物聯(lián)網(wǎng) 射頻識別 RFID 核心技術詳解（第3版）

第1篇 物聯(lián)網(wǎng)RFID系統(tǒng)架構\t1
第1章　物聯(lián)網(wǎng)與RFID技術　2
1．1　物聯(lián)網(wǎng)起源于射頻識別（RFID）領域　2
1．1．1　物聯(lián)網(wǎng)和RFID的概念　2
1．1．2　RFID的發(fā)展歷程　3
1．1．3　物聯(lián)網(wǎng)的歷史與未來　5
1．2　RFID是一種自動識別技術　7
1．2．1　自動識別技術的概念　7
1．2．2　自動識別技術的分類　7
1．2．3　條碼識別技術　8
1．2．4　磁卡識別技術　10
1．2．5　IC卡識別技術　10
1．2．6　RFID技術　11
1．3　物聯(lián)網(wǎng)RFID的應用領域和應用前景　12
1．3．1　物聯(lián)網(wǎng)RFID的應用領域　12
1．3．2　物聯(lián)網(wǎng)RFID的應用前景　13
1．4　本章小結　14
1．5　思考與練習　14
第2章　RFID系統(tǒng)的基本構成　15
2．1　RFID系統(tǒng)概述　15
2．1．1　RFID系統(tǒng)的基本組成　15
2．1．2　RFID系統(tǒng)的“主-從”原則　16
2．1．3　RFID系統(tǒng)的技術流程　17
2．1．4　RFID系統(tǒng)的分類方法　17
2．2　電子標簽　21
2．2．1　電子標簽的基本組成　21
2．2．2　電子標簽的結構形式　22
2．2．3　電子標簽的工作頻段和功能特點　25
2．2．4　電子標簽的技術參數(shù)　28
2．2．5　電子標簽的封裝　30
2．2．6　電子標簽的發(fā)展趨勢　30
2．3　讀寫器　32
2．3．1　讀寫器的基本組成　32
2．3．2　讀寫器的結構形式　32
2．3．3　讀寫器的工作特點　34
2．3．4　讀寫器的技術參數(shù)　35
2．3．5　讀寫器的發(fā)展趨勢　35
2．4　系統(tǒng)高層　36
2．5　本章小結　36
2．6　思考與練習　37
第3章　物聯(lián)網(wǎng)RFID體系架構　38
3．1　物聯(lián)網(wǎng)RFID體系的基本構成　38
3．2　全球物品編碼　39
3．2．1　物品編碼概述　39
3．2．2　條碼編碼　40
3．2．3　EPC碼　42
3．3　電子標簽與讀寫器構成的RFID識別系統(tǒng)　44
3．3．1　EPC標簽　44
3．3．2　EPC讀寫器　47
3．3．3　EPC讀寫器與電子標簽構成的系統(tǒng)　48
3．4　中間件　48
3．4．1　中間件的特性　49
3．4．2　中間件的基本構成　49
3．4．3　中間件的發(fā)展階段　50
3．4．4　中間件的應用和發(fā)展方向　50
3．5　物聯(lián)網(wǎng)名稱解析服務和信息發(fā)布服務　51
3．5．1　物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡服務概述　51
3．5．2　物聯(lián)網(wǎng)名稱解析服務　52
3．5．3　物聯(lián)網(wǎng)信息發(fā)布服務　53
3．6　基于物聯(lián)網(wǎng)的RFID在我國的實施政策　55
3．7　本章小結　55
3．8　思考與練習　56
第2篇　物聯(lián)網(wǎng)RFID無線傳輸　57
第4章　RFID使用的頻率及電磁波的輻射　58
4．1　頻率及其分類　58
4．1．1　電磁波譜　58
4．1．2　無線電波的頻譜分段法　59
4．1．3　頻譜分配和ISM頻段　60
4．1．4　RFID使用的頻段　62
4．1．5　我國800/900MHz頻段射頻識別(RFID)技術應用規(guī)定　65
4．1．6　我國微功率（短距離）無線電設備的技術要求　68
4．2　電磁波的電參數(shù)　68
