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RFID無線射頻識別標識系統的探討(上)
作者：黃昌宏
來源：RFID世界網
日期：2005-05-18 10:18:28
摘要：RFID無線射頻識別標識系統的探討(上)
一、何謂RFID
RFID是英文Radio Frequency Identification的縮寫，中文稱為無線射頻身份識別、感應式電子芯片或是近接卡、感應卡、非接觸卡...等等，是非接觸式自動識別技術的一種。根據英國Pira的研究，很可能在未來幾年會對包裝、印刷和紙張?生的重要影響中，其中一項技術即是RFID射頻識別標識（http://www.pira.co.uk/）；Forrester Research公司說，數據中心采用Linux系統、離岸外包、RFID（無線射頻識別）是2004年4大IT趨勢（http://www.topology.com.tw/）；資策會將RFID列入2003年值得觀察的十大技術（http://taiwan.cnet.com/news/）；“已經很久沒有看到這么讓人興奮的新科技了”是工研院企畫組組長對RFID的形容；老技術RFID成為新一代殺手級應用，全球零售業一百二十二兆元商品階級革命（833期商業周刊）。這些都是對RFID的描述。事實上RFID技術早在二次世界大戰就已存在，當時英國用以確認進機場的是否為己方的飛機，以免遭誤擊。
最簡單的RFID系統是由卷標（Tag）、讀取器（Reader）和天線（Antenna）三部分組成：當卷標進入磁場區域后，接收的讀取器發出信號，憑借感應電流所獲得的能量發送出存儲在芯片中的產品信息（Passive Tag，無電源卷標或稱被動卷標），或者主動發送某一頻率的信號（Active Tag，有電源卷標或稱主動卷標）；讀取器讀取信息并譯碼后，送至中央信息系統進行有關的處理，但在實際應用中需要其它的軟硬件支持。
根據美國零售連鎖業聯盟的估計，美國幾大零售業者，一年因為貨品管理不良而遭受的損失高達七百億美元。寶堿公司（Procter & Gamble）前任行銷副總Kevin Ashton就有切身之痛，1997年寶堿公司的歐蕾保濕乳液上市，商品大為暢銷，可是太暢銷了，許多商店貨架常常空掉，由于商品太多、查補的速度又太慢，「我們眼睜睜的看著錢一分一秒從貨架上流失。」Ashton表示。他花了兩年找到了答案，就是將RFID取代現在的商品條形碼（Bar Code），它就變成零售商品的絕佳信息發射器，可以變化出千百種應用與管理方式。在寶堿公司（P&G）和吉列公司（Gillette）的贊助下，美國麻省理工學院（MIT）兩名研發RFID應用技術的教授Sanjay Sarma和David Brock，成立了自動ID中心（Auto-ID Center），專門研究RFID電子商品條形碼，成立的日期1999年10月1日正是條形碼問世25周年。除了總部在School of Engineering, MIT，另外在英國（Cambridge University）、瑞士（St. Gallen University）、澳洲（University of Adelaide）、日本（應慶大學）、中國（復旦大學）都有設立分部（http://www.autoidlabs.org/）。
二、RFID之特性
(一) 數據的讀寫（Read Write）機能：
只要通過RFID Reader即可不需接觸，直接讀取訊息至數據庫內，且可一次處理多個標簽，并可以將物流處理的狀態寫入標簽，供下一階段物流處理的讀取判斷之用。
(二) 容易小型化和多樣化的形狀：
RFID在讀取上并不受尺寸大小與形狀之限制，不需為了讀取精確度而配合紙張的固定尺寸和印刷品質。此外，RFID TAG更可往小型化與多樣型態發展，以應用在不同產品。
(三) 耐環境性：
紙張一受到臟污就會看不到，但RFID對水、油和藥品等物質卻有強力的抗污性。RFID在黑暗或臟污的環境之中，也可以讀取數據。
(四) 可重復使用：
由于RFID為電子數據，可以反復被覆寫，因此可以回收標簽重復使用。如被動式RFID，不需要電池就可以使用，沒有維護保養的需要。
(五) 穿透性：
RFID若被紙張、木材和塑料等非金屬或非透明的材質包覆的話，也可以進行穿透性通訊。不過如果是鐵質金屬的話，就無法進行通訊。
(六) 數據的記憶容量大：
數據容量會隨著記憶規格的發展而擴大，未來物品所需攜帶的資料量愈來愈大，對卷標所能擴充容量的需求也增加，對此RFID不會受到限制。
