RFID无线射频识别标识系统的探讨

作者：大中华印艺网

欢迎访问e展厅 展厅 6 数据采集/无线通讯展厅 通讯卡, 数据采集卡, 无线通讯模块, 远程监控系统, RFID, 信号隔离器, 转换器... 一、何谓RFID RFID是英文"Radio Frequency Identification"的缩写，中文称为无线射频身份识别、感应式电子芯片或是近接卡、感应卡、非接触卡……等等，是非接触式自动识别技术的一种。根据英国Pira的研究，很可能在未来几年会对包装、印刷和纸张的重要影响中，其中一项技术即是RFID射频识别标识（http://www.pira.co.uk/）；Forrester Research公司说，数据中心采用Linux系统、离岸外包、RFID（无线射频识别）是2004年四大IT趋势（http://www.topology.com.tw/）；资策会将RFID列入2003年值得观察的十大技术（http://taiwan.cnet.com/news/）；“已经很久没有看到这么让人兴奋的新科技了”是工研院企画组组长吴柏成对RFID的形容；无线识别系统将取代条形码--RFID将使千万结帐员失业（93/12/01中国时报）；老技术RFID成为新一代杀手级应用，全球零售业一百二十二兆元商品阶级革命（833期商业周刊）。这些都是对RFID的描述。事实上RFID技术早在二次世界大战就已存在，当时英国用以确认进机场的是否为己方的飞机，以免遭误击。 最简单的RFID系统是由卷标（Tag）、读取器（Reader）和天线（Antenna）三部分组成：当卷标进入磁场区域后，接收的读取器发出信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（Passive Tag，无电源卷标或称被动卷标），或者主动发送某一频率的信号（Active Tag，有电源卷标或称主动卷标）；读取器读取信息并译码后，送至中央信息系统进行有关的处理，但在实际应用中需要其它的软硬件支持。 根据美国零售连锁业联盟的估计，美国几大零售业者，一年因为货品管理不良而遭受的损失高达七百亿美元。宝碱公司（Procter & Gamble）前任行销副总Kevin Ashton就有切身之痛，1997年宝碱公司的欧蕾保湿乳液上市，商品大为畅销，可是太畅销了，许多商店货架常常空掉，由于商品太多、查补的速度又太慢，“我们眼睁睁的看着钱一分一秒从货架上流失。”Ashton表示。他花了两年找到了答案，就是将RFID取代现在的商品条形码（Bar Code），它就变成零售商品的绝佳信息发射器，可以变化出千百种应用与管理方式。在宝碱公司（P&G）和吉列公司（Gillette）的赞助下，美国麻省理工学院（MIT）两名研发RFID应用技术的教授Sanjay Sarma和David Brock，成立了自动ID中心（Auto-ID Center），专门研究RFID电子商品条形码，成立的日期1999年10月1日正是条形码问世25周年。除了总部在School of Engineering, MIT，另外在英国（Cambridge University）、瑞士（St. Gallen University）、澳洲（University of Adelaide）、日本（应庆大学）、中国（复旦大学）都有设立分部（http://www.autoidlabs.org/）。 二、RFID之特性 (一) 数据的读写（Read Write）机能： 只要通过RFID Reader即可不需接触，直接读取讯息至数据库内，且可一次处理多个标签，并可以将物流处理的状态写入标签，供下一阶段物流处理的读取判断之用。 (二) 容易小型化和多样化的形状： RFID在读取上并不受尺寸大小与形状之限制，不需为了读取精确度而配合纸张的固定尺寸和印刷品质。此外，RFID TAG更可往小型化与多样型态发展，以应用在不同产品。 (三) 耐环境性： 纸张一受到脏污就会看不到，但RFID对水、油和药品等物质却有强力的抗污性。