系统组成 - 一个典型的 RFID 系统由三部分构成:
读写器(Reader / Interrogator):产生射频场、发起通信并接收标签的响应,同时负责与上位机/后台系统的数据交互。
电子标签(Tag / Transponder / Smart Label):由天线与芯片组成,存储唯一标识和/或业务数据。标签可分为被动(无电池、依靠读写器供能)、半主动(有电池但通信靠射频)和主动(自带发射源)。
后端系统:将读写器传来的数据进行解析、存储与业务处理(例如库管、结算或统计)。
RFID卡读取步骤(更细化) - RFID 卡/标签被读出的过程可以细分为若干步骤,下面按流程描述:
1. 读写器发射射频场
读写器在工作频段内发送射频能量与载波信号。对于被动标签,这个场同时为标签供电。
2. 标签激活并上电
被动标签的天线捕捉到射频能量,芯片被唤醒并准备接收命令;主动或半主动标签则进入通信状态。
3. 防冲突(Anti-collision)与选择(Select)
若阅读区域内有多个标签,读写器运行防冲突算法(如 ALOHA、二进分裂/树形查询等)来逐个识别并选定目标标签,避免信号冲突。
4. 建立会话 / 激活协议
在一些协议中,读写器与标签完成握手或激活流程(例如 ISO/IEC 14443 的 SEL/ANTICOLL/SELECT 步骤),为后续交换建立明确的会话上下文。
5. (可选)认证与密钥协商是否需要认证取决于标签类型与应用:
简单的只读标签可能无需认证,读写器直接读取 UID 或数据块。
对于涉及安全的应用(门禁、电子票证、支付、敏感数据),常会有互相认证(reader↔tag),使用对称或非对称加密(例如 MIFARE DESFire 支持 3DES/AES 等),以防止伪造与窃听。
认证成功后会话通常生成临时会话密钥或进入授权状态,以保证后续读写的机密性与完整性。
6. 数据交换(读/写)
读写器向标签发送读或写命令,标签返回所请求的数据或响应写操作的结果。对于高频(13.56 MHz)智能卡类,数据交换往往以 APDU 或类似命令/响应报文形式进行。
7. 结束会话
通信完成后读写器终止激活状态,标签回到待机或睡眠状态,读写器将接收到的数据转发到后端系统处理。
读写器与卡之间的信息交互要点:
是否需要建立“连接”:严格来说 RFID 通常是无连接(connectionless)的射频通信,但很多协议会有激活/选择与会话管理的逻辑步骤(等同于短时会话),用于标识当前在通信的标签并维持会话上下文。
是否需要认证:由应用决定。门禁与支付场景通常需要强认证(互相认证、加密信道);而简单的物流追踪或库存管理有时只读取公开的 ID,无需认证。
抗碰撞与并发读写:现代读写器实现了防冲突算法,可以同时识别多个标签并逐一处理。
协议层次:RFID 系统涉及物理层(频段、调制)、链路层(帧格式、防冲突)、和应用层(命令集、数据格式)。常见标准如 ISO/IEC 14443(近场智能卡、13.56 MHz)、ISO/IEC 15693(高频远场读写)、EPC Gen2 / ISO 18000-6C(UHF 标签)等,每种标准在握手、认证与命令集上有所不同。
常见工作频段:
国际上通常把 RFID 分布在 ISM 频段,常见频率及对应类别为:
低频(LF):约 125 kHz – 134 kHz,适合短距、穿透性好(例如动物植入、门禁低频卡)。
高频(HF):13.56 MHz,广泛用于智能卡、NFC、电子票证和近距离读写。
超高频(UHF):约 860–915 MHz(视地区而定),适合远距离、快速移动的标签识别(如物流托盘、车间跟踪)。
微波频段:2.4 GHz、5.8 GHz 等,部分专用应用或特定环境下使用。