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無線射頻辨識

利用电磁场自动识别和跟踪附在物体上的标签的技术

無線射頻辨識（英語：Radio-frequency identification，縮寫：RFID）是一種無線通訊技術，可以通過無線電訊號辨識特定目標並讀寫相關數據，而無需辨識系統與特定目標之間建立機械或者光學接觸。

沃爾瑪正在使用的射頻標籤

無線電的訊號是通過調成無線電頻率的電磁場，把數據從附着在物品上的標籤上載送出去，以自動辨識與追蹤該物品。某些標籤在識別時從識別器發出的電磁場中就可以得到能量，並不需要電池；也有標籤本身擁有電源，並可以主動發出無線電波（調成無線電頻率的電磁場）。標籤包含了電子儲存的資訊，數米之內都可以識別。與條形碼不同的是，射頻標籤不需要處在識別器視線之內，也可以嵌入被追蹤物體之內。

許多行業都運用了無線射頻辨識技術。將標籤附着在一輛正在生產中的汽車，廠方便可以追蹤此車在生產線上的進度。倉庫可以追蹤藥品的位置。射頻標籤也可以附於牲畜與寵物上，方便對牲畜與寵物的積極識別（防止數隻牲畜使用同一個身份）。無線射頻辨識的身份識別卡可以使員工得以進入建築鎖住的部分，汽車上的射頻應答器也可以用來徵收收費路段與停車場的費用。

某些射頻標籤附在衣物、個人財物上，甚至於植入人體之內。由於這項技術可能會在未經本人許可的情況下讀取個人資訊，這項技術也會有侵犯個人私隱之隱憂。

應用

射頻標籤可以附着於物品上並用於對庫存、資產、人員等的追蹤與管理。譬如，射頻標籤可以附着於轎車上，電腦裝置上，書籍上，流動電話上等。

 
貼式商品射頻辨識
 
讀取機
 
醫療用途射頻辨識

在社交媒體領域裏，射頻識別被用於連結虛擬世界和現實世界。社會媒體中的射頻識別於2010年Facebook年會上首次亮相[1]。

射頻識別與手動系統如條形碼相比有幾項優勢。即便標籤被他物遮蓋或者不可見，射頻標籤只要靠近或經過一個讀取器就可以讀取。無論是在手提箱裏，紙箱裏，盒子裏等，射頻標籤都可以被讀取。讀取機可以一次讀取上百個射頻標籤，而條形碼只能一次一讀。近年由於低用電顯示器例如電子墨水屏的技術成熟[2]，結合射頻識別技術，可以製作成商場貨架的電子價格標簽，提升了零售商的便利。

在2011年，生產一個被動式射頻標籤的價格是美元5分起跳；配在金屬上的或是可以承受伽馬射線除菌過程的特殊標籤最高可以達到5美元。用於追蹤貨櫃、醫療器械、或者在數據中心監視環境的主動式標籤的單價是50美元起跳，最高100元。可以監控溫度與濕度的「電池輔助型被動標籤」（Battery Assisted Passive tags，BAP tags）在美元3至10元之間。

射頻識別技術可應用的領域十分廣泛，主要決定因素是該項技術在相應領域中的經濟效益。經常提到的具體應用包括：

無線射頻辨識可以實現從商品設計、原材料採購、半成品與製成品之生產、運輸、倉儲、配送、銷售，甚至退貨處理與售後服務等所有供應鏈環節之即時監控，準確掌握產品相關資訊，諸如各類、生產商、生產時間、地點、顔色、尺寸、數量、到達地、接收者等
香港國際機場及荷蘭阿姆斯特丹國際機場等都部署了使用被動式無電源標籤的無線射頻辨識行李分類解決方案。和使用條碼的行李分類解決方案相比，使用被動式無電源標籤的無線射頻辨識行李分類解決方案可從不同角度識別行李標籤的ID，識別速度更快，結果更準確，標籤上的資訊儲存量也比條碼多。
許多地區、倉庫、辦公室、學校及住宅等，都在大門及房門設有讀卡器，用以控制何人、何時、何地的出入。在整個電子商務領域，許多人把射頻識別技術視為繼互聯網和移動通訊兩大技術浪潮後的又一次大潮。

