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图1 光学扫描与数字信号的对应关系

    全球的商品条码系统是由“国际商品条码总会”（International Article Numbering　Association， IANA）负责各会员国的国家代号的分配与授权，再由各会员国的商品条形码专责机构，对其国内的制造商、批发商、零售商等授予厂商代表号码。通常情况下，每一种商品都有一个独立的Barcode，犹如带有统一编号的商品身份证，可以在全球范围内得到一致的身份认定。

    根据信息表达维数的不同，条码可分成一维条码和两维条码，一维条码一般只在水平方向表达信息，信息容量约在30个字符左右，而且只能包含字母和数字，条码遭受损坏后便不能阅读；而二维条码则在水平和垂直两维空间存储信息，可以使条码的信息容量更大，编码范围更广，保密性和可靠性更高。

1.2  RFID的工作原理

    作为自动识别领域的后起之秀，RFID技术早在二次大战时期就有应用，当时英国军队就用这一技术来区分飞进英国领空的飞机是敌军还是英军的。20世纪60年代，美国国家实验室开始使用RFID 技术来管制核能原料。1977 年，美国Las Alamos国家实验室把核能原料管制相关的RFID技术移转民间进行商品化发展。20世纪80 年代中期，美国TI 及摩托罗拉公司开始少量生产低频之RFID 标签，各种应用逐渐展开。但在数十年的发展历程中，RFID基本停留在低频RFID的应用，通信距离短，传输信息量少，成本高，没有很好地普及开来。近几年RFID之所以备受瞩目，很大程度上得益于美国麻省理工学院(MIT)创立的自动识别中心（Auto-ID Center）的推动，该中心在美国宝洁（Procter & Gamble，P&G）及吉列（Gillette）等公司的协助下开发出了高频RFID技术与标准，较好地弥补了低频RFID的不足，才使得RFID技术真正具备了全面推广的条件。

    RFID是一种自动化的数据捕捉技术，可通过所包含的标签进行电子化的识别、跟踪和储存信息，一个无线频率阅读器可用来扫描标签上的数据，并向数据库发送信息，数据库通过所包含的标签储存数据。RFID系统的主要组件包括标签、阅读器和数据库。如图2所示[2]。

图2  RFID系统组成原理图

图3  标签结构图

    RFID标签可分为被动型标签（Passive tag）、半被动型标签（Semi-passive tag）和主动型标签（Active tag）三种类型。被动型标签没有自备能量，不会主动与阅读器进行通信，当阅读器发射的电磁波形成的电磁场与RFID标签的天线耦合的时候，被动型标签即会作出响应，并开始与阅读器进行通信，实现数据的传输。这种情形犹如镜子对太阳的反射，阅读器好比太阳，可以发射和传输能量，被动型标签就如镜子，能把阅读器发射的“太阳光”反射至一定的距离。目前，这一距离大致能保持3～5米左右[3]。半被动标签加装有电池功能，但它也不会主动地与阅读器通信，电池功能的作用主要用来执行一些额外的任务，比如监控环境温度以及为标签内部的电子器件供能等。有些半被动标签的电池在接收到来自阅读器的信号之前会自动处于休眠状态，以确保电池的寿命。由于半被动型标签不需要来自阅读器的电磁场能量来运行标签，这样就可以在非常低的信号水平下进行工作，读取距离可以长达数十甚至上百米[4]。主动型标签除天线和芯片外还包含一个能量源和一个传输器，以持续向阅读器发送信号。这类标签典型地具有可读写数据的功能，它既能主动地向阅读器发起通信，又能被动地接收阅读器发出的信号，具有双向交互通信的能力。主动型标签产生的无线射频能量作用在它的天线上，这种自主性意味着它们的通信距离可比前两种标签覆盖得更远，根据能量供给的强弱，可以达到数百甚至数千米。

    RFID系统的阅读器类似于Barcode系统中的扫描装置，具有可靠地读取标签，以及把读取的结果与数据库进行通信的能力。阅读器能够使用它的天线与标签通信，当阅读器散发无线电波，所有指定的标签都能对这一频率作出反应，并在相应的范围内作出应答。

