ISO/IEC RFID技术标准概述

引言

射频识别（Radio Frequency Identification，RFID|0">RFID）技术，是一种利用射频通信实现的非接触式自动识别技术（以下简称RFID）。RFID标签具有体积小、容量大、寿命长、可重复使用等特点，可支持快速读写、非可视识别、移动识别、多目标识别、定位及长期跟踪管理。RFID技术与互联网、通讯等技术相结合，可实现全球范围内物品跟踪与信息共享。
ISO/IEC是信息技术领域最重要的标准化组织之一。ISO/IEC认为RFID是自动身份识别和数据采集的一种很好手段，制定RFID标准不仅要考虑物流供应链领域的单品标识，还要考虑电子票证、物品防伪、动物管理、食品与医药管理、固定资产管理等应用领域。基于这种认识，ISO/IEC联合技术委员会JTC委托SC31子委员会，负责所有RFID通用技术标准的制定工作，也即对所有RFID应用领域的共同属性进行规范化；委托各专业委员会负责应用技术标准的制定，如ISO TC104 SC4负责制定集装箱系列RFID标准的制定，ISO TC 23 SC19负责制定动物管理系列RFID标准，ISO TC122和ISO TC104组成的联合工作组制定物流与供应链系列应用标准[1]。所有标准的制定工作，可以由技术委员会委托某些专家起草标准草案，也可以由企业或者专家直接提交标准草案，然后按照ISO标准化组织制定标准的程序进行审核、修改直至最后批准执行。目前ISO RFID所有标准草案都可以在网站http://www.autoid.org中找到。

一、通用RFID技术标准
ISO/IEC的通用技术标准可以分为数据采集和信息共享两大类，数据采集类技术标准涉及标签、读写器、应用程序等，可以理解为本地单个读写器构成的简单系统，也可以理解为大系统中的一部分，其层次关系如图1所示；而信息共享类就是RFID应用系统之间实现信息共享所必须的技术标准，如软件体系架构标准等。


图1 ISO RFID 标准体系框图

在图1中，左半图是普通RFID标准分层框图，右半图是从2006年开始制定的增加辅助电源和传感器功能以后的RFID标准分层框图。它清晰地显示了各标准之间的层次关系，自底而上先是RFID标签标识编码标准ISO/IEC 15963，然后是空中接口协议ISO/IEC 18000系列，ISO/IEC 15962和ISO/IEC 24753数据传输协议，最后ISO/IEC 15961 应用程序接口。与辅助电源和传感器相关的标准有空中接口协议、ISO/IEC 24753数据传输协议以及IEEE 1451标准。

1、数据内容标准
数据内容标准主要规定了数据在标签、读写器到主机（也即中间件或应用程序）各个环节的表示形式。由于标签能力（存储能力、通信能力）的限制，在各个环节的数据表示形式必须充分考虑各自的特点，采取不同的表现形式。另外主机对标签的访问可以独立于读写器和空中接口协议[2]，也就是说读写器和空中接口协议对应用程序来说是透明的。RFID数据协议的应用接口基于ASN.1，它提供了一套独立于应用程序、操作系统和编程语言，也独立于标签读写器与标签驱动之间的命令结构。

ISO/IEC 15961规定了读写器与应用程序之间的接口[3]，侧重于应用命令与数据协议加工器交换数据的标准方式，这样应用程序可以完成对电子标签数据的读取、写入、修改、删除等操作功能。该协议也定义了错误响应消息。

ISO/IEC 15962规定了数据的编码、压缩、逻辑内存映射格式[3]，以及如何将电子标签中的数据转化为应用程序有意义的方式。该协议提供了一套数据压缩的机制，能够充分利用电子标签中有限数据存储空间以及空中通信能力。

ISO/IEC 24753扩展了ISO/IEC 15962数据处理能力[3]，适用于具有辅助电源和传感器功能的电子标签。增加传感器以后，电子标签中存储的数据量以及对传感器的管理任务大大增加了，ISO/IEC 24753规定了电池状态监视、传感器设置与复位、传感器处理等功能。图1表明ISO/IEC 24753与ISO/IEC 15962一起，规范了带辅助电源和传感器功能电子标签的数据处理与命令交互。它们的作用使得ISO/IEC 15961独立于电子标签和空中接口协议。

