图书馆RFID标签应用比较研究

●王 莉（首都图书馆，北京 100021）

作为物联网的基础和关键技术的RFID，在图书馆应用已如火如荼，RFID无线射频技术以其远距离发射、同时读取多个标签数据、不易污损等特性，有效提高了读者的借阅效率，降低了工作人员劳动强度，提高了图书馆作为信息集散地的资源定位与服务的地位。据统计，截止到2009年底，全球图书馆应用RFID技术的约有1000个图书馆系统（IFLA统计），单体图书馆约3000个，在图书馆行业得到了广泛认可。

由于行业区别及技术方向的不同，很多图书馆面临RFID标签技术HF（高频） 和UHF（超高频） 之间的选择。结合图书馆行业特点、相关技术和标准发展等情况，文章对HF和UHF进行比较研究，供各图书馆在实际工作中参考。

1 UHF和HF的频率

从全球规范标准上看，国际标准化组织/国际电工委员会于1999年制定了ISO/IEC 15693标准，对高频射频识别技术的实施进行了规范，13.56MHz的高频波段成为在世界范围内有效的国际科学和医学（ISM）波段。在日本于2002年12月同意使用一致的高频频率后，高频功率水平在世界范围内得到了统一。而超高频的标准就不那么统一，不同国家使用的频率也不尽相同；如：中国为840M、845M，印度为 865M、867M，欧盟为865M、867M与868M，美国为902M、920M、926M和928M，澳大利亚为920M、926M，日本为952M、954M。

超高频频段的不统一造成的直接后果就是使试图建立全球供应链无缝链接的企业供应链链条断开，UHF标签的生产厂商围绕某一标准各自为战，难以共享生产经验，提高生产水平，进一步降低产品成本。而对图书馆的直接影响就是未来的RFID图书馆之间的通借通还业务将无法实现。

从全球RFID功率要求上看，欧洲电信标准协会（ETSI）的EN300-220规范有两个主要的条款对超高频不太有利，主要是：（1）关于功率的限制，规定有效辐射功率为500毫瓦；（2）关于带宽的限制，结果是无法使读写器跳频，也限制了标签的反冲突仲裁速度。欧洲规范限制了超高频标签和读取器之间的信号调制，导致美国和欧洲系统的不一致性。

我国标准虽然对UHF给出了一个试用使用空间，却对设备的工作功率给出硬性规定，不允许大于2W。但在实际使用中，UHF为发挥其读取范围的优势，往往要超过这个工作功率。

2 UHF和HF应用的数据模型

目前，图书馆向RFID芯片写入的信息，由于没有统一的国内标准，各自遵循不同的规范和模式。中国国家图书馆关于16bit馆藏识别代码的研究已经提交ISO委员会讨论，除馆藏代码外的其他信息，在不同的系统中写入标准也不同。［1］

目前国际上关于数据格式有EPC和UID两种规范。（1）EPC编码目前有三个版本，其主要区别在于编码长度不同，分别为64位、96位和256位。使用64位编码的目的是为了减少Tag存储量，从而降低Tag生产成本；96位编码则为取得性能与成本之间的平衡；为了满足为世界上任意物体提供标识的目标，则必须采用至少256位编码。三个版本的EPC编码都由统一的四个域组成，依次为：版本号、管理域（对应生产厂家）、类别（商品种类）、序列号（标识单件物品）。（2）UID编码长度为128位，根据需要能够扩展为256、384或512位。UID编码由三个字段组成，依次为：编码类别标识，用于兼容现有的编码标准，如EAN、UPC、ISBN等；某种编码标准的编码内容，用于识别某类商品；唯一标识，用于标识某类商品的具体个体。

未来的RFID标签，在应用中可能会考虑更多的有效信息写入标签，较小的存储量，难以满足标签的要求，国家图书馆RFID标签中要求写入的信息约300bits。目前HF标签的存储量在1024bits，而UHF存储量一般为96bits或128bits，给未来的扩展应用带来一定风险。