三、RF之使用頻率現況
為避免各國無線電頻率使用標準不一，造成使用上的混亂與困擾，國際上大多遵守國際電信聯合會（ITU）的規范。目前RFID使用的頻率有6種，分別為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以下傳輸距離短約10公分左右，通訊速度慢。此頻段在絕大多數的國家屬于開放，不涉及法規開放和執照申請的問題，因此使用最廣，主要使用在寵物、門禁管制和防盜追蹤。13.56MHz薄化的效果最佳傳輸距離為1公尺以下，代表性應用為會員卡、識別證、飛機機票和建筑物出入管理，通訊距離10公分左右的近距離非接觸式IC卡發展快速。UHF頻段的RFID標簽最遠可達近5公尺的傳輸距離，可大幅提升現階段的應用層次，通訊品質佳，適合供應鏈品項管理，但有各國頻率法規不一的問題，現有的使用者頻率騰挪問題必不可免，否則跨區應用必然會出現管理的盲點。
四、RFID與條形碼之差異性比較
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目前全球以千億計的大小商品，都靠著產品上一條條粗細不一的線條（條形碼）來辨別身分。但是條形碼只能記載著產品簡單的背景，例如生產商和品項名稱，而且還得透過紅外線接觸掃瞄才能讀取數據。更重要的是目前全世界每年生產超過五億種商品，而全球通用的商品條形碼，由十二位排列出來的條形碼號碼已經快要用光了。條形碼是只讀的、需要對準標的、一次只能讀一個、且容易破損；而RFID是可擦寫的、使用時不需對準標的、同時可讀取多個、堅固全天候使用，可不需人力介入操作。所以Bar Code是有可能被RFID標簽替代的（如圖一）。
有關RFID與條形碼間的一些比較如表一、表二。
五、RFID應用范圍
RFID之應用相當廣泛，最常見的應用為：
* 門禁管制：人員出入門禁監控、管制及上下班人事管理
* 回收資產：棧板、貨柜、臺車、籠車等可回收容器管理
* 貨物管理：航空運輸的行李識別，存貨、物流運輸管理
* 物料處理：工廠的物料清點、物料控制系統
* 廢物處理：垃圾回收處理、廢棄物管控系統
* 醫療應用：醫院的病歷系統、危險或管制之生化物品管理
* 交通運輸：高速公路的收費系統
* 防盜應用：超市的防盜、圖書館或書店的防盜管理
* 動物監控：畜牧動物管理、寵物識別、野生動物生態的追蹤
* 自動控制：汽車、家電、電子業之組裝生產
* 聯合票證：聯合多種用途的智能型儲值卡、紅利積點卡
美國的德州儀器公司（Texas Instruments Incorporated），已生產的RFID產品就包括：門禁控制、航空包裹識別、汽車防盜器、文檔追蹤管理、包裹追蹤識別、畜牧業、后勤管理、移動商務、產品防偽、運動計時、票證管理等等（http://www.ti.com）。
六、發展RFID之可能瓶頸
(一) 隱私權問題：
RFID Journal和市場研究機構ABI，共同進行的一項名為「RFID Journal Live」的調查顯示「采用RFID技術最大的好處是可以對企業的供應鏈進行透明管理，有效降低成本，但最近RFID的安全性也非常令人關注，很多公司推出了增強安全性能的RFID 產品。」（http://www.rfidjournal.com/）因為沒有人會因為它使用起來方便而自愿讓個人隱私權曝光。
(二) 失業問題：
企業采用射頻識別系統后，將接手原來由人工完成的工作并進一步取代人工操作，其衍生而來的的問題，將是許多的勞工面臨失去工作的危機。
(三) 技術的突破：
根據機構Auto-ID Center所做的一項調查顯示，即使貼上雙重卷標，RFID卷標牌仍有3％無法判讀；只貼一個標簽的吊牌則只有78％正確判讀。此外，射頻識別標簽與讀取機具有方向性及射頻識別訊號容易被物體所阻斷，亦為射頻辨識技術未來發展的一大挑戰。
(四)成本的降低：
RFID系統不論是卷標、讀取器和天線可望隨著各大業者應用而使制造成本大幅降低，另外著名顧問公司麥肯錫分析指出，廠商不能只著眼于RFID未來價格下跌就垂涎不已，因為這項技術還需進行企業資源規劃（ERP）軟件升級，而這部份可能所費不貲。
(五)國際標準的制定與推行：
標準化是推動產品廣泛獲得市場接受的必要措施，但射頻識別讀取機與標簽的技術仍未見統一，因此無法一體適用。而不同制造商所開發的卷標通訊協議，適用于不同的頻率，且封包格式不一。就目前看來，現在普遍使用的134KHz和13.56MHz因傳輸距離不夠長而限制了閱讀器和RFID標簽間的傳輸距離，使得若干標簽不能有效地被讀取，而跨越UHF頻段的最大問題是既有之絕大多數的RFID系統和卷標供貨商，以及設備無法支持UHF頻段。也因此，各公司、自動識別中心與國際標準組織都正致力于訂定射頻識別標簽的標準，以求所有的標簽能與任何讀取機兼容。
