週一, 十一月 20, 2017
   
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RFID技術應用及其發展趨勢分析

RFID(射頻識別)是一種自動無線識別和數據獲取技術,已經在很多領域得到廣泛應用。本文介紹了主流的RFID技術的性能特點,並分析了未來該技術的應用趨勢和技術發展趨勢。

 RFID是一種自動無線識別和數據獲取技術,已經使用了多年,應用領域越來越多。今天,具有可讀和可寫並能防範非授權存取的記憶體的智慧晶片已經可以在很多集裝箱、貨盤、產品包裝、智慧識別ID卡、書本或DVD中看到。由於未來可能的應用,RFID即將迎來非常巨大成長的時期,這種技術、晶片、讀卡器、軟體和業務的全球市場從2002年的10億美元將成長到2007年的26億美元。

應用將繼續以供應物流領域為主,在這個領域用RFID收發器進行包括各種各樣的可行動貨物/產品的記錄和追蹤,在RFID收發器(信用卡大小的塑膠/紙標籤,內含晶片、射頻部份和天線)上的必要儲存將繼續成為主要的應用。另外的一個可能應用就是將收發器標籤貼到紡織品、藥品包裝或者甚至是單個藥盒內。然而,未來RFID還將被用在如地方公共交通、汽車遙控鑰匙、傳送輪胎氣壓以及在行動電話等領域內。快速的識別對於公司的物流程式、大型倉庫、診所或者貨物的運輸以及在商業中都很重要。例如:汽車桌椅必須在正確時間按色彩排序(color ordered)進入到裝配線;智慧標籤將自動地檢測正確的藥物容器從儲存處搬到生產處;血樣將準確地對應到採集這個血樣的病人;供應超市所需求的新鮮貨物要求很複雜的發送網路,這個網路不允許出現差錯;2006年世界盃杯的門票將不會有假票的存在,這得感謝RFID晶片。

未來另外的一個焦點應用在汽車工業,例如控制後視鏡、所有的電動機和汽車門照明。展望更遠,電子票務、‘電子護照’、甚至專用通訊業務已經顯露出RFID-IC應用的契機。德國的Bundesbank銀行期望RFID在鈔票中應用,這種鈔票不同於今天的鈔票,不能用彩色列印機或複印機來簡單偽造,但事實上需要晶片製造商能生產出紙那麼薄、沙粒那麼大的RFID-IC。

最佳的RFID技術:滿足應用

 很多事實證明主要的銷售機會存在於物流過程中,根據行業和性能要求(例如讀取速度、需要同時讀取的RFID標籤數量)可以採用不同的技術。RFID技術可以基本分為低頻系統、頻率為13.56MHz的高頻(HF)系統以及頻段在900MHz左右的超高頻系統(UHF),還有工作在2.4GHz或者5.8GHz(見表)微波頻段的系統。除了頻率範圍外的另外一個差異性因素是電源:被動RFID收發器,這種收發器主要用在物流和目標追蹤,他們自身並沒有電源,而是從讀/寫器的RF電場獲得能量;主動收發器由電池供電,因此具有數十公尺的長距離,但是體積更大,最重要的是價格更貴。

RFID技術的重要參數

 低頻RFID晶片(被動)工作在130kHz左右的頻率上,當前的主要應用在門禁控制、動物ID、電子鎖車架、機器控制的授權檢查等。該技術讀取速度非常慢並不是問題,因為只需要在單方向上傳輸非常短的資訊,相應的ISO標準為11484/85和14223。13.56MHz系統將在很多工業領域中越來越重要,這種系統歸為被動類,具有高度的可小型化特點,在最近幾年不斷地得到改進。用來獲取貨物和產品資訊,並符合ISO標準14443、18000-3,1的系統相對較慢,在某些情況下一次讀作業需要幾秒鐘的時間,不同的數據量所需的具體時間不同。根據不同的種類,ISO 15693標準類型的系統可以對付最大速度為0.5m/s的運動目標,能獲得高達26.48kbps的數據傳輸速度,能實現每秒30個對象的識別。

