，提升电子封锁产品在国际中市场竞争能力。
方便信息的更新，满足客户需求，电子标签则可重复修改、删除、新增RFID卷标内储存的数据。
电子封锁的运用成为各企业维护知识产权及打击假冒伪劣商品重要防范措施重要手段。由于RFID存储的是数据信息，可设置密码保护，从而提高了数据传输的安全性，避免在物流环节中流入的大量假货而损害知名品牌。
在快递行业自动分拣系统中运用RFID电子封锁技术，实现对包裹的跟踪与定位监管，加强通关监管水平，提高通关效率。
大大降低物流运输成本，电子封锁通过GPS全球定位系统，采用有源RFID技术、GMS通信技术的GPRS/SMS业务、GIS技术、计算机网络和数据库等技术，在货物状态发生变化时实时将状态变化发生的时间、地点以及周围的环境信息传输到货主或管理人员的机器上去，电子封锁甚至能够在损害行为发生时提供即时求救信号。提高货物运输的安全程度和透明度，将使综合运输成本大幅降低。
带动电子、信息等行业的发展，不仅提高产品的高端技术水平，也提高了国民经济整体效益。一方面，可催生新的行业发展，带动就业。另一方面，可为企业培养新的业务增长点，减低成本，从而提高企业的整体经济规模。
参 考 文 献
[1] 李战怀，聂艳明，陈群，等.RFID数据管理的研究进展[J].中国计算机学会通讯，2007，8（8）：50-58.
[2] Finkenzeller K. RFID Handbook： Fundamentals and Applications in Contactless Smart Cards and Identification. John Wiley and Sons， 2003.
[3] Harrop P. RFID in the Postal Service. MoreRFID， 2005.
[4] Ye J， Wang Z，Pan X. Research on production procedure real-time supervisory control technique in rfid-based circumstance. Journal of Advanced Manufacturing Systems， 2008， 7（1）： 81-84.
[5] EPC global. http：//www.epcglobalinc.org/.
[6] Gupta A， Srivastava M. Developing Auto-ID Solutions using Sun Java System RFID Software.http：//java.sun.com/developer/technicalArticles/Ecommerce/rfid/sjsrfid/RFID.html.
[7] Bornhovd C， Lin T， Haller S， Schaper J. Integrating automatic data acquisition with business processes experiences with saps auto-id infrastructure[C]. Proceedings of the 30th VLDB Conference， 2004： 1182-1188.
关键词：RFID；无线射频识别；电子封锁；互联网
中图分类号： U298.3 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）15-147-3
1 RFID电子封锁概述
RFID一次性电子封锁产品是一次性安保产品，具有成本低、体积小、存储信息容量大、全方向读写、识别距离长及存贮时间长等特点，并具有定位及长期跟踪管理优势，与互联网、通讯技术有面结合，可实现全球范围内物品跟踪与信息共享。RFID是继PC、互联网和无线通信之后的第四次的信息技术革命，是21世纪最有发展前途的信息技术之一[1]。主要应用于海运集装箱一次性封锁、航运包裹、石油天燃气化工管道节点管理、银行钱袋与票据袋管理、快递邮政包裹、电力电表、水厂水表封锁管理、采矿下井工人管理、物流管理、农业生产管理、公共信息服务行业、防伪防盗等领域。
在物流行业，主要应用在于部分自动识别与数据采集（AIDC）技术中，特别是目前发展最快的快递行业中的自动分拣系统，大量的包裹通过自动分拣系统传输带，通过读写设备可自动分出包裹的去向，然后包裹自动从流道中分拣出来，电子封锁在包裹袋中，可在任一方向被读写设备识别。传统条形码打印、条形码识别技术由于信息存贮量有限，随着RFID技术的发展，越来越多的领域采用RFID电子封锁，以此来不断降低RFID成本。
RFID的自动识别与数据采集技术（AIDC）主要解决货物与信息之间的匹配关系，在各类实物在存贮、运输过程中，随时可以掌握物流的整个过程，使物流链变得透明化、信息安全化。目前，RFID是自动识别与数据采集AIDC领域最热门的技术，射频技术是利用无线电波对记录媒体进行读写，射频识别的距离可达几十厘米乃至几十米，且根据读写的方式，可以输入数千字节的信息，同时，还具有极高的保密性。
