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未来时代:RFID射频识别技术应用与需求

来源: | 发布时间:2016-3-4 13:10:11 | 浏览次数:

 目前全球零售商正进入第三波互联网的发展期,并深受其影响,其中最受关注的技术是无线射频身份识别,简称RFID。  

未来时代:RFID射频识别技术应用与需求  

RFID满足应用 

  RFID作为一种自动无线识别和数据获取技术,已经使用了多年,应用领域越来越多。今天,带有可读和可写并能防范非授权访问的存储器的智能RFID芯片已经可以在很多集装箱、货盘、产品包装、智能识别ID卡、书本或DVD中看到。由于未来可能的应用,RFID即将迎来非常巨大增长的时期,这种自动识别技术、RFID芯片、电子标签读卡器、软件和业务的全球市场从2008年的10亿美元将增长到2016年的48亿美元。 

  应用将继续以供应物流领域为主,在这个领域用RFID收发器进行包括各种各样的可移动货物/产品的记录和跟踪,在RFID收发器(信用卡大小的塑料/纸标签,内含芯片、射频部分和天线)上的必要存储将继续成为主要的应用。另外的一个可能应用就是将收发器标签贴到纺织品、药品包装或者甚至是单个药盒内。然而,未来RFID还将被用在如地方公共交通、汽车遥控钥匙、传送轮胎气压以及在移动电话等领域内。快速的识别对于公司的物流程序、大型仓库、诊所或者货物的运输以及在商业中都很重要。例如:汽车桌椅必须在正确时间按色彩排序(color ordered)进入到装配线;智能标签将自动地检测正确的药物容器从存储处搬到生产处;血样将准确地对应到采集这个血样的病人;供应超市所需求的新鲜货物要求很复杂的发送网络,这个网络不允许出现差错;2006年世界杯的门票将不会有假票的存在-这得感谢RFID芯片。 

  未来另外的一个焦点应用在汽车工业,例如控制后视镜、所有的电动机和汽车门照明。展望更远,电子票务、“电子护照”、甚至专用通信业务已经显露出RFID-IC应用的契机。德国的Bundesbank银行期望RFID射频识别技术在钞票中应用,这种钞票不同于今天的钞票,不能用彩色打印机或复印机来简单伪造,但事实上需要芯片制造商能生产出纸那么薄、沙粒那么大的RFID-IC。 

  很多事实证明主要的销售机会存在于物流过程中,根据行业和性能要求(例如读取速度、需要同时读取的RFID标签数量)可以采用不同的技术。RFID技术可以基本分为低频系统、频率为13.56MHz的高频(HF)系统以及频段在900MHz左右的超高频系统(UHF),还有工作在2.4GHz或者5.8GHz(见表)微波频段的系统。除了频率范围外的另外一个差异性因素是电源:无源RFID收发器,这种收发器主要用在物流和目标跟踪,他们自身并没有电源,而是从读/写器的RF电场获得能量;有源收发器由电池供电,因此具有数十米的长距离,但是体积更大,最重要的是更贵。 

  RFID应用主导技术 

  通常总是某种特定应用来主导采用哪个技术。对于百货公司,在货品上加上RFID电子标签仅仅以方便在销售终端读取当然是毫无意义,因为在当前的成本环境下,这会使产品更贵。但是,下面的应用非常有意义:在图书馆出借书或CD时,粘贴在书或CD上的13.56MHz高频电子标签在经过时的几秒钟就能读取标签,或者在药物批发商的挑选输送带上可靠地识别药品,以避免可能造成严重后果的药品误发。 

  然而,基本上,任何对象的读取、识别和跟踪任务可以受益于经过深思熟虑的RFID技术应用,特别是当每个数据都必须被写入到芯片、被授权用户修改以及防止对可分段存储器的非授权访问--可能的话,甚至可以在非常高的速度以及对大量的对象进行同时处理。 

  条码将逐渐出局吗? 

