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發(fā)布日期：2010-05-27 點擊數(shù)：903
1、什么是RFID？
RFID是Radio Frequency Identification的縮寫，即射頻識別。常稱為感應(yīng)式電子晶片或近接卡、感應(yīng)卡、非接觸卡、電子標(biāo)簽、電子條碼，等等。
一套完整RFID系統(tǒng)由 Reader 與 Transponder 兩部份組成 ,其動作原理為由 Reader 發(fā)射一特定頻率之無限電波能量給Transponder,用以驅(qū)動Transponder電路將內(nèi)部之ID Code送出，此時Reader便接收此ID Code。
Transponder的特殊在于免用電池、免接觸、免刷卡故不怕臟污，且晶片密碼為世界唯一無法復(fù)制，安全性高、長壽命。
RFID的應(yīng)用非常廣泛，目前典型應(yīng)用有動物晶片、汽車晶片防盜器、門禁管制、停車場管制、生產(chǎn)線自動化、物料管理。RFID標(biāo)簽有兩種：有源標(biāo)簽和無源標(biāo)簽。
2、什么是RFID技術(shù)？
RFID射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識別高速運動物體并可同時識別多個標(biāo)簽， 操作快捷方便。
短距離射頻產(chǎn)品不怕油漬、灰塵污染等惡劣的環(huán)境，可在這樣的環(huán)境中替代條碼，例如用在工廠的流水線上跟蹤物體。長距射頻產(chǎn)品多用于交通上，識別距離可達幾十米，如自動收費或識別車輛身份等。
3、RFID技術(shù)的應(yīng)用
a. 在零售業(yè)中，條形碼技術(shù)的運用使得數(shù)以萬計的商品種類、價格、產(chǎn)地、批次、貨架、庫存、銷售等各環(huán)節(jié)被管理得井然有序；
b.采用車輛自動識別技術(shù)，使得路橋、停車場等收費場所避免了車輛排隊通關(guān)現(xiàn)象，減少了時間浪費，從而極大地提高了交通運輸效率及交通運輸設(shè)施的通行能力；
c.在自動化的生產(chǎn)流水線上，整個產(chǎn)品生產(chǎn)流程的各個環(huán)節(jié)均被置于嚴(yán)密的監(jiān)控和管理之下；
d.在粉塵、污染、寒冷、炎熱等惡劣環(huán)境中，遠距離射頻識別技術(shù)的運用改善了卡車司機必須下車辦理手續(xù)的不便；
e.在公交車的運行管理中，自動識別系統(tǒng)準(zhǔn)確地記錄著車輛在沿線各站點的到發(fā)站時刻，為車輛調(diào)度及全程運行管理提供實時可靠的信息。
4、RFID技術(shù)將為企業(yè)物流和供應(yīng)鏈管理帶來什么好處？
電子標(biāo)簽是一種提高識別效率和準(zhǔn)確性的工具,該技術(shù)將完全替代條形碼。
以我們熟知的手機生產(chǎn)商諾基亞為例，諾基亞在芬蘭率先測試RFID項目。它通過商用熱能打印機在手機產(chǎn)品上貼上彩色編碼標(biāo)簽，該打印機與客戶出貨流程系統(tǒng)相連，通過一個智能讀碼板將信息傳遞到安全網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上。在物料采購流程中，諾基亞的包裹被卸在英國的倉庫，通過一個讀碼器將信息自動傳遞給諾基亞分公司物料經(jīng)理的手機中。