ISO/IEC 15963规定了电子标签唯一标识的编码标准[5]，该标准兼容ISO/IEC 7816-6、ISO/TS 14816、EAN.UCC标准编码体系、INCITS 256以及保留对未来扩展。注意与物品编码的区别，物品编码是对标签所贴附物品的编码，而该标准标识的是标签自身。

2、空中接口通信协议

空中接口通信协议规范了读写器与电子标签之间信息交互，目的是为了不同厂家生产设备之间的互联互通性[6]。ISO/IEC制定五种频段的空中接口协议，主要由于不同频段的RFID标签在识读速度、识读距离、适用环境等方面存在较大差异，单一频段的标准不能满足各种应用的需求。这种思想充分体现了标准统一的相对性，一个标准是对相当广泛的应用系统的共同需求，但不是所有应用系统的需求，一组标准可以满足更大范围的应用需求。

ISO/IEC 18000-1 信息技术－基于单品管理的射频识别－参考结构和标准化的参数定义。它规范了空中接口通信协议中共同遵守的读写器与标签的通信参数表、知识产权基本规则等内容。这样每一个频段对应的标准不需要对相同内容进行重复规定。

ISO/IEC 18000-2 信息技术－基于单品管理的射频识别－适用于中频125～134KHz，规定了在标签和读写器之间通信的物理接口，读写器应具有与Type A(FDX)和Type B(HDX)标签通信的能力；规定了协议和指令以及多标签通信的防碰撞方法。

ISO/IEC 18000-3信息技术－基于单品管理的射频识别－适用于高频段13.56MHz，规定了读写器与标签之间的物理接口、协议和命令以及防碰撞方法。关于防碰撞协议可以分为两种模式，而模式1又分为基本型与两种扩展型协议（无时隙无终止多应答器协议和时隙终止自适应轮询多应答器读取协议）。模式2采用时频复用FTDMA协议，共有8个信道，适用于标签数量较多的情形。

ISO/IEC 18000-4信息技术－基于单品管理的射频识别－适用于微波段2.45GHz，规定了读写器与标签之间的物理接口、协议和命令以及防碰撞方法。该标准包括两种模式，模式1是无源标签工作方式是读写器先讲；模式2是有源标签，工作方式是标签先讲。

ISO/IEC 18000-6信息技术－基于单品管理的射频识别－适用于超高频段860～960MHz，规定了读写器与标签之间的物理接口、协议和命令以及防碰撞方法。它包含TypeA、TypeB和TypeC三种无源标签的接口协议，通信距离最远可以达到10m。其中TypeC是由EPCglobal起草的，并于2006年7月获得批准，它在识别速度、读写速度、数据容量、防碰撞、信息安全、频段适应能力、抗干扰等方面有较大提高。2006年递交了V4.0草案，它针对带辅助电源和传感器电子标签的特点进行了扩展，包括标签数据存储方式和交互命令。带电池的主动式标签可以提供较大范围的读取能力和更强的通信可靠性，不过其尺寸较大，价格也更贵一些。

ISO/IEC 18000-7适用于超高频段433.92 MHz，属于有源电子标签。规定了读写器与标签之间的物理接口、协议和命令以及防碰撞方法。有源标签识读范围大，适用于大型固定资产的跟踪。

3、测试标准

测试是所有信息技术类标准中非常重要的部分，ISO/IEC RFID标准体系中包括设备性能测试方法和一致性测试方法。

ISO/IEC 18046射频识别设备性能测试方法，主要内容有标签性能参数及其检测方法：标签检测参数、检测速度、标签形状、标签检测方向、单个标签检测及多个标签检测方法等；读写器性能参数及其检测方法：读写器检测参数、识读范围、识读速率、读数据速率、写数据速率等检测方法。在附件中规定了测试条件，全电波暗室、半电波暗室以及开阔场三种测试场。该标准定义的测试方法形成了性能评估的基本架构，可以根据RFID系统应用的要求，扩展测试内容。应用标准或者应用系统测试规范可以引用ISO/IEC 18046性能测试方法，并在此基础上根据应用标准和应用系统具体要求进行扩展。

ISO/IEC 18047对确定射频识别设备（标签和读写器）一致性的方法进行定义，也称空中接口通信测试方法。测试方法只要求那些被实现和被检测的命令功能以及任何功能选项。它与ISO/IEC 18000系列标准相对应。一致性测试，是确保系统各部分之间的相互作用达到的技术要求，也即系统的一致性要求。只有符合一致性要求，才能实现不同厂家生产的设备在同一个RFID网络内能够互连互通互操作。一致性测试标准体现了通用技术标准的范围，也即实现互联互通互操作所必须的技术内容，凡是不影响互联互通互操作的技术内容尽量留给应用标准或者产品的设计者。