    RFID系统中的数据库是一个处于后端的逻辑信息系统，用来跟踪和容纳加载标签的目标的信息，储存在数据库中的信息可以包括目标的标识符、特性描述、制造商、目标的运动过程和位置等。数据库中的数据还可以连接到其他网络，比如局域网，并通过它可把数据连接到互联网，这就真正实现了实物与互联网的联网（常常被称作为“物联网”），标志着一种新的网络应用模式的开始。

1.3  RFID与Barcode工作原理的差异

    从技术类型的角度来认识，RFID属于无线传输技术，依靠无线电波来传输信号；而Barcode则属于一种光学识别技术，通过光反射的信号来获得数据。所以，这两种自动识别技术数据交换方式上有着显著的不同。

    作为一种无线传输技术，由于无线电波所具有的发散性，使得RFID技术不需要象Barcode技术那样必须保持直线可视状态即可进行数据的传输，这一点是RFID应用广泛的重要原因之一。RFID标签可以通过各种包装和容器进行阅读，包括纸板容器、用以密封的塑胶包装、木板包装等，带有标签的物体即可通过相应的RFID系统读取数据，而不必考虑它们具体的摆放位置。同样是因为无线传输的缘故，RFID阅读器可在它们的阅读区域内即时自动地识别和区分所有无线射频标签，这一同步处理流程的能力为原料处理、包装和分类操作等提供了极大的灵活性，因为它不需要在识别目标之间保留一定的时间间隔和空间距离就可以连续大批量的阅读，使得RFID成为理想的高速分类、快速通行、大批量分拣的应用技术[5]。

    从工作原理的角度来看，Barcode技术是一种相对简单，应用便捷的技术，在一般性的识别应用领域发挥着基础性的作用。

2  RFID与Barcode功能特性的比较

    作为自动识别技术两种不同的形式，RFID技术和Barcode技术都具有自动识别的功能，但两者在功能特性上有着较为明显的不同，这种差异不但对更好地把握RFID的技术本质很有帮助，而且可以进一步提高对RFID技术的认识。

2.1  RFID与Barcode识别能力的比较

    由于Barcode技术所采用的是光学识别方法，决定了识别过程中必须满足的条件：识别距离必须保持在比较近的范围，一般在数厘米到数十厘米之间；条码和阅读器必须保持直线可视状态，稍有弯曲和偏离即无法进行有效识别；条码的“条”、“空”虽有电脑生成，但所附载的信息很容易被复制，难免会产生条码被伪造等后果。

    与Barcode相比，RFID在识别能力方面具有比较大的优势：识别距离可根据具体的识别需求选择相应的标签类型和无线频率来决定，可从微距离（数厘米）、到近距离（数十厘米到数米）、远距离（数米到数十米）再到超远距离（数十、数百甚至到数千米），这样就大大拓展了识别的空间距离和范围，应用的场合显然要比Barcode大得多；由于不需要保持直线可视状态即可识别，使得RFID的识别灵敏性和方便性比Barcode要出色得多，只要在合适的识别范围之内，RFID能够自动辨识有效的识别信息，而不必考虑识别标签处在什么样的状态。这一特性既可以显著提高识别的效率，又可以有效弥补Barcode识别的不足，使自动识别的领域得到极大的扩展；RFID标签所具有的唯一的产品序列号不但可以防止标签附载的信息被复制，而且提供了强大的记数和跟踪的能力，在提高供应链的可视性和高效地实现资产跟踪等许多方面可以大显身手[3]。

    由此可见，RFID技术所具有的识别能力与Barcode相比，有了一个质的提升，这是RFID技术得以广受关注、并快速发展的主要原因之一。

2.2  RFID与Barcode识别环境的比较

   作为两种不同的识别技术，RFID和Barcode对识别环境的要求也是有很大差异的。Barcode通常采用纸质打印条码标签，决定了条码的“生性”较为脆弱，对生存环境的要求相对较高：标签必须保持干燥，不能受潮；必须在合适的环境温度下工作，不能耐受高温或低温的环境工作；不能抵制化学品的腐蚀，否则受损后不能被阅读器识别；只能保持平整状态，如遇到皱折等情况会出现读取困难。虽然条码标签对识别环境的要求苛刻，但又不得不直接面对各种应用环境，因为标签必须处于裸露状态，只有被阅读器辨识的条件下才能被有效识别[6]。