RFID在黑暗或脏污的环境之中，也可以读取数据。 (四) 可重复使用： 由于RFID为电子数据，可以反复被覆写，因此可以回收标签重复使用。如被动式RFID，不需要电池就可以使用，没有维护保养的需要。 (五) 穿透性： RFID若被纸张、木材和塑料等非金属或非透明的材质包覆的话，也可以进行穿透性通讯。不过如果是铁质金属的话，就无法进行通讯。 (六) 数据的记忆容量大： 数据容量会随着记忆规格的发展而扩大，未来物品所需携带的资料量愈来愈大，对卷标所能扩充容量的需求也增加，对此RFID不会受到限制。 三、RF之使用频率现况 为避免各国无线电频率使用标准不一，造成使用上的混乱与困扰，国际上大多遵守国际电信联合会（ITU）的规范。目前RFID使用的频率有6种，分别为135KHz以下、13.56MHz、433.92MHz、860M~930MHz（即UHF）、2.45GHz以及5.8GHz，其各有特色和缺陷。135KHz以下传输距离短约10公分左右，通讯速度慢。此频段在绝大多数的国家属于开放，不涉及法规开放和执照申请的问题，因此使用最广，主要使用在宠物、门禁管制和防盗追踪。13.56MHz薄化的效果最佳传输距离为1公尺以下，代表性应用为会员卡、识别证、飞机机票和建筑物出入管理，通讯距离10公分左右的近距离非接触式IC卡发展快速。UHF频段的RFID标签最远可达近5公尺的传输距离，可大幅提升现阶段的应用层次，通讯品质佳，适合供应链品项管理，但有各国频率法规不一的问题，现有的使用者频率腾挪问题必不可免，否则跨区应用必然会出现管理的盲点。 四、RFID与条形码之差异性比较 目前全球以千亿计的大小商品，都靠着产品上一条条粗细不一的线条（条形码）来辨别身分。但是条形码只能记载着产品简单的背景，例如生产商和品项名称，而且还得透过红外线接触扫瞄才能读取数据。更重要的是目前全世界每年生产超过五亿种商品，而全球通用的商品条形码，由十二位排列出来的条形码号码已经快要用光了。条形码是只读的、需要对准标的、一次只能读一个、且容易破损；而RFID是可擦写的、使用时不需对准标的、同时可读取多个、坚固全天候使用，可不需人力介入操作。所以Bar Code是有可能被RFID标签替代的（如图一）。 有关RFID与条形码间的一些比较如表一、表二。 五、RFID应用范围 RFID之应用相当广泛，最常见的应用为： * 门禁管制：人员出入门禁监控、管制及上下班人事管理 * 回收资产：栈板、货柜、台车、笼车等可回收容器管理 * 货物管理：航空运输的行李识别，存货、物流运输管理 * 物料处理：工厂的物料清点、物料控制系统 * 废物处理：垃圾回收处理、废弃物管控系统 * 医疗应用：医院的病历系统、危险或管制之生化物品管理 * 交通运输：高速公路的收费系统 * 防盗应用：超市的防盗、图书馆或书店的防盗管理 * 动物监控：畜牧动物管理、宠物识别、野生动物生态的追踪 * 自动控制：汽车、家电、电子业之组装生产 * 联合票证：联合多种用途的智能型储值卡、红利积点卡 美国的德州仪器公司（Texas Instruments Incorporated），已生产的RFID产品就包括：门禁控制、航空包裹识别、汽车防盗器、文档追踪管理、包裹追踪识别、畜牧业、后勤管理、移动商务、产品防伪、运动计时、票证管理等等（http://www.ti.com）。 六、发展RFID之可能瓶颈 (一) 隐私权问题： RFID Journal和市场研究机构ABI，共同进行的一项名为「RFID Journal Live」的调查显示「采用RFID技术最大的好处是可以对企业的供应链进行透明管理，有效降低成本，但最近RFID的安全性也非常令人关注，很多公司推出了增强安全性能的RFID 产品。」（http://www.rfidjournal.com/）因为没有人会因为它使用起来方便而自愿让个人隐私权曝光。 (二) 失业问题： 企业采用射频识别系统后，将接手原来由人工完成的工作并进一步取代人工操作，其衍生而来的的问题，将是许多的劳工面临失去工作的危机。 (三) 技术的突破： 根据机构Auto-ID Center所做的一项调查显示，即使贴上双重卷标，RFID卷标牌仍有3％无法判读；只贴一个标签的吊牌则只有78％正确判读。此外，射频识别标签与读取机具有方向性及射频识别讯号容易被物体所阻断，亦为射频辨识技术未来发展的一大挑战。 (四)成本的降低： RFID系统不论是卷标、读取器和天线可望随着各大业者应用而使制造成本大幅降低，另外著名顾问公司麦肯锡分析指出，厂商不能只着眼于RFID未来价格下跌就垂涎不已，因为这项技术还需进行企业资源规划（ERP）软件升级，而这部份可能所费不赀。 (五)国际标准的制定与推行： 标准化是推动产品广泛获得市场接受的必要措施，但射频识别读取机与标签的技术仍未见统一，因此无法一体适用。而不同制造商所开发的卷标通讯协议，适用于不同的频率，且封包格式不一。就目前看来，现在普遍使用的134KHz和13.56MHz因传输距离不够长而限制了阅读器和RFID标签间的传输距离，使得若干标签不能有效地被读取，而跨越UHF频段的最大问题是既有之绝大多数的RFID系统和卷标供货商，以及设备无法支持UHF频段。也因此，各公司、自动识别中心与国际标准组织都正致力于订定射频识别标签的标准，以求所有的标签能与任何读取机兼容。 七、国内外RFID发展之现况 由于RFID被列为本世纪十大重要技术项目之一，所以世界各国无不全力发展，由一些统计数字来说明，在过去十年中，即有六千多种的关于RFID技术的专利申请。 (一) 国外发展现况 国外发展最著名的例子即是年营业额占全球零售业两成，美国零售业的六成，被美国「商业周刊」称为全球企业新独裁者的Wal-Mart百货公司。在2003年11月5日，全球一百家Wal-Mart百货最大的供货商全数聚集于Wal-Mart百货位于美国阿肯色州罗杰市的总部，现场还有来自世界各地的零售相关业者、重要的科技公司像是甲骨文、SAP、IBM等都有代表参加，国内永丰余公司董事长也派了其公子何奕达与会。在这一天是被Wal-Mart百货视为充满烟硝味的D day（一次大战联军登陆法国诺曼底半岛，启动胜利反攻的日子）。Wal-Mart百货正式宣布，到2005年底截止，所有供应Wal-Mart百货的商品装箱上，都要有应用RFID技术的电子商品条形码。Wal-Mart百货预期能从新技术进一步降低成本，尤其是与库存流程相关的物流失误与降低人力成本。一位分析师估计，Wal-Mart百货完成建制后，节省成本预估每年可达84亿美元。 1990年波湾战争时，美国军方运送到前线的补给物资与药品，有七成都必须经由人力开封确认里头的物品是什么，因此耽误了许多宝贵时间。去年对伊拉克的战事，美国国防部就在军用物资箱上装置RFID卷标，扫描一秒钟就知道里头装了什么。许多欧美国家高速公路有电子收费站，只要凭着黏在车上的RFID辨识卡片，就可直接通过收费道、自动扣款，不须停车。美国太空总署想用这种技术追踪发射到太空中的东西。DHL在试用RFID来管理每年大约一亿六十万个包裹运送。澳洲政府想用来管理比澳洲人口多许多的袋鼠。 另外，如英国航空公司正进行RFID的试验计划，并允许某些特定的智能型RFID在扫瞄的同时改变该RFID的记录内容，毋需重新换贴另一个新的RFID。如此将使航空公司利用RFID上之重量数据的加重而很容易侦测到旅客利用转机夹带非法物品的可能性。此外，旅客报到时不再需要使用扫瞄条形码器，亦可达到简化手续流程的好处。而日本的国土交通省和新东京国际机场在2001年10月起，亦开始试验RFID加附在行李箱的试验，新加坡樟宜国际机场、香港国际机场、旧金山和温哥华国际机场亦将陆续导入。国际航空运输协会(IATA)在数年前即已进行RFID标准的制定工作。还有各国码头货柜的运输管制作业，将检查过的货柜加上RFID标签进行密封，有效防止货柜内物品不被调包，并追踪整个货柜行进的路线。中国大陆国家标准化管理委员会最近宣布，正式成立“电子卷标”国家标准工作小组，负责起草、制定中国大陆相关“电子卷标”国家标准，使其既具有中国大陆的自主知识产权，同时和目前国际的相关标准互通兼容。