  这个问题可能是根据上面谈到的事实所得出的,但答案是否定的。因为成本的原因,像超市里出售的0.25欧元的奶酪罐将长时间继续采用条码。但是,绝对可以这样设想,在未来3到5年内,当前用条码的场合将为RFID电子标签开放,例如识别纺织品或包裹这样的大物品,还有城市公共交通或无人售货机的付费问题。在所有这些应用中,工作在13.56 MHz的RFID相对于条码,无论在可靠性、避免污染、可见性、读取速度和空间方向性上都具有优势,更不用说那些因为接触产生的问题,理论上(RFID)可以无限次读写。 

  RFID标签成本在不断下降 

  RFID技术的成本与实际的应用有关系。根据附加在金属基底上的天线的大小(对于13.56MHz,当前为7.5×4.5cm或 4.5×4.5cm,对于CD的环形天线直径为5厘米),在量达到1百万的情况下,嵌入RFID(即RFID芯片、到天线的连接,基底材料上的RFID天线)的成本约50分。在未来2到3年中这将改变:最快到2006年或2007年将可以达到20分的价格,大约50%的成本为芯片成本,另外一半为天线和基底材料的成本(金属薄片和纸,或者粘接层)。成本当然与天线尺寸和金属薄片或纸的质量有关,例如全息纸(hologramed paper)将必然使RFID标签更贵。 

  RFID技术的重要参数 

  低频RFID芯片(无源)工作在130 kHz左右的频率上,当前主要应用在门禁控制、动物ID、电子锁车架、机器控制的授权检查等。该技术读取速度非常慢并不是问题,因为只需要在单方向上传输非常短的信息,相应的ISO标准为11484/85和14223。13.56MHz系统将在很多工业领域中越来越重要,这种系统归为无源类,具有高度的可小型化特点,在最近几年不断地得到改进。用来获取货物和产品信息,并符合ISO标准14443、18000-3,1的系统相对较慢,在某些情况下一次读操作需要几秒钟的时间,不同的数据量所需的具体时间不同。根据不同的种类,ISO 15693标准类型的系统可以对付最大速度为0.5m/s的运动目标,能获得高达26.48kbps的数据传输速度,能实现每秒30个对象的识别。 

  然而,在未来大规模的物流应用中,工作在13.56MHz的传统方法,甚至在ISO 15693中定义的最近的方法都不再能满足需要。在这种应用中出现了相位抖动调制(PJM)技术。PJM的RFID标签适合被标记物体在传输带上的任何地方以高速通过阅读器,并必须以非常高数据速率地逐个读取,例如识别包装严实的药品、机场行李跟踪或在远达1.2米的距离登录文档。 

  在8个射频信道之间连续切换增加了读的速度并保证可靠识别,即使在很大的吞吐率情况下。在Magellan公司的PJM技术基础上,英飞凌公司和澳洲的Magellan技术公司已经合作开发出了应用于这种目的的芯片。与当前的13.56MHz RFID技术相比,这些芯片能提供的读写速度快25倍,数据速率达848 kbps。PJM系统为用于物流进行了优化(ISO Standard 18000-3 Mode 2),可以在不到一秒的时间内可靠地对多达500个电子标签进行识别、读取和写入。甚至在目标运动速度在4米/秒的情况下,用于这些新芯片的读取器都能胜任。 

  10Kb的可用存储器空间相当于大约两个DIN A4页的简单文本存储。这个存储器空间还可以进一步分成几个扇区,只有被授权的人能进行读写访问。特殊的加密方法防止对存储数据的非授权访问。 

  UHF和微波系统最终可以允许达到几米的覆盖距离;他们通常具有自己的电池,因此适合于例如在装载坡道上货盘内的大型货物的识别,或者甚至是在汽车厂产品线上的车辆底盘。这些频率范围的缺点是大气湿度的负面影响,以及需要不时地或始终需要保持收发器相对于读写天线的方位。


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