RFID作為物聯網的關鍵技術之一,自二戰時期萌芽,至今已經發展了近90年。隨著技術的成熟和普及,RFID必將與市場需求的不斷增加而發展壯大。
很多人對于物聯網行業的認知都是基于傳感網,也就是傳感器。其實如果廣義來看,大傳感技術目前在行業里更多的應用是來自RFID技術的普及和應用的。甚至可以毫不夸張地說,RFID相關的應用就在你我他身邊,每個人都離不開它!如今,越來越多的需求使得RFID技術進入大爆發!
在商業上的應用,沃爾瑪當之無愧是RFID技術在零售和物流業部署的鼻祖,對RFID技術的大力推廣也是功不可沒。
沃爾瑪的目標是要能夠跟蹤到所有的貨物。大約從2000年前后,經過5年時間,沃爾瑪完成了5個分銷中心的部署工作,只占既定目標的一半還不到。在當時成本昂貴、技術和標準不統一的背景下,沃爾瑪依然堅持投入、推廣供應商一同加入部署。在推廣部署RFID的路途上,沃爾瑪可謂孜孜不倦的“教育”著合作伙伴,更重要的是,沃爾瑪始終堅信RFID技術會帶來更多商業利益。
這就是RFID基于物品追蹤,到物品管理,再到實現電子信息化的物流管理體系。
沃爾瑪隨后還和其他早期采用者一起,幫助制定了現在的ISO 18006-C標準和“第二代”標簽掃描器標準。
據Sanford C.Bernstein公司的零售業分析師估計,通過采用RFID,沃爾瑪每年可以節省83.5億美元,其中大部分是因為不需要人工查看進貨的條碼而節省的勞動力成本。
不過也有一些分析師認為83億美元這個數字過于樂觀。但毫無疑問,RFID有助于解決零售業兩個最大的難題:
商品斷貨和損耗(因盜竊和供應鏈被攪亂而損失的產品),而單是盜竊一項,沃爾瑪一年的損失就差不多有20億美元。
研究機構估計,通過RFID技術能夠幫助把失竊和存貨水平降低25%。無獨有偶,其實現在我們常說的物聯網概念的起源就是源自于凱文·阿斯頓當年在寶潔公司負責連鎖超市里的口紅盤點,為了更好地解決口紅的追蹤管理問題,后來與MIT 組織了一個專門的研發中心,就是研究這個項目為主要的方向。
當然,追溯歷史,美軍又是RFID技術最早的推動者。早在二戰時期,美國空軍和海軍都面臨著在陸地、海上和空中對敵我目標識別的問題,為此開發出了”敵我識別系統”,這便是早期RFID技術的萌芽。
到了60年代后期,出現一些稍微簡單的商用RFID系統,主要用于倉庫、圖書館等物品安全和監視。這種早期的商用RFID系統被稱為1bit標簽系統,相對容易構建、部署和維護,。
但這種1bit系統只能檢測被標識的目標是否在場,無法有更大的數據容量,甚至不能區分被標識目標之間的差別。因此,早期的1bit只能作為簡單的檢測用途。
到了90年代,道路電子收費系統在大西洋沿線得到了廣泛應用,這些系統提供了更完善的訪問控制特征,因此它們集成了支付功能,也成為綜合性的集成RFID應用的開始。我們今天大量使用的電子不停車收費系統,就是ETC系統,核心原理就是RFID 技術。
那么RFID技術是怎么構成的呢?
RFID首先可簡單分為硬件層和軟件層。
硬件層為:電子標簽(Tag)和讀寫器(Reader&Writer);軟件層為數據交換和管理系統。
電子標簽(Tag)主要由上天線、耦合元件和集成芯片組成。每個電子標簽都具有唯一的電子編碼,通過電磁波與讀寫器進行數據交換,具有智能讀寫和加密通信功能。
讀寫器主要由無線收發模塊、天線、控制模塊及接口電路組成。數據交換和管理系統主要是把數據信息進行搜集、存儲、管理和進一步處理,為用戶使用。以及對電子標簽進行讀寫控制。
另外,RFID技術的基本工作原理其實也不復雜:讀寫器將要發送的射頻信號,經編碼后加載到高頻載波信號上,再經天線向外發送。
進入讀寫器工作區域的電子標簽接收此信號,卡內芯片的有關電路對此信號進行倍壓整流、調制、解碼、解密,然后對命令請求、密碼、權限等進行判斷,電子標簽再根據命令進行處理。
RFID技術核心是什么?
