射频识别的工作原理



您可能已经看到过这样的RFID标签插入DVD和其他消费品的包装中。
THINKSTOCK/HEMERA/思源杂货店的结账队伍很长,这是对购物体验的最大抱怨之一。很快,当无处不在的 通用产品代码 (UPC) 条形码被智能标签(也称为射频识别 (RFID) 标签)取代。RFID标签是智能条形码,可以与网络系统通信,以跟踪您放入购物车的每种产品。
想象一下,去杂货店,装满你的购物车,然后走出门。您不再需要等待有人一次敲响购物车中的每件商品。相反,这些RFID标签将与电子阅读器通信,电子阅读器将检测购物车中的每个项目,并几乎立即响起每件商品。阅读器将连接到一个大型网络,该网络将向零售商和产品制造商发送有关您的产品的信息。然后,您的银行将收到通知,账单金额将从您的帐户中扣除。无需排队,无需等待。
RFID标签是一种曾经仅限于跟踪牛的技术,正在跟踪全球的消费品。许多制造商使用标签来跟踪他们制造的每种产品的位置,从制造到从货架上拉下来并扔进购物车。
在零售商品领域之外,RFID标签正在跟踪车辆,航空公司乘客,阿尔茨海默氏症患者和 宠物.很快,他们甚至可能会跟踪您对厚实或奶油花生酱的偏好。一些批评者说,RFID技术正在成为我们生活的一部分 - 也就是说,如果我们甚至意识到它影响我们生活的所有部分。
在本文中,您将了解 RFID 标签的类型以及如何在整个供应链中跟踪这些标签。我们还将研究RFID标签的非商业用途,以及国务院和国土安全部如何使用它们。最后,我们将研究一些评论家认为RFID标签在动物,人类和我们的社会中的奥威尔式应用。
重塑条形码

像这样的条形码几乎可以在我们购买的每种产品上找到。
©ISTOCKPHOTO.COM/ESSXBOY您从零售商处购买的几乎所有东西都有一个 UPC 条形码 印在上面。这些条形码可帮助制造商和零售商跟踪库存。它们还提供了有关所购买产品数量的宝贵信息,并在一定程度上提供了购买它们的消费者。这些代码用作产品 指纹 由存储二进制代码的机器可读平行杆组成。
条形码创建于 1970 年代初,旨在加快结账过程,它有一些缺点:
为了跟上库存,公司必须扫描特定产品每盒上的每个条形码。
通过结帐行涉及扫描每个项目上的每个条形码的相同过程。
条形码是一种只读技术,这意味着它不能发送任何信息。
RFID标签是对条形码的改进,因为标签具有读写功能。存储在RFID标签上的数据可以更改,更新和锁定。一些开始使用RFID标签的商店发现,该技术提供了一种更好的方法来跟踪商品以进行库存和营销。通过RFID标签,商店可以看到产品离开货架的速度以及哪些购物者正在购买它们。
RFID标签在不久的将来不会完全取代条形码 - 目前有太多的零售店每年在数十亿笔交易中使用UPC扫描仪。但随着时间的推移,我们肯定会看到更多带有RFID标签的产品,并越来越关注无缝无线交易,就像介绍中描绘的乐观即时结账图片一样。事实上,世界已经在朝着通过特殊信用卡和智能手机在支付中使用RFID技术的方向发展 - 我们稍后会谈到这一点。
除了零售商品外,RFID标签也被添加到高速公路收费密码卡和 地铁 通过。由于它们能够如此有效地存储数据,RFID标签可以将通行费和票价的成本制成表格,并以电子方式从用户放在卡上的金额中扣除成本。乘客无需等待在收费站支付通行费或在代币柜台掏硬币,而是使用借记卡等RFID芯片嵌入式通行证。
但是你会把你的病史委托给RFID标签吗?您的家庭住址或宝宝的安全如何?让我们看一下两种类型的RFID标签,以及它们在我们从杂货店购买转向人类生活之前如何存储和传输数据。
过去和现在的RFID标签

像这样的RFID标签过去仅用于跟踪行李和大包裹。
THINKSTOCK/HEMERA/思源RFID技术自1970年以来一直存在,但直到最近,它一直过于昂贵而无法大规模使用。最初,RFID标签用于跟踪长距离运输的大型物品,如牛,火车车厢和航空行李。这些原始标签,称为 电感耦合射频识别标签,是金属线圈,天线和玻璃的复杂系统。
电感耦合RFID标签由RFID阅读器产生的磁场供电。电流有电成分和磁性成分——它是 电磁.正因为如此,你可以用电创造一个磁场,你可以用磁场创造一个电流。“电感耦合”这个名字来源于这个过程——磁场 导入 导线中的电流。您可以在电磁铁的工作原理中了解更多信息。
电容耦合标签 接下来是为了降低技术成本而创建的。这些是一次性标签,可以应用于较便宜的商品,并像条形码一样通用。电容耦合标签使用导电碳墨水代替金属线圈来传输数据。墨水被打印在纸质标签上,并由读者扫描。 摩托罗拉的BiStatix RFID标签 是这项技术的领跑者。他们使用了一个只有3毫米宽的硅芯片,存储了96位信息。这项技术并没有在零售商中流行起来,BiStatix在2001年被关闭[来源: 无线射频识别日志].
