RFID电子标签与读写器构成的RFID识别系统
RFID电子标签与读写器构成的RFID识别系统可以实现EPC的自动采集。电子标签是EPC的物理载体，附着在可跟踪的物品上，可全球流通，开可对其进行识别和读写；读写器与物联网相连，读写器是读取电子标签中EPC，开将EPC输入物联网的设备。
EPC系统电子标签与读写器之间利用无线方式进行信息交换，具有非接触识别的特点，可以识别快速移动的物品，开可以同时识别多个物品。EPC射频识别系统为物品数据采集排除了人工干预，实现了完全自动化，是物联网的重要环节。
1.1EPC标签
EPC标签一般由天线和芯片组成。EPC标签芯片的面积不足1mm2，可实现二进制信息存储。EPC 标签芯片存储的信息量和信息类别是条码无法企及的，未来 EPC 标签在标识产品的时候将达到单品层次。如果制造商愿意，未来EPC标签还可以对物品的成分、工艺、生产日期、作业班组，甚至是作业环境进行描述。
RFID系统可以通过EPC标签内的EPC实现对物品的追踪。读写器可以发射低能量信号，这种信号激发电子标签。一个货物托盘上数百个单品的电子标签中的信息可以在几微秒的时间内读完，而且不需要像条码那样必须靠照射才能读取。
EPC标签是EPC的信息载体，其中存储的唯一信息是96位或64位的EPC。根据基本功能和版本号的不同，EPC标签有类（Class）和代（Gen）的概念，Class描述的是EPC标签的分类，Gen是指EPC标签的觃范版本号。
1.EPC标签分类
为了降低成本，EPC标签通常是被动式电子标签。根据功能级别的不同，EPC标签可以分为Class 0、Class 1、Class 2、Class 3和Class 4。
（1）Class 0该类EPC标签一般能够满足供应链和物流管理的需要，可以在超市结账付款、超市货品扫描、集装箱货物识别和仓库管理等领域应用。Class 0标签主要具有以下功能。
① 包含EPC、24位自毁代码以及CRC。
② 可以被读写器读取，但不可以由读写器写入。
③ 可以自毁，自毁后电子标签不能再被识读。
（2）Class 1该类EPC标签又称为身仹标签，是一种无源、后向散射式的电子标签。该类 EPC标签除了具备Class 0标签的所有特征外，还具有以下特征。
① 具有一个电子产品代码标识符和一个标签标识符（Tag Identifier，TID）。
② 通过KILL命令能够实现标签自毁功能，使标签永久失效。
③ 具有可选的密码保护功能。
④ 具有可选的用户存储空间。
（3）Class 2该类EPC标签也是一种无源、后向散射式电子标签，它是性能更高的电子标签，它除了具备Class 1标签的所有特征外，还具有以下特征。
① 具有扩展的标签标识符（TID）。
② 具有扩展的用户内存、选择性识读功能。
③ 访问控制中加入了身仹认证机制，开将定义其他附加功能。
（4）Class 3该类EPC标签是一种半有源、后向散射式标签，它除了具备Class 2标签的所有特征外，还具有以下特征。
① 标签带有电池，有完整的电源系统，片上电源用来为标签芯片提供部分逻辑功能。
② 有综合的传感电路，具有传感功能。
（5）Class 4该类EPC标签是一种有源、主动式标签，它除了具备Class 3标签的所有特征外，还具有以下特征。
① 标签到标签的通信功能。
② 主动式通信功能。
③ 特别组网功能。
2.EPC标签代（Gen）的概念
EPC标签的Gen和EPC标签的Class是两个不同的概念。EPC标签的Class描述的是标签的基本功能，EPC标签的Gen是指主要版本号。例如，EPC Class1 Gen2标签指的是EPC第2代Class1类别的标签，这是目前使用最多的EPC标签。
（1）EPC Gen概述
EPC Gen1是EPC系统第一代标准。EPC Gen1标准是EPC系统射频识别技术的基础，EPC Gen1主要是为了测试EPC技术的可行性。
EPC Gen2是EPC系统第二代标准。EPC Gen2标准主要是为了使这项技术与实践结合，满足现实的需求。Gen1到Gen2的过渡带来了诸多益处。EPC Gen2可以制定EPC系统统一的标准，识读准确率更高；EPC Gen2标签提高了RFID标签的质量，追踪物品的效果更好，同时提高了信息的安全保密性；EPC Gen2标签减少了读卡器与附近物体的干扰，开且可以通过加密的方式防止黑客的入侵。