4．2．1　電磁波的傳播速度　68
4．2．2　RFID的工作波長　70
4．2．3　波阻抗和能流密度矢量　71
4．2．4　波的極化　73
4．2．5　反射系數(shù)和折射系數(shù)　74
4．3　電磁波的輻射　76
4．3．1　赫茲偶極子產生的場　76
4．3．2　磁基本振子產生的場　80
4．3．3　任意長度偶極子天線產生的場　82
4．3．4　不同波段RFID的電磁場特性　84
4．3．5　各國RFID輻射功率　87
4．4　本章小結　89
4．5　思考與練習　89
第5章　RFID電磁波傳播及接收功率恢復　91
5．1　RFID電磁波的傳播　91
5．1．1　自由空間的傳輸損耗　91
5．1．2　弗里斯方程　93
5．1．3　RFID工作環(huán)境對電波傳播的影響　95
5．2　電磁波的接收　102
5．2．1　互易定理　102
5．2．2　有效接收面積　102
5．2．3　接收的電場強度　104
5．2．4　失配與損耗　107
5．2．5　RFID標簽的最大工作距離　110
5．3　電磁波的反向散射　111
5．3．1　標簽散射的功率　111
5．3．2　雷達截面　112
5．3．3　反向接收的功率　113
5．3．4　RFID失配對反向接收的影響　115
5．4　本章小結　118
5．5　思考與練習　119
第3篇　物聯(lián)網(wǎng)RFID射頻前端　120
第6章　RFID天線技術　121
6．1　天線概述　121
6．1．1　天線的定義　122
6．1．2　天線的分類　122
6．1．3　天線的研究和設計方法　122
6．1．4　天線的電參數(shù)　124
6．1．5　天線陣　132
6．2　RFID天線應用及設計現(xiàn)狀　135
6．2．1　RFID天線的應用現(xiàn)狀　135
6．2．2　RFID天線的設計現(xiàn)狀　137
6．3　低頻和高頻RFID天線技術　138
6．3．1　低頻和高頻RFID天線的結構和圖片　139
6．3．2　低頻和高頻RFID天線的磁場　140
6．3．3　低頻和高頻RFID天線的最佳尺寸　143
6．4　微波RFID天線技術　143
6．4．1　微波RFID天線的結構和圖片　143
6．4．2　微波RFID天線的應用方式　145
6．4．3　多種類型的微波RFID天線　145
6．5　RFID天線的制造工藝　152
6．5．1　線圈繞制法　152
6．5．2　蝕刻法　153
6．5．3　印刷法　154
6．6　本章小結　156
6．7　思考與練習　156
第7章　RFID電感耦合方式的射頻前端　158
7．1　線圈的自感和互感　158
7．1．1　磁通量　158
7．1．2　線圈的電感　159
7．1．3　線圈間的互感　159
7．2　RFID讀寫器的射頻前端　160
7．2．1　RFID讀寫器射頻前端的結構　160
7．2．2　串聯(lián)諧振電路　161
7．3　RFID電子標簽的射頻前端　165
7．3．1　RFID電子標簽射頻前端的結構　166
7．3．2　并聯(lián)諧振電路　166
7．4　RFID讀寫器與電子標簽之間的電感耦合　168
7．4．1　電子標簽的感應電壓　168
7．4．2　電子標簽的直流電壓　171
7．4．3　負載調制　171
7．5　本章小結　174
7．6　思考與練習　174
第8章　RFID電磁反向散射方式的射頻前端　176
8．1　微波RFID射頻前端的基本構成　176
8．2　射頻濾波器的設計　177
8．2．1　濾波器的基本類型　178
8．2．2　低通濾波器原型　178
8．2．3　濾波器的變換及集總參數(shù)濾波器的設計　180
8．2．4　分布參數(shù)濾波器的設計　183
8．3　射頻低噪聲放大器的設計　186
8．3．1　放大器的穩(wěn)定性　186
8．3．2　放大器的功率增益　187
8．3．3　放大器輸入、輸出駐波比　188
8．3．4　放大器的噪聲　188
