射頻識別(電子標簽)技術正在成熟

RFID正在成熟
 
崔澎
 
　　射頻識別（Radio Frequency Identification），俗稱電子標簽。早在20世紀80年代，由于大規(guī)模集成電路技術的成熟，射頻識別系統(tǒng)的體積大大縮小，使得射頻識別技術進入實用化階段。但是，隨后RFID的發(fā)展印證了Geoffey Moore的技術生命周期理論（圖1）（注）， RFID在早期市場出現了斷層。RFID熱潮的再度興起時已經進入21世界，隨著倉儲和物流行業(yè)的迅猛發(fā)展，RFID在產品供應鏈環(huán)節(jié)找到了用武之地。開放標準的出現和被認可以及RFID從封閉式系統(tǒng)向開放系統(tǒng)演進，促使大型企業(yè)（沃爾瑪，TESCO、IBM等）甚至一些國家機構（美國國防部等）認識到它在改進效率、改善供應鏈和提高投資回報率方面的顯著成效。
 
市場前景
 
　　根據Gartner公司預測，2004年到2007年開放系統(tǒng)的RFID應用趨于成熟，2007年后RFID應用甚至可以為供應鏈帶來脫骨換胎般的變化。
 
　　在市場調研公司Venture Development Corp的預測中，即便不包括在供應鏈的中應用，RFID標簽、讀碼器、軟件和服務的綜合市場在2002年到2007年將以年均 22.6%的速度發(fā)展。單只收發(fā)器和讀碼器的出貨值就從2002年的7億美元增長到2007年的近20億美元（圖2）。
 
　　考慮到這些數據還沒有包括基于EPC標準的RFID產品的銷售，所以這個數據還只是RFID整體市場的冰山一角。在供應鏈中能夠用到RFID的地方很多，倉儲中的貨柜貨箱，商店中單個商品的跟蹤等等，對RFID標簽的需求很容易就會達到每年幾百億個。對讀碼器的需求雖然不像標簽一樣廣泛，但是增長也很迅速。（讀碼器解讀標簽中的信息并且在無線手持設備上顯示。讀碼器的需求很廣泛，取決于應用。）
 
　　來源：VENTURE DEVELOPMENT公司
 
頻段劃分
 
　　射頻識別技術是利用射頻方式進行非接觸雙向通信，以達到識別目的并交換數據，屬于短距離、微功率無線電通信，按規(guī)定，RFID系統(tǒng)應保證在工作時不會干擾附近的無線電廣播和電視廣播、移動業(yè)務、導航等其它無線電業(yè)務，因此這在很大程度上限制了適用于RFID系統(tǒng)的工作頻率的選擇。目前，用于被動標簽的RFID系統(tǒng)可以分為：低頻率（125-135 KHz）：也就是被提及較多的EPC，距離在半米以內，傳輸速率低于1kb/s；高頻率（13.56 MHz）：作用射頻在0.5米-1.5米之間，傳輸速率在25kb/s左右，在不良導體中有較好的穿透性; 超高頻率包括：UHF 433 MHz 和UHF 860-960 MHz, 前者一般使用主動標簽，數據接收距離可達100米；后者數據接收距離在1.5-5米之間，傳輸速率30kb/s；2.45GHz的微波，傳輸速率100kb/s，工作距離2-5米，但對液體非常敏感。
 
　　不同的頻率，其相關物理屬性也不相同，應用的領域也不一樣。例如EPC（電子產品代碼）由于頻率較低，受環(huán)境影響最小，在潮濕空氣或者金屬環(huán)境中都可以工作，4種頻率的物理屬性參看圖3。
 
　　由于目前還沒有一個統(tǒng)一組織管理RFID頻段，原則上各個國家都能隨意劃分頻段給RFID。低頻和高頻RFID標簽可以全球通用。超高頻的應用就受到很大的限制，因為目前缺少統(tǒng)一的全球標準。在北美，政府給出的范圍是908 - 928 MHz，但在傳輸功率上有限制。在歐洲，UHF得到的頻段是 865.6 - 867.6 MHz，908 - 928 MHz的范圍在法國是軍事應用的頻段。澳大利亞和新西蘭給出的頻段是918 - 926 MHz，也有功率限制。而在在中國和日本，甚至沒有劃給UHF頻段。
 
應用
 
　　受到頻率和物理屬性的影響，不同頻段RFID系統(tǒng)的應用領域也是千差萬別。
 
　　在低頻段，常見的應用是航空與航海導航系統(tǒng)、定時信號系統(tǒng)以及軍事上的應用。此外，在普通門禁、產品檢測方面，低頻系統(tǒng)也得到了非常廣泛的應用。例如飛利浦的hitag應用在煤氣罐、啤酒桶運輸甚至牲畜放牧領域，可以隨時記錄和反映被監(jiān)測對象歷史信息和維護數據等。
 