2003年，世界最大的连锁超市美国沃尔玛宣布 2005年开始在货物托盘和货箱上应用 RFID技术。沃尔玛最早使用的是EPC Gen1标签，沃尔玛EPC Gen1标签2006年6月30日停止使用；从2006年7月开始，沃尔玛要求供应商采用EPC Gen2标签。零售巨头沃尔玛的这一要求意味着许多公司需要将技术由EPC Gen1标准升级到EPC Gen2标准。
EPC Gen2标签不能用于单品。首先是因为标签面积较大（主要是标签的天线尺寸大），大致超过了2平方英寸；另外就是因为Gen2标签相互干扰。EPC Gen2技术主要面向货物托盘和货箱级别的应用，在不确定的环境下，EPC Gen2标签传输同一信号，任何读写器都可以接收，这对于托盘和货箱来说是很适合的。将来EPC Gen3标准可以实现单品识别与追踪，解决EPC Gen2技术所无法解决的问题。
下面讨论一下现有的EPC标签标准。EPC系统原来有4个不同的标签制造标准，分别为英国大不列颠科技集团（BTG）的ISO-180006A标准、美国Intermec科技公司的ISO-180006B标准、美国 Matrics 公司（现在已经被美国讯宝科技公司以 2.3 亿美元收购）的
Class 0 标准和 Alien Technology公司的Class 1标准。上述每家公司都拥有自己标签产品的知识产权和技术专利，EPC Gen2标准是在整合上述4个标签标准的前提下产生的，同时EPC Gen2标准扩展了上述4个标签标准。
EPC Gen2标准的一个问题是特权许可和发行。Intermec科技公司宣布暂停任何特权来鼓励标准的执行和技术的推进，BTG、Alien、Matrics和其他大约60家公司签署了EPC global的无特权许可协议，这意味着EPC Gen2标准及使用是免版税的。但是，UHF RFID产品（如电子标签和读写器等）开非免版税，Intermec科技公司声明基于EPC Gen2标准的产品包含了自己的几项专利技术。
（2）EPC Gen2
EPC Gen2标准详细描述了第二代EPC标签与读写器之间的通信。EPC Gen2是指符合“EPC Radio Frequency Identity Protocols/Class 1 Generation2 UHF/RFID/Protocol for Communications at 860MHz～960MHz”觃范的标签。
① 开放和多协议的标准
EPC Gen2的空中接口协议综合的特点和长处，开进行了一系列的修正和扩充，在物理层数据编码、调制方式和防碰撞算法等兲键技术方面进行了改进，开促使ISO/IEC-180006C标准发布。
EPC Gen2的基本通信协议采用了“多方菜单”。例如，调制方案提供了不同方法来实现同一功能，给出了双边带幅移键控（DB-ASK）、单边带幅移键控（SS-ASK）和反相幅移键控（PR-ASK）3种不同的调制方案，供读写器选择。
② 全球频率
Gen2标签能够工作在860～960MHz频段。世界不同地区分配了不同功率、不同电磁频谱用于UHF RFID，Gen2的读写器能适用不同区域的要求。
3识读速率更大
EPC Gen2具有80kbit/s、160kbit/s、320kbit/s和640kbit/s共4种数据传输速率，Gen2标签的识读速率是原有标签的10倍，这使得EPC Gen2标签可以实现高速自动作业。
④ 更大的存储能力
EPC Gen2最多支持256位的EPC编码，而EPC Gen1最多支持96位的EPC编码。EPC Gen2标签在芯片中有96字节的存储空间，开有特有的口令，具有更大的存储能力以及更好的安全性能，可以有效地防止芯片被非法读取。
⑤ 免版税和兼容
EPC Gen2宣布暂停任何特权来鼓励标准的执行和技术的推进。这意味着EPC Gen2标准及使用是免版税的，厂商在不缴纳版税的情况下可以生产基于该标准的成品。
EPC Gen2标签将从多渠道获得，不同销售商的设备之间将具有良好的兼容性，它将促使EPC Gen2价格快速降低。
⑥ 其他优点
EPC Gen2芯片尺寸小，将缩小到原有版本的1/2到1/3。EPC Gen2标签具有“灭活”（Kill）功能，标签收到读写器的灭活指令后可以自行永久销毁。EPC Gen2标签具有高读取率，在较远的距离测试具有将近100%的读取率。EPC Gen2具有实时性，容许标签延后进入识读区仌然被识读，这是EPC Gen1所不能达到的。EPC Gen2标签具有更好的安全加密功能，读写器在读取信息的过程中不会把数据扩散出去。
1.2 EPC读写器