圖書館

圖書館已經使用射頻識別來代替館藏上的條碼。標籤能夠包含識別資訊或只作為一個資料庫的主鍵。一個射頻識別系統能夠代替或輔助條碼，並能提供另一種目錄管理和讀者自助式借閱的方法。它同樣可以當作一種安全裝置來代替傳統的電磁安全條碼。據估計如今全球超過3,000萬的館藏已使用射頻識別標籤，裏面包括羅馬的梵諦岡圖書館。

既然射頻識別標籤能夠透過一個物體被讀取，那就沒有必要打開一本書的封面或DVD殼來掃描它。無論是在傳輸帶上運輸的書本還是一疊厚厚的書本都能被讀取，這減少了工作人員作業的時間，並且能由借閱者們自行完成，也減少了需要圖書館工作人員幫助的時間。藉由攜帶型閱讀器，在一整排書架上的材料目錄在幾秒內就能被掃描完成。然而在1997年這項技術對許多小型圖書館來說還太昂貴。對於一個中型圖書館來說更換周期也大約在11個月左右。一項2004年荷蘭的預估指出一個一年借出70萬本書的圖書館需要支付5萬歐元的費用（借還機需一萬，監測門廊需一萬，標籤每個0.36歐元）。射頻識別技術取代了大部分職員的職能，這意謂着所需工作人員的減少和其中一些人員的被解僱。事實上，圖書館在人事上的預算減少而在基礎設施上的預算增加，使得圖書館通過增設自動化裝置來彌補職員人數的減少。不過，讓射頻識別技術接管的工作對管理員來說並不是首要任務。一項在荷蘭的調查表明，借閱者對工作人員如今能更好地回答疑問感到滿意。

私隱問題在圖書館使用無線射頻辨識過程中被提了出來。由於一些無線射頻辨識標籤能夠在高達100米的地方被讀取，一些人士擔憂敏感資訊會以一種不合法的方式被讀取。其實，圖書館的無線射頻辨識標籤不包含任何光顧者的資訊。大多數圖書館使用的標籤所發出的頻率只能在大約3米範圍內才能被讀取。不過另一種非圖書館機構能夠在不被管理員許可的情況下偷偷記錄下每一個離開圖書館的人的無線射頻辨識標籤。一個簡單的應對方法是讓書本發射只與圖書館資料庫有相關含義的密碼。另一種強化方法是在每本書被歸還後重新賦予密碼。將來，讀者可能會變得無處不在（並可能聯網），那時被盜的書籍即使在圖書館外也能被追蹤。如果標籤小到在一個隨即頁中幾乎不可見，那麼移除標籤也會變得困難。標籤也很可能是由出版方植入的。

射頻識別晶片植入人體

美國食物及藥物管理局允許VeriChip公司將無線射頻辨識晶片直接移植到人體內，讓用戶不需攜帶卡片也可被識別[3]。此外，也有科技狂熱者將無線射頻辨識植入體內，控制自己的電子裝置[4]。

運作

標籤

無線射頻辨識系統將標籤附着在要辨識的物體上。一個叫詢問器（或稱閱讀器）的雙向無線電波收發器向標籤發出訊號並解讀其應答。閱讀器一般會將其收到的資訊傳輸到載有射頻識別中間件或者射頻識別軟件的電腦系統上。

射頻識別標籤利用電子技術將訊息儲存在一個永久性的儲存區上，標籤中間有一個微型無線電波收發器。閱讀器發出編碼過的無線電訊號來「詢問」射頻標籤，標籤收到訊號後發出自身的識別訊息來應答。識別訊息既可以是標籤自身的序列號，也可以是其他有關產品的資訊，如物料編號、生產日期、批數或批號、抑或是其他特定資訊。

射頻識別標籤包括被動式標籤（無源標籤）、主動式標籤（有源標籤）、以及電池輔助式無源標籤。主動（有源）標籤內建有電池，週期性發射識別訊號。電池輔助式無源（BAP）標籤內建有小電池，只在射頻閱讀器附近才會觸發。被動式標籤沒有電池，它是用閱讀器傳出的無線電波的能量來供給自身電力，所以更加便宜小巧。然而，為了使被動式標籤工作，必須將其照射在約莫三倍於訊號傳輸能量級的環境中，這導致了干涉和輻射問題。

標籤可以是唯讀式或讀寫式的：唯讀式標籤，廠方定出一個序列號，作為登錄該物品數據庫的密碼；讀寫式標籤，系統用戶可以把某物品的特定數據寫進標籤。現場可程式化序的標籤是單次寫入多次讀取（WORM）的，用戶可以把產品的電子碼寫進空白標籤裏。一個沒有序列號的標籤常常會有被操控的危險。