    与Barcode相比，RFID标签的核心组件―芯片和天线往往包裹在特制的塑料等介质之中，在耐受环境的能力方面比Barcode标签要强很多：RFID标签对温度、湿度没有特殊的要求，可以在各种自然条件环境中应用；RFID标签对化学腐蚀性的耐受程度相对较高，可以广泛用在化学品、药品、食品等生产、运输和销售领域，对控制原材料的品质、监控产品质量有着很大的作用；由于不需要直接面对阅读器识别，RFID标签可以安置在包装物的内部、货架甚至隐藏在商品之中，受损的机率大大缩小，可靠性必然会得到很大的保证。

    当然，由于RFID系统通过无线电波传输信号，自然会受到无线电波的干扰，必须科学设置频率波段以合理解决这一问题。另外，在金属屏蔽等条件下，标签信息的读取也会受到影响，甚至会出现“不读”现象，这是RFID识别环境所需要极力避免的。

2.3  RFID与Barcode信息处理能力的比较

    信息处理能力是自动识别技术的关键指标，对识别技术的应用有着很大的关系。Barcode作为一种光识别技术，在信息处理方面有这样几个特点：

    一是识别信息打印在识别标签上，记录的是静态识别信息，打印后便不能再进行修改或更新；
 
    二是识别信息的容量有限，一般只能提供几十字节的信息量，仅能记录诸如制造商和产品认证等方面的信息，即使是两维条码也只能附载有限的信息；三是条码不可重复使用，它的使用寿命是一次性的，不可再生。

    与Barcode相比，RFID在信息处理能力方面具有更为高超的能力，表现在以下几个方面：

    一是识别信息储存在标签的芯片上，芯片可根据需要不限次数地进行新增、修改、删除RFID标签内储存的数据，所以，RFID标签记载在识别信息的处理上有比较大的灵活性和适应性；
 
    二是RFID标签的信息存储量要比Barcode标签大得多，它的数据存储量取决于芯片的规格，存取范围可以从96字节左右的简单身份识别号码到32K字节大小的更多产品信息，今后的发展趋势是每一标签的信息存储量将会不受限制[4]；三是RFID标签在信息读取时可以设置成相应的密码保护，高度安全性的保护措施使之不易被伪造及变造；四是RFID能够对数据采集流程实现更大程度的自动化，可根据保存在标签内的识别数据进行有选择的标签阅读[7]；五是因为RFID标签可以反复阅读，所以它的寿命几乎是无限的。

    由此可见，RFID在信息处理能力方面与Barcode相比有着根本性的进步，使自动识别技术的水平和层次得到了极大的提升。

2.4  RFID与Barcode识别效率的比较

    在自动识别技术的应用中，识别效率是一个必须经常考虑的问题，特别是零售业、仓储运输业中的应用，没有一定的识别效率很难满足需要。Barcode在识别效率方面受到两个方面因素的影响：

    一是必须在识别过程中进行人工的介入；

    二是条码阅读器每次只能读取单一的条码数据。这两个因素使得Barcode的识别效率受到很大的局限，在很多场合很难适应大批量、多品种、高速度的识别要求。

    与Barcode不同的是，RFID在识别过程中既不需要人工的介入，也不需要预先对识别目标进行识别位置的定位，识别处理的过程自然要比Barcode更为简便、快捷[3]；另一方面，由于RFID采用的是无线射频自动识别方式，标签信息的读取是实时进行的，而且，更为重要的是，RFID系统能在同一时间进行多标签阅读，这一特性使得识别效率有了显著的提高。诸多大型零售商之所以热衷于RFID技术，很大的原因是它们都在寻找机会以消除手工扫描每年数以十亿计的商品和需要移动的包装，而RFID技术恰恰在这一方面可以一显神通[3]。