在生產(chǎn)型企業(yè)，例如惠普著手發(fā)掘RFID在實際制造流程中對我們的幫助。RFID能確保他們在制造中使用正確的元器件。在該公司現(xiàn)有的系統(tǒng)下，惠普員工需要對生產(chǎn)線上的在制品進行掃描，然后再掃描元器件，以判斷兩者是否吻合。采用RFID標(biāo)簽后，通過驗證元器件系列編碼自動保證了選用元器件的正確性?；萜者€積極參與智能和安全貿(mào)易通道活動，這是911以后為保證進入美國的貨物集裝箱安全性而創(chuàng)建的項目。該項目使用有源RFID技術(shù)，對進入港口的集裝箱狀態(tài)、地點和安全性提供實時的可見度。
在企業(yè)分銷中和零售業(yè)配送中，RFID從貨物離開倉庫的那一刻起就已經(jīng)開始發(fā)揮作用。當(dāng)整車貨物離開分銷中心時，系統(tǒng)對拖車上的貨物進行掃描，這樣，商店經(jīng)理就可以跟蹤來自于商店倉庫信息系統(tǒng)的每一條發(fā)運信息，知道發(fā)出了哪些貨物，它們什么時候到達。當(dāng)拖車到達商店時，再經(jīng)過一次掃描，看一看是否丟失了什么，這樣，就不再需要檢查每一個拖車和實際統(tǒng)計貨物數(shù)量。 一旦商品擺在貨架上，當(dāng)貨架商品量出現(xiàn)短缺時，嵌入的RFID閱讀器向商店后端辦公系統(tǒng)發(fā)送一條消息，隨后貨物就會按需補充，這樣就避免了由于商品短缺造成的銷售損失。另外，RFID閱讀器還可以跟蹤商品的銷售速度和銷售最好及最差的商品，并具有安全防盜功能，只要標(biāo)簽中的防竊功能處于激活狀態(tài)，那么商店出口處的傳感器就能發(fā)出告警信息，而在收款臺，防竊程序會自動取消。在收款臺，帶有標(biāo)簽的貨物會再經(jīng)過最后一次掃描，同時更新庫存。 另外，商店的顧客可以直接了解他們所想要的商品，并立刻得到帶有標(biāo)簽的商品的有關(guān)信息。這樣，選擇一張DVD或CD就非常簡單，因為顧客可以在商店內(nèi)的任何一個電子便利站內(nèi)掃描產(chǎn)品，并選擇播放影碟或音樂片斷。
過去，在收款臺等候時間長是一個頭痛的問題。在新的商店中，購物車中的RFID標(biāo)簽會告訴商店管理層有多少購物車出入商店，若商店內(nèi)使用的購物車數(shù)量增加，那么就開放更多的款臺來滿足處理大量顧客的要求。
射頻技術(shù)與條形碼是兩種不同的技術(shù)，有不同的適用范圍，有時會有重疊。兩者之間最大的區(qū)別是條形碼是"可視技術(shù)"。射頻標(biāo)簽只要在接受器的作用范圍內(nèi)就可以被讀取。
射頻技術(shù)和條形碼有什么不同？從概念上來說，兩者很相似，目的都是快速準(zhǔn)確地確認追蹤目標(biāo)物體。主要的區(qū)別如下：有無寫入信息或更新內(nèi)存的能力。條形碼的內(nèi)存不能更改。射頻標(biāo)簽不像條形碼，它特有的辨識器不能被復(fù)制。標(biāo)簽的作用不僅僅局限于視野之內(nèi)，因為信息是由無線電波傳輸，而條形碼必須在視野之內(nèi)。由于條形碼成本較低，有完善的標(biāo)準(zhǔn)體系，已在全球散播，所以已經(jīng)被普遍接受，從總體來看，射頻技術(shù)只被局限在有限的市場份額之內(nèi)。目前，多種條形碼控制模版已經(jīng)在使用之中，在獲取信息渠道方面，射頻也有不同的標(biāo)準(zhǔn)。
射頻技術(shù)與條形碼是兩種不同的技術(shù)，有不同的適用范圍，有時會有重疊。兩者之間最大的區(qū)別是條形碼是"可視技術(shù)"，掃描儀在人的指導(dǎo)下工作，只能接收它視野范圍內(nèi)的條形碼。相比之下，射頻識別不要求看見目標(biāo)。射頻標(biāo)簽只要在接受器的作用范圍內(nèi)就可以被讀取。條形碼本身還具有其他缺點，如果標(biāo)簽被劃破，污染或是脫落，掃描儀就無法辨認目標(biāo)。條形碼只能識別生產(chǎn)者和產(chǎn)品，并不能辨認具體的商品，貼在所有同一種產(chǎn)品包裝上的條形碼都一樣，無法辨認哪些產(chǎn)品先過期。