射頻識別標籤至少有兩部分：一是一個集成電路來儲存和處理資訊、調製和解調一段射頻訊號、從閱讀器傳來訊號中的收集直流電能等等；二是一個天線收取訊號傳導訊號。標籤資訊被儲存在了非揮發性主記憶體中。無線射頻辨識標籤包括一個邏輯整合晶片或一個已編程或可程式化的數據處理器來分別處理和傳送感測器數據。

無線射頻辨識閱讀器發出一個加密的無線訊號來詢問標籤。標籤收到訊號後用它本身的序列號和其他資訊來回應它。這可能是獨一無二的標籤序列號或者是像儲藏量、份額、批號、生產日期這樣的與產品相關的具體資訊。

閱讀器

固定式閱讀器，裝置若干部便可以創造一個可嚴密控制的「詢問區」，標籤進出詢問區時就可以在這個界限分明的閱讀器區域中被讀取。移動式閱讀器則可以手持使用或者裝在車輛上使用。

頻率

射頻識別頻帶[5][6]
頻帶 頻帶分級級別 規章管理 讀取範圍（米） 數據速度 備註 標籤估價
（以2006年美元計算）
120到150千赫茲 低頻/LF 無規定 0.1 低速 動物識別，工廠數據的收集 1元
13.56百萬赫茲 高頻/HF 全世界通用ISM頻段 1 低速到中速 小卡片 0.50元
433百萬赫茲 特高頻/UHF 近距離裝置SRD 1-100 中速 國防應用（主動式標籤） 5元
868到870百萬赫茲（歐洲）
902到928百萬赫茲（北美） 		特高頻/UHF ISM頻段 1-2 中速到高速 歐洲商品編碼，各種標準 0.15元（被動式標籤）
2450到5800百萬赫茲 微波/microwave ISM頻段 1-2 高速 802.11 WLAN（無線局域網），藍牙標準 25元（主動式）
3.1到10吉赫茲 微波/microwave 超寬頻 最高200 高速 需要半主動或主動標籤 設計為5元

閱讀器和標籤之間的訊號傳播有好幾種方式。這幾種方式卻相互不能相容，而是要取決於標籤所使用的頻帶。靠短波和長波運作的標籤的非常接近讀取器的天線（短於一個波長的距離）。在近場區中，標籤以電子的方式與讀取器中的發射器緊密地耦合在一起。該標籤可以通過改變標籤所表示的電氣負載，調制由讀取器產生的電場。通過在較低和較高的相對負載之間進行切換，該標籤產生讀取器可以檢測到的變化。在UHF和更高的頻率上，該標籤不止有讀取器的一個無線電波長。標籤可以反饋訊號。有源標籤可以包含功能分離的發射器和接收器，標籤不必對讀取器詢問訊號的頻率作出回應[7]。

信令

電子產品碼（EPC）是標籤中儲存的常見的資料類型。當由RFID標籤印表機寫入標籤時，標籤包含96位的數據串。前8位元是一個標題，用於標識協定的版本。接下來的28位元辨識管理這個標籤的數據的組織；該組織的編號是由EPCglobal協會分配的。接下來的24位元是對象分類，用於確定是什麼類別的產品，最後36位元是這個標籤唯一的序列號。最後這兩個欄位是由發佈該標籤的組織來設置的。與URL不同的，總的電子產品碼編號可以用來作為進入全球資料庫的鑰匙，它能唯一地標識一個特定的產品[8]。

一般來說，會有多個標籤同時回應標籤讀取器，例如，很多個貼有標籤的單獨的產品可能會被放在一個共用的盒子或一個共用的托盤上進行運輸。衝突檢測在能夠讀取這樣的數據時是非常重要的。使用兩種不同類型的協定來「辯識」某一標籤，能夠從許多類似的標籤之中讀取出它的數據。在slotted Aloha系統中，讀取器發出一個初始化命令和一個參數，標籤單獨用來偽隨機地延遲它們的回應。當使用「自適應二進制樹」的協定時，讀取器傳送一個初始化符號，然後一次傳送一位ID數據，只有與這一位相符的標籤才會響應，最終只有一個標籤能符合整個ID字串[9]。

