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RFID技术应用及其发展趋势分析

 RFID(射频识别)是一种自动无线识别和数据获取技术,已经在很多领域得到广泛应用。本文介绍了主流的RFID技术的性能特点,并分析了未来该技术的应用趋势和技术发展趋势。   

    RFID是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,具有可读和可写并能防范非授权存取的内存的智能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即将迎来非常巨大成长的时期,这种技术、芯片、读卡器、软件和业务的全球市场从2002年的10亿美元将成长到2007年的26亿美元。   

    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行动货物/产品的记录和追踪,在RFID收发器(信用卡大小的塑料/纸卷标,内含芯片、射频部份和天线)上的必要储存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行动电话等领域内。快速的识别对于公司的物流程式、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储存处搬到生产处;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’、甚至专用通讯业务已经显露出RFID-IC应用的契机。德国的Bundesbank银行期望RFID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。   

最佳的RFID技术:满足应用   

    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:被动RFID收发器,这种收发器主要用在物流和目标追踪,他们自身并没有电源,而是从读/写器的RF电场获得能量;主动收发器由电池供电,因此具有数十公尺的长距离,但是体积更大,最重要的是价格更贵。   

RFID技术的重要参数   

    低频RFID芯片(被动)工作在130kHz左右的频率上,当前的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,这种系统归为被动类,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作业需要几秒钟的时间,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在能满足需要。在这种应用中出现了相位抖动调变(PJM)技术。PJM的RFID卷标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、机场行李追踪或在远达1.2公尺的距离登录文档。   

表:主要RFID技术比较。   

RFID技术应用及其发展趋势分析

    在8个射频通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,这些芯片能提供读写速度快25倍,数据速率达848kbps。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个电子卷标进行识别、读取和写入。甚至在目标运动速度在4公尺/秒的情况下,用于这些新芯片的读取器都能胜任。    

    10Kb的可用内存空间相当于大约两个DIN A4页的简单文本储存。这个内存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存取。特殊的加密方法防止对储存数据的非授权存取。    

    UHF和微波系统最终可以允许达到几公尺的覆盖距离;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在线的车辆底盘。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。    

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,黏贴在书或CD上的13.56MHz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、识别和追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、被授权用户所修改以及防止对可分段内存的非授权存取-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。    

条形码将逐渐出局吗?    

    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形码。但是,绝对可以这样设想,在未来3到5年内,当前用条形码的场合将为RFID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13.56MHz的RFID相对于条形码,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7.5cm × 4.5cm或4.5cm × 4.5,对于CD的环形天线直径为5公分),在量达到1百万的情况下,嵌入RFID(即芯片、到天线的连接,基底材料上的天线)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,或者黏接层)。成本当然与天线尺寸和金属薄片或纸的质量有关,例如全像纸(hologramed paper)将必然使RFID标签更贵。    

RFID背后的技术    

    RFID(射频识别)系统由两部份组成:读/写单元和电子收发器。阅读器透过天线发出电磁脉冲,收发器接收这些脉冲并发送已储存的信息到阅读器作为响应。实际上,这就是对内存的数据进行非接触读、写或删除处理。从技术上来说,‘智能标签’包含了包括具有RFID射频部份和一个超薄天线环路的RFID芯片的RFID电路,这个天线与一个塑料薄片一起嵌入到标签内。通常,在这个标签上还黏一个纸卷标,在纸卷标上可以清晰地印上一些重要信息。当前的智能标签一般为信用卡大小,对于小的货物还有4.5 × 4.5cm尺寸的标签,也有CD和DVD上用的直径为4.7公分的圆形标签。与像条形码或磁条等其它ID技术相比较而言,收发器技术的优势在于阅读器和收发器之间的无线链接:读/写单元不需要与收发器之间的可视接触,因此可以完全整合到产品里面。这意味着收发器适合于恶劣的环境,收发器对潮湿、肮脏和机械影响不敏感。因此,收发器系统具有非常高的读可靠性、快速数据获取,最后一点也是重要的一点就是节省劳力和纸张。    

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