2 国内外研究现状和发展趋势
RFID最早发明于1948年，并首先应用于第二次世界大战，通过安装在飞机上的RFID标签和阅读器发送和接受无线射频信号，来分辨敌我双方飞机。到了70年代，美国政府通过Los Alamos科学实验室，将RFID技术转为民用，并应用在物品跟踪管理上[2]。从90年代开始，RFID正逐步应用在邮包跟踪、机场行李及乘客跟踪、仓储管理、存货控制、健康护理、物流供应链管理等领域[3]。随着RFID硬件技术的不断改进与完善，RFID设备的体积越来越小，成本也越来越低，其应用领域将更为广泛。RFID技术与互联网、通信等技术相结合，以产品电子编码（Electronic Product Code， EPC）和无线射频识别（RFID）为核心在互联网之上构造“物联网”，可以在全球范围从根本上改变对物品生产、运输、仓储、销售等各环节物品移动监控和动态管理[4]。为了使RFID在全球进行推广应用，国际上已成立了一个标准化组织EPC global[5]，提出了基于RFID的应用体系架构，制定全球统一标准来保证供应链各个环节信息的自动识别。各大软件厂商也在其产品中提供了支持RFID的服务及解决方案，如Sun EPC网络[6]、SAP-自动识别基础设施[7]、Oracle传感服务器[8]、IBM Websphere服务器[9]、Sybase RFID解决方案[10]、微软的RFID中间件[11]等。
当前，国家众多企业中，信息化水平尚处于较低水平，阻碍RFID电子封锁的应用。RFID电子封锁作为一种信息技术手段，其主要功能是快速、精准地采集数据。采集数据后，须经过进一步的对比分析处理，才能达到提高效率、降低总成本的作用。即，RFID电子封锁的应用，需要相应的企业信息化达到一定的水平，使RFID电子封锁系统与该企业的erp、CRM等信息集成在一起，才能充分发挥作用。
我国产业供应链发展尚处在初级阶段，也阻碍了RFID电子封锁的实际应用。与西方国家的企业相比，由于在技术和管理方面的弱势地位，况且我国大多企业之间更多的是在竞争，而非合作。价格成为竞争的主要手段，这就造成众多制造业利润率维持在相当低的水平，整个产业供应链的上下游企业之间往往博弈大于合作。然而，RFID技术只有在整个供应链上协调实施，才能完全实现信息的透明和分享，充分发挥其作用。此外，RFID电子封锁的另一个主要好处，是可以大幅度减少人工成本。如沃尔玛RFID每年为可为其节省数十亿美元的成本。
随着，中国企业信息化的发展，RFID电子封锁的应用将由点到面，延伸至各个领域。而RFID电子封锁D的实施成本，必然伴随RFID的推广而逐渐降低。在具体应用层面，也将会从托盘或整箱的货物跟踪逐渐扩展到单品货物跟踪的水平。从产业供应链的角度看，国家倡导的产业升级，鼓励众多企业多多生产高技术、高附加值、高利润产品，而RFID将会在整个产业升级中发挥用武之处。
RFID电子封锁主要由耦合元件及芯片组成，其基本原理就是通过内置天线和射频天线间实现通信。从原理与结构分析，整个电子封锁中的两大主要元件是“芯片与内置天线”，国外对RFID电子封锁的研究也集中在这两大项上面。
通过对SoC片上系统的不断研发与实际应用领域的飞速扩张，RFID电子封锁的研发将朝着体积更小、储存信息容量更大、读写速度更快、穿透性强非可视识别、对高速移动目标识别能力强、可同时多目标识别、能够嵌入GIS（地理信息系统）、gps（全球定位系统）、BD2（北斗2号卫星定位系统）、GLONASS（格洛纳斯卫星定位系统）芯片进行定位与实时跟踪，应用领域多样化的新兴高科技产业群发展。到2011年RFID电子封锁的全球市场规模将达1100亿美元，国内占比8.5% ，并且2011年到2015的市场规模年均复合增长率在17.83%以上。 3 应用或产业化前景
RFID一次性电子封锁技术，依据单元技术与系统集成并重、产业投入与市场培育并重、企业运作与政府推动并重、技术创新与标准制定并重、自主研发与国际合作并重的原则，以实现RFID一次性电子封锁产业自主、健康和可持续发展。
随着RFID技术融入到电子封锁行业，显示出巨大的发展潜力与应用空间。近年来，国家相继颁布了试运规定与技术政策，加大了对RFID电子封锁产业发展政策支持力度。实际应用领域也从“天津港基于RFID的集装箱陆运作业流程改造项目”、“上海港中美集装箱电子封锁国际航线应用项目”拓展到“五粮液酒防伪电子封锁项目”、“沃尔玛将全部货物上的条形码标签改为RFID封锁”多元化领域。
2011年RFID电子封锁的全球市场规模将达1100亿美元，国内占比8.5% ，并且2011到2015年的市场规模年均复合增长率在17.83%以上。