2.5  RFID与Barcode应用成本的比较

    应用成本是每一个采用自动识别技术的厂商必须首先考虑的问题，也是决定某种识别技术能否得到大面积推广的重要因素。RFID与Barcode应用成本的比较不能单纯地分析哪种标签以及识别设备购置成本的高低，需要对投入成本和使用成本等方面进行综合考虑。

    从投入成本的角度来看，无论是RFID系统还是Barcode系统，两者都需要标签识别设备和标签本身的投入。在Barcode系统中，识别设备包括阅读器、标签打印机及计算机处理系统等，这方面的投入成本并不高，如果使用企业有比较好的信息化基础条件，可以说新增成本不会给企业带来过多的负担。而标签的生成和制作则是一种随需要量而定的变动成本，如果光从打印耗材的角度来考虑，这样的成本几乎微乎其微，基本不会增加识别目标的额外成本。从中可以看出，成本低下正是Barcode广泛普及和应用的根本原因。但如果考虑到识别过程所需要的人工投入，以及采用技术可能带来的成本压缩的潜力，那么，它的成本优势会显得不再非常突出。

    与Barcode系统相比，RFID系统的投入要高出许多，主要是RFID的标签比Barcode标签要复杂，芯片、天线以及有源标签的电池系统都需要比较高的成本投入。目前，国际市场上提供的RFID标签的价格根据性能的不同大致分布在数十美分到数十美元之间。但是可以肯定的是，随着应用规模的扩大，以及制造技术的不断成熟，RFID标签的成本会出现大幅下降的趋势。为了降低RFID标签的成本，国际上有众多IT厂商都在进行积极而有效的探索，比如国际著名的RFID标签制造商艾伦科技公司（Alien Technology Corp.）在2005年9月底宣布，当订货量不低于100万个时，96位的RFID标签的价格已降到12.9美分。在过去的12月中，这一价格的降价幅度达到了44%[8]。荷兰菲利浦公司也已开发出了新的芯片组装技术，成本降低的潜力较为可观[4]。从国际范围来看，把RFID标签制造成本降到5美分已成为众多厂商共同追求的目标，因为这一价位是关系到RFID技术能否真正普及的一个重要的“坎”。

    当然，更应该看到的是，RFID技术在降低成本方面的潜力是十分显著的。JIT（Just In Time，即时制）制造模式是众所周知控制成本的有效手段，它的关键思想是，如果零部件在交货的时候即能使用，以及在它们需要的时候能即刻交货，这样制造商和它们的供应商都能通过减少损失和库存损耗以及降低仓储成本，实现巨大的成本压缩。而RFID技术的应用可以使零部件和整机组装之间实现基于无线射频的数据通信，可以做到即时生产、即时供应。RFID在零售和制造中的终极目标是要消除中间环节，构建完美的供应链，而不再需要建设物流中心，产品将直接从工厂发送到零售中心[9]。如果真正能实现这样的目标，那么传统的依靠中间环节运转的商业运行模式将会产生根本性的变化。

    从已经应用RFID技术的企业所取得的效果来看，确实令人兴奋。IBM公司的顾问人员曾在自动识别中心的六个成员公司作过调研，得出的结论是，RFID的应用可以削减5～25%的库存，离JIT运作模式所倡导的“零库存”要求大大进了一步，某种意义上将提升全球范围内的劳动生产率[1]。

3  RFID与Barcode技术应用领域的比较

    如果说，在RFID技术开始普及之前，Barcode技术在自动识别领域一统天下的话，那么，随着RFID技术本身的成熟以及成本的不断下降、标准和规范等外在要素的逐步规范，这样的格局也将随之打破。换句话说，Barcode技术和RFID技术将会在越来越适合自己的应用领域凸显各自的价值。

