圖書館RFID標簽應(yīng)用比較研究

●王 莉（首都圖書館，北京 100021）

作為物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)的RFID，在圖書館應(yīng)用已如火如荼，RFID無線射頻技術(shù)以其遠距離發(fā)射、同時讀取多個標簽數(shù)據(jù)、不易污損等特性，有效提高了讀者的借閱效率，降低了工作人員勞動強度，提高了圖書館作為信息集散地的資源定位與服務(wù)的地位。據(jù)統(tǒng)計，截止到2009年底，全球圖書館應(yīng)用RFID技術(shù)的約有1000個圖書館系統(tǒng)（IFLA統(tǒng)計），單體圖書館約3000個，在圖書館行業(yè)得到了廣泛認可。

由于行業(yè)區(qū)別及技術(shù)方向的不同，很多圖書館面臨RFID標簽技術(shù)HF（高頻） 和UHF（超高頻） 之間的選擇。結(jié)合圖書館行業(yè)特點、相關(guān)技術(shù)和標準發(fā)展等情況，文章對HF和UHF進行比較研究，供各圖書館在實際工作中參考。

1 UHF和HF的頻率

從全球規(guī)范標準上看，國際標準化組織/國際電工委員會于1999年制定了ISO/IEC 15693標準，對高頻射頻識別技術(shù)的實施進行了規(guī)范，13.56MHz的高頻波段成為在世界范圍內(nèi)有效的國際科學(xué)和醫(yī)學(xué)（ISM）波段。在日本于2002年12月同意使用一致的高頻頻率后，高頻功率水平在世界范圍內(nèi)得到了統(tǒng)一。而超高頻的標準就不那么統(tǒng)一，不同國家使用的頻率也不盡相同；如：中國為840M、845M，印度為 865M、867M，歐盟為865M、867M與868M，美國為902M、920M、926M和928M，澳大利亞為920M、926M，日本為952M、954M。

超高頻頻段的不統(tǒng)一造成的直接后果就是使試圖建立全球供應(yīng)鏈無縫鏈接的企業(yè)供應(yīng)鏈鏈條斷開，UHF標簽的生產(chǎn)廠商圍繞某一標準各自為戰(zhàn)，難以共享生產(chǎn)經(jīng)驗，提高生產(chǎn)水平，進一步降低產(chǎn)品成本。而對圖書館的直接影響就是未來的RFID圖書館之間的通借通還業(yè)務(wù)將無法實現(xiàn)。

從全球RFID功率要求上看，歐洲電信標準協(xié)會（ETSI）的EN300-220規(guī)范有兩個主要的條款對超高頻不太有利，主要是：（1）關(guān)于功率的限制，規(guī)定有效輻射功率為500毫瓦；（2）關(guān)于帶寬的限制，結(jié)果是無法使讀寫器跳頻，也限制了標簽的反沖突仲裁速度。歐洲規(guī)范限制了超高頻標簽和讀取器之間的信號調(diào)制，導(dǎo)致美國和歐洲系統(tǒng)的不一致性。

我國標準雖然對UHF給出了一個試用使用空間，卻對設(shè)備的工作功率給出硬性規(guī)定，不允許大于2W。但在實際使用中，UHF為發(fā)揮其讀取范圍的優(yōu)勢，往往要超過這個工作功率。

2 UHF和HF應(yīng)用的數(shù)據(jù)模型

目前，圖書館向RFID芯片寫入的信息，由于沒有統(tǒng)一的國內(nèi)標準，各自遵循不同的規(guī)范和模式。中國國家圖書館關(guān)于16bit館藏識別代碼的研究已經(jīng)提交ISO委員會討論，除館藏代碼外的其他信息，在不同的系統(tǒng)中寫入標準也不同。［1］

目前國際上關(guān)于數(shù)據(jù)格式有EPC和UID兩種規(guī)范。（1）EPC編碼目前有三個版本，其主要區(qū)別在于編碼長度不同，分別為64位、96位和256位。使用64位編碼的目的是為了減少Tag存儲量，從而降低Tag生產(chǎn)成本；96位編碼則為取得性能與成本之間的平衡；為了滿足為世界上任意物體提供標識的目標，則必須采用至少256位編碼。三個版本的EPC編碼都由統(tǒng)一的四個域組成，依次為：版本號、管理域（對應(yīng)生產(chǎn)廠家）、類別（商品種類）、序列號（標識單件物品）。（2）UID編碼長度為128位，根據(jù)需要能夠擴展為256、384或512位。UID編碼由三個字段組成，依次為：編碼類別標識，用于兼容現(xiàn)有的編碼標準，如EAN、UPC、ISBN等；某種編碼標準的編碼內(nèi)容，用于識別某類商品；唯一標識，用于標識某類商品的具體個體。

未來的RFID標簽，在應(yīng)用中可能會考慮更多的有效信息寫入標簽，較小的存儲量，難以滿足標簽的要求，國家圖書館RFID標簽中要求寫入的信息約300bits。目前HF標簽的存儲量在1024bits，而UHF存儲量一般為96bits或128bits，給未來的擴展應(yīng)用帶來一定風險。

