第二章 文獻探討
第一節 無線射頻辨識
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第二章 文獻探討
第一節 無線射頻辨識
壹、起源與發展
無線射頻辨識(Radio Frequency Identification，RFID)技術起源於二次世界大 戰，戰機的敵我識別(Identification Friend or Foe，IFF)系統用來偵測並確認飛向 機場的飛機是否為己方所有，避免誤擊己方戰機，為最早的 RFID 技術運用[Banks
et al.，2007]。
RFID 商業應用出現在 1960 年代，由 Checkpoint 和 Sensormatic 等公司開發 電子防竊商品監視標籤(Electronic Article Surveillance，EAS)，標籤裡只有 1 位元 記憶體記錄兩種狀態，分別是開啟(On)與關閉(Off)，消費者將產品結帳後，會由 收銀員負責將 EAS 標籤消磁(把狀態改成關閉)，店鋪門口設有門型感應器，負責 偵測 EAS 是否被消磁，若未被消磁則會觸動警報器；1970 年代在美國許多機構 開始投入 RFID 研究，這時期主要的發展為記憶體可被讀寫的主動 RFID 專利、
可用來開鎖的被動 RFID 專利，以及將 RFID 標籤植入乳牛皮膚，辨識乳牛與監 控其乳牛體溫；1980 年代 RFID 進入商業用途，在挪威出現第一個公路電子收費
(Electronic Toll Collection，ETC)系統[Landt，2005]；到了 1999 年 MIT Auto-ID Center (2003 年後稱 Auto-ID Lab)，利用 RFID 技術欲達成「每個產品都能擁有唯 一的標識」，並進行 RFID 相關標準與架構發展[Chaouchi，2010]。隨著資訊科技
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RFID 其運作頻率可以分為低頻(Low Frequency，LF)、高頻(High Frequency，
HF)、超高頻(Ultra High Frequency，UHF)，與微波(Microwave)等[NEC，2012；
陳瑞順，2009]，以下分述：
一、 低頻
依照 ISO18000-2 標準目前運作在 125KHz 和 134.2KH 兩個頻率，採用 被動式 RFID 標籤[ISO/IEC，2012]，感應距離短(約 10 公分)傳輸速率慢(約 1 kbps)，常應用於畜牧動物監控、寵物辨識、野生動物生態追蹤…等[陳瑞
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順，2009]。
二、 高頻
相關標準為 ISO18000-3、14443、15693[ISO/IEC，2012]，與 EPCglobal EPC HF[EPCglobal，2012]等，並規範運作頻率於 13.56MHz，採用被動式 RFID 標籤，儲存容量大，傳輸速度中等(約 25 kbps)[陳瑞順，2009]，相關 應用包括悠遊卡、廢棄物處理、進出控制、門禁卡…等[高志中，2009]。
三、 超高頻
運作於 433MHz 與 860~960MHz 兩個頻段相關標準包括 ISO18000-6、
18000-7[ISO/IEC，2012]與 EPCglobal UHF Gen2[EPCglobal，2012]等，採 用主動與被動式 RFID 標籤，傳輸速率快(約 30 kbps)距離長，860~960MHz 頻段標準發展由 EPCglobal 主導[陳瑞順，2009]，由於 860~960MHz 與 GSM 手機頻段相同[饒瑞佶，2008]，故每個國家開放的範圍皆不同，我國超高頻
RFID 使用頻段為 922~928MHz[NCC，2012]，常見應用包括醫院病患監護、
供應鏈與運籌管理、庫存管理、贓證物管理、高速公路電子收費…等[Ward
et al.，2006；陳瑞順，2009]。
四、 微波：
ISO 標準 18000-4 規範其運作頻率為 2.45GHz，採用主動式 RFID 標籤 [ISO/IEC，2012]，傳輸距離較長(約 120 公尺)速度快(約 100 kbps)，相關應 用包括即時追蹤高速公路電子收費…等[Ward et al.，2006；陳瑞順，2009]。
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(Microwave) 頻率範圍 30~300KHz 3~30MHz 300~3000MHz 1~30 GHz ISO
規範 頻率
125KHz
134.2KHz 13.56 MHz
433MHz 860~960MHz (我國使用頻率 922~928MHz)
2.45GHz
國際 標準
ISO 18000-2
ISO 18000-3 ISO 14443 ISO 15693 EPCglobal EPC HF