香港行之多年的八通达卡是由RFID芯片及读取机制造，全世界最成功的非接触式多功能智能卡，其应用范围囊括停车场、便利商店、快餐店、电影院、自动贩卖机、游泳池、住宅、保全系统及校园通系统等，真正做到“一卡在手，四通八达”。 (二) 国内发展现况 政府方面：经济部技术处92年度起即开始透过工研院系统中心推动高频RFID的研发计划，研发内容包括IC芯片、天线、读取器等重要技术，如完成IC芯片开发，就可使RFID更能多样化地应用在各方面。工研院系统中心也接受经济部商业司与技术处委托，执行RFID应用及研发相关计划，也举办「2003 RFID商业应用发展策略论坛」，由经济部施颜祥次长主持，与会包括行政院科技顾问组钟干癸顾问、永丰余公司何寿川董事长、工研院李钟熙院长，以及产业界与学界代表。讨论内容涵盖RFID技术应用和需求面与生产供应面的问题。会议中共同凝聚出我国RFID产业之推动方向与共识，建立包括研管、应用、标准及法规之整体系统开发管理，以共同推动我国RFID产业价值链之发展。同时工研究也计划在2004年1月中旬筹组RFID研发联盟，工研院系统中心项目经理吴念祖表示，RFID在低频率产品已被广泛利用，政府所推广的高频RFID目前仅有飞利浦电子、永丰余造纸及新竹货运三公司引进（92/12/22工商时报），整个成长空间还相当大。此外，商业司目前也正在进行美国因911事件所衍生出来的SST计划(Smart & Secure Tradelanes Initiative)，主要即是将RFID与货柜结合来进行货柜追踪与安全管控。 民间方面：台湾RFID最为代表性的杰作非悠游卡莫属了，凭借内部的RFID芯片与四周的线圈，凡是搭公车、捷运及停车场停车皆可用一张悠游卡解决，未来甚至连出租车与路边停车都以悠游卡收费。交通大学科管所及电子所的11名研究生，以“Intelligence Inside--RFID无线辨识系统”项目，荣获第二届“台湾工业银行创业大赛”首奖。他们的创业计划是利用RFID在数字信息、无线通讯传输及加密技术上的优点，应用到航空及货运运输、物流仓储、保全系统、人员管理及动物芯片上。该队出线的原因除因计划周延、分析缜密、表达技巧熟稔外，更重要的是对新产品价格及市场优势的掌握，显示该计划具有的商机。另外中华、裕隆等台湾汽车业者早在几年前就已经引入使用来做零件管理，由于汽车业组装不但零件繁多，且步骤复杂，因此厂商运用RFID芯片卷标，来确认每一零件、步骤是否组装完成。由于射频识别的电波不会干扰到院内医疗仪器，在SARS期间，工研院与台北医学大学更是将RFID充分运用医学上。工研院在新竹东元医院中装置感应器，并且让院内所有人都配有装有RFID芯片的识别证，一旦查觉有人发病，二十分钟内就可以清楚知道发病者和活动路径；而台北医学大学也使用配置RFID芯片及体温传感器的腕带型标签来掌握病患与员工的状况及接触史，未来，RFID芯片更可以藉由PHS及ADSL传送讯号以提供独居老人居家生活照顾呢！而台湾部分高科技制造业者，如晶圆厂、封装厂，也有以RFID追踪晶圆及容易遗失物品的应用方式。 八、RFID与印刷出版业之关联 (一)国外方面： 大日本印刷公司、NTT通讯公司和日本Sun系统公司，联合开发成一种面向出版业的系统，可通过在图书中嵌入RFID卷标，来把握供应链管理（SCM）和书店顾客购买动向统计。上述公司通过在"东京国际图书展览会2003（展会时间：2003年4月24日～27日，展览地点：东京Big Sight国际会展中心）介绍多个应用范例，并使用实际嵌入无线卷标的图书做了演示。 此次实际演示的试制系统大体可分为3类： 第一类是在出版社、物流业者（经销商）和书店中构筑SCM。通过共享出版社图书库存、流通库存及书店库存等相关信息，缩短流通周期，优化发行数量和交货数量，以及提高书店中的盘货效率。目前由于使用条形码，因此工作量大，而且很难对全部图书进行实时管理。通过使用无线标签，可以直接从包装箱中对图书进行管理。 第二类应用范例是了解书店中顾客的购买行为动向。如果事先在书架上安装无线卷标读取装置（读取器），就能够掌握"翻看次数和时间"以及"顾客拿到手中的图书顺序"等信息。