目前，在成本方面，由於組成部分不同，智能標(biāo)簽要比條形碼貴得多，條形碼的成本就是條形碼紙張和油墨成本，而有內(nèi)存芯片的主動射頻標(biāo)簽價格在2美元以上，被動射頻標(biāo)簽的成本也在1美元以上。但是沒有內(nèi)置芯片的標(biāo)簽價格只有幾美分，它可以用于對數(shù)據(jù)信息要求不那么高的情況，同時又具有條形碼不具備的防偽功能。
信息
載體
信息量
讀/寫性
讀取
方式
保密性
智能化
抗干擾能力
壽命
成本
條 碼
紙、塑料薄膜、金屬表面
小
只讀
CCD或激光束掃描
差
無
差
較短
最低
RFID卡
EEPROM
大
讀/寫
無線通信
最好
有
很好
最長
較高
射頻標(biāo)簽就是含有物品唯一標(biāo)識體系的編碼的標(biāo)簽。這種唯一標(biāo)識體系包括產(chǎn)品電子代碼EPC、泛在識別號UCODE、車輛識別代碼VIN、國際證券標(biāo)識號ISIN、以及IPv6等等。
其中，產(chǎn)品電子代碼(EPC)是全球產(chǎn)品代碼的一個分支，它可以識別視野之外的目標(biāo)。電子產(chǎn)品代碼并不僅僅是一個無線電波條形碼，它包含著一系列的數(shù)據(jù)和信息，象產(chǎn)地，日期代碼和其他關(guān)鍵的供應(yīng)信息，這些信息儲存在一個小的硅片中，利用標(biāo)簽，解讀器和計算機的聯(lián)網(wǎng)，生產(chǎn)者和零售商就可以隨時了解精確的產(chǎn)品和庫存信息。
射頻標(biāo)簽根據(jù)商家種類的不同能儲存從512字節(jié)到4兆不等的數(shù)據(jù)。標(biāo)簽中儲存的數(shù)據(jù)是由系統(tǒng)的應(yīng)用和相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)決定的。例如，標(biāo)簽?zāi)軌蛱峁┊a(chǎn)品生產(chǎn)，運輸，存儲情況，也可以辨別機器，動物和個體的身份。這些類似于條形碼中存儲的信息。標(biāo)簽還可以連接到數(shù)據(jù)庫，存儲產(chǎn)品庫存編號，當(dāng)前位置，狀態(tài)，售價，批號的信息。相應(yīng)的，射頻標(biāo)簽在讀取數(shù)據(jù)時不用參照數(shù)據(jù)庫可以直接確定代碼的含義。
目前，射頻標(biāo)簽價格根據(jù)標(biāo)簽種類和應(yīng)用價格從30美分到50美元不等，總的來說，用在高檔產(chǎn)品中的智能標(biāo)簽在50美分以上，主動標(biāo)簽要貴的多，帶有復(fù)雜靈敏元件的價格在100美元以上。
射頻標(biāo)簽的目的是使用一種統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的電子產(chǎn)品代碼，使產(chǎn)品在不同領(lǐng)域都能被辨識。
目前生產(chǎn)RFID產(chǎn)品的很多公司都采用自己的標(biāo)準(zhǔn)，但國際上還沒有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)在，可供射頻卡使用的幾種標(biāo)準(zhǔn)有ISO10536、ISO14443、ISO15693和ISO18OOO。應(yīng)用最多的是ISO14443和ISO15693，這兩個標(biāo)準(zhǔn)都由物理特性、射頻功率和信號接口、初始化和反碰撞以及傳輸協(xié)議四部分組成。
按照不同得方式，射頻卡有以下幾種分類：