RFID行业的最新创新包括 有源、半有源和无源 RFID 标签。 这些标签可以存储多达 2 KB 的数据,由微芯片、天线以及有源和半无源标签组成 电池.标签的组件封装在塑料、硅或有时玻璃中。
在基本级别,每个标签的工作方式相同:
存储在RFID标签微芯片中的数据等待读取。
标签的天线从 RFID 阅读器的天线接收电磁能量。
标签使用来自其内部电池的电力或从阅读器的电磁场收集的电力,将无线电波发送回阅读器。
阅读器拾取标签的无线电波并将频率解释为有意义的数据。
电感耦合和电容耦合RFID标签目前并不常用,因为它们既昂贵又笨重。在下一节中,我们将了解有关有源、半无源和无源 RFID 标签的更多信息。
有源、半无源和无源 RFID 标签
有源、半无源和无源 RFID 标签使 RFID 技术在我们的世界中更容易获得和突出。这些标签的生产成本较低,并且可以做得足够小,几乎可以安装在任何产品上。
有源和半无源RFID标签使用内部 电池 为电路供电。活动标签还使用其电池进行广播 收音机 波到读取器,而半无源标签依赖于读取器为其广播提供电源。由于这些标签比无源RFID标签包含更多的硬件,因此它们更昂贵。有源和半无源标签是为在更远的距离读取的昂贵物品保留的 - 它们广播从850到950 MHz的高频,可以在100英尺(30.5米)或更远的地方读取。如果需要从更远的地方读取标签,额外的电池可以将标签的范围提高到超过 300 英尺(100 米)[来源: 无线射频识别日志].
与其他无线设备一样,RFID标签在电磁频谱的一部分上广播。确切的频率是可变的,可以选择以避免干扰其他电子设备或RFID标签和阅读器之间的干扰,形式为: 标签干扰 或 读卡器干扰.RFID系统可以使用称为时分多址(TDMA)的蜂窝系统来确保正确处理无线通信[来源: 无线射频识别日志].
无源RFID标签完全依靠阅读器作为其电源。这些标签的读取距离可达 20 英尺(6 米),并且生产成本较低,这意味着它们可以应用于较便宜的商品。这些标签与放置它们的一次性消费品一起被制造成一次性的。虽然铁路车辆将具有有源RFID标签,但一瓶洗发水将具有无源标签。
影响RFID标签成本的另一个因素是数据存储。有三种存储类型: 读写、只读 和 蠕虫(一次写入,多次读取).可以添加或覆盖读写标记的数据。只读标签不能添加或覆盖 - 它们只包含制作时存储在其中的数据。WORM 标记可以添加一次附加数据(如另一个序列号),但不能覆盖它们。
大多数无源RFID标签的成本在7到20美分之间 [来源: 无线射频识别日志].有源和半无源标签更昂贵,RFID制造商通常在没有首先确定其范围,存储类型和数量的情况下不会为这些标签报价。RFID行业的目标是一旦更多的商家采用无源RFID标签,将无源RFID标签的成本降低到每个5美分。
在下一节中,我们将学习如何使用这项技术来创建链接到互联网的全球RFID标签系统。
会说话的标签
当RFID行业能够降低标签的价格时,它将导致一个无处不在的智能包装网络,跟踪供应链的每个阶段。商店货架上将摆满智能标签的产品,这些产品可以从购买到垃圾桶进行跟踪。货架本身将与网络进行无线通信。标签只是这个大型产品跟踪网络的一个组成部分。
该网络的另外两个部分将是 读者 与标签和 互联网,这将为网络提供通信线路。
让我们看一下这个系统的真实场景:
在杂货店,你买了一盒牛奶。牛奶容器将有一个RFID标签,用于存储牛奶的有效期和价格。当您从货架上取下牛奶时,货架可能会显示牛奶的特定保质期,或者信息可能会无线发送给您的 个人数字助理 或 手机.
