目錄

• • 一、RFID標簽技術特點：
  • • 1.種類繁多，適用場景廣
    • 2.數(shù)據(jù)準確性高，安全性高：
  • 二、二維碼技術特點：
  • • 1. 存貯密度大，數(shù)據(jù)格式多樣
    • 2. 擁有糾錯能力
    • 3. 版本眾多，可應用于不同場景，自由度高
    • 4. 經(jīng)濟便宜，易于制作
  • 三、基于RFID或二維碼的實際應用：
  • • 1. 基于 RFID 技術的圖書館智能管理系統(tǒng)
    • 2. 基于ＲＦＩＤ技術的智能安防閉鎖系統(tǒng)
    • 3. 二維碼技術在船舶庫存管理系統(tǒng)中的應用
  • 參 考 文 獻

一、RFID標簽技術特點：

1.種類繁多，適用場景廣

RFID按供電方式分為有源標簽和無源標簽。

類型特點優(yōu)點缺點應用

有源標簽	有內置電池供電	有較遠的通信距離	壽命有限、體積較大、價格較高、不適合在惡劣環(huán)境中工作	貴重物品遠距離檢測
無源標簽	所需能量由讀寫器所產(chǎn)生的電磁波提供	價格相對便宜	工作距離、存儲容量等受到能量來源及生產(chǎn)成本限制	低端的RFID系統(tǒng)

按載波頻率分為低頻標簽、中頻標簽和高頻標簽。

類型運行頻率優(yōu)點缺點應用

低頻標簽	125kHz、134.2kHz	用于短距離、低成本的應用中、在油漬灰塵等惡劣的環(huán)境中使用		校園卡、動物監(jiān)管、貨物跟蹤
中頻標簽	13.56MHz			門禁控制系統(tǒng)、需傳送大量數(shù)據(jù)的應用場合
高頻標簽	433MHz、915MHz、2.45GHz、5.8GHz	應用于需要較長的讀寫距離和高速識別的場合	天線波束方向較窄且價格較高	火車監(jiān)控、高速公路收費等系統(tǒng)

表1 工作頻段的優(yōu)缺點

工作頻段優(yōu)點缺點

小于150KHz	標準的CMOS工藝、技術簡單可靠成熟、無頻率限制	通訊速度低、工作距離短(<10cm)、天線尺寸大
13.56MHz	與標準CMOS工藝兼容、和125kHz有較高的通訊速度和較長的工作距離、此頻段在非接觸卡應用廣泛 和更高的頻段比和125KHz頻段比有較高的通距離不夠遠(最大75cm左右)、天線尺寸大、受金屬材料等的影響較大
UHF 860MHz - 960MHz	工作距離長(大于1m)、天線尺寸小、可繞開障礙物,無需保持視線接觸、可定向識別	各國的有不同的頻段的管制發(fā)射功率受限制、受某些材料影響較大
2.45GHz或5.8GHz	除UHF特點外，更高的帶寬和通訊速率、更長的工作距離、更小的天線尺寸	除UHF缺點外，此頻段產(chǎn)品擁擠,易受干擾、技術相對復雜、因共享頻段,標準仍在制定中

表2 各種頻率的相關標準和應用領域

按調制方式的不同可分為主動式標簽和被動式標簽。

類型優(yōu)點缺點應用

主動式標簽	傳輸距離遠、抗干擾能力強	壽命較短	用于有障礙物或傳輸距離要求較高的應用中
被動式標簽	壽命較長	讀寫器與標簽的作用距離較短	門禁、交通系統(tǒng)

按作用距離可分為密禍合標簽、遙藕合標簽和遠距離標簽。

類型作用范圍特點

密禍合標簽	0 - 1 cm	這種系統(tǒng)必須把標簽插入讀寫器中或緊貼讀寫器，或者放置在讀寫器為此設定的表面上
遙藕合標簽	1 cm - 1 m	在這種系統(tǒng)中讀寫器和標簽之間通信是通過電感(磁)禍合
遠距離標簽	1 m - 10 m	這種系統(tǒng)是在微波波段內以電磁波方式工作，工作的頻率較高，一般包括915MHz，2.45GHz，5.8GHz和24.125GHz