1.按供電方式分為有源卡和無源卡。有源是指卡內(nèi)有電池提供電源，其作用距離較遠，但壽命有限、體積較大、成本高，且不適合在惡劣環(huán)境下工作；無源卡內(nèi)無電池，它利用波束供電技術(shù)將接收到的射頻能量轉(zhuǎn)化為直流電源為卡內(nèi)電路供電，其作用距離相對有源卡短，但壽命長且對工作環(huán)境要求不高。
2.按載波頻率分為低頻射頻卡、中頻射頻卡和高頻射頻卡。低頻射頻卡主要有125kHz和134.2kHz兩種，中頻射頻卡頻率主要為13.56MHz，高頻射頻卡主要為433MHz、915MHz、2.45GHz、5.8GHz等。低頻系統(tǒng)主要用于短距離、低成本的應(yīng)用中，如多數(shù)的門禁控制、校園卡、動物監(jiān)管、貨物跟蹤等。中頻系統(tǒng)用于門禁控制和需傳送大量數(shù)據(jù)的應(yīng)用系統(tǒng)；高頻系統(tǒng)應(yīng)用于需要較長的讀寫距離和高讀寫速度的場合，其天線波束方向較窄且價格較高，在火車監(jiān)控、高速公路收費等系統(tǒng)中應(yīng)用。
3.按調(diào)制方式的不同可分為主動式和被動式。主動式射頻卡用自身的射頻能量主動地發(fā)送數(shù)據(jù)給讀寫器；被動式射頻卡使用調(diào)制散射方式發(fā)射數(shù)據(jù)，它必須利用讀寫器的載波來調(diào)制自己的信號，該類技術(shù)適合用在門禁或交通應(yīng)用中，因為讀寫器可以確保只激活一定范圍之內(nèi)的射頻卡。在有障礙物的情況下，用調(diào)制散射方式，讀寫器的能量必須來去穿過障礙物兩次。而主動方式的射頻卡發(fā)射的信號僅穿過障礙物一次，因此主動方式工作的射頻卡主要用于有障礙物的應(yīng)用中，距離更遠(可達30米)。
4.按作用距離可分為密耦合卡(作用距離小于1厘米)、近耦合卡(作用距離小于15厘米)、疏耦合卡(作用距離約1米)和遠距離卡(作用距離從1米到10米，甚至更遠)。
5. 按芯片分為只讀卡、讀寫卡和CPU卡。
在RFID系統(tǒng)中，信號接收設(shè)備一般叫做閱讀器（或讀卡器）。閱讀器的基本功能就是提供與標(biāo)簽進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕涌凇?/p>
5、什么是RFID天線 ？
射頻天線類型的選擇必須使它的阻抗與自由空間和ASIC匹配。方向性天線具有更少的輻射模式和返回損耗的干擾。門禁系統(tǒng)可以使用短作用距離的無源標(biāo)簽。
引 言
在RF裝置中，工作頻率增加到微波區(qū)域的時候，天線與標(biāo)簽芯片之間的匹配問題變得更加嚴(yán)峻。天線的目標(biāo)是傳輸最大的能量進出標(biāo)簽芯片。這需要仔細的設(shè)計天線和自由空間以及其相連的標(biāo)簽芯片的匹配。本文考慮的頻帶是435MHz, 2.45 GHz 和 5.8 GHz，在零售商品中使用。
天線必須：
足夠的小以至于能夠貼到需要的物品上；
有全向或半球覆蓋的方向性；
提供最大可能的信號給標(biāo)簽的芯片；
無論物品什么方向，天線的極化都能與讀卡機的詢問信號相匹配；
具有魯棒性；
非常便宜。
在選擇天線的時候的主要考慮是：
天線的類型；
天線的阻抗：
在應(yīng)用到物品上的RF的性能；
在有其他的物品圍繞貼標(biāo)簽物品時的RF性能。
可能的選擇
這里有兩種使用方式：一）貼標(biāo)簽的物品被放在倉庫中，有一個便攜裝置，可能是手持式，詢問所有的物品，并且需要它們給予信息反饋信息；二）在倉庫的門口安裝讀卡設(shè)配，詢問并記錄進出物品。還有一個主要的選擇是有源標(biāo)簽還是無源標(biāo)簽[1],[2]。
可選的天線