当您离开商店时,您会通过带有嵌入式标签阅读器的门。该阅读器将购物车中所有商品的成本制成表格,并将杂货账单发送到您的银行,银行将从您的帐户中扣除金额。产品制造商知道您已经购买了他们的产品,并且商店的计算机确切地知道每种产品中有多少需要重新订购。
回到家后,您将牛奶放入冰箱,冰箱还配备了标签阅读器。这款智能冰箱能够跟踪存储在其中的所有杂货。它可以跟踪您使用的食物以及您补充冰箱的频率,并可以让您知道牛奶和其他食物何时变质。
当产品被扔进垃圾桶或回收站时,也会被跟踪。此时,您的冰箱可以将牛奶添加到您的购物清单中,或者您可以对冰箱进行编程以自动订购这些物品。
根据您购买的产品,您的杂货店可以了解您的独特偏好。您可能会收到专门为您创建的时事通讯,而不是收到每周杂货特价的通用时事通讯。如果您有两个学龄儿童和一只小狗,您的杂货店可以使用 客户特定营销 通过向您发送果汁盒和狗粮等物品的优惠券。
为了使该系统正常工作,每个产品都将被赋予一个唯一的产品编号。麻省理工学院的自动识别中心正在研究一个 电子产品代码 (EPC) 标识符,可以取代 UPC。每个智能标签可以包含 96 位信息,包括产品制造商、产品名称和 40 位序列号。使用此系统,智能标签将与称为 对象命名服务.该数据库将检索有关产品的信息,然后将信息定向到制造商的计算机。
存储在智能标签上的信息将写入 产品标记语言 (PML),它基于 可扩展标记语言 PML将允许所有计算机与任何计算机系统进行通信,类似于Web服务器读取超文本标记语言(HTML)的方式,这是用于创建的公共语言。 网页.
我们还没有到这一点,但RFID标签在您的生活中比您意识到的更为突出。沃尔玛和百思买只是两家使用RFID标签进行库存和营销的主要零售商。称为智能软件代理的自动化系统管理从RFID标签进出的所有数据,并将执行特定的行动方案,例如对物品进行分类[来源: 无线射频识别日志].
美国零售市场正处于通过支付系统实现RFID技术的主要实施的风口浪尖,这些支付系统使用 近场通信.这些是未来的信用卡。
近场通信、智能手机和无线射频识别

大通的Blink技术使用嵌入在卡中的RFID芯片,只需挥手即可处理交易。
托马斯·库珀/盖蒂图片社NFC技术很有前途,因为它提供了便利支付的下一次演变,并增加了一层安全性。一些信用卡中嵌入了NFC芯片,可以在NFC支付终端上点击而不是刷卡,这消除了有人通过磁条浏览您的数据的可能性。同样的系统也适用于手机:继续阅读 蜂窝电子支付的工作原理 深入研究技术。
谷歌是一家推动NFC支付的公司 谷歌钱包.该应用程序将信用卡信息存储在多层安全保护下,并允许在NFC终端快速点击付款。这意味着该技术的实用性受到零售地点可用的NFC支付终端数量和支持该技术的手机数量的限制 - 在发布时,Google Wallet仅适用于Android Nexus S智能手机。
那么这与RFID有什么关系呢?近场通信设备可以读取无源RFID标签并提取存储在其中的信息。这项技术正在现代广告中使用。例如,想象一张普通的海报,宣传一条牛仔裤,就像你在购物中心的墙上看到的那种纸。广告商可以使用RFID标签制作“智能”海报,从而增加与客户的互动水平。将NFC手机与配备RFID标签的“智能”海报相贴,您可能会获得梅西百货牛仔裤10%的折扣券。无源RFID标签足够便宜,可以用于促销材料中,只是为了吸引客户。
NFC和RFID技术在零售界有着巨大的前景,但安全性仍然是一个共同关注的问题。一些批评者发现,跟单员跟踪和记录购买的想法令人震惊。零售业并不是唯一使用RFID技术的行业:在下一节中,我们将了解政府如何使用RFID标签。
政府颁发的 RFID
虽然许多消费者很高兴 - 或无意 - 购买带有RFID标签跟踪的商品,但有些人对美国政府要求护照嵌入RFID微芯片的立法感到愤怒。
2006年8月14日,美国 国务院 开始签发电子护照,或 电子护照.在2001年9月11日恐怖袭击的推动下, 国土安全部 建议将电子护照作为美国机场航空旅行安全、边境安全和更有效的海关程序的安全措施。电子护照的增强安全功能——芯片识别号, 数字签名 和作为 生物识别标识符 ——使护照无法伪造。
电子护照将有助于提高安全性,但由于文件中嵌入了如此多的个人信息,人们对电子护照可能出现的身份盗用提出了许多担忧。两种可能的形式 身份盗窃 电子护照可能发生的情况是:
略读: 当有人在电子护照持有人不知情的情况下使用 RFID 阅读器扫描来自 RFID 芯片的数据时。
窃听: 当有人读取 RFID 芯片发射的频率时,它被官方阅读器扫描。
但是,国土安全部坚持认为电子护照使用起来是完全安全的,并且已采取适当的预防措施以确保用户的机密性。
为了防止撇脂,电子护照包含一个金属防撇油装置。该设备是插入护照封面和首页之间的无线电屏蔽。当电子护照关闭时,根本无法扫描;当它打开时,它只能由距离小于3.9英寸(10厘米)的扫描仪读取[来源: 国务院].