根據(jù)標簽的讀寫功能來劃分，可將RFID標簽分為只讀標簽、一次寫入多次讀標簽和可讀寫標簽。

類型特點

只讀標簽	結構功能最簡單，出廠時己被寫入，包含的信息較少，識別過程中數(shù)據(jù)或信息只可讀出不能被更改，標簽內部一般包含只讀存儲器ROM和隨機存儲器RAM
一次寫入多次讀標簽	用戶可以一次性寫入數(shù)據(jù)的標簽，寫入后數(shù)據(jù)不變，存儲器由可編程只讀存儲器PROM和可編程陣列邏輯PAL組成
可讀寫標簽	可重寫型標簽集成了容量為幾十字節(jié)到幾千個字節(jié)的存儲器，一般為可編程只讀存儲器EEPROM，標簽內的信息可被讀寫器讀取、更改或重寫，因此生產(chǎn)成本較高，價格較貴

依據(jù)分裝形式的不同標簽又可以分為信用卡標簽、線形標簽，紙狀標簽、
玻璃管標簽、圓形標簽以及特殊用途的異形標簽等。

2.數(shù)據(jù)準確性高，安全性高：

如圖所示，RFID系統(tǒng)一般由標簽、讀寫器和中央信息系統(tǒng)三個基本部分組成。

標簽：由藕合天線及芯片構成，每個標簽具有唯一的電子產(chǎn)品代碼（EPC），并附著在被標識的物體或對象上。

讀寫器（又稱閱讀器）：讀取或擦寫標簽信息的設備，可外接天線，用于發(fā)送和接收射頻信號。

中央信息系統(tǒng)（或簡稱數(shù)據(jù)庫）：包括了中間件、信息處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫等，用以對讀寫器讀取的標簽信息進行處理，其功能涉及到具體的系統(tǒng)應用如實現(xiàn)信息加密或安全認證等。

基于RFID的安全問題主要有兩種解決方法：物理方法和安全認證機制。

使用物理方法來保護RFID系統(tǒng)安全性的方法主要有如下五類:封殺標簽法(Kill tag)、裁剪標簽法(Sclipped tag)、法拉第罩法(Faraday cage)、主動干擾法(Active Interference)和阻塞標簽法(Block Tag)。

封殺標簽法：封殺標簽的方法是在物品被購買后，利用協(xié)議中的Kill指令使標簽失效，這是由標準化組織Auto-ID Center提出的方案。它可以完全杜絕物品的ID號被非法讀取，但是該方法以犧牲了RFID的性能為代價換取了隱私的保護，使得RFID的標簽功能盡失，是不可逆的操作。

裁剪標簽法：IBM公司針對RFID的隱私問題，開發(fā)了一種“裁剪標簽”技術，消費者能夠將RFID天線扯掉或者刮除，大大縮短了標簽的可讀取范圍，使標簽不能被遠端的讀寫器隨意讀取。IBM的裁剪標簽法，彌補了封殺標簽法的短處，使得標簽的讀取距離縮短到1到2英寸，可以防止攻擊者在遠處非法的監(jiān)聽和跟蹤標簽。

法拉第罩法：法拉第罩法根據(jù)電磁波屏蔽原理，采用金屬絲網(wǎng)制成電磁波不能穿透的容器，用以放置帶有RFID標簽的物品。當我們將標簽放入法拉第網(wǎng)罩內，可以阻止標簽被掃描，被動標簽接收不到信號不能獲得能量，而主動標簽不能將信號發(fā)射出去。利用法拉第網(wǎng)罩同時可以阻止隱私侵犯者的掃描。此方法是一種初級的物理方法，比較適合用于體積小的RFID物品的隱私保護。但如果此方法被濫用，還有可能成為商場盜竊的另一種手段。
主動干擾法：主動干擾法使用某些特殊裝置干擾RFID讀寫器的掃描，破壞和抵制非法的讀取過程。主動干擾無線電信號是另一種屏蔽標簽的方法。主動干擾法使用比較麻煩，需要特定的無線電信號發(fā)射裝置。但主動干擾實現(xiàn)成本比較高，不便于操作，如果其使用頻率與周圍的通信系統(tǒng)相沖突，或著干擾功率沒有嚴格的限制，則可能影響正常的無線電通信及相關通信設備的使用。