3 UHF和HF的成本

目前，UHF標簽由于實施成本較低，得到許多用戶的擁躉。但是，關(guān)于標簽成本，是不能簡單通過表面價格進行比照的。

UHF標簽成本低，不僅是由于其標簽體型小，金屬用料少，而且還由于標簽的存儲量較小導(dǎo)致。

市面的UHF標簽，存儲量為256bits，報價約1.2元；而HF標簽的存儲量為1024bits，報價約為2.2元（2007年報價約3元）。這樣看來，UHF價格低主要是由于其存儲容量小導(dǎo)致，如果UHF標簽存儲量上升到512bits，則價格不低于HF標簽；如果UHF標簽存儲容量擴展到1024bits，則其價格遠遠高于HF標簽價格。這也是目前全球圖書館RFID應(yīng)用中95%以上采用HF標簽的原因之一。

4 UHF和HF的技術(shù)成熟度

HF在全球的圖書館中所占分量＞95%，而UHF在全球圖書館應(yīng)用量只有不到5%，這主要是由于HF的技術(shù)較成熟，標準統(tǒng)一（如表1、表2所示）。

5 UHF和HF的信號強度

HF的工作模式是近耦合，波形圖是球形波形，比較好控制。通過天線面積可以有效控制讀取范圍，在清點中不會發(fā)生讀取臨近架位標簽的情況，在自助借還機附近也不會發(fā)生誤讀取非操作讀者手持書籍的問題。

UHF的最大優(yōu)點在于其信號強度大，讀取范圍廣。但是由于圖書館的書架排列距離較近，UHF在這樣的環(huán)境中工作，必須近距離讀取，這是其技術(shù)實現(xiàn)的一個巨大障礙。

表1 HF和UHF技術(shù)對比

表2 HF、UHF優(yōu)缺點對比

對于金屬屏蔽，UHF可以通過目前的技術(shù)手段調(diào)整使之弱化達到使用標準。但是對于近距離讀取的問題，只能通過調(diào)整其天線發(fā)射功率的方式來調(diào)整讀取距離，在實際應(yīng)用中，存在較大的問題，功率發(fā)射的調(diào)整使讀取率或低于60%，或讀取相鄰架位信息，這一問題在中科院的微波暗室中測試得到驗證，目前沒有更好的方法解決此問題。

UHF采用遠耦合的工作模式，是不規(guī)則的波形，不容易進行范圍控制。具體應(yīng)用中存在著在圖書館自助借還設(shè)備中，會誤讀取靠近的任意讀者手中的書，造成系統(tǒng)報錯。［2］

6 UHF和HF的讀取速度

HF讀取速度：讀取標簽的UID，則讀取速度≤0.01s；讀取標簽全部內(nèi)存1024bits，則速度≤0.05s。而UHF的讀取速度比HF速度高，大約是HF標簽讀取速度的2～4倍。

讀取速度快，是UHF標簽的明顯優(yōu)勢。但在圖書館的應(yīng)用中，清點工作是人員參與的過程，需要人員手持點檢器移動進行清點，0.01秒的讀取速率遠可以滿足實際需求；對于RIFD自助借還設(shè)備，一次最多可以同時讀取5本以上（最多約16本，更多則由于書籍厚度累計，超出標簽的閱讀范圍）時間小于1秒。

因此，HF在讀取速度上雖然不如UHF，但足以滿足圖書館業(yè)務(wù)應(yīng)用需求。

7 UHF和HF對磁條系統(tǒng)的兼容

在圖書館的RFID應(yīng)用中，存在著現(xiàn)有磁條系統(tǒng)與RFID共存的兼容性問題，HF標簽由于采用的是近耦合方式，磁條系統(tǒng)對此沒有影響，如國家圖書館已經(jīng)應(yīng)用的系統(tǒng)中，同時并存有RFID與磁條系統(tǒng)，實踐證明兩個系統(tǒng)可以很好地兼容，不存在相互干擾。

但是應(yīng)用UHF系統(tǒng)則不然，如果沒有磁條干擾，則在獨立的特定測試環(huán)境下，UHF可以正常工作；但是如果圖書中存在磁條，尤其是圖書館出于安全考慮在圖書中安置多根磁條時，UHF系統(tǒng)將與磁條系統(tǒng)發(fā)生沖突，影響系統(tǒng)的讀取成功率，造成系統(tǒng)使用故障。目前國內(nèi)同時使用磁條和RFID的圖書館項目中，這一現(xiàn)象十分嚴重，在選擇UHF系統(tǒng)的時候，應(yīng)慎重考慮這一問題。［3］

綜上所述，UHF有許多的優(yōu)點，其標簽短小隱蔽性強，讀寫距離遠等特點使其廣泛應(yīng)用于集裝箱管理、車輛通行管理等多個行業(yè)。但是從圖書館實際應(yīng)用出發(fā)，在目前的技術(shù)條件下，HF雖然有標簽體積較大的遺憾，但標準統(tǒng)一、存儲量大、行業(yè)用戶廣泛，綜合來看，更適合于圖書館實際需求。

［1］劉禮白.物聯(lián)網(wǎng)與UHFRFID頻譜資源［J］.電信工程技術(shù)與標準化，2010（8）：6-10.

［2］劉紹榮，等.RFID在圖書館使用現(xiàn)狀分析［J］.大學(xué)圖書館學(xué)報，2011（1）：83-86.

［3］趙文彬.超高頻RFID技術(shù)在圖書館的應(yīng)用分析［J］.河南圖書館學(xué)刊，2011（4）：110-112.