ISO 18000-7 ISO 18000-6 EPCglobal EPC UHF Gen2
ISO 18000-4 標籤
960MHz 約 15m
433MHz 約 60m
約 120m 標籤
容量 < 1K Bits 1~16K Bytes
256~512 Bytes
RFID 系統由標籤(Tag)、天線(Antenna)、讀取器(Reader)、中介系統
(Middleware)，和資訊系統(Information System)等五個單元所組成，讀取器利用 電磁波的方式與標籤溝通，在一問與一答間達到辨識標籤上的資訊[高志中，
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2009]，RFID 系統組成可參考圖 2-2，以下分述。
圖 2-2：RFID 系統組成 資料來源：高志中[2009]
一、 標籤
EPCglobal[Armenio et al.，2010]將 RFID 標籤分成主動和被動式兩種，其主 動與被動式標籤之間，最大的差異在於是否能主動發起通訊，也就是說主動式的 標籤可以在讀取器沒有發出詢問電波之前，就主動發出電波與讀取器通訊，而被 動式標籤只能透過讀取器發出詢問電波後才被動的與讀取器通訊，當然 RFID 標 籤隨其功能的增減不只主動與被動式兩種標籤分類法，EPCglobal 進一步將標籤 分成四種類型(Class 1~4)，每種類型有規範該規格必須具備的標籤特色或選擇性 具備特色，以下分述：
(一)
Class 1為一般的被動式標籤，此標籤必須具備 EPC(Electronic Product Code)識 別符、TID，與終止功能。
資訊系統 中介軟體 讀取器
天線 RFID 晶片 標籤
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(二)
Class 2除了包括 Class 1 的功能之外，還必須具備擴充的 TID、使用者記憶體，
以及認證存取控制功能，此類型為 Class 1 的延伸，記憶體容量與資料 存取的功能性相較於 Class 1 強。
(三)
Class 3為 Class 2 的延伸，相較於 Class 2 必須再具備感應器與電源等功能，因 為具備電源功能，故此類型標籤可稱為半被動式標籤(Semi-passive Tag)，
但它仍屬於被動式標籤的一種，原因在於此類型標籤無法主動發起與讀 取器間的通訊。
(四)
Class 4為主動式標籤，與前述三種類型的標籤最大的差別在於，此標籤可主動 發起與讀取器間的通訊，意即此標籤可以發出通訊電波將資料傳輸給讀 取器，而不必等到讀取器詢問再傳輸。
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資料來源：Armenio et al.[2010]；EPCglobal[2007]，本研究整理
EPC 編碼系統中的通用識別碼(General Identifier，GID)，可因應不同產業需 求調整編碼設計，使得商品物件能有全球獨一無二的編碼；GID 編碼格式分成四 個區塊分別為 EPC 標頭(Header)、通用管理者代碼(General Manager Number)、物 件類別(Object Class)，和序列號(Serial Number)[EPCglobal，2011]。
EPC 標頭定義 EPC 的長度、識別類型和標籤的編碼結構；通用管理者代碼 為組織代號或公司代碼，需向 EPCglobal 註冊取得；物件類別用來辨識物件的商
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品與類型，共有 24bit(參照表 2-3)可區分 16,777,216 種商品；序列號賦予特定物 件類別下每個物件一個唯一序列號，有 36bit 代表同種類商品下最多可賦予 68,719,476,736 個商品全球唯一代碼。
表 2-3：GID 編碼格式
邏輯區塊： EPC 標頭 通用管理者代碼 物件類別 序列號
編碼位元數： 8 28 24 36
最大編碼數： 256 268,435,456 16,777,216 68,719,476,736 資料來源：本研究整理
二、 讀取器與天線
讀取器通常包含無線通訊模組(RF module)和控制模組(Control Module)。而 讀取器主要的功能就是透過無線通訊模組，以電磁感應或射頻共振的方式，與標 籤通訊並取得資料，再透過控制模組以有線或無線的方式將取得的資料傳輸給主 控制器；通常讀取器必須具備與標籤通訊、防碰撞、透過標準介面與後端系統連 接傳遞資訊、讀取的標籤相關資訊與時間、識別固定或移動中的標籤等。
在讀取器與標籤通訊方面，為了使系統負有彈性，讀取器需滿足依照需求全 部貨選擇性讀取有效的 RFID 標籤或是指讀取記憶體內缺少的辨識碼，或透過主 控制器指定要讀取的辨識碼；另在外使用方面讀取器必須滿足，單一讀取器能讀 取所有標籤的相容性、在網路架構中容易安裝的易於發展性、和能透過網際網路 遠端維護的容易維護性等要求。
