互动科普

在公交卡、身份证、电子钥匙等物品的背后，RFID技术正在逐渐为人所知。事实上，它还是“物联网”这个庞大概念的重要基石。

使用一种无线技术就能省下大钱？

在两次海湾战争期间，美国都向战区海运了约4万个集装箱的补给和装备，但物流费用相差20亿美元以上，重要原因之一，就是使用了RFID。

原来，在第一次海湾战争（1991）时，这些集装箱运抵沙特后，在港区堆积如山。当时负责后勤的帕格尼斯中将说：“很多集装箱内混装了多种物资，还有很多没有内容标识，而船上的货单和集装箱内的物资又常常对不上号。我们不得不在港区就地打开了约41000个集装箱中的28000个，以便知道里面到底装了什么。”直到战争结束，“还有8000个集装箱垛在港区未曾打开。没人知道里面装着什么，也没人知道是给谁的。”

而在第二次海湾战争（2003）时，每个集装箱都配发了独一无二的RFID标识，并在此基础上构建了物流信息网络。这个新技术的引进，不仅大大减少了用于核查的人力物力、显著减少了浪费和相应的补充运输，而且也直接降低了物资储备量，最终节省了巨额资金。

其实，RFID早已不是什么神秘的新技术，在我们的日常生活中它已是无处不在了。在乘坐公交车时，你刷的公交卡中有RFID芯片；入住宾馆或在高铁车站闸机自动检票时，你的个人信息通过二代身份证上的RFID芯片进行快速验证；当你驾车以30公里/小时的速度通过不停车收费（ETC）通道时，是RFID芯片帮你完成了付费的动作；而在停车场寻找你的爱车时，遥控钥匙更是不断发出含有密码和开锁指令的RFID电波。

什么是RFID？

RFID（Radio Frequency Identification，射频识别），是一种非接触的自动识别与数据采集技术。它的优点很多，比起常见的无线识别技术，它无需电源供电（比如各种含有RFID芯片的智能卡）；比起条码识别，它不依靠光学可视识读，因此不怕脏污。RFID的芯片编号为世界惟一，因其无法复制，所以安全性高。此外，它的工作年限也很长，甚至可以长达10年以上。

最基本的RFID系统，由标签（Tag)、读写器(Reader)、天线（Antenna）三部分组成，其中的标签和读写器最为重要，至于天线，则可以与标签及读写器集成在一起。

首先是标签。它不是传统的纸质标签，而是RFID系统的数据载体，由标签天线和标签专用芯片组成。每个标签都具有惟一的电子编码，其中存储着特定数据，可由读写器读取或写入。依据标签供电方式的不同，可以分为内装电池的有源标签、没有内装电池的无源标签和部分依靠电池工作的半无源标签；依据标签常见工作频率的不同，又可以分为低频标签（＜135千赫兹)、高频标签（13.56兆赫兹)、超高频标签（840兆～960兆赫兹）和微波标签(2.45吉赫兹、5.8吉赫兹）等；依据标签封装形式的不同，还可分为卡标签、线形标签、纸证标签、玻璃管标签、圆形标签及特殊用途的异形标签等。

其次是读写器，也叫阅读器。它通过天线与标签进行无线通信，可以实现对标签识别码和内存数据的读出或写入操作。典型的阅读器包含有高频模块(发送器和接收器)、控制单元以及阅读器天线，可设计为手持式或固定式。

在工作时，读写器经过天线发射出特定频率的无线电波，这些电波的能量传到标签后，将激活并驱动标签内部的电路，将其存储的数据信息发射出来。然后，读写器天线接收到这些信息，再由读写器进行处理。

至此，标签内的数据已经可以在不与读写器接触的前提下，被后者读出来（还可以写入）。在这个基础上，如果是一套完整的RFID系统，那么读写器收集到这些数据后，还会将它们上传到系统的第4个部分，即上位机的信息处理软件（比如公交卡的计费系统等），对相应账户进行扣费、充值等操作。

RFID芯片和外周的天线

RFID的发展史

说起RFID的历史，最早可追溯到60多年前的第二次世界大战期间。当时，为了便于雷达进行敌我识别，英军将特制的标签安置在飞机上，当己方雷达发射电波照射到这个标签后，标签就会回应相应的信号，而敌机则没有这个反应。目前世界上的飞行管制系统，仍然在沿用这个原理。

1948年，哈里·斯托克曼发表了带有里程碑性质的论文《通过反射能量进行通信》，由此奠定了RFID的理论基础。1966年，容量为1比特的RFID芯片首次面世，就是现在商场中常见的货品防盗电子标签（EAS）。20世纪70年代，植入式RFID标签和车辆电子牌照出现。1984年，RFID技术首次用于动物饲养及跟踪。1986年，首个基于RFID技术的道路电子收费系统在挪威投入使用。

20世纪90年代，RFID标准化进程开始启动，它的应用也日益广泛，逐渐成为日常生活中的一部分。1993年，RFID的首个国际ISO标准制定。1994年，美国所有的轨道车辆都采用RFID进行识别。1997年，香港八达通系统面世，内嵌RFID芯片的八达通卡可以用来支付地铁、公交的车票费用，也可以在便利店购买商品，已经成为整合城市各种公共交通工具和小额支付的城市智能卡。

1998年，凯文·阿什顿首次提出了“物联网”概念。原来，1997年时，一种新的保湿乳液上市后大为畅销，在许多商店里，相关货架常常是空的。由于店内商品太多，限于人手不足，查货补货的速度又太慢，商店老板们只有眼睁睁地看着顾客失望而归。阿什顿认为，RFID将取代现有的商品条码，它的标签将变成各种零售商品绝佳的信息发射器，并据此变化出千百种应用与管理的方式，来实现供应链管理的透明化和自动化。

最初，物联网的定义很简单：把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。美国麻省理工学院的专家更进一步提出，要在互联网的基础上，利用RFID、传感器网络、数据通信等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的“物联网”。在这个网络中，物品（商品）能够彼此进行“交流”，而无需人的干预。2004年，美国零售商沃尔玛要求前300家供应商强制使用RFID标签供货，由此开启了RFID发展的新篇章。

物联网概念提出以来，经过国际电信联盟（ITU）等组织和机构的不断发展和完善，日益受到各国重视。RFID作为其中的关键技术，被视为连接物理世界与数字世界的纽带。很多人认为，RFID技术将是对人类影响最大的IT技术之一。

（本文发表于《科学世界》2013年第12期）