3.1  Barcode技术的典型应用

    Barcode技术经过较长时期的发展，目前在很多领域均有较为成熟的应用，特别是在生产过程、供应链管理以及物流运营等环节的应用很广，在此列出一些较具代表性的应用：

    (1) 零部件库存管理。利用Barcode技术管理零部件库存，可显著提高零部件管理的准确性和效率，减少人为造成的差错，可以节约大量的人工成本；

    (2) 产品储存管理。传统的仓储体系由于对产品的出入库、存放地点等信息的采集困难，导致效率低下，程序烦琐。采用Barcode技术使得产品储存信息的采集和管理变得十分便捷，可以获得显著的效率和效益；

    (3) 生产作业管理。在Barcode应用之前，每个产品在上生产线前，必须手工记载生成这个产品所需的工序和零件，领料员记载分配好物料后，才能开始生产。应用Barcode技术后，就可把订单号、零件种类、产品数量编号等信息通过条码反映出来，整个过程无需手工记录，自然可有效提高生产作业的效率；

    (4) 客户服务管理。当客户需要得到产品维修和使用指导时，就可直接通过条码标签获知产品的基本信息，包括产品出厂日期、维修记录、零部件供应商等，对提高客户服务的质量，降低服务成本十分有益；

    (5) 供应链管理。这是目前使用最多、见效最快的应用领域，尤其是对产品各类花样繁多的企业，如服装、家电等，Barcode技术可以帮助企业及时了解市场行情，把握市场竞争主动权，提高企业的市场适应能力和竞争实力；

    (6) 物流配送管理。在物流领域，Barcode技术可跟踪产品从生产到销售的全过程，把各个环节、各个阶段的信息联接在一起，可大大提高物流运作过程的可视性（Visibility）和协同性（Collaboration）。

    由此可见，Barcode技术如果能和企业的应用系统结合起来，可以在生产经营活动的诸多环节发挥重要作用。

3.2  RFID技术的典型应用

    由于RFID具有特定的识别能力和特性，因而应用范围十分广泛，特别是在Barcode技术鞭长莫及的领域更能大显身手。

　以被动型RFID标签为例，不同的工作频率都对应着较为合适的应用领域：

    (1) 低频典型应用。低频（工作频率从125kHz到134kHz之间）RFID标签较为合适的应用领域主要有：牲畜管理系统、汽车防盗和无钥匙开门系统、自动停车场收费和车辆管理系统、自动加油系统、酒店门锁管理系统、门禁和安全管理系统等；

    (2) 高频典型应用。高频（工作频率为13.56MHz）RFID标签的主要应用领域有：图书管理系统，服装、玩具等生产管理系统，物流管理系统，大型活动人员进出管理系统，固定资产管理系统，智能货架管理系统，三表预收费系统等；

    (3) 超高频典型应用。超高频（工作频率从860MHz到960MHz之间）标签最为适宜的应用领域主要有：供应链管理系统、生产线自动化的管理和应用系统、航空包裹的管理和应用系统、集装箱的管理和应用系统、铁路包裹的管理和应用系统、军事后勤的管理和应用系统等。

    实际上，RFID技术全方位的应用还没有真正开始，随着时间的推移，RFID技术将会象今天的互联网一样，应用的范围和领域必将大大拓展，所产生的实际价值也会得到更加充分的体现。

4  RFID与Barcode技术的演进趋势

    自从20世纪50年代开始，伴随着条码、条码阅读器以及统一产品编码的研究与发展，零售业中应用Barcode技术一直延续至今，经历了半个多世纪的发展历程，为人类社会的经济发展和繁荣发挥出了十分重要的作用[9]。与RFID技术相比，Barcode显然在业务功能方面存在着诸多的不足，但作为一种较为成熟的识别技术，低廉的成本、简单的操作、广泛的用户群及其成熟的应用系统使其仍然保持着旺盛的生命力[10]。可以肯定，在可以预见的未来，Barcode技术将与RFID技术和平共处、取长补短、共同发展，而不会出现快速被取代的结果[11]。由于这两种互补性的技术同时存在，必将会出现一些新的演进趋势。