当有人以偷书换钱为目的而一下子拿走大量图书时，该系统一旦检测到这一情况后，不仅会立即在监视屏上发出警告，通知店员，而且还会发出"谢谢购买！"的声音，示意系统正在对其进行监视。 第三类应用范例是为购买图书的顾客所提供的服务。通过使书店的POS（电子收款系统）系统和出版社数据库相互合作，就能够向正规购书者提供电子图书等服务。 不过，尚不清楚年流通量达60亿册的日本出版业会不会导入无线标签。目前尚有诸多问题期待需要解决。除了需要开发出足以吸引出版社、经销商和书店主动导入的应用范例，还存在着“如何由条形码向无线标签过渡”、“数据库的开发运行成本由谁负担”等问题。由出版社、经销商和书店三方参加的业界团体“日本出版业组织（JPO）”2003年3月正式成立了“IC标签研究委员会”。该委员会将探讨无线标签的技术动向和在出版行导入时所面临的课题，然后将于2004年3月以书面报告的形式对出版行的整个需求进行整理。“我们还参加了由日本经济产业省和总务省设立的旨在制定相关规格的研究会，希望以此表达出版业的要求。”（IC标签研究委员会的日本讲谈社销售规划室的永井祥一）。 (二)国内方面： 最早投入研究的永丰余公司开发RFID纸箱，该公司声称已完成RFID讯号发射天线印刷化的技术，目前正在测试中，预计完成后将可拿下DHL及UPS两大国际快递公司亚洲纸箱的所有订单（93/12/04中国时报）。永丰余公司工纸与纸器事业部总经理钟弘治认为RFID技术可望在2004年中发表，永丰余则将投产时间定在下半年，初期会以高单价产品的包装为主，永丰余的率先运用，争取成为Wal-Mart百货亚洲产品包材的第一选择（92/12/22工商时报）。永丰余公司策略整合中心协理何奕达说：“未来永丰余不只卖纸盒，而是要卖服务，帮助客户解决包装上加入电子条形码的问题，会是很重要的服务与机会。” 还有新近成立的数字内容学院图书室，是台湾第一个启用全RFID运作环境的图书馆。旧的方式是流通作业用条形码加上处理图书安全用磁条（EM-STRIPE）处理；半旧的方式是流通作业用RFID处理，图书安全仍使用磁条处理；而新的方式则是流通作业及图书安全皆使用RFID（在书上黏贴可擦写的RFID）。 应用RFID技术对于馆藏管理有下列之优点：简化借还书作业、加速盘点作业、容易协寻不在架上或归错架位的图书、读者自助借还书等等。同时也给了图书馆员的新定位，从书籍的监管者转变为信息的诠释者（http://www.library.com.tw/）。 九、结语 整体看来，RFID无线射频身份识别系统在未来的发展在很多的产业都是相当被看好的，虽然目前该技术有一些潜在问题，但科技的发达日新月异，相信要克服RFID的种种隐忧，所需要的也只是时间上的问题而已。举例说隐私权问题，现正研发自毁型卷标或消磁型卷标来解决这问题；配合奈米技术所研发适用于特殊物品的超小型标签；还有WhereNet新版物流管理软件可支持物流业者使用RFID系统。因此我们可以预见RFID将会促使相当多产业产生一场大的变革。 然而RFID对印刷产业有多大的影响呢？是否会为印刷产业带来重大的商机吗？从上述文章的内容，相信在可预见的未来，不论是各式产品包装盒、食物外包装或是图书杂志里，只要是目前有条形码标签的印刷品上，将来就会有RFID的身影，甚至没有条形码标签的也可能会有RFID。所以不论是印制包装外盒的业者（厚纸）或是印制书籍杂志的业者（薄纸）都应会产生影响，尤其是对目前专门印制条形码卷标或是条形码报表的业者所产生的影响更大。 目前使用的RFID的天线部份，都是使用铜片制作，黏贴在一般自黏标签上，再转贴到所需的位置上。而日前永丰余公司发布的新闻稿和国外专业杂志上的报导，希望将来RFID的天线部份以印刷方式印上，就如同目前印制条形码一般。所以印刷业者是否该了解这一项新的技术，进而赶上这一波商机，为印刷产业创造一大利基呢。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (1/21/2006)