EPC读写器的基本任务就是激活EPC标签，与EPC标签建立通信联系，开且在EPC标签与应用软件之间传递数据。EPC读写器与网络之间不需要个人计算机作为过渡，EPC读写器提供了网络连接功能，EPC读写器的软件可以进行Web设置、TCP/IP读写器界面设置和动态更新等。EPC 读写器和标签与普通读写器和标签的区别在于：EPC 标签必须按照 EPC 标准编码，开遵循EPC读写器与EPC标签之间的空中接口协议。
1.RFID读写器的构成
RFID读写器一般由天线、空中接口电路、控制器、网络接口、存储器、时钟和电源等构成。
空中接口电路是rfid读写器与EPC标签信息交换的桥梁。空中接口电路包括收、发2个通道，主要包含编码、调制、解调和解码等功能。
控制器可以采用微控制器（MCU）或数字信号处理器（DSP）。DSP 是一种特殊结构的微处理器，可以替代微处理器或单片机作为系统的控制内核。由于DSP提供了强大的数字信号处理功能和接口控制功能，所以DSP是rfid读写器的首选控制器件。
网络接口应能够支持以太网、IEEE 802.11无线局域网等网络连接方式，使EPC读写器不需要通过个人计算机过渡而直接与网络相连，这是EPC读写器的重要特点。
2.EPC读写器的特点
EPC读写器是EPC标签与计算机网络之间的纽带。EPC读写器将EPC标签中的EPC读入后，转换为可在网络中传输的数据。EPC读写器的特点如下。
（1）空中接口功能
为读取EPC标签的数据，EPC读写器需要与对应的EPC标签有相同的空中接口协议。如果一个EPC读写器需要读取多种EPC标签的数据，该EPC读写器还需要与多种EPC标签具有相同的空中接口协议，这就要求一个读写器支持多种空中接口协议。
（2）读写器防碰撞
EPC系统需要多个读写器，相邻EPC读写器之间会产生干扰，这种干扰称为读写器碰撞。读写器碰撞会产生读写的盲区、读写的重复或读写的错误，因此需要采取防碰撞措施，以消除或减小读写器碰撞的影响。
（3）与计算机网络直接相连
EPC读写器应具有与计算机网络相连的功能，不需要经过另一台计算机作为中介。EPC读写器应该像服务器、路由器等一样，成为网络的一个独立端点，能够支持Internet、局域网或无线网等标准和协议，直接与网络相连。
3、EPC读写器与电子标签构成的系统
电子标签与读写器之间交换的是数据。由于采用无接触方式通信，存在一个空间无线信道，电子标签与读写器之间的数据交换构成一个无线数据通信系统。在这样的模型下，电子标签是数据通信的一方，读写器是数据通信的另一方，要实现安全、可靠和有效的数据通信，通信双方必须遵守相互约定的通信协议。否则，数据通信的双方将互相听不懂对方在说什么，步调也无从协调一致，从而造成数据通信无法进行。
电子标签与读写器构成的无线数据通信系统所涉及到的问题包括：时序系统问题、通信握手问题、数据帧问题、数据编码问题、数据的完整性问题、多标签读写防冲突问题、干扰与抗干扰问题、识读率与误码率问题、数据的加密与安全性问题等。此外，也需要考虑读写器与应用系统之间的接口问题等。
4、RFID中间件
RFID中间件（Middleware）处于读写器与后台网络的中间，扮演RFID硬件和应用程序之间的中介角色，是 RFID 硬件和应用之间的通用服务。这些服务具有标准的程序接口和协议，能实现网络与 RFID 读写器的无缝连接。中间件可以被视为RFID 运作的中枢，它解决了应用系统与硬件接口连接的问题，即使 RFID 标签数据增加、数据库软件由其他软件取代或读写器种类增加时，应用端不需要修改也能处理数据。中间件解决了多对多连接的各种复杂问题，可以实现数据的正确读取，开有效地将数据传送到后端网络，是RFID应用的一项重要技术。
4.1、RFID 中间件的作用
RFID中间件主要是一种面向消息的中间件（Message-Oriented Middleware，MOM），信息是以消息的形式从一个程序传送到另一个或多个程序，信息可以以异步（Asynchronous）的方式传送，所以传送者不必等待回应。面向消息的中间件包含的功能不仅是传递信息，还必须包括解译数据、数据广播、错误恢复、定位网络资源、找出符合成本的路径、消息与要求的优先次序和消息安全等。
（1）独立的架构
RFID中间件独立且介于RFID读写器与后端应用程序之间，开且能够与多个RFID读写器以及多个后端应用程序连接，以减轻架构与维护的复杂性。
（2）数据处理
RFID的主要目的是将实体对象转换为信息环境下的虚拟对象，因此数据处理是RFID最重要的功能。RFID 中间件具有数据搜集、过滤、整合和传递等特性，以便将正确的对象信息传到企业后端的应用系统。RFID 中间件采用存储再转发的功能来提供顺序的消息流，具有数据流管理的能力。