阻塞標簽法：阻塞標簽法也稱RSA軟阻塞器，內置在購物袋中的標簽，在物品被購買后，禁止讀寫器讀取袋中所購貨物上的標簽。阻塞標簽法基于二進制樹查詢算法，它通過模擬標簽ID的方式干擾算法的查詢過程。阻塞標簽法可以有效的防止非法掃描，最大的優(yōu)點是RFID標簽基本上不需要修改，也不要執(zhí)行加解密運算，減少了標簽的成本，而且阻塞標簽的價格可以做到和普通標簽價格相當，這使得阻塞標簽可以作為一種有效的隱私保護工具。但是缺點是阻塞標簽可以模擬多個標簽存在的情況，攻擊者可利用數(shù)量有限的阻塞標簽向讀寫器發(fā)動拒絕服務攻擊。另外阻塞標簽有其保護范圍，超出隱私保護范圍的標簽不可能得到保護的。

表 3 RFID標簽安全與隱私保護方法

盡管用于認證和識別用途的密碼技術已經(jīng)相對比較成熟，但將其應用于RFID領域，不得不受到標簽硬件成本的嚴格限制。其中具有代表性的有Hash-Lock協(xié)議，隨機Hash-Lock協(xié)議、Hash鏈協(xié)議和分布式詢問-應答協(xié)議等。如下圖所示，根據(jù)不同的安全性和復雜性以及實現(xiàn)的成本，可以將應用于RFID系統(tǒng)中的安全認證協(xié)議分為三類，分別是重量級、中量級和輕量級協(xié)議。

二、二維碼技術特點：

1. 存貯密度大，數(shù)據(jù)格式多樣

二維碼可以在縱橫兩個方向存貯信息，大大提高了存貯密度。如果使用標準狀態(tài)下的一維碼EAN 13與糾錯等級為M的QR二維碼相比較，相同面積下二維碼所表示的信啟、約為一維碼的80多倍。


一維條碼只能表示ASCII表中的128個字符；二維碼都具有自己的字符集，可以表示數(shù)字、字母、8位字節(jié)、各種語言文字以及特殊字符等。很多二維碼也提供了擴展字符集，可自由擴展編碼。

2. 擁有糾錯能力

一維條碼只有一個或數(shù)個校驗位，并不能糾錯。二維碼信息密集，受到污損時損失也較人,因此二維碼一般都具有很強的糾錯機制。不同的二維碼具有不同的糾錯算法，同一種二維碼也會有不同的糾錯等級，用于不同的應用需求。

二維碼的填充是以8bit為一組，由二維碼右下至左上進行填充，若遇到非數(shù)據(jù)區(qū)域則跳過，如下圖。


如上圖所示，灰色的D區(qū)域表示的是數(shù)據(jù)區(qū)存放的區(qū)域，白色的E區(qū)域表示的是糾錯碼數(shù)據(jù)存放區(qū)域。最后還有部分空白的剩余位，如上右圖的Remainder Bits。

二維碼存在4個級別的糾錯等級，糾錯級別越高，可以修正的錯誤就越多，需要的糾錯碼的數(shù)量也變多，相應的可儲存的數(shù)據(jù)就會減少，如下表。

糾錯等級編碼糾錯水平

L	01	7%字碼修正
M	00	15%字碼修正
Q	11	25%字碼修正
H	10	30%字碼修正

3. 版本眾多，可應用于不同場景，自由度高

我們平常常用的二維碼為Quick Response碼(簡稱QR碼)是1994年9月日本Denso公司研制出的一種矩陣式二維碼符號。QR碼是最早可以對漢字進行編碼的二維碼，也是目前應用最廣泛的二維碼。除此之外，還有code49碼、PDF417碼、Data Matrix碼、Code One碼、漢信碼等。





二維碼存在40種尺寸，在官方文檔中，尺寸又被命名為Version。尺寸與 Version 存在線性關系：Version 1是$21\times 21$的矩陣，Version 2是$25\times 25$的矩陣，每增加一個 Version，尺寸都會增加4，故尺寸Size與Version的線性關系為：$Size=(Version?1)\times 4$。Version 的最大值是 40，故尺寸最大值是$(40?1)\times 4+21=177$，即$177\times 177$的矩陣。