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根據使用的場合不同讀取器可分為固定式和手持式兩種。固定式讀取器通常 設置於停車場入口、倉庫出入口及門禁入口等受管制的閘門，讀取通過出入口貨 品、人員、車輛…等上面的標籤。手持式讀取器因機動性高移動性佳之特點，方 便倉儲管理人員做行動式物品清點與盤點作業。
三、 中介軟體
中介軟體的用處在於橋接前緣設備與應用程式或系統間的缺口(Gap)，其功 能主要有二；第一做為從應用系統傳達指令給前緣設備的命令轉譯器，第二做為 整理從前緣設備取得的資料，並轉譯成對應用系統是有意義的資料的轉換功能。
中介系統通常可以分為三個模組，分別為讀取器介面、標籤訊息處理，和應 用系統介面(如圖 2-3)[高志中，2009]以下分述：
圖 2-3：中介系統模型 資料來源：高志中[2009]
(一)
讀取器介面提供讀取器硬體雨中介軟體通訊的介面，透過這個介面可以設定參數
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(讀取器參數、天線參數)、讀寫標籤編號，並透過有線或無線的方式，
遠端監控讀取器。
(二)
標籤訊息處理模組 1. 標籤訊息過濾過濾無法辨識、無關聯、多餘或重複的標籤資料。
2. 事件資料整合
接收來自不同讀取器的標籤資料，並利用演算法群組、歸類或分析 統計成事件。
3. 自動控制
監控事件變化，並且致動其他設備進行自動控制，例如：商品 RFID 標籤未消磁通過閘門，則觸發警報器。
4. 資料轉換
依照後端資訊系統需求，將資料轉換成不同格式。
(三)
應用系統介面提供後端資訊系統取得經過過濾、整合，和轉換後的標籤資料。
四、 資訊系統
資訊系統如企業資源系統、供應鏈系統、顧客關係管理系統、庫存管理系統…
等，接收與處理讀取器取得的資料，透過使用 RFID，使得資訊系統能夠與實體 世界連接，對於事件發生能快速的知覺並且做出反應，增進現存資訊系統能力。
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肆、近場通訊
NFC(Near-Field Communication)是利基於 RFID 高頻段的衍伸技術，關技術 標準與規格由 NFC Forum 組織推動；NFC 所使用的標準包括 ISO/IEC 18092、
ISO/IEC 14443-2~4 還有 JIS X6319-4 等國際標準 NFC Forum[2013]。
一、NFC 的運作介紹
由於 NFC 有跟隨 ISO/IEC 14443 標準定義其技術規格，RFID HF 也是依照
ISO/IEC 14443，使得 NFC 可與 RFID HF 相容。NFC 以磁場感應的方式，讓兩 個設備近距離接觸，就可以互相傳遞資料，使用者只需要通過觸摸，或將設備靠 近，就能實現直觀、安全、非接觸式的交易，存取數位內容，連接電子設備。
根據 ISO/IEC 14443，NFC 工作距離大約大十公分以下，頻率為 13.56MHz，
目前傳輸速率包括 106 kbps、212 kbps，和 424 kbps 等 Innovision[2006]。
二、NFC 相關應用
參考圖 2-4，NFC 技術上分為三個模式；第一個是讀寫模式(Read/Write Mode)，
具有 NFC 設備的移動裝置，用來讀取和寫入 NFC 標籤模式；第二個是點對點模 式(Peer to Peer Mode)，具有 NFC 設備的兩個移動裝置，可透過此模式相互傳遞 資料；第三個是 NFC 卡模擬模式(NFC Card Emulation Mode)，擁有 NFC 設備的 移動裝置，NFC 設備可以模擬成一張晶片卡，讓其他讀取器可以讀取。
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圖 2-4：NFC 技術架構元件 資料來源：NFC Forum[2013]
NFC 相關應用基於這三種模式的互相搭配而形成，以下介紹幾個 NFC 的應 用 NFC Forum[2013]：
一、設定 WiFi 和藍芽
通常要使兩個具有藍芽或 WiFi 的設備相互連接，需要用到 PIN()碼作安全認 證，若運用 NFC 技術則可利用 NFC 裝置接近欲連接設備(上面的 NFC 標籤或
NFC 設備)，進而交換連接設定資料。
二、電子門
在裝有制動器和近距離讀取器的門鎖上，以簡單的升級讓門鎖可以支援 NFC 設備，用來替代感應卡片。以旅館為案例，在使用者預定房間後，系統可以傳送 房間的進出入許可至使用者的智慧手機(或其他移動設備)，跳過辦理入住手續。
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三、健康照護
個人的健康監控生理記錄，可以透過有 NFC 設備的手機接近這些醫療設備，
個人的健康監控生理記錄，可以透過有 NFC 設備的手機接近這些醫療設備，