　　高頻應用范圍為新聞廣播、電信服務、公共交通、高速路收費站、停車場、加油站等。目前國內較多的是為二代身份證的應用和學生火車優(yōu)待證的應用。
 
　　超高頻RFID產品被推薦應用在供應鏈管理上。例如，在新鮮食品的外包裝或者郵政速遞的包裹等等。但是，超高頻技術對于金屬等可導媒介完全不能穿透。實踐證明，由于高濕物品、金屬物品對超高頻無線電波的吸收與反射特性，      超高頻RFID產品對于此類物品的跟蹤與識讀是完全失敗的。
 
　　微波主要應用于射頻識別、遙測發(fā)射器與計算機的無線網絡。最典型的應用是飛利浦和索尼提出的的NFC(Near Field Communication)技術，它可以用短距離無線通信方式把電子設備連接起來。
 
　　當然，采用雙頻技術的射頻識別系統(tǒng)更為可行，可以同時保證低頻和高頻系統(tǒng)各自的優(yōu)點，從而能夠廣泛地運用在動物識別，導體材料干擾及潮濕的環(huán)境，諸如集裝箱、水果箱、食品罐頭等物流供應鏈場合、動物識別、人員門禁、運動計時等。
 
發(fā)展問題
 
　　RFID的技術潛力無限，甚至會在未來徹底改變供應鏈的方式。但至少目前，RFID的發(fā)展還是受制于許多問題，例如，標準差異、安全和成本問題等等。
 
　　標準不統(tǒng)一已成為制約RFID發(fā)展的首要因素。目前，RFID應用標準繁多，包括：ISO/IEC 18000，一個綜合標準，針對不同的頻率有不同的規(guī)范，它詳細規(guī)定了空中界面（air interface），但對RF標簽的結構沒有要求；ISO/IEC 15961 & 15962是一個數據協議標準，包括標簽中的數據如何編碼；ISO/IEC 15963是一個單獨識別RF標簽的系統(tǒng)；ISO TC 23 適用于動物識別的標準；行業(yè)應用中各種標準。最著名的是美國的EPC協會發(fā)布的EPCglobal標準，它規(guī)定了RFID的空中界面和RF標簽的結構。
 
　　由于每個RFID標簽中都有一個識別碼，如果它的數據格式有很多種類且互不兼容，那么使用不同標準的RFID產品就不能通用，這對物品流通非常不利。目前RFID存在兩個技術標準陣營，一是美國的Auto-IDCenter，一是日本的UbiquitousIDCenter（UID）。前者的領導組織是美國的EPC（電子產品代碼）環(huán)球協會，旗下有沃爾瑪集團、英國Tesco等100多家歐美的零售流通企業(yè)，同時有IBM、微軟、飛利浦、Auto-IDLab等公司提供技術研究支持。后者主要由日系廠商組成，有日本電子廠商、信息企業(yè)和印刷公司等。日本UID標準和歐美的EPC標準在使用無線頻段、信息位數和應用領域等存在諸多差異。日本的RFID采用的頻段為2.45GHz和13.56MHz；日本的電子標簽的信息位數為128位，EPC標準的位數為96位；日本的電子標簽標準可用于庫存管理、信息發(fā)送與接收以及產品和零部件的跟蹤管理等，EPC標準側重于物流管理、庫存管理等。
 
　　然而歐美陣營也并非完壁一塊， EPCGlobal也存在3種提案的分歧。這3種提案分別來自三家組織，分別為RFID專業(yè)公司Alien科技（Q提案），飛利浦和德州儀器聯盟（UnifiedGroup），以及EM、Matrics、Atmel及其他一些小型企業(yè)所組成的聯合體（PerformanceTeam）。由于三大提案都基于ISO18000-6A，因而技術方面存在廣泛的相似之處，不過它們之間的差異也足以改變RFID產業(yè)鏈的格局。直到2004年年底，EPCglobal頒布了新的UHF Gen 2才消除了分歧，統(tǒng)一了UHF RFID應用的標準。
 
　　就在RFID廠商為標準爭得不可開交的時候，零售流通企業(yè)也在為RFID的高額成本頭疼。作為RFID系統(tǒng)中的重要部件，目前標簽的單個成本不是很高，但在供應鏈中，企業(yè)面對的是每個商品都必須附帶一個標簽。電子產品分銷商Avnet公司負責產品倉儲和分銷的高級副總裁Jim Smith就認為，現在RFID標簽的成本太高，“每個標簽30-60美分的價格帶來的成本是個天文數字”。Smith說，“等一個5美分的硬幣能買一個標簽的時候也許才有實際意義，但這個時候離我們還很遠。”而且，標簽只是成本中的一步分，完整的RFID系統(tǒng)還需要硬件和軟件的支持，例如讀碼器、天線、終端數據庫等等，根據ACCENTURE公司的分析，RFID的基礎構架占到整個系統(tǒng)成本的39%，未來的維護費用是另一個重要部分，占到17%的比例（圖4）。
 
　　注：在IT產業(yè)里有兩個摩爾定律：一個是英特爾創(chuàng)始人戈登