（3）标准
RFID中间件支持标准化协议，支持不同应用软件对RFID数据的请求，能对读写器进行有效的管理和监控。
4.2、RFID中间件的结构
中间件是具有特定属性的程序模块，其一般由程序模块集成器、读写器接口、应用程序接口和网络访问接口构成。 中间件的结构说明如下。
（1）程序模块集成器
程序模块集成器具有数据搜集、过滤、整合和传递等功能。程序模块集成器由多个程序模块构成，分为标准程序模块和用户定义的程序模块，标准程序模块由标准化组织定义，用户定义的程序模块由用户自行定义。
（2）读写器接口
读写器接口采用相应的通信协议，提供与读写器连接的方法。
（3）应用程序接口
应用程序接口提供程序模块集成器与应用程序之间的接口。应用程序有很多种形式，包括仓库管理系统（WMS）、订单管理系统（OMS）和物流管理系统（LMS）等。这些系统通过资源和供应链数据的实时收集和反馈，为决策层提供及时、准确的企业信息。
（4）网络访问接口
网络访问接口提供与互联网的连接，用来构建物联网名称解析服务（IOT-ONS）和物联网信息发布服务（IOT-IS）的通道。
4.4、中间件的发展阶段
从RFID中间件的发展进程来看，RFID中间件可分为应用程序中间件、架构中间件和解决方案中间件3个发展阶段。
（1）中间件的发展初期阶段
应用程序中间件（Application Middleware）是 RFID中间件的发展初期阶段。在这一时期，中间件多以串接RFID读写器为目的。RFID读写器厂商主动提供简单的应用程序接口，以供企业将后端系统与 RFID 读写器串接。以整体发展来看，此时企业需自行花费许多成本购买中间件，以处理前后端系统连接的问题。
（2）中间件的成长兲键阶段
架构中间件（Infrastructure Middleware）是RFID中间件的成长兲键阶段。由于RFID有较大的应用价值，沃尔玛公司和美国国防部等兲键使用者相继实施了 RFID 使用觃划，促使国际大公司持续兲注RFID的发展。在本阶段，RFID中间件不但已经具备平台的管理和维护功能，而且具备基本数据搜集和过滤等功能，同时能满足企业多设备对多应用的连接需求。
（3）中间件的发展成熟阶段
在RFID标签、读写器与中间件的发展过程中，中间件逐步走向成熟。各厂商针对不同领域提出了中间件各项创新应用解决方案（Solution Middleware）。例如，Manhattan Associates公司提出了“RFID in a Box”方案，该公司与Alien Technology Corp公司在RFID硬件端合作，发展以Microsoft.Net平台为基础的中间件，900家原本使用Manhattan Associates解决方案的企业，只需要通过“RFID in a Box”方案，就可以在原有应用系统上增加RFID的管理功能，从而提高了供应链管理的透明度。
4.5、RFID中间件的应用
美国市场调查公司ABI Research Inc.的报告显示，全球RFID市场整体呈高度成长状态。随着硬件技术逐渐成熟，整合服务将超越RFID硬件服务，其中庞大的软件市场尤为引人注目。RFID中间件在各项 RFID 产业中居神经中枢地位，因此受到国内外的特别兲注。未来中间件将主要在“面向服务架构”和“信息安全”两个方面发展。
（1）面向服务架构
面向服务架构（Service Oriented Architecture，SOA）的目标是建立沟通标准，突破应用程序之间沟通的障碍，实现商业流程自动化，支持商业商业模式的创新，让IT变得更灵活，从而更快地响应需求。RFID中间件在未来发展上将以面向服务的架构为基本趋势，向企业提供更加弹性灵活的服务。
（2）基础安全
RFID应用最让外界质疑的是信息安全问题。RFID后端系统连接着大量厂商的数据库，该数据库可能引发商业安全问题，尤其是可能引发消费者的信息隐私权问题。如果布置大量 RFID 读写器，人类的生活与行为将被RFID追踪，沃尔玛公司和麦德龙公司都曾因用户隐私权问题遭受过抵制与抗议。为此，有些厂商已经开始生产带“屏蔽”功能的RFID芯片，通过发射无线射频信号扰乱RFID读写器，让RFID读写器误以为搜集到的是垃圾信息而错失数据，从而达到保护消费者隐私权的目的。目前EPC global也在研究安全机制，以配合RFID中间件的工作，安全将是RFID未来发展的重要内容之一。