为了防止窃听,国土安全部已要求扫描电子护照的所有区域都要彻底覆盖和封闭,以便无法在授权的RFID阅读器之外拾取信号。
电子护照售价97美元。虽然成本可能看起来很高,但在机场安装RFID阅读器的成本更加惊人。采用电子护照将需要逐步改变,但当局已经在讨论下一系列电子护照将具有哪些额外的安全功能和改进的生物识别技术。
与关于人类芯片的辩论相比,关于电子护照的辩论相形见绌。接下来,我们将了解RFID微芯片在生物中的作用。
美国政府的真实身份
从空中交通到道路交通,安全正成为一个更加紧迫的问题,有些人觉得他们比以往任何时候都受到更密切的监控。 真实身份证,一个由 9/11委员会,旨在改进官方身份证明的签发方式。虽然真实身份证尚未获得批准(并且正在激烈辩论),但第一个提出的真实身份证是 真实身份证驾驶执照.国土安全部于2007年3月1日发布了关于真实身份驾驶执照拟议规则制定的通知。Real ID驾驶执照可以增强,让您轻松过境进入加拿大,除了标准驾驶执照外,它还允许您使用联邦设施,联邦飞机和核电站[来源:国土安全部]。各州将选择是否在Real ID驾驶执照中嵌入RFID芯片,以代替当前的2-D条形码。
动物和人类碎屑

佛罗里达州博卡拉顿的雅各布斯家族是VeriChip植入物的早期受试者。2002年,杰弗里、莱斯利和他们的儿子德里克被削掉了。
大卫·弗里德曼/盖蒂图片社动物削片并不是什么新鲜事——农民一直在 跟踪 多年来使用RFID技术的畜牧业。但公司正在将宠物的动物芯片变成大生意,一些公司正在提供人类芯片的选择。
无线射频识别宠物回收系统 依靠米粒大小的微小微芯片,其中包含宠物主人的联系信息,有时还有动物的病史。兽医用RFID阅读器扫描丢失的宠物,以确定宠物是否有微芯片。但是系统可能会在这里崩溃。有许多竞争的宠物恢复系统,因此,许多宠物微芯片。美国人道协会一直在努力开发一种通用的RFID阅读器,兽医可以使用它来读取宠物的微芯片,无论其制造商或制造年份如何。2005年11月,乔治·布什总统签署了一项关于宠物微芯片标准化的法案和全国宠物主人信息数据库[来源: 无线射频识别日志].
尽管FDA在2004年批准在动物和人类中植入RFID微芯片,但早在1996年的研究表明,这些植入物可以在实验室大鼠和小鼠中引起癌性肿瘤[来源: 华盛顿邮报].具体来说,植入物引起肉瘤,影响身体组织。目前还没有研究证明癌症可以在实验室大鼠和小鼠以外的动物中形成,现在判断芯片对人类有什么影响还为时过早。RFID芯片发出的无线电波没有对健康产生负面影响。尽管有这些证据,或者缺乏证据,但人类芯片的其他缺点可能超过其优点。
芯芯公司 正在领导人体芯片业务。该公司生产具有唯一识别号的微芯片,这些芯片链接到VeriChip医疗数据库。VeriChip数据库包含紧急联系信息和病史。患有阿尔茨海默氏症等严重医疗问题的患者是VeriChip的理想人选。除了一次性植入费外,芯原还根据您希望数据库中的信息量收取年费 - 您可以选择仅包含您的姓名和联系信息或完整的病史。VeriChip仍在增长,因此并非每家医院都有RFID阅读器。此外,医生可能不会扫描每个患者以检查芯片,因此根据医院或医生的不同,您的VeriChip可能被证明是无用的。
一个成功率更高的VeriChip是Hugs Infant Protection Program。在这个RFID监控系统下,一些医院托儿所的新生儿佩戴带有RFID芯片的脚镯。如果未经授权的人试图将婴儿从医院带走,护士站和出口处会发出警报。您可以在 芯科微 网站。
在下一节中,我们将听到RFID评论家对现代世界中跟踪设备的看法。
无线射频识别和小岛屿发展中国家
一位研究人员开发了一种RFID系统,可以监测婴儿的二氧化碳水平,以防止婴儿猝死综合症(SIDS)。在这个系统下,连接到婴儿床上的传感器如果检测到婴儿停止呼吸,就会发出警报,从而可能挽救幼崽的生命。阅读有关此SIDS预防系统的更多信息,请参阅: 无线射频识别日志.