8．4　射頻功率放大器的設計　189
8．4．1　A類放大器的設計　189
8．4．2　交調失真　190
8．5　射頻振蕩器的設計　191
8．5．1　振蕩器的基本模型　192
8．5．2　射頻低頻頻段振蕩器的設計　192
8．5．3　微波振蕩器的設計　194
8．6　混頻器的設計　196
8．7　本章小結　199
8．8　思考與練習　199
第4篇　物聯(lián)網(wǎng)RFID數(shù)字通信　201
第9章　RFID編碼與調制　202
9．1　信號與信道　202
9．1．1　信號　203
9．1．2　信道　204
9．2　編碼與調制　208
9．2．1　編碼與解碼　208
9．2．2　調制和解調　209
9．3　RFID常用的編碼方法　210
9．3．1　編碼應具有的預期性能　210
9．3．2　編碼格式　211
9．3．3　RFID常用標準的編碼方式　216
9．3．4　編碼方式MATLAB/Simulink仿真　217
9．4　RFID常用的調制方法　219
9．4．1　調制的目的和方式　219
9．4．2　載波　220
9．4．3　振幅鍵控　221
9．4．4　頻移鍵控　222
9．4．5　相移鍵控　223
9．4．6　副載波調制　224
9．4．7　RFID常用標準的調制方式　227
9．5　本章小結　227
9．6　思考與練習　228
第10章　RFID的數(shù)據(jù)完整性　229
10．1　差錯控制　229
10．1．1　差錯的分類和衡量指標　229
10．1．2　差錯控制的方式和原理　230
10．1．3　檢糾錯碼的分類　233
10．2　常用的數(shù)據(jù)校驗方法　234
10．2．1　奇偶校驗　234
10．2．2　縱向冗余校驗（LRC）　236
10．2．3　循環(huán)冗余校驗（CRC）　236
10．2．4　RFID標準的誤碼檢測方式　238
10．3　數(shù)據(jù)傳輸中的碰撞問題及防碰撞機制　239
10．3．1　標簽碰撞和讀寫器碰撞　239
10．3．2　防碰撞機制　241
10．4　防碰撞算法及防碰撞協(xié)議　242
10．4．1　碰撞的判別　242
10．4．2　防碰撞算法　242
10．4．3　RFID標準的防碰撞協(xié)議　246
10．5　數(shù)據(jù)完整性實施策略　248
10．5．1　RFID中數(shù)據(jù)完整性的實施策略　248
10．5．2　編解碼電路和校驗電路FPGA設計　249
10．5．3　RFID通信資源利用　252
10．6　本章小結　255
10．7　思考與練習　256
第11章　RFID的數(shù)據(jù)安全性　257
11．1　RFID的安全與隱私問題　257
11．1．1　RFID的安全問題舉例　257
11．1．2　RFID的隱私問題舉例　258
11．1．3　RFID系統(tǒng)面臨的安全攻擊　258
11．1．4　RFID系統(tǒng)的安全需求　259
11．2　RFID系統(tǒng)的安全解決策略　261
11．2．1　物理安全機制　262
11．2．2　密碼學基礎　262
11．2．3　基于加密算法的安全機制　264
11．2．4　基于共享秘密和相互對稱鑒別的安全機制　267
11．2．5　基于哈希函數(shù)的安全機制　268
11．3　RFID電子標簽和應用系統(tǒng)的安全設計　268
11．3．1　RFID電子標簽的安全設計　269
11．3．2　RFID應用系統(tǒng)的安全設計　271
11．3．3　RFID安全策略舉例　272
11．4　本章小結　274
11．5　思考與練習　275
第5篇　物聯(lián)網(wǎng)RFID體系標準　276
第12章　標簽的體系結構　277
12．1　一位電子標簽　277
12．2　采用聲表面波技術的標簽　279
12．2．1　聲表面波的形成及計算　279
12．2．2　聲表面波器件概述和特點　281
12．2．3　聲表面波標簽　282