 
用於辨識RFID標籤的二進制樹法一例。

這兩種方法在用於多個標籤或多個重疊的讀取器時都有缺點。

電子產品碼資訊系統

RFID標籤中的EPC資訊，可由後台資訊系統EPICS來儲存與管控，EPCIS (EPC Information Service)是GS1在其EPCglobal （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） Network架構中的一個重要標準，它負責儲存EPC及其相關動態資訊，每一筆資訊稱為事件（Event），並依權限提供查詢介面[10]。

EPCIS所儲存的EPC事件中，包含此EPC在某時某地之各種狀態，並歸納成4W（What/When/Where/Why），各參與單位都能以本身的權限查詢物品的狀態，其事件資料可以被如下範例解讀：

  • What - 識別代碼為12345商品於
  • When - 2012年3月1日上午10時在
  • Where - 工廠甲之閘門A，被讀取到
  • Why - 正要被運送（shipping），其後續狀態為運送中（in-transit）

EPCIS標準是公開且免費的，有意願的廠商都可以從GS1 EPCglobal下載規格後開發實作，如果儲存及查詢的資料是跨國性的，則建議採用標準EPC編碼、標準商用字彙編碼及標準資料格式，以期對商品資料的判讀一致。在實務上，各廠商亦可不自行建置而租賃集中式的EPCIS系統，例如創識科技的 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）EPCIS系統。

無線射頻辨識標籤的類別

 
RFID反饋訊號。

依據標籤內部供電有無，RFID標籤分為被動式、半被動式（也稱作半主動式）、主動式三類。

被動式

被動式標籤沒有內部供電電源，其內部集成電路通過接收到的電磁波進行驅動，這些電磁波是由RFID讀取器發出的。當標籤接收到足夠強度的訊號時，可以向讀取器發出數據。這些數據不僅包括ID號（全球唯一代碼），還可以包括預先存在於標籤內EEPROM（電可擦拭可程式化唯讀記憶體）中的數據。

由於被動式標籤具有價格低廉，體積小巧，無需電源等優點。目前市場所運用的RFID標籤以被動式為主。

被動式射頻標籤藉由讀取器發射出的電磁波獲得能量，並回傳相對應的反向散射訊號至讀取器。然而在傳播路徑衰減的環境下，限制了標籤的讀取距離。

半被動式

一般而言，被動式標籤的天線有兩種作用：

  1. 接收讀取器所發出的電磁波，藉以驅動標籤內的IC。
  2. 標籤回傳訊號時，需要藉由天線的阻抗作訊號的切換，才能產生0與1的數碼變化。關鍵是，想要有最好的回傳效率的話，天線阻抗必須設計在「開路與短路」，這樣又會使訊號完全反射，無法被標籤的IC接收，半被動式的標籤設計就是為了解決這樣的問題。半被動式的規格類似於被動式，只不過它多了一顆小型電池，電力恰好可以驅動標籤內的IC，若標籤內的IC僅收到讀取器所發出的微弱訊號，標籤還是有足夠的電力將標籤內的記憶體資料回傳到讀取器。這樣的好處在於，半被動式標籤的內建天線不會因讀取器電磁波訊號強弱，而無法執行任務，並自有足夠的電力回傳訊號。相較之下；半被動式標籤，比被動式標籤在反應上速度更快，距離更遠及效率更好。

主動式

與被動式和半被動式不同的是，主動式標籤本身具有內部電源供應器，用以供應內部IC所需電源以產生對外的訊號。一般來說，主動式標籤擁有較長的讀取距離和可容納較大的記憶體容量可以用來儲存讀取器所傳送來的一些附加訊息。主動式與半被動式標籤差異為：主動式標籤可藉由內部電力，隨時主動發射內部標籤的記憶體資料到讀取器上。

主動式標籤又稱為有源標籤，內建電池，可利用自有電力在標籤周圍形成有效活動區，主動偵測周遭有無讀取器發射的呼叫訊號，並將自身的資料傳送給讀取器[11]。

技術及效能參數

無線射頻辨識標籤是目前無線射頻辨識技術的關鍵。無線射頻辨識標籤可儲存一定容量的資訊並具一定的資訊處理功能，讀寫裝置可通過無線電訊號以一定的數據傳輸率與標籤交換資訊，作用距離可根據採用的技術從若干厘米到1公里不等。