随着，互联网+的发展，RFID电子封锁技术将会得到更广泛的应用，RFID一次性封锁产品的种类将越来越丰富，电子封锁、读写器、系统集成软件、后台服务等都将取得新的进展。
4 技术路线及方案
本项目将采用吸收与创新并用、理论分析与实验验证相结合的方法，充分利用前人和自己以往的相关研究成果，综合天线技术、信号处理、计算机技术等多学科的积累，并将结合现代物流、仓储等特定的领域和应用背景来研发低成本RFID电子封锁，提高成果的实用价值。
RFID电子封锁是由RFID芯片和天线组成，利用电磁反向散射耦合原理实现与读写器之间的通讯。电子封锁中存储一个唯一编码，其地址空间远远高于条码所能提供的空间，因此可以实现单品级的物品编码。当RFID电子封锁进入读写器的作用区域，就可以根据电磁反向散射耦合原理在天线两端产生感应电势差，并在芯片通路中形成微弱电流，如果这个电流强度超过一个阈值，就将激活RFID电子封锁芯片电路工作，从而对标签芯片中的存储器进行读/写操作。系统组成如图1所示：
RFID电子封锁是研究将RFID芯片、天线与附着的封锁介质三者之间的匹配技术，以及电子封锁加工过程中的一致性技术。主要为仓储与物流配送管理，通过条码在生产加工及商店供应链中建立可追溯系统。在物流作业中，电子封锁记录货品信息。条码系统能清晰的获取物品的各类信息，包括当前位置、名称、储运情况等等，为用户查询提供全面、可靠的信息。
5 电子封锁应用后的作用及意义
在电子封锁自主创新技术研发的基础上，保持RFID天线最优化设计，完善电子标签嵌入式的封装工艺，降低生产成本，满足市场需求；建设产业基地，加快产业链形成，提升电子封锁产品在国际中市场竞争能力。
方便信息的更新，满足客户需求，电子标签则可重复修改、删除、新增RFID卷标内储存的数据。
电子封锁的运用成为各企业维护知识产权及打击假冒伪劣商品重要防范措施重要手段。由于RFID存储的是数据信息，可设置密码保护，从而提高了数据传输的安全性，避免在物流环节中流入的大量假货而损害知名品牌。
在快递行业自动分拣系统中运用RFID电子封锁技术，实现对包裹的跟踪与定位监管，加强通关监管水平，提高通关效率。
大大降低物流运输成本，电子封锁通过GPS全球定位系统，采用有源RFID技术、GMS通信技术的GPRS/SMS业务、GIS技术、计算机网络和数据库等技术，在货物状态发生变化时实时将状态变化发生的时间、地点以及周围的环境信息传输到货主或管理人员的机器上去，电子封锁甚至能够在损害行为发生时提供即时求救信号。提高货物运输的安全程度和透明度，将使综合运输成本大幅降低。
带动电子、信息等行业的发展，不仅提高产品的高端技术水平，也提高了国民经济整体效益。一方面，可催生新的行业发展，带动就业。另一方面，可为企业培养新的业务增长点，减低成本，从而提高企业的整体经济规模。
参 考 文 献
[1] 李战怀，聂艳明，陈群，等.RFID数据管理的研究进展[J].中国计算机学会通讯，2007，8（8）：50-58.
[2] Finkenzeller K. RFID Handbook： Fundamentals and Applications in Contactless Smart Cards and Identification. John Wiley and Sons， 2003.
[3] Harrop P. RFID in the Postal Service. MoreRFID， 2005.
[4] Ye J， Wang Z，Pan X. Research on production procedure real-time supervisory control technique in rfid-based circumstance. Journal of Advanced Manufacturing Systems， 2008， 7（1）： 81-84.
[5] EPC global. http：//www.epcglobalinc.org/.
[6] Gupta A， Srivastava M. Developing Auto-ID Solutions using Sun Java System RFID Software.http：//java.sun.com/developer/technicalArticles/Ecommerce/rfid/sjsrfid/RFID.html.
[7] Bornhovd C， Lin T， Haller S， Schaper J. Integrating automatic data acquisition with business processes experiences with saps auto-id infrastructure[C]. Proceedings of the 30th VLDB Conference， 2004： 1182-1188.