在435 MHz, 2.45 GHz 和 5.8 GHz頻率是用的RFID系統(tǒng)中，可選的天線有幾種，見下表，它們重點考慮了天線的尺寸。這樣的小天線的增益是有限的，增益的大小取決于輻射模式的類型，全向的天線具有峰值增益0到2dBi；方向性的天線的增益可以達到6dBi。增益大小影響天線的作用距離。下表中的前三個種類的天線是線極化的，但是微帶面天線可以使圓極化的，對數(shù)螺旋天線僅僅是圓極化的。由于RFID標(biāo)簽的方向性是不可控的，所以讀卡機必須是圓極化的。一個圓極化的標(biāo)簽天線可以產(chǎn)生3dB 以強的信號。
阻抗問題
為了最大功率傳輸，天線后的芯片的輸入阻抗必須和天線的輸出阻抗匹配。幾十年來，設(shè)計天線與50 或70歐姆的阻抗匹配，但是可能設(shè)計天線具有其他的特性阻抗。例如，一個縫隙天線可以設(shè)計具有幾百歐姆的阻抗。一個折疊偶極子的阻抗可以是一做個標(biāo)準(zhǔn)半波偶極子阻抗的20倍。印刷貼片天線的引出點能夠提供一個很寬范圍的阻抗(通常是40 到100歐姆)。選擇天線的類型，以至于它的阻抗能夠和標(biāo)簽芯片的輸入阻抗匹配是十分關(guān)鍵的。另一個問題是其他的與天線接近的物體可以降低天線的返回損耗。對于全向天線，例如雙偶極子天線，這個影響是顯著的。改變雙偶極子天線和一聽番茄醬的間距做了一些實際測量，顯示了一些變化，見圖4和圖5。其他的物體也有相似的影響。此外是物體的介電常數(shù)，而不是金屬，改變了諧振頻率。一塑料瓶子水降低了最小返回損耗頻率16%。當(dāng)物體與天線的距離小于62.5mm的時候，返回損耗將導(dǎo)致一個3.0 dB的插入損耗，而天線的自由空間插入損耗才0.2dB。可以設(shè)計天線使它與接近物體的情況相匹配，但是天線的行為對于不同的物體和不同的物體距離而不同。對于全向天線是不可行的，所以設(shè)計方向性強的天線，它們不受這個問題的影響。
輻射模式
在一個無反射的環(huán)境中測試了天線的模式，包括了各種需要貼標(biāo)簽的物體，在使用全向天線的時候性能嚴(yán)重下降。圓柱金屬聽引起的性能下降是最嚴(yán)重的，在它與天線距離50mm的時候，反回的信號下降大于20dB (見圖6)。天線與物體的中心距離分開到100—150mm的時候，反回信號下降約10 到12dB。在與天線距離100mm的時候，測量了幾瓶水（塑料和玻璃），見圖7，反回信號降低大于10dB。 在蠟紙盒的液體，甚至蘋果上做試驗得到了類似的結(jié)果。
局部結(jié)構(gòu)的影響
在使用手持的儀器的時候，大量的其他臨近物體的使讀卡機天線和標(biāo)簽天線的輻射模式嚴(yán)重失真。這可以對于2.45GHz的工作頻率計算，假設(shè)一個代表性的幾何形狀，見圖8,9,10，和自由空間相比，顯示返回信號降低了10dB，在雙天線同時使用的時候，比預(yù)料的模式下降的更多。圖11和圖12是在一個天線前的一個橫截平面的接收信號等高線圖，顯示了嚴(yán)重的失真。在倉庫的使用環(huán)境下，一個物品盒子具有一個標(biāo)簽會有問題，幾個標(biāo)簽貼在一個盒子上以確保所有時候都有一個標(biāo)簽是可以看見的。便攜系統(tǒng)的使用有幾個天線的問題。每個盒子兩個天線足夠適合門禁裝置探測，這樣局部結(jié)構(gòu)的影響變得不再重要，因為門禁裝置的讀卡機天線被固定在倉庫的出入，并且直接指向貼標(biāo)簽的物體。
距 離
RFID天線的增益和是否使用有源的標(biāo)簽芯片將影響系統(tǒng)的使用距離。樂觀的考慮，在電磁場的輻射強度符合UK的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)時，2.45GHz 的無源情況下，全波整流，驅(qū)動電壓不大于3伏，優(yōu)化的RFID天線阻抗環(huán)境(阻抗 200 或300歐姆)，使用距離大約是1米[3]。如果使用WHO限制[4]則更適合于全球范圍的使用，但是作用距離下降了一半。這些限制了讀卡機到標(biāo)簽的電磁場功率。作用距離隨著頻率升高而下降。如果使用有源芯片作用距離可以達到5到10米。