4. 經(jīng)濟便宜，易于制作

與其他自動識別技術相比較，推廣應用條碼技術，所需費用較低。條碼可印刷，被稱作“可印刷的計算機語言”，條碼標簽易于制作，對印刷技術設備和材料無特殊要求。

三、基于RFID或二維碼的實際應用：

1. 基于 RFID 技術的圖書館智能管理系統(tǒng)

根據(jù)圖1顯示，基于RFID技術的圖書館智能管理系統(tǒng)主要分為圖書借閱管理區(qū)、RFID圖書編目管理區(qū)、書庫館藏架位管理區(qū)、計算機機房區(qū)。各個區(qū)域功能各異，且通過圖書館計算機網(wǎng)絡實現(xiàn)統(tǒng)一管理。基于RFID技術的圖書館智能管理系統(tǒng)的功能結構圖如圖2所示。


由圖2可知，基于RFID技術的圖書館智能管理系統(tǒng)的功能模塊包含編目工作站、柜臺工作站、RFID智能檢索模塊、圖書整架庫、智能安全門。五大核心功能模塊共同協(xié)作實現(xiàn)圖書館智能管理。編輯工作站用來編輯圖書標簽、征訂圖書；柜臺工作站可實現(xiàn)讀書卡（RFID射頻讀卡器）的發(fā)放，并能夠完成圖書自主借還程序，柜臺工作站的核心功能是為用戶提供RFID借書、RFID還書、辦理讀者RFID射頻讀卡器三類。用戶按照要求填寫自己的基礎信息，柜臺工作站按照用戶信息為其制定讀書卡。用戶使用讀書卡可以實現(xiàn)借書、還書；圖書整架庫能夠管理圖書館書架圖書的擺放位置與收藏位置，核心任務是盤點存在標簽的各類書籍；智能安全門屬于圖書館門禁設備，主要使用RFID技術驗證用戶身份。RFID智能檢索模塊的功能是完成圖書館書籍自動借還。圖書館中所有圖書都被RFID射頻標簽標識書名、出版社等信息。

2. 基于ＲＦＩＤ技術的智能安防閉鎖系統(tǒng)

本研究的系統(tǒng)包括設備層、閉鎖硬件層、閉鎖工作層和管理層，其總體架構示意圖如圖１所示。與傳統(tǒng)技術中的安防閉鎖系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)利用了ＲＦＩＤ射頻識別式智能鎖，實現(xiàn)無接觸式智能控制。本系統(tǒng)還利用物聯(lián)網(wǎng)技術，實現(xiàn)安防設備的遠程、在線、實時監(jiān)控，克服了常規(guī)技術中現(xiàn)場監(jiān)測的帶來的不便。在設備層中，設置了大量的安防設備，安防設備設置有智能閉鎖單元，智能閉鎖單元連接有閉鎖控制單元和ＲＦＩＤ射頻智能鎖，通過閉鎖控制單元對ＲＦＩＤ射頻智能鎖的控制，實現(xiàn)安防閉鎖單元的智能化、無接觸控制。在設備層中，還包含了各種類型的ＲＦＩＤ傳感器，每個ＲＦＩＤ傳感器上的信息源具有一定的時效性，按照自身工作的頻率和周期，采集系統(tǒng)中的故障信息，不停地迭代計算從系統(tǒng)中獲取的故障數(shù)據(jù)信息。在閉鎖工作層中，還設置了支持ＩＥＣ６１８５０通信協(xié)議的通訊模塊，該通訊模塊采用網(wǎng)絡組網(wǎng)方式為光纖和無線混合的聯(lián)網(wǎng)方式，通信協(xié)議為ＩＥＣ６１８５０協(xié)議，通過利用這種方式，能夠將通訊系統(tǒng)組成環(huán)網(wǎng)，也可單獨接入到閉鎖硬件層的網(wǎng)絡結構中。通過上述通訊協(xié)議與互聯(lián)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通訊，及時、有效、準確地傳輸安防設備的信息。在閉鎖控制中，在電路中接入了ＲＦＩＤ射頻智能鎖，以實現(xiàn)故障數(shù)據(jù)的接收，這里用到了智能防誤裝置，該裝置連接有監(jiān)控裝置，能夠實時監(jiān)控智能防誤裝置的工作狀況，以實現(xiàn)遠程故障監(jiān)控，做到及時防誤操作。在工作時，可以將ＲＦＩＤ射頻智能鎖控制單元通過電氣通訊接口與智能閉鎖控制單元連接，以構成閉合回路，有利于用戶在遠程實現(xiàn)控制。在配置ＲＦＩＤ射頻智能鎖時，也可以設置備份的手動設備，并對手動設備進行強制性閉鎖，可以通過ＲＦＩＤ射頻智能鎖采集手動設備上的實時狀態(tài)，并將該狀態(tài)傳遞到智能防誤裝置的中，也可以通過ＩＥＣ６１８５０通信協(xié)議將實時狀態(tài)傳遞給上層管理系統(tǒng)，為閉鎖系統(tǒng)的實時邏輯判斷分析提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