射频识别批评
与许多新技术一样,人们害怕他们不理解的东西。就RFID而言,消费者有很多担忧,其中一些可能是合理的。这场辩论可能是少数几个你会发现美国公民自由联盟和基督教联盟站在同一边的辩论之一。
人体芯片似乎比商品标签具有更高的风险,RFID批评者担心人类芯片有一天可能会成为强制性的。当该公司在2006年 CityWatcher.com 裁掉两名员工时,这些担忧就失控了。CityWatcher.com 坚持认为,员工没有被迫被切割 - 他们自愿植入微芯片植入物,以便更容易地访问存储机密文件的安全保险库。其他员工拒绝植入,他们在公司的职位不受影响。
除了上一节讨论的VeriChip扫描的局限性外,人体芯片对某些人具有深远的宗教和公民自由影响。有些人认为人类芯片是预言启示录中的圣经预言,将芯片解释为“野兽的印记”。 对于其他关心公民自由的人来说,芯片使我们更接近奥威尔式社会,在这个社会中,我们的一举一动和思想都将由老大哥控制。
虽然我们可以选择是否将RFID芯片放入我们自己或我们的宠物体内,但我们几乎无法控制在我们购买的商业产品上放置标签。在《间谍芯片:大公司和政府计划如何使用RFID跟踪你的一举一动》一书中,Katherine Albrecht和Liz McIntyre描述了RFID标签最极端的影响。他们描述了如何使用RFID标签来衡量您的消费习惯和 银行账户 确定应向您购买的产品收取多少费用。这听起来可能很偏执,但 黑客 已经证明一些RFID标签可以被篡改,包括禁用其防盗功能和更改与其产品相对应的价格。更好 加密 需要确保黑客无法用超灵敏的天线拾取 RFID 频率。
更重要的是,一些批评者说,依靠RFID作为主要的安全手段可能会使人类安全检查站变得懒惰和无效。如果保安人员仅依靠商品中的RFID防盗装置和政府颁发的身份证明的RFID技术来筛查罪犯或恐怖分子,他们可能会错过眼前发生的犯罪活动。
强制人体芯片
2007年10月,加利福尼亚州州长阿诺德·施瓦辛格(Arnold Schwarzenegger)签署了一项法案,规定任何雇主强迫雇员被芯片化都是非法的。加州也在努力禁止在REAL ID驾驶执照中使用RFID芯片[来源: 无线射频识别日志].
无线射频识别常见问题
RFID代表什么?
RFID 代表 射频识别。
RFID的用途是什么?
RFID标签允许用户使用无线射频波自动唯一地识别和跟踪库存和资产。它们用于多种应用,包括跟踪牛、消费品、车辆、航空乘客、阿尔茨海默氏症患者和宠物。
RFID标签如何工作?
RFID标签微芯片存储的数据在任何给定时刻等待读取。标签的天线从RFID阅读器的天线接收电磁能量,使用来自其内部电池的电力或从阅读器的电磁场收集的电力。然后,标签将无线电波发送回读取器,读取器拾取它们并将频率解释为有意义的数据。
RFID技术存在哪些问题?
安全性仍然是一个普遍关注的问题,因为已经证明某些RFID标签可以被篡改,包括禁用其防盗功能和更改相关信息。有些人担心人类RFID标签将成为强制性的,侵犯他们的宗教和公民自由。然而,这是极不可能的 - 许多州已经或正在制定立法,规定要求违背某人的意愿被砍伐是非法的。
NFC 和 RFID 一样吗?
近场通信(NFC)是RFID技术的一种实现。RFID是使用无线电波唯一识别物品的过程,而NFC是该技术家族中的一个特殊子集。这方面的一个主要应用是信用卡和智能手机,允许点击付款。
责任编辑:David
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