RFID是英文Radio Frequency Identification的縮寫，中文稱為無線射頻身份識別、感應式電子芯片或是近接卡、感應卡、非接觸卡...等等，是非接觸式自動識別技術的一種。根據英國Pira的研究，很可能在未來幾年會對包裝、印刷和紙張?生的重要影響中，其中一項技術即是RFID射頻識別標識（http://www.pira.co.uk/）；Forrester Research公司說，數據中心采用Linux系統、離岸外包、RFID（無線射頻識別）是2004年4大IT趨勢（http://www.topology.com.tw/）；資策會將RFID列入2003年值得觀察的十大技術（http://taiwan.cnet.com/news/）；“已經很久沒有看到這么讓人興奮的新科技了”是工研院企畫組組長對RFID的形容；老技術RFID成為新一代殺手級應用，全球零售業一百二十二兆元商品階級革命（833期商業周刊）。這些都是對RFID的描述。事實上RFID技術早在二次世界大戰就已存在，當時英國用以確認進機場的是否為己方的飛機，以免遭誤擊。
最簡單的RFID系統是由卷標（Tag）、讀取器（Reader）和天線（Antenna）三部分組成：當卷標進入磁場區域后，接收的讀取器發出信號，憑借感應電流所獲得的能量發送出存儲在芯片中的產品信息（Passive Tag，無電源卷標或稱被動卷標），或者主動發送某一頻率的信號（Active Tag，有電源卷標或稱主動卷標）；讀取器讀取信息并譯碼后，送至中央信息系統進行有關的處理，但在實際應用中需要其它的軟硬件支持。
根據美國零售連鎖業聯盟的估計，美國幾大零售業者，一年因為貨品管理不良而遭受的損失高達七百億美元。寶堿公司（Procter & Gamble）前任行銷副總Kevin Ashton就有切身之痛，1997年寶堿公司的歐蕾保濕乳液上市，商品大為暢銷，可是太暢銷了，許多商店貨架常常空掉，由于商品太多、查補的速度又太慢，「我們眼睜睜的看著錢一分一秒從貨架上流失。」Ashton表示。他花了兩年找到了答案，就是將RFID取代現在的商品條形碼（Bar Code），它就變成零售商品的絕佳信息發射器，可以變化出千百種應用與管理方式。在寶堿公司（P&G）和吉列公司（Gillette）的贊助下，美國麻省理工學院（MIT）兩名研發RFID應用技術的教授Sanjay Sarma和David Brock，成立了自動ID中心（Auto-ID Center），專門研究RFID電子商品條形碼，成立的日期1999年10月1日正是條形碼問世25周年。除了總部在School of Engineering, MIT，另外在英國（Cambridge University）、瑞士（St. Gallen University）、澳洲（University of Adelaide）、日本（應慶大學）、中國（復旦大學）都有設立分部（http://www.autoidlabs.org/）。
二、RFID之特性
(一) 數據的讀寫（Read Write）機能：
只要通過RFID Reader即可不需接觸，直接讀取訊息至數據庫內，且可一次處理多個標簽，并可以將物流處理的狀態寫入標簽，供下一階段物流處理的讀取判斷之用。
(二) 容易小型化和多樣化的形狀：
RFID在讀取上并不受尺寸大小與形狀之限制，不需為了讀取精確度而配合紙張的固定尺寸和印刷品質。此外，RFID TAG更可往小型化與多樣型態發展，以應用在不同產品。
(三) 耐環境性：
紙張一受到臟污就會看不到，但RFID對水、油和藥品等物質卻有強力的抗污性。RFID在黑暗或臟污的環境之中，也可以讀取數據。
(四) 可重復使用：
由于RFID為電子數據，可以反復被覆寫，因此可以回收標簽重復使用。如被動式RFID，不需要電池就可以使用，沒有維護保養的需要。
(五) 穿透性：
RFID若被紙張、木材和塑料等非金屬或非透明的材質包覆的話，也可以進行穿透性通訊。不過如果是鐵質金屬的話，就無法進行通訊。
(六) 數據的記憶容量大：
數據容量會隨著記憶規格的發展而擴大，未來物品所需攜帶的資料量愈來愈大，對卷標所能擴充容量的需求也增加，對此RFID不會受到限制。
三、RF之使用頻率現況