 然而,在未來大規模的物流應用中,工作在13.56MHz的傳統方法,甚至在ISO 15693中定義的最近的方法都不在能滿足需要。在這種應用中出現了相位抖動調變(PJM)技術。PJM的RFID標籤適合被標記物體在傳輸帶上的任何地方以高速通過閱讀器,並必須以非常高數據速率地逐個讀取,例如識別包裝嚴實的藥品、機場行李追蹤或在遠達1.2公尺的距離登錄文檔。

表:主要RFID技術比較。

 在8個射頻通道之間連續切換增加了讀的速度並保證可靠識別,即使在很大的吞吐率情況下。在Magellan公司的PJM技術基礎上,英飛凌公司和澳洲的Magellan技術公司已經合作開發出了應用於這種目的的晶片。與當前的13.56MHz RFID技術相比,這些晶片能提供讀寫速度快25倍,數據速率達848kbps。PJM系統為用於物流進行了優化(ISO Standard 18000-3 Mode 2),可以在不到一秒的時間內可靠地對多達500個電子標籤進行識別、讀取和寫入。甚至在目標運動速度在4公尺/秒的情況下,用於這些新晶片的讀取器都能勝任。

 10Kb的可用記憶體空間相當於大約兩個DIN A4頁的簡單文本儲存。這個記憶體空間還可以進一步分成幾個扇區,只有被授權的人能進行讀寫存取。特殊的加密方法防止對儲存數據的非授權存取。

UHF和微波系統最終可以允許達到幾公尺的覆蓋距離;他們通常具有自己的電池,因此適合於例如在裝載坡道上貨盤內的大型貨物的識別,或者甚至是在汽車廠產品線上的車輛底盤。這些頻率範圍的缺點是大氣濕度的負面影響,以及需要不時地或始終需要保持收發器相對於讀寫天線的方位。

 應用主導技術

 通常總是某種特定應用來主導採用哪個技術。對於百貨公司,在貨品上加上標籤僅僅以方便在銷售終端讀取當然是毫無意義,因為在當前的成本環境下,這會使產品更貴。但是,下面的應用非常有意義:在圖書館出借書或CD時,黏貼在書或CD上的13.56MHz標籤在經過時的幾秒鐘就能讀取標籤,或者在藥物批發商的挑選輸送帶上可靠地識別藥品,以避免可能造成嚴重後果的藥品誤發。

 然而,基本上,任何對象的讀取、識別和追蹤任務可以受益於經過深思熟慮的RFID技術應用,特別是當每個數據都必須被寫入到晶片、被授權用戶所修改以及防止對可分段記憶體的非授權存取-可能的話,甚至可以在非常高的速度以及對大量的對象進行同時處理。

 條碼將逐漸出局嗎?

 這個問題可能是根據上面談到的事實所得出的,但答案是否定的。因為成本的原因,像超市裡出售的0.25歐元的奶酪罐將長時間繼續採用條碼。但是,絕對可以這樣設想,在未來3到5年內,當前用條碼的場合將為RFID標籤開放,例如識別紡織品或包裹這樣的大物品,還有城市公共交通或無人售貨機的付費問題。在所有這些應用中,工作在13.56MHz的RFID相對於條碼,無論在可靠性、避免污染、可見性、讀取速度和空間方向性上都具有優勢,更不用說那些因為接觸產生的問題,理論上(RFID)可以無限次讀寫。

 RFID標籤成本在不斷下降

 RFID技術的成本與實際的應用有關係。根據附加在金屬基底上的天線的大小(對於13.56MHz,當前為7.5cm × 4.5cm或4.5cm × 4.5,對於CD的環形天線直徑為5公分),在量達到1百萬的情況下,嵌入RFID(即晶片、到天線的連接,基底材料上的天線)的成本約50分。在未來2到3年中這將改變:最快到2006年或2007年將可以達到20分的價格,大約50%的成本為晶片成本,另外一半為天線和基底材料的成本(金屬薄片和紙,或者黏接層)。成本當然與天線尺寸和金屬薄片或紙的品質有關,例如全像紙(hologramed paper)將必然使RFID標籤更貴。

 作者: Bodo Ischebeck  高級總監和總經理 英飛凌公司識別方案部門

 

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