物联网RFID原理与技术

《国家级特色专业（物联网工程）规划教材：物联网RFID原理与技术》是依托中南大学国家级特色专业（物联网工程）的建设，结合国内物联网工程专业的教学情况编写的。《国家级特色专业（物联网工程）规划教材：物联网RFID原理与技术》从一个全新的体系介绍物联网RFID的原理与技术，全书分为三个部分，共12章。从射频识别的“射频”（包括传输线理论、谐振电路、天线基础），到射频识别的“识别”（包括RFID系统的读写器和电子标签，以及读写器与电子标签之间的通信技术：编码与调制技术、防碰撞技术和安全技术），最后以“应用”结尾（包括RFID技术广泛应用的前提——标准化，基于RFID的典型物联网架构——EPC系统，以及RFID技术在四个不同领域的应用实例）。本书在编写过程中力求深入浅出、重点突出、简明扼要，尽可能方便不同专业背景和知识层次的读者阅读。^[1]

第一部分包含第1～3章，讲述射频识别中的“射频”部分。本书首次将射频电路知识（传输线理论、谐振电路和天线基础）作为射频识别的基础进行了介绍，这将使得没有射频电路基础的读者也可以很好地理解射频识别。

其中，第1章为传输线理论，介绍射频电路中的基本概念——传输线，这一章是本书中独立性最大的一章，读者可以根据实际情况决定是否学习本章内容。第2章为谐振电路，主要介绍串联谐振和并联谐振，是后续章节介绍RFID通信过程的理论基础。第3章为天线基础，介绍RFID系统常用的天线及天线的电参数。

第二部分包含第4～9章，讲述射频识别中的“识别”部分，重点介绍射频识别系统的主要组成部分（电子标签、读写器），以及读写器与电子标签的通信技术（编码与调制技术、防碰撞技术和安全技术）。

其中，第4章为物联网RFID系统概述，讲述RFID系统的基本概念和分类。第5章和第6章分别为电子标签和读写器，介绍它们的基本构成和工作原理。第7章介绍读写器与电子标签之间进行通信的重要步骤——编码与调制。第8章和第9章分别讲述RFID通信中的关键问题——防碰撞技术和安全技术。

第三部分包含第10～12章，讲述射频识别技术的应用。

其中，第10章为RFID标准，介绍RFID技术广泛应用的前提——标准化。第11章介绍物联网的典型架构——EPC系统，该系统可在RFID的基础上，构建一个全球互联的物联网。第12章介绍RFID在四个不同领域的典型应用实例。