4.1  Barcode技术的演进趋势

    Barcode是一种相对成型的技术，它的优势和不足也比较明确，未来的演进趋势也会扬长避短，往更能发挥自身长处的方向发展：

    第一，利用其数据不可更改的特点，重点将向产品原始数据记录、个人身份证件等方向发展，形成类似于纸质档案的识别记录，用于提供原始数据、身份识别等场合；

    第二，由于Barcode具有成本低廉的优势，重点将会转移到低价值产品的识别市场，包括农产品、日用品、低值易耗品等目标的身份识别，以降低这些类型产品的识别成本；

    第三，根据其储存数据有限的特点，将会着重拓展计算机中的关联数据库开发，以提高Barcode数据的可用性；第四，为改变Barcode条码易损，适应环境差的缺点，将会改用一些性能更好的介质和打印用材，以改善条码的适应性。

    国际上已经推出的称之为“PDF417”（便携式数据文件）的二维条码是一种高密度、高信息含量的新型条码，是实现证件及卡片等大容量、高可靠性信息自动存储、携带并可用机器自动识读的理想手段。这种条码具有以下一些特点：

    (1) 信息容量大，每平方英寸可以容纳250到1100个字符，比普通条码信息容量要高出几十倍；

    (2) 编码范围广，可将照片、指纹、掌纹、签字、声音、文字等凡可数字化的信息均可进行编码；

    (3) 保密、防伪性能好，可以采用密码防伪、软件加密及利用所包含的信息如指纹、照片等进行防伪，因此具有极强的保密防伪性能；

    (4) 译码可靠性高，误码率不超过千万分之一，译码的准确性有了充分的保障；

    (5) 修正错误能力强，采用了世界上最先进的数学纠错理论，如果破损面积不超过50%，条码由于玷污、破损等所丢失的信息，可以照常破译出丢失的信息；

    (6) 容易制作，利用现有的点阵、激光、喷墨、热敏/热转印、制卡机等打印技术，即可在纸张、卡片、PVC、甚至金属表面上印出条码；

    (7) 成本低廉，由此所增加的费用仅是微不足道的油墨成本，被人们称之为“零成本”技术；

    (8) 标签的形状可变，同样的信息量，条码的形状可以根据载体面积及美工设计等进行自我调整。

    由于二维条码既有效地弥补了普通条码的诸多不足，又较好地保留了普通条码的优势，因而具有广阔的发展前景。目前，二维条码已开始在一些国家应用，主要应用于在这样一些领域：单证，包括公文单证、订购单、报关单、商业单证等；证照，包括护照、身份证、挂号证、驾驶执照、会员证、识别证等；仓储盘点，包括物流中心、仓储中心等的物品盘点；物品追踪，包括会议资料、生产零件、客户服务、邮购运送、维修记录、危险物品、后勤补给、生态研究等；资料保密，包括商业机密、政治情报、军事机密、私人信函等。

4.2  RFID技术的演进趋势

    RFID技术作为一项广受关注的自动识别技术，虽已经历了数十年的发展历程，但目前还不成熟，还面对着众多的挑战。而在日益激烈的市场竞争中，很多企业都把RFID技术作为提升企业竞争力的手段。以零售业而言，世界领先的零售巨头们前瞻性地认识到，压缩成本是应对残酷竞争的前提，而RFID技术的应用将会给遍及世界的零售商带来巨大的成本下降[12]。目前，从全球范围来看，在消费电子、医药、汽车、包装、航空宇航、国防以及健康护理、动植物管理等各个行业都已掀起了RFID应用的热潮，美国、韩国、日本、德国、法国、英国、奥地利、澳大利亚、以色列、新加坡和泰国等许多国家的政府机构和企业都为之倾注了极大的热情[3]。可以说，作为全球关注的热门技术，RFID必将迎来快速发展的大好机遇。


    根据国际著名的管理顾问公司科尔尼（A.T. Kearney）公司的研究，从国际范围来看，近十年RFID技术的发展大致可以勾勒成以下这样一张进程图[13]。从图可见，RFID的发展有着巨大的需求牵引，以美国国防部和沃尔玛公司为代表的政府机构和巨型企业在全球RFID的发展进程中起着“领头羊”的作用，它们的示范效应和实践经验将对世界各国的政府机构和企业产生深远的影响。