3 UHF和HF的成本

目前，UHF标签由于实施成本较低，得到许多用户的拥趸。但是，关于标签成本，是不能简单通过表面价格进行比照的。

UHF标签成本低，不仅是由于其标签体型小，金属用料少，而且还由于标签的存储量较小导致。

市面的UHF标签，存储量为256bits，报价约1.2元；而HF标签的存储量为1024bits，报价约为2.2元（2007年报价约3元）。这样看来，UHF价格低主要是由于其存储容量小导致，如果UHF标签存储量上升到512bits，则价格不低于HF标签；如果UHF标签存储容量扩展到1024bits，则其价格远远高于HF标签价格。这也是目前全球图书馆RFID应用中95%以上采用HF标签的原因之一。

4 UHF和HF的技术成熟度

HF在全球的图书馆中所占分量＞95%，而UHF在全球图书馆应用量只有不到5%，这主要是由于HF的技术较成熟，标准统一（如表1、表2所示）。

5 UHF和HF的信号强度

HF的工作模式是近耦合，波形图是球形波形，比较好控制。通过天线面积可以有效控制读取范围，在清点中不会发生读取临近架位标签的情况，在自助借还机附近也不会发生误读取非操作读者手持书籍的问题。

UHF的最大优点在于其信号强度大，读取范围广。但是由于图书馆的书架排列距离较近，UHF在这样的环境中工作，必须近距离读取，这是其技术实现的一个巨大障碍。

表1 HF和UHF技术对比

表2 HF、UHF优缺点对比

对于金属屏蔽，UHF可以通过目前的技术手段调整使之弱化达到使用标准。但是对于近距离读取的问题，只能通过调整其天线发射功率的方式来调整读取距离，在实际应用中，存在较大的问题，功率发射的调整使读取率或低于60%，或读取相邻架位信息，这一问题在中科院的微波暗室中测试得到验证，目前没有更好的方法解决此问题。

UHF采用远耦合的工作模式，是不规则的波形，不容易进行范围控制。具体应用中存在着在图书馆自助借还设备中，会误读取靠近的任意读者手中的书，造成系统报错。［2］

6 UHF和HF的读取速度

HF读取速度：读取标签的UID，则读取速度≤0.01s；读取标签全部内存1024bits，则速度≤0.05s。而UHF的读取速度比HF速度高，大约是HF标签读取速度的2～4倍。

读取速度快，是UHF标签的明显优势。但在图书馆的应用中，清点工作是人员参与的过程，需要人员手持点检器移动进行清点，0.01秒的读取速率远可以满足实际需求；对于RIFD自助借还设备，一次最多可以同时读取5本以上（最多约16本，更多则由于书籍厚度累计，超出标签的阅读范围）时间小于1秒。

因此，HF在读取速度上虽然不如UHF，但足以满足图书馆业务应用需求。

7 UHF和HF对磁条系统的兼容

在图书馆的RFID应用中，存在着现有磁条系统与RFID共存的兼容性问题，HF标签由于采用的是近耦合方式，磁条系统对此没有影响，如国家图书馆已经应用的系统中，同时并存有RFID与磁条系统，实践证明两个系统可以很好地兼容，不存在相互干扰。

但是应用UHF系统则不然，如果没有磁条干扰，则在独立的特定测试环境下，UHF可以正常工作；但是如果图书中存在磁条，尤其是图书馆出于安全考虑在图书中安置多根磁条时，UHF系统将与磁条系统发生冲突，影响系统的读取成功率，造成系统使用故障。目前国内同时使用磁条和RFID的图书馆项目中，这一现象十分严重，在选择UHF系统的时候，应慎重考虑这一问题。［3］

综上所述，UHF有许多的优点，其标签短小隐蔽性强，读写距离远等特点使其广泛应用于集装箱管理、车辆通行管理等多个行业。但是从图书馆实际应用出发，在目前的技术条件下，HF虽然有标签体积较大的遗憾，但标准统一、存储量大、行业用户广泛，综合来看，更适合于图书馆实际需求。

［1］刘礼白.物联网与UHFRFID频谱资源［J］.电信工程技术与标准化，2010（8）：6-10.

［2］刘绍荣，等.RFID在图书馆使用现状分析［J］.大学图书馆学报，2011（1）：83-86.

［3］赵文彬.超高频RFID技术在图书馆的应用分析［J］.河南图书馆学刊，2011（4）：110-112.