关于RFID技术应用的分析

2019-08-10 09:55:00分类:行业资讯683

  RFID的工作原理与系统组成

  RFID(无线射频识别,Radio Frequency Identification)是一种采用射频技术的非接触式自动识别技术。其工作原理是:标签进入磁场后,如果接收到阅读器发出的特殊射频信号,就能凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(即Passive Tag,无源标签或被动标签),或者主动发送某一频率的信号(即Active Tag,有源标签或主动标签), 阅读器读取信息并解码后,送至中央信息系统进行有关数据处理。

  一套完整的RFID系统解决方案包括标签设计及制作工艺、天线设计、系统中间件研发、系统可靠性研究、读卡器设计和示范应用演示六部分。可以广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理和身份认证等多个领域,而在仓储物流管理、生产过程制造管理、智能交通、网络家电控制等方面更是引起了众多厂商的关注。
 

RFID技术应用
 

  RFID技术的三层结构

  RFID技术分为三个层次,即支撑层、基础层和应用层。

  支撑层技术主要是指RFID的芯片技术,包括标签芯片的设计工艺、加工工艺、封装工艺以及天线的印刷工艺,阅读器数字信号处理芯片的设计也不可忽视。应该说,支撑层技术实际上是RFID应用的原动力。

  基础层技术主要是指不同场景下的应用环境构造,包括标签信息的写入读出、与对象捆绑,阅读器内部设计和嵌入式系统编程等。基础层技术也是RFID技术与市场应用的结合点和桥梁。

  应用层技术主要是指后台软件对信息的进一步分析、判断与处理,包括了数据跟踪、数据挖掘和信息共享等内容,这也是RFID技术跃升为“物联网”的重要前提之一。由于可以对标签内的信息进行重新写入,因此RFID不再是一个静态的货物标识,它反映了货物与货主之间的互动作用,并且RFID的动态作用又使得RFID与企业和社会之间能够保持联系。从这个意义上讲,RFID代表了现代工业社会对生产、运输、销售到消费的全方位信息处理及服务过程。

  为便于说明问题,我们以一个标签中储存的产品信息为线索,追踪一个信息流是如何在物流应用中起到作用的。在这里,我们实际上暂时抛开了支撑层硬件技术,而只是在基础层和应用层两个技术层次上进行探讨。当然,支撑层技术并非不重要,相反我们已经在诸如汽车、手机、DVD等行业尝到了苦头。但是从这个角度,我们便可以和国外的大公司大企业站在同一个高度上思考问题。

  首先还是要有标准。标准定义了产品信息的编码规范,并为该件产品赋予一个排他的代码,这就是信息流的源泉。接着,这个代码被写入RFID标签中,并在未来反复被阅读器读出。如果阅读器没有与外部网络连接,那么信息流的传递到阅读器便告一段落,实现的是货品检查、简单销售等功能。更多情况下阅读器读出的信息流会传递到与之连接的互联网上,通过物联网的时空模型对其离散时空信息进行连续化,再以Web服务作为解决方案提供注册、搜寻、交换和使用该信息流的标准,并为产品-消费链提供高层信息的协同处理机制,实现物品跟踪、物流运输、资产管理、售后服务等功能。如果能够再进一步进行数据挖掘,还可以实现更加丰富的功能。在这个信息流传递的过程中,任何一个环节都需要标准,比如描述阅读器与标签之间的交互标准EPC Tag Data Standards,描述阅读器与互联网之间的交互标准PML Core Specification。

  RFID技术的推广应用同样重要。我们需要选择那些应用广泛、具备较强实力、单件货品价格校高、个性化程度较高的行业,如烟草、集装箱码头、图书出版业、图书馆、家电制造业、海关行李托运等领域进行推广。至于应用的具体时间,大家的心里却都在打鼓。一方面有人认为RFID技术的行业级推广应用已经迫在眉睫,任何人都无法对它无动于衷;而另一种观点却又异常冷静,认为RFID技术的全面应用至少需要10年时间。Gartner甚至认为“RFID技术在短期内将不会达到人们对它的期望,RFID将经历不可避免的失望”。
 

RFID技术应用
 

  问题尚存

  尽管应用前景美好,但目前RFID的应用仍然面临着一些困难,其中的几个关键问题是成本、标准和技术。

  成本。RFID推广应用的“瓶颈”之一,就是电子标签的价格相对较高(相对条码标签而言)。有人开玩笑说,如果想要一家企业难堪,只要问它一个问题足矣,这就是成本。市场对于标签成本的追求总是没有尽头,从20美分到10美分,现在又到了5美分,也许还会更低。

  对于不同功率以及不同性能的RFID系统,其读写距离不同,电子标签产品价位也大不相同。在我国,国产RFID公司生产的产品中,低频无源电子标签价格大约为2元人民币/张,中频无源电子标签价格大约为4元人民币/张,高频无源电子标签产品目前尚未出现。在国外企业中,TI公司的RFID产品的性能走在了同类产品的前列,它目前能够提供的远距离无源低频电子标签的最低售价为25美分左右(其最远读写距离能达到1米左右)。虽然有关公司声称,当RFID大规模应用后,电子标签价格能够降到5美分左右,但如果加上阅读器及后端软件系统,RFID系统的投入相对条形码系统要高得多。由此可以看出成本是影响RFID技术推广的重要因素之一,但我想它不是惟一因素。无论是国家政策导向还是企业自身发展都要意识到这一点,如果等到标签成本降到几分钱人民币的时候再投入,机会已经错过。