第1章传输线理论1

1.1认识传输线 2

1.1.1长线的含义 2

1.1.2传输线的构成 2

1.1.3传输线举例 3

1.2传输线等效电路表示法 4

1.3传输线方程及传输线特征参数 5

1.3.1一般传输线方程——基尔霍夫定律表示式 5

1.3.2特性阻抗 7

1.3.3传播常数 8

1.4均匀无耗传输线工作状态分析 8

1.5本章小结 9

思考与练习 10

第2章谐振电路 11

2.1串联谐振电路 12

2.1.1串联谐振电路的谐振条件 12

2.1.2串联谐振电路的谐振特性 13

2.1.3串联谐振电路的谐振曲线和通频带 16

2.1.4串联谐振电路的有载品质因数 17

2.1.5串联谐振电路在RFID中的应用 18

2.2并联谐振电路 18

2.2.1并联谐振电路的组成 18

2.2.2并联谐振电路的谐振条件 19

2.2.3并联谐振电路的谐振特性 19

2.2.4并联谐振电路的谐振曲线和通频带 20

2.2.5并联谐振电路的有载品质因数 21

2.2.6并联谐振电路在RFID中的应用 21

2.3传输线谐振电路概述 23

2.4本章小结 23

思考与练习 25

第3章天线基础 27

3.1天线概述 28

3.1.1天线的定义 28

3.1.2天线的分类 28

3.2基本振子的辐射 29

3.2.1电基本振子的辐射 29

3.2.2磁基本振子的辐射 31

3.3天线的电参数 31

3.3.1天线的效率 31

3.3.2输入阻抗 32

3.3.3频带宽度 32

3.3.4方向图 33

3.3.5天线的增益 34

3.3.6极化特性 34

3.4RFID系统常用天线 35

3.4.1对称振子天线 35

3.4.2引向天线 36

3.4.3微带天线37

3.5不同频段的RFID天线技术 38

3.5.1低频和高频RFID天线技术 38

3.5.2微波RFID天线技术 39

3.6本章小结 40

思考与练习 41

第4章物联网RFID系统概论 43

4.1自动识别技术简介 44

4.1.1条形码 44

4.1.2生物特征识别技术 45

4.1.3射频识别（RFID） 46

4.2射频识别系统组成 47

4.2.1读写器（Reader） 48

4.2.2电子标签（Tag） 48

4.2.3上层管理系统 48

4.3RFID系统的分类 48

4.3.1按照工作方式进行分类 49

4.3.2按照电子标签的数据量进行分类 49

4.3.3按照读取信息手段进行分类 50

4.4RFID系统使用的频率 50

4.4.1低频 50

4.4.2高频 51

4.4.3超高频 51

4.4.4微波 52

4.5本章小结 52

思考与练习 53

第5章电子标签 55

5.1智能卡与电子标签 56

5.1.1磁卡 56

5.1.2IC卡 57

5.1.3电子标签 58

5.2电子标签的类别 59

5.2.1工作方式类别 59

5.2.2可读写性类别 60

5.2.3工作频率类别 61

5.3电子标签的组成结构 62

5.3.1电子标签的天线 62

5.3.2电子标签的芯片 65

5.4电子标签的封装 68

5.4.1电子标签的封装加工 68

5.4.2电子标签的封装形式 69

5.5一种典型的电子标签（S50卡） 71

5.5.1内部结构与工作过程 71

5.5.2存储器组织与访问控制 72

5.6RFID电子标签的问题及趋势 75

5.6.1RFID电子标签存在的问题 75

5.6.2RFID电子标签的发展趋势 76

5.7本章小结 77

思考与练习 77

第6章RFID读写器79

6.1读写器的基本原理 80

6.1.1读写器的基本功能 80

6.1.2读写器的工作过程 81

6.2读写器的基本构成 82

6.2.1射频模块 83

6.2.2逻辑控制模块 83

6.2.3天线模块 84

6.3读写器的结构形式 85

6.3.1固定式读写器 85

6.3.2便携式读写器 86

6.4读写器管理技术 87

6.4.1读写器管理协议 87

6.4.2多读写器组网技术 89

6.4.3读写器发展趋势 89

6.5本章小结 90

思考与练习 90

第7章编码与调制 91

7.1RFID系统的通信过程 92

7.2RFID信源编码方法 94

7.3差错控制编码（信道编码） 97

7.3.1差错控制编码的相关概念 97

7.3.2常用的差错控制编码 99

7.4RFID系统调制方法 103

7.4.1振幅键控 104

7.4.2频移键控 105

7.4.3相移键控 106

7.4.4副载波调制 107

7.5RFID系统的耦合方式与调制 109

7.5.1电感耦合与负载调制 109

7.5.2电磁反向散射耦合与调制 112

7.6本章小结 113

思考与练习 114

第8章RFID防碰撞技术 115

8.1RFID系统中的碰撞与防碰撞 116

8.1.1RFID系统中的碰撞 116

8.1.2RFID系统中防碰撞算法分类 117

8.2ALOHA算法 119

8.2.1纯ALOHA算法 120

8.2.2时隙ALOHA算法 121

8.2.3帧时隙ALOHA算法 121

8.2.4动态帧时隙ALOHA算法 122

8.3二进制树型搜索算法 123

8.3.1二进制树型搜索 123

8.3.2动态二进制树型搜索 128

8.3.3基于随机数和时隙的二进制树搜索 130

8.4本章小结 131

思考与练习 132

第9章RFID系统的安全 133

9.1RFID系统面临的安全攻击 134

9.2RFID系统安全解决方案 135

9.2.1物理方法 135

9.2.2逻辑方法 136

9.3智能卡的安全问题 139

9.3.1影响智能卡安全的基本问题 139

9.3.2物理安全 139

9.3.3逻辑安全 140

9.4本章小结 143

思考与练习 143

第10章物联网RFID标准 145

10.1RFID标准概述 146

10.1.1RFID国际标准化机构 146

10.1.2RFID标准体系 147

10.1.3RFID标准多元化的原因 149

10.2ISO/IEC的相关标准 150

10.2.1ISO/IEC的标准体系 150

10.2.2非接触式IC卡国际标准（ISO/IEC14443） 150

10.2.3空中接口通信协议标准（ISO/IEC18000） 155

10.3EPC的相关标准 158

10.3.1EPCglobal的RFID标准体系 158

10.3.2EPCglobal与ISO/IECRFID标准之间的关系 161

10.4本章小结 162

思考与练习 162

第11章物联网的典型架构——EPC系统 163

11.1RFID系统应用类型 164

11.1.1开放式RFID应用系统 164

11.1.2非开放式RFID应用系统 165

11.1.3基于EPC的开放式RFID应用系统 165

11.2EPC系统的组成 165

11.2.1EPC系统与物联网 165

11.2.2EPC系统构成 166

11.2.3EPC系统的特点 168

11.3EPC编码体系 168

11.3.1EPC编码原则 168

11.3.2EPC编码的结构 169

11.3.3EPC编码的类型 171

11.4EPC信息网络系统 173

11.4.1Savant中间件 173

11.4.2对象名称解析服务ONS 174

11.4.3EPC信息服务 177

11.5本章小结 178

思考与练习 178

第12章RFID的应用实例 181

12.1RFID在防伪领域的应用 182

12.1.1RFID在票券防伪中的应用 182

12.1.2RFID在贵重商品防伪中的应用 184

12.2RFID在公共安全领域的应用 187

12.2.1基于RFID技术的智能门禁系统187

12.2.2RFID在矿井安全中的应用 188

12.2.3RFID在食品安全中的应用 189

12.3RFID在医疗卫生领域的应用 191

12.3.1RFID在医疗卫生行业中的应用概述 191

12.3.2基于RFID技术的智能医护系统 192

12.4RFID在智能交通领域的应用 194

12.4.1基于RFID技术的不停车收费系统194

12.4.2基于RFID技术的智能公交系统196

12.5本章小结 198

思考与练习 198

参考文献 200