12．2．4　聲表面波技術的發(fā)展方向　284
12．3　含有芯片的電子標簽　285
12．3．1　電感耦合標簽的基本功能模塊　285
12．3．2　電磁反向散射標簽的基本功能模塊　286
12．3．3　控制部分的電路結構　287
12．4　具有存儲功能的電子標簽　288
12．4．1　地址和安全邏輯　289
12．4．2　存儲器　290
12．4．3　具有密碼功能和分段存儲的電子標簽　291
12．4．4　非接觸式IC卡和ID卡芯片介紹　292
12．4．5　MIFARE技術　295
12．5　含有微處理器的電子標簽　297
12．5．1　微處理器　298
12．5．2　操作系統(tǒng)命令的處理過程　298
12．5．3　含有微處理器的電子標簽實例　299
12．6　標簽信息編碼規(guī)則　300
12．6．1　EPC碼的標識類型　300
12．6．2　EPC碼的編碼結構　301
12．7　本章小結　303
12．8　思考與練習　304
第13章　讀寫器的體系結構　305
13．1　RFID系統(tǒng)“主-從”原則中的讀寫器　305
13．2　讀寫器的組成與設計要求　306
13．2．1　讀寫器的組成　306
13．2．2　讀寫器的設計要求　309
13．3　低頻讀寫器　309
13．3．1　基于U2270B芯片的讀寫器　309
13．3．2　考勤系統(tǒng)的讀寫器　311
13．3．3　汽車防盜系統(tǒng)的讀寫器　312
13．4　高頻讀寫器　314
13．4．1　MF RC500芯片　314
13．4．2　基于MF RC500芯片的讀寫器　317
13．5　微波讀寫器　319
13．5．1　微波RFID系統(tǒng)射頻前端的一般結構　319
13．5．2　用于聲表面波標簽的微波讀寫器　319
13．5．3　微波讀寫器的一個實例　320
13．5．4　射頻電路與ADS仿真設計　322
13．6　本章小結　327
13．7　思考與練習　328
第14章　物聯(lián)網(wǎng)RFID中間件　329
14．1　RFID中間件概述　329
14．1．1　中間件的概念　329
14．1．2　RFID中間件的分類　330
14．1．3　RFID中間件的發(fā)展歷程　331
14．1．4　RFID中間件的特征與作用　332
14．2　RFID中間件的接入技術和業(yè)務集成技術　333
14．2．1　RFID硬件設備與中間件架構　333
14．2．2　RFID中間件的接入技術　334
14．2．3　RFID中間件業(yè)務集成技術　335
14．3　RFID中間件的基本結構　337
14．3．1　中間件的系統(tǒng)框架　337
14．3．2　中間件的處理模塊　338
14．4　RFID中間件實例　341
14．4．1　IBM的RFID中間件　341
14．4．2　微軟的RFID中間件　342
14．4．3　國內的RFID中間件　343
14．5　本章小結　345
14．6　思考與練習　345
第15章　物聯(lián)網(wǎng)RFID標準體系　347
15．1　物聯(lián)網(wǎng)RFID標準體系簡介　347
15．1．1　RFID標準化組織　347
15．1．2　RFID標準體系構成　349
15．1．3　標準的本質與作用　350
15．1．4　標準與知識產權　351
15．2　ISO/IEC RFID標準體系　351
15．2．1　ISO/IEC 技術標準　352
15．2．2　ISO/IEC數(shù)據(jù)結構標準　354
15．2．3　ISO/IEC性能標準　354
15．2．4　ISO/IEC應用標準　355
15．2．5　ISO/IEC其他標準　357
15．2．6　ISO/IEC的RFID標準匯總表　358
15．3　EPCglobal RFID標準體系　361
15．3．1　EPC系統(tǒng)的框架結構　362
15．3．2　EPC系統(tǒng)的標準體系框架　364