答案是芯片!RFID 看上去很簡單,但是RFID 芯片無疑是核心技術!
RFID芯片分為標簽芯片和讀寫器芯片。標簽芯片集成了除標簽天線及匹配線以外的所有電路,包括射頻前端、模擬前端、數字基帶和存儲器單元等模塊。對芯片的基本要求是輕、薄、小、穩定性高和價格低。
在國內,本土廠商也已有能力自行研發生產低頻、高頻段芯片,在小體積、低功耗上也都取得了一定的成果,且價格相較國外廠商有約30%以上的價格優勢。
另外,作為信號傳送的載體,RFID 天線的重要性不言而喻。天線也分為標簽天線和讀寫器天線。根據應用場合的各有不同,RFID 標簽可能需要貼在不同類型、不同形狀的物體上,甚至需要嵌入到物體內部。
此外,標簽天線和讀寫器天線還分別承擔接收能量和發射能量的作用,這些因素對天線的設計提出了嚴格要求。
天線的目標是傳輸最大的能量進出標簽芯片。這需要仔細設計天線和自由空間以及其相連的標簽芯片的匹配。假設在零售商品中使用,如果頻帶是435MHz,2.45GHz和5.8GHz,那么天線必須要做到:
第一,體積足夠小,才能夠貼到物品上;
第二,有全向或半球覆蓋的方向性;
第三,提供最大可能的信號給標簽的芯片;
第四,無論物品什么方向,天線的極化都能與讀寫機的詢問信號相匹配;
第五,具有魯棒性;所謂“魯棒性”,是指控制系統在一定(結構,大小)的參數攝動下,維持其它某些性能的特性。根據對性能的不同定義,可分為穩定魯棒性和性能魯棒性。
魯棒性是在異常和危險情況下系統生存的關鍵。對于RFID 來說,在輸入錯誤、磁盤故障、網絡過載或有意攻擊情況下,能否不死機、不崩潰,就是RFID 的魯棒性。
最后,具備以上要求之外,成本要足夠低。
RFID 因為需求量越來越大,技術哦難度也越來越高,同時還要規模化發展,成本要求極高。特別對于大宗交易產品和日用消費品,對價格敏感,也是未來RFID 大爆發的關鍵!
除了零售和服裝行業,RFID技術也正伴隨中國經濟的高速發展,而被廣泛推廣。
目前RFID在金融支付、物流、零售、制造業、醫療、身份識別、防偽、資產管理、交通、食品、動物識別、圖書館、汽車、航空、軍事等行業都已經實現不同程度的商業化使用。
未來,RFID技術有不可替代的六大優勢,也保證了物聯網的萬物互聯的有序發展!
1、無需可視、批量讀取,大量RFID標簽可被讀寫器同時、快速、批量讀取,一次可讀取數百枚甚至數千枚標簽。
可以識別高速、移動的物體,如火車、公交等。
2、高容納力,電子標簽可存儲更多信息,如生產日期、入庫日期等,還可反復改寫,重復使用。
讀取后的數據即時上傳系統,加以處理,還可實現對產品的追根溯源。
現實生活中RFID 成為溯源系統的核心技術。
3、讀取距離遠,根據讀寫器的功率和天線的增益率,讀取距離可從幾十厘米到幾米不等;現在遠距離可以達到幾十米以上。
因為可以精準定位到厘米級,所以RFID 也是極好的室內定位的有效手段。
4、全球唯一性,不可復制。
每個RFID標簽都是唯一的,在生產標簽過程中,便已將標簽與商品信息綁定,所以在后續商品流通、使用過程中,這個標簽都是唯一代表所對應的那一件商品。
5、保存周期長
RFID標簽具有防水、防磁、防腐蝕、耐高溫的特點。
洗衣行業、動物飼養行業、醫療行業等,都對標簽耐用性有較高要求。
目前一般的標簽保存時間都可以達到幾年、十幾年甚至幾十年。
6、高安全性
RFID標簽的核心技術之一是芯片,眾所周知芯片開發的難度之大,造價之高。對于造假者而言,復制成本太高,且難以突破技術關卡。
此外電子標簽具有可靠的安全加密機制,我國第二代居民身份證也是采用RFID技術。
RFID 年增長27%以上,如果按照這個增勢,預計到2022年,保守估計RFID行業市場規模將突破千億規模。
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