  标准。标准之争也就是利益之争,甚至可以说是国家利益之争。标准的确定不仅仅依赖于技术层面问题的解决,更依赖于各方面力量的协调。到目前为止,各个RFID企业所采用的大多是专有技术,所使用的频率、编码、存储规则,以及数据格式等都不尽相同。阅读器和标签不能通用,企业与企业之间就无法顺利进行数据交换与协同工作,从而把RFID技术的应用范围局限在了某个企业的内部。

  要实现“物联网”的构想,就必须制定一个与互联网相类似的、详细的、统一规范而且开放的技术标准。国外几种标准之间的明争暗斗,也使得中国RFID国家标准工作组左右为难。美国使用915MHz,欧盟要求868MHz,而日本定为950MHz~956MHz,中国标准则还是一个未知数。也许为了与国际兼容,我们还要考虑一个多频技术的问题。但是这势必又将提高芯片的成本,产生新的问题。正是因为国际上存在着这些不确定因素,所以中国国家标准迟迟无法揭开面纱,而EPC与RFID政策白皮书也仍在观望阶段。

  从某种角度上说,一部标准就是其所在领域内的宪法,具有最高的权威和法律效力。一方面,其他的法规和法律性文件,都必须以宪法为依据,不得与宪法相抵触;另一方面,宪法的原则精神也只有通过普通法律、法规的具体化才能有效实施。这就涉及到标准背后一个不为人所注意的环节,即对建立一套技术评测体系的需求。建立这样一套体系的意义有三:一是在于通过分析测试环境,对RFID技术进行详细的评测,同时收集现有RFID系统在各种不同应用环境下的基本数据及存在问题,并指明进一步技术攻关的方向;二是将分析测试环境直接与典型行业应用相结合,向全行业展示应用解决方案;三是成为一个RFID的标准验证平台供中国国家标准的设计、校验与评估应用。
 

RFID技术应用
 

  技术。短时间内技术上是不易取得突破的。但是和前面的成本问题和标准问题相比,它又是最容易突破的。比如标签的制作工艺、射频传输距离、读出数据识别率、中间件、设备小型化等方面,前期的工作都已经打下了一定的基础。应该说,现在的资金投入已经可以取得回报了。

  此外,虽然在RFID电子标签的单项技术上已经趋于成熟,但在集成应用中还需要攻克大量的技术难题。

  还有一个问题就是识别率。不同性质的物品对无线电信号的干扰是不同的,通常,纸质、木质产品、农产品等对电磁信号的影响很小,在这种情况下,RFID标签的准确识别率可以达到90%以上,但是,由于液体和金属制品等对无线电信号的干扰很大,RFID标签的准确识别率目前只有80%左右——离“放心使用”的要求相去甚远。离大规模实际应用所要求的成熟程度尚有一定差距。

  这些问题的解决,不仅需要技术人员的进一步攻关,同时也需要研究开发一套先进的、有典型情景的技术测试平台和完整的示范应用框架,为科技人员的技术开发和产品验证服务。

  不论是技术还是应用,实际上都是环环相扣。推动产业的全面发展需要考虑很多方面。就像科技部马颂德副部长在大连国家半导体照明工程产业化基地授牌仪式上所说的,“与传统产业相比,世界各国在新型产业技术上的差距不大。重要的是协调发展问题。任何一个环节的停滞都会影响整个产业的发展。”我们在进一步研究RFID相关技术、推动RFID行业应用的同时,更要注重RFID的产业布局。在RFID领域还有很多工作要做,但是我们坚信,它的未来不是梦!

  EPC与RFID

  EPC系统是在计算机互联网和射频技术RFID的基础上,利用全球统一标识系统编码技术给每一个实体对象一个惟一的代码,构造了一个实现全球物品信息实时共享的物联网——“Internet of things”。它将成为继条码技术之后出现的又一项变革商品零售结算、物流配送及产品跟踪管理模式的新技术。

  EPC/RFID技术的核心就是数据采集、数据跟踪、数据挖掘、信息共享。中国政府部门目前已经把数据资源建设和信息共享作为我国信息化发展的核心问题来看待。国家信息化办公室正在起草的“37号文件”,目的就是为了推动数据目录和数据交换体系的建设。

  应当注意到,EPC系统并不能完全等同于RFID系统。前者是一个复杂、全面、综合的系统,包括RFID标签、EPC编码、互连网络、通信协议等,RFID只是其中的一个组成部分。而EPC也只是RFID技术的应用领域之一,只有特定的低成本RFID标签才适合EPC系统。通过进一步扩展基于无线射频原理的其他应用方向,我们还可以在诸如传感器网络、射频存储等领域开展有效的工作。但不论是EPC系统还是RFID技术,都还是襁褓中的婴儿,距离全面走向市场还有很长一段路。

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