15．3．3　EPC系統(tǒng)的工作流程　365
15．4　日本泛在識別UID標準體系　366
15．4．1　UID標準體系的架構　366
15．4．2　泛在識別碼　367
15．4．3　Ucode標簽　367
15．4．4　泛在通信器　368
15．4．5　信息系統(tǒng)服務器　369
15．4．6　Ucode解析服務器　369
15．5　我國物聯(lián)網(wǎng)RFID技術標準　370
15．5．1　制訂我國RFID標準的必要性和基本原則　370
15．5．2　我國RFID標準體系框架　371
15．5．3　我國RFID的關鍵技術及標準　373
15．5．4　我國RFID應用標準　374
15．6　本章小結　376
15．7　思考與練習　377
第6篇　物聯(lián)網(wǎng)RFID應用實例　378
第16章　物聯(lián)網(wǎng)RFID在交通領域的應用　379
16．1　物聯(lián)網(wǎng)RFID在民航領域的應用　379
16．1．1　RFID在機場管理系統(tǒng)的應用優(yōu)勢　379
16．1．2　RFID在機場管理系統(tǒng)的應用前景　380
16．1．3　RFID在機場管理系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)中的應用　381
16．1．4　實施RFID需要考慮的幾個問題　384
16．1．5　RFID在世界各國機場的應用案例　384
16．2　物聯(lián)網(wǎng)RFID在鐵路領域的應用　385
16．2．1　RFID在鐵路車號自動識別系統(tǒng)中的應用　385
16．2．2　RFID在京津城際列車系統(tǒng)中的應用　388
16．3　物聯(lián)網(wǎng)RFID在公路領域的應用　391
16．3．1　RFID在公交管理系統(tǒng)中的應用　391
16．3．2　美國雙子城RFID公交車庫定位和管理系統(tǒng)　393
16．3．3　RFID不停車收費智能化管理系統(tǒng)　394
16．4　本章小結　396
16．5　思考與練習　396
第17章　物聯(lián)網(wǎng)RFID在制造與物流領域的應用　397
17．1　物聯(lián)網(wǎng)RFID在制造領域的應用　397
17．1．1　物聯(lián)網(wǎng)RFID在制造業(yè)中的作用　397
17．1．2　物聯(lián)網(wǎng)RFID在德國汽車制造領域的應用實例　400
17．1．3　物聯(lián)網(wǎng)RFID在美國電路板制造領域的應用實例　402
17．1．4　各國用于制造業(yè)的RFID產品實例　403
17．2　物聯(lián)網(wǎng)RFID在物流領域的應用　406
17．2．1　物聯(lián)網(wǎng)RFID在物流領域的實施效果　406
17．2．2　物聯(lián)網(wǎng)RFID在日本物品配送領域的應用實例　407
17．3　本章小結　410
17．4　思考與練習　411
第18章　物聯(lián)網(wǎng)RFID在防偽和安全領域的應用　412
18．1　物聯(lián)網(wǎng)RFID在防偽領域的應用　412
18．1．1　物聯(lián)網(wǎng)RFID電子票證在防偽系統(tǒng)中的作用　412
18．1．2　南非世界杯預選賽RFID電子門票系統(tǒng)　413
18．1．3　五糧液酒RFID防偽系統(tǒng)　415
18．2　物聯(lián)網(wǎng)RFID在安全領域的應用　417
18．2．1　中國RFID門禁控制系統(tǒng)　417
18．2．2　德國RFID醫(yī)院信息系統(tǒng)　422
18．2．3　RFID智能汽車鑰匙防盜系統(tǒng)　425
18．3　本章小結　427
18．4　思考與練習　427
習題答案　429
參考文獻　431