4、实时定位系统（RTLS）

实时定位系统可以改善供应链的透明性[8]，船队管理、物流和船队安全等。RFID标签可以解决短距离尤其是室内物体的定位，可以弥补GPS等定位系统只能适用于室外大范围的不足。GPS定位、手机定位以及RFID短距离定位手段与无线通信手段一起可以实现物品位置的全程跟踪与监视。目前正在制订的标准有：

ISO/IEC 24730－1 应用编程接口API，它规范了RTLS服务功能以及访问方法，目的是应用程序可以方便地访问RTLS系统，它独立于RTLS的低层空中接口协议。

ISO/IEC 24730－2 适用于2450MHz的RTLS空中接口协议。它规范了一个网络定位系统，该系统利用RTLS发射机发射无线电信标，接收机根据收到的几个信标信号解算位置。发射机的许多参数可以远程实时配置。

ISO/IEC 24730－3适用于433MH的RTLS空中接口协议。内容与第2部分类似

5、软件系统基本架构

2006年ISO/IEC开始重视RFID应用系统的标准化工作[4]，将ISO/IEC 24752调整为6个部分并重新命名为ISO/IEC 24791。制定该标准的目的是对RFID应用系统提供一种框架，并规范了数据安全和多种接口，便于RFID系统之间的信息共享；使得应用程序不再关心多种设备和不同类型设备之间的差异，便于应用程序的设计和开发；能够支持设备的分布式协调控制和集中管理等功能，优化密集读写器组网的性能。该标准主要目的是解决读写器之间以及应用程序之间共享数据信息，随着RFID技术的广泛应用RFID数据信息的共享越来越重要。ISO/IEC 24791标准各部分之间关系如下图：

图10－2软件体系基本结构框图

标准的具体内容如下：

1） ISO/IEC 24791-1 体系架构：给出软件体系的总体框架和各部分标准的基本定位。它将体系架构分成三大类：数据平面、控制平面和管理平面。数据平面侧重于数据的传输与处理，控制平面侧重于运行过程中对读写器中空中接口协议参数的配置，管理平面侧重于运行状态的监视、和设备管理。三个平面的划分可以使得软件架构体系的描述得以简化，每一个平面包含的功能将减少，在复杂协议的描述中经常采用这种方法。每个平面包含数据管理、设备管理、应用接口、设备接口和数据安全五个方面的部分内容。目前已经给出标准草案。
2） ISO/IEC 24791-2 数据管理：主要功能包括读、写、采集、过滤、分组、事件通告、事件订阅等功能。另外支持ISO/IEC 15962 提供的接口，也支持其它标准的标签数据格式。该标准位于数据平面，目前已经给出标准草案。
3） ISO/IEC 24791-3 设备管理：类似于EPCglobal读写器管理协议，能够支持设备的运行参数设置、读写器运行性能监视和故障诊断。设置包括初始化运行参数、动态改变的运行参数以及软件升级等。性能监视包括历史运行数据收集和统计等功能。故障诊断包括故障的检测和诊断等功能。该标准位于管理平面，目前正在制定过程中，还没有公布草案。
4） ISO/IEC 24791-4 应用接口：位于最高层，提供读、写功能的调用格式和交互流程。据估计类似于ISO/IEC 15961应用接口，但是肯定还需要扩展和调整。该标准位于数据平面，目前正在制定中，还没有看到草案。
5） ISO/IEC 24791-5 设备接口：类似于EPCglobal LLRP低层读写器协议，它为客户控制和协调读写器的空中接口协议参数提供通用接口规范，它与空中接口协议相关。该标准位于控制平面，目前正在制定中，还没有看到草案。
6） ISO/IEC 24791-6 数据安全：正在制定中，目前没有见到草案。

6、实施指南

ISO/IEC 24729－实施指南[7]，它是目前正在制定过程中标准，包含以下三个部分：
ISO/IEC 24729－1 RFID使能标签标识与包装；
ISO/IEC 24729－2 RFID可回收标签；
ISO/IEC 24729－3 RFID读写器/天线安装。

应该注意的是以上RFID系列标准中包含了大量专利，如ISO/IEC 18000系列中列出了部分专利，其实还有很多专利并没有在标准中列出来。