總 結(jié)
全向天線應(yīng)該避免在標(biāo)簽中使用，然而是可以使用方向性天線，它具有更少的輻射模式和返回損耗的干擾。天線類型的選擇必須使它的阻抗與自由空間和ASIC匹配。在一個倉庫中使用天線好像是不可行的，除非使用有源標(biāo)簽，但是在任何情況下，倉庫內(nèi)的天線輻射模式將嚴(yán)重失真。一個門禁系統(tǒng)的使用將是好的選擇，可以使用短作用距離的無源標(biāo)簽。當(dāng)然門禁系統(tǒng)比手持的儀器昂貴，但是手持儀器工作人員需要使用它到倉庫搜尋物品，人員費用同樣昂貴。在門禁系統(tǒng)中，每一個物品盒子，僅需要2個而不是4個或6個RFID標(biāo)簽。
6、RFID電子標(biāo)簽的頻率問題？
射頻標(biāo)簽和解讀器要調(diào)制到相同的頻率才能工作。LF代表低頻射頻，在125KHz左右，HF代表高頻射頻，在13.54MHz左右，UHF代表超高頻射頻，在850至910MHz范圍之內(nèi)。
RFID的解讀器的接收范圍受到很多因素的影響，如電波頻率，標(biāo)簽的尺寸形狀，解讀器的能量，金屬物體的干擾，和其他射頻裝置等?？偟恼f來，低頻被動標(biāo)簽的有效接收距離在一英尺以內(nèi)，對于高頻被動標(biāo)簽的接收距離在三英尺左右，對于超高頻標(biāo)簽的接收距離在十到二十英尺。對于使用電池的半主動和主動標(biāo)簽，解讀器可以接收到三百英尺甚至更遠的信號。對于低頻和高頻射頻，如果標(biāo)簽和解讀器天線的尺寸一樣，接收距離可以用天線的直徑乘以1.4來計算。在直徑在三十厘米以內(nèi)，這條規(guī)律都適用。
和我們聽的收音機道理一樣，射頻標(biāo)簽和解讀器也要調(diào)制到相同的頻率才能工作。LF、HF、UHF就對應(yīng)著不同頻率的射頻。LF代表低頻射頻，在125KHz左右，HF代表高頻射頻，在13.54MHz左右，UHF代表超高頻射頻，在850至910MHz范圍之內(nèi)。
在操作中有4種波段的頻率，低頻（125KHz），高頻（13.54MHz），超高頻（850-910MFz），微波（2.45GHz）.每一種頻率都有它的特點，被用在不同的領(lǐng)域，因此要正確使用就要先選擇合適的頻率。
目前，不同的國家使用的同頻率，也不相同?，F(xiàn)在，歐洲使用的超高頻是868MHz,美國的則是915MHz.日本目前不允許將超高頻用到射頻技術(shù)中。政府也通過調(diào)整解讀器的電源來限制它對其他器械的影響。有些組織例如全球商務(wù)促進委員會正鼓勵政府取消限制。標(biāo)簽和解讀器生產(chǎn)廠商也正在開發(fā)能使用不同頻率系統(tǒng)避免這些問題。
不同的頻率有不同的特點，因此他們的用途也就形形色色。例如，低頻標(biāo)簽比超高頻標(biāo)簽便宜，節(jié)省能量，穿透廢金屬物體力強，他們最適合用于含水成分較高的物體，例如水果等。超高頻作用范圍廣，傳送數(shù)據(jù)速度快，但是他們比較耗能，穿透力較弱，作業(yè)區(qū)域不能有太多干擾，適合用于監(jiān)測從海港運到倉庫的物品。
射頻技術(shù)遇到的一個問題就是解讀器沖突，就是一個解讀器接收到的信息和另外一個解讀器接收到的信息發(fā)生沖突，產(chǎn)生重疊。解決這個問題的一種方法是使用TDMA技術(shù)，簡單來說就是解讀器被指揮在不同時間接收信號，而不是同時，這樣就保證了解讀器不會互相干擾。但是在同一區(qū)域的物品就會被讀取兩次，因此就要建立相應(yīng)的系統(tǒng)去避免這種情況的發(fā)生。