辨識標籤的外形尺寸主要由天線決定，而天線又取決於工作頻率和對作用距離的要求。目前有四種頻率的標籤在使用中比較常見。他們是按照他們的無線電頻率劃分：低頻標籤（125或134.2 kHz），高頻標籤（13.56 MHz），超高頻標籤（868~956 MHz）以及微波標籤（2.45 GHz）。由於目前尚未制定出針對超高頻標籤使用的全球規範，所以此類標籤還不能夠在全球統一使用。而超高頻標籤的應用目前也最受人們的注意，此類標籤主要應用在物流領域。頻率越高，作用距離就越大，數據傳輸率也就越高，辨識標籤的外形尺寸就可以做得更小，但成本也就越高。目前面向消費者的辨識標籤外形尺寸需求，一般以信用卡或商品條形碼為準。

2005年初每標籤的價格仍在30歐分左右，大批次（十億個以上）生產的無線射頻辨識標籤的價格在2011年已在10歐分上下。

鑑於標籤和讀寫裝置之間無需建立機械或光學接觸，密碼技術在整個無線射頻辨識技術領域中的地位必將日益提高。隨着無線射頻辨識的普及，不同廠家的標籤和讀寫裝置之間的相容性也將成為值得關注的問題。

此外，使用壽命、使用環境和可靠性也是重要參數。

無線射頻辨識技術還包括了一整套資訊科技基礎設施，包括：

將射頻類別技術與條碼技術相互比較，射頻類別擁有許多優點，如：

  • 可容納較多容量。
  • 通訊距離長。
  • 難以複製。
  • 對環境變化有較高的忍受能力。
  • 可同時讀取多個標籤。

相對地有缺點，就是建置成本較高。不過目前透過該技術的大量使用，生產成本就可大幅降低。

侷限、問題與隱憂

金屬及液體環境對無線射頻辨識的影響

RFID特高頻（UHF）標籤因電磁反向散射（英語：Backscatter）（Backscatter）特點，對金屬和液體等環境比較敏感，可導致這種工作頻率的被動標籤（Passive tag）難以在具有金屬表面的物體或液體環境下進行工作，但此類問題隨着技術的發展已得到完全解決。

使用風險

由於RFID標籤無須直接與收發器接觸，用戶會在不知情的情況下被他人讀取標籤主記憶體儲的資訊，構成安全隱憂。

爭議

這部紀錄片探討了許多有關抗稅運動的題材，包括了美國稅務局、所得稅、聯邦儲備系統、國民身份證、植入人體RFID標示（間諜晶片）、Diebold電子投票機器、全球化、美國淪為警察國家的可能性，以及其他主張政府迫害公民權利的案件。

參見

參考文獻

  1. ^ facebook's annual conference. [2012-05-02]. （原始內容存檔於2012-04-27）. 
  2. ^ BOOX.HK. 電子墨水屏介紹. www.boox.hk. BOOX.HK. [2020-01-12]. （原始內容存檔於2018-11-04）. 
  3. ^ RFID implant opens doors （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）, Next Nature
  4. ^ Andrew Hendry. Oxer on hardware hacking and the meaning of (Second) Life. computerworld. 2008-02-14 [2008-02-15]. （原始內容存檔於2008-02-17）. 
  5. ^ Sen, Dipankar; Sen, Prosenjit; Das, Anand M., RFID For Energy and Utility Industries, PennWell, 2009, ISBN 978-1-59370-105-5 , pp. 1-48
  6. ^ Weis, Stephen A., RFID (Radio Frequency Identification): Principles and Applications, MIT CSAIL, 2007 [2012-06-02], （原始內容存檔於2013-06-17） 
  7. ^ Daniel M. Dobkin, The RF in RFID: Passive UHF RFID In Practice（RFID中的RF：實用有源UHF RFOD）, Newnes 2008 ISBN 978-0-7506-8209-1,第8章
  8. ^ John R. Vacca Computer and information security handbook（電腦與資訊保安手冊）, Morgan Kaufmann, 2009 ISBN 0-12-374354-0,第208頁
  9. ^ Bill Glover, Himanshu Bhatt ,RFID essentials （RFID基礎）, O'Reilly Media, Inc., 2006 ISBN 0-596-00944-5,第88-89頁
  10. ^ 林建廷/李元生，流動商務概論、實務與應用 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）：無所不在的雲端運算、流動裝置、RFID與物聯網，碁峯資訊出版，2012年9月第1版，ISBN：978-986-276-549-4
  11. ^ MTNet短訊第10期[永久失效連結] - 交通部航港單一窗口服務平台, 2009-10-26

外部連結

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