為避免各國無線電頻率使用標準不一，造成使用上的混亂與困擾，國際上大多遵守國際電信聯合會（ITU）的規范。目前RFID使用的頻率有6種，分別為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以下傳輸距離短約10公分左右，通訊速度慢。此頻段在絕大多數的國家屬于開放，不涉及法規開放和執照申請的問題，因此使用最廣，主要使用在寵物、門禁管制和防盜追蹤。13.56MHz薄化的效果最佳傳輸距離為1公尺以下，代表性應用為會員卡、識別證、飛機機票和建筑物出入管理，通訊距離10公分左右的近距離非接觸式IC卡發展快速。UHF頻段的RFID標簽最遠可達近5公尺的傳輸距離，可大幅提升現階段的應用層次，通訊品質佳，適合供應鏈品項管理，但有各國頻率法規不一的問題，現有的使用者頻率騰挪問題必不可免，否則跨區應用必然會出現管理的盲點。
四、RFID與條形碼之差異性比較
目前全球以千億計的大小商品，都靠著產品上一條條粗細不一的線條（條形碼）來辨別身分。但是條形碼只能記載著產品簡單的背景，例如生產商和品項名稱，而且還得透過紅外線接觸掃瞄才能讀取數據。更重要的是目前全世界每年生產超過五億種商品，而全球通用的商品條形碼，由十二位排列出來的條形碼號碼已經快要用光了。條形碼是只讀的、需要對準標的、一次只能讀一個、且容易破損；而RFID是可擦寫的、使用時不需對準標的、同時可讀取多個、堅固全天候使用，可不需人力介入操作。所以Bar Code是有可能被RFID標簽替代的（如圖一）。
有關RFID與條形碼間的一些比較如表一、表二。
五、RFID應用范圍
RFID之應用相當廣泛，最常見的應用為：
* 門禁管制：人員出入門禁監控、管制及上下班人事管理
* 回收資產：棧板、貨柜、臺車、籠車等可回收容器管理
* 貨物管理：航空運輸的行李識別，存貨、物流運輸管理
* 物料處理：工廠的物料清點、物料控制系統
* 廢物處理：垃圾回收處理、廢棄物管控系統
* 醫療應用：醫院的病歷系統、危險或管制之生化物品管理
* 交通運輸：高速公路的收費系統
* 防盜應用：超市的防盜、圖書館或書店的防盜管理
* 動物監控：畜牧動物管理、寵物識別、野生動物生態的追蹤
* 自動控制：汽車、家電、電子業之組裝生產
* 聯合票證：聯合多種用途的智能型儲值卡、紅利積點卡
美國的德州儀器公司（Texas Instruments Incorporated），已生產的RFID產品就包括：門禁控制、航空包裹識別、汽車防盜器、文檔追蹤管理、包裹追蹤識別、畜牧業、后勤管理、移動商務、產品防偽、運動計時、票證管理等等（http://www.ti.com）。
六、發展RFID之可能瓶頸
(一) 隱私權問題：
RFID Journal和市場研究機構ABI，共同進行的一項名為「RFID Journal Live」的調查顯示「采用RFID技術最大的好處是可以對企業的供應鏈進行透明管理，有效降低成本，但最近RFID的安全性也非常令人關注，很多公司推出了增強安全性能的RFID 產品。」（http://www.rfidjournal.com/）因為沒有人會因為它使用起來方便而自愿讓個人隱私權曝光。
(二) 失業問題：
企業采用射頻識別系統后，將接手原來由人工完成的工作并進一步取代人工操作，其衍生而來的的問題，將是許多的勞工面臨失去工作的危機。
(三) 技術的突破：
根據機構Auto-ID Center所做的一項調查顯示，即使貼上雙重卷標，RFID卷標牌仍有3％無法判讀；只貼一個標簽的吊牌則只有78％正確判讀。此外，射頻識別標簽與讀取機具有方向性及射頻識別訊號容易被物體所阻斷，亦為射頻辨識技術未來發展的一大挑戰。
(四)成本的降低：
RFID系統不論是卷標、讀取器和天線可望隨著各大業者應用而使制造成本大幅降低，另外著名顧問公司麥肯錫分析指出，廠商不能只著眼于RFID未來價格下跌就垂涎不已，因為這項技術還需進行企業資源規劃（ERP）軟件升級，而這部份可能所費不貲。
(五)國際標準的制定與推行：
標準化是推動產品廣泛獲得市場接受的必要措施，但射頻識別讀取機與標簽的技術仍未見統一，因此無法一體適用。而不同制造商所開發的卷標通訊協議，適用于不同的頻率，且封包格式不一。就目前看來，現在普遍使用的134KHz和13.56MHz因傳輸距離不夠長而限制了閱讀器和RFID標簽間的傳輸距離，使得若干標簽不能有效地被讀取，而跨越UHF頻段的最大問題是既有之絕大多數的RFID系統和卷標供貨商，以及設備無法支持UHF頻段。也因此，各公司、自動識別中心與國際標準組織都正致力于訂定射頻識別標簽的標準，以求所有的標簽能與任何讀取機兼容。