3. 二維碼技術在船舶庫存管理系統(tǒng)中的應用

網(wǎng)絡結構如圖1所示。由于船舶在海上航行時無法連接互聯(lián)網(wǎng)，而庫存管理系統(tǒng)又必須隨時可用，所以庫存管理系統(tǒng)的服務器應設置在船舶上，并組建局域無線網(wǎng)，以便于倉庫的手持終端隨時連接到服務器。本地服務器和無線ap通過交換機組成無線局域網(wǎng)。倉庫終端通過無線ap加入網(wǎng)絡之中。通過這種網(wǎng)絡結構，可以保證倉庫終端在任何時候都可以連接服務器進行倉庫操作，從而每一個出入庫行為都被及時記錄。


船舶物資管理包括物資申領和庫存管理系統(tǒng)，兩者前后銜接，覆蓋了物資從申請到消耗的完整周期。整個周期的流程如圖2所示。

船舶人員根據(jù)需求提出物資申請，填寫物資種類、名稱、型號、單位、數(shù)量、備注等必要信息。為了便于申請人員和審批人員初步了解物資消耗情況，每個物資條目的詳細信息頁會顯示當前物資庫存數(shù)量和上一次購買的時間和數(shù)量。申請單經(jīng)船舶領導審核后，由上一級的船舶管理部門和歸口部門審批，各個審批節(jié)點都有權利對申請單進行修改、退回或終止操作。歸口部門審批之后，負責安排采購人員購買。采購人員根據(jù)金額大小，采取不同的采購方式，申請單的任何審批和操作記錄都會顯示在訂單詳情之中。以供相關人員及時了解申請進度。確定價格和供應商之后，采購人員補充價格信息，并對采購物資進行最后的確認。

待采購員確認物資信息后，船舶人員可隨時將物資信息導入到庫存管理系統(tǒng)，每一項物資都會生成對應的二維碼，每張二維碼存儲的信息包括：物資編號（編號體現(xiàn)了物資分類，名稱和型號）、名稱、型號、備注等必要信息。同時每張二維碼下面都附有物資名稱，以便于船舶人員能準確將二維碼匹配到對應物資。

待供應商將貨物送上船后，由船舶庫管人員打印物資清單和對應的二維碼粘貼，和供應商以及申請物資的人員一起清點物資并將二維碼貼到物資包裝上、粘貼時要注意要選擇容易發(fā)現(xiàn)且不易接觸的區(qū)域，以避免二維碼因受到過多的磨損而失效。對于規(guī)格相同的小型散件，如螺絲螺母，只需放入包裝盒，在包裝盒上貼一個二維碼即可，手動輸入需入庫的數(shù)量即可。清點完畢后，船舶庫管人員開始將物資分別入庫，通過各個倉庫配備的手持終端登錄庫存管理系統(tǒng)，進入到“入庫”程序界面，選擇目標倉庫和操作人員，在物資列表中選擇需入庫的物資，也可以掃描物資上的二維碼自動選擇，對于外形難于辨別或者型號比較復雜的物資，掃描二維碼是非常高效的物資選取方式。入庫物資選擇完畢后點擊“確認入庫”完成入庫操作。

當物資需要出庫時，可在倉庫手持終端進入“出庫”界面，選擇出庫倉庫、目標倉庫和操作人員后，界面會顯示出所有在庫物資，此時既可以手動選擇需出庫的物資，也可以掃描物資上的二維碼來自動選擇，一般情況下掃描二維碼應該更便捷更準確，尤其是當對物資名字不清楚的時候。

參 考 文 獻

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的物联网工程导论笔记一：RFID及二维码技术的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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