RFID技術(shù)成為無人超市背后的功臣

無人超市，這個在近期漸有趕超“共享單車”的熱詞，已經(jīng)成為了大家眼前的一個亮點。阿里巴巴的操盤者馬云在近期提出了“新零售”的概念，認(rèn)為超市、便利店形式的零售店可以不借助收銀員來達(dá)到“無人超市”。伴隨著上海楊浦區(qū)歐尚超市長陽路店的停車場附近的無人超市的出現(xiàn)，繽果盒子、羅森、阿里巴巴……諸多企業(yè)宣布開啟或?qū)㈤_啟“無人超市”項目。在上海，這種新業(yè)態(tài)悄然落地。

無人超市并非是空穴來風(fēng)！

國際巨頭亞馬遜收購線下零售超市(以 137 億美元收購美國全食超市)刺激傳統(tǒng)商超大鱷沃爾瑪神經(jīng)(股價反映當(dāng)日交易跌幅7%)動作之前，去年年底就哄搶線下零售的細(xì)分場景，放出了一個憋了四年的超級大招——全新的線下商店 Amazon Go。無須排隊結(jié)賬的實體店：刷手機進(jìn)店、選品、拿貨，然后走人！亞馬遜無人超市讓人大開眼界，不排隊不結(jié)賬，拿了東西就走人，Amazon Go購物簡直一氣呵成。

Amazon Go的成功自然讓阿里巴巴等巨頭企業(yè)動了心，通過與高科技企業(yè)公司的合作，各大企業(yè)也逐漸地讓無人超市這一新零售概念成為了現(xiàn)實，無人超市的出現(xiàn)與RFID技術(shù)的運用密不可分。根據(jù)上海當(dāng)?shù)赜脩舻捏w驗發(fā)現(xiàn)，無人超市中的商品都被貼上了一種標(biāo)簽。

這種標(biāo)簽就是電子標(biāo)簽，也是RFID系統(tǒng)中的重要組成部分，該超市中采用了inlay系列中全向標(biāo)簽H47標(biāo)簽，該標(biāo)簽采用了impinj最新的true 3D技術(shù)，H47采用標(biāo)簽雙天線，讀取效果不受讀寫器天線的限制，可以在空間360度被很好地識別，是超高頻RFID領(lǐng)域的一次重大創(chuàng)新技術(shù)。電子標(biāo)簽結(jié)合自動收銀臺中的讀寫系統(tǒng)，幫助消費者完成付費。

RFID技術(shù)作為一項無線通訊技術(shù)非常合適投入了新零售的概念之中。因此將RFID技術(shù)成為無人超市背后的功臣亦無可厚非。在結(jié)合RFID相關(guān)技術(shù)的情況下，無人超市還結(jié)合電子監(jiān)控等技術(shù)，盡可能完美的讓一個真正的無人超市呈現(xiàn)在人們的面前。也許無人超市的誕生會如同共享單車一般，存在著許許多多的需要解決的問題，但是更為便捷的經(jīng)濟(jì)生活方式已然成為一種時代的趨勢。

對一個RFID系統(tǒng)來說，它的頻段概念是指讀寫器通過天線發(fā)送、接收并識讀的標(biāo)簽信號頻率范圍。從應(yīng)用概念來說，射頻標(biāo)簽的工作頻率也就是射頻識別系統(tǒng)的工作頻率，直接決定系統(tǒng)應(yīng)用的各方面特性。在RFID系統(tǒng)中，系統(tǒng)工作就像我們平時收聽調(diào)頻廣播一樣，射頻標(biāo)簽和讀寫器也要調(diào)制到相同的頻率才能工作。

射頻標(biāo)簽的工作頻率不僅決定著射頻識別系統(tǒng)工作原理（電感耦合還是電磁耦合）、識別距離，還決定著射頻標(biāo)簽及讀寫器實現(xiàn)的難易程度和設(shè)備成本。RFID應(yīng)用占據(jù)的頻段或頻點在國際上有公認(rèn)的劃分，即位于ISM波段。典型的工作頻率有：125kHz、133kHz、13.56MHz、27.12MHz、433MHz、902MHz～928MHz、2.45GHz、5.8GHz等。

按照工作頻率的不同，RFID標(biāo)簽可以分為低頻(LF)、高頻(HF)、超高頻(UHF)和微波等不同種類。不同頻段的RFID工作原理不同，LF和HF頻段RFID電子標(biāo)簽一般采用電磁耦合原理，而UHF及微波頻段的RFID一般采用電磁發(fā)射原理。目前國際上廣泛采用的頻率分布于4種波段，低頻(125KHz)、高頻(13.54MHz）、超高頻（850MHz～910MFz）和微波（2.45GHz）。每一種頻率都有它的特點，被用在不同的領(lǐng)域，因此要正確使用就要先選擇合適的頻率。

低頻段射頻標(biāo)簽，簡稱為低頻標(biāo)簽，其工作頻率范圍為30kHz～300kHz。典型工作頻率有125KHz和133KHz。低頻標(biāo)簽一般為無源標(biāo)簽，其工作能量通過電感耦合方式從閱讀器耦合線圈的輻射近場中獲得。低頻標(biāo)簽與閱讀器之間傳送數(shù)據(jù)時，低頻標(biāo)簽需位于閱讀器天線輻射的近場區(qū)內(nèi)。低頻標(biāo)簽的閱讀距離一般情況下小于1米。低頻標(biāo)簽的典型應(yīng)用有：動物識別、容器識別、工具識別、電子閉鎖防盜（帶有內(nèi)置應(yīng)答器的汽車鑰匙）等。

中高頻段射頻標(biāo)簽的工作頻率一般為3MHz～30MHz。典型工作頻率為13.56MHz。該頻段的射頻標(biāo)簽，因其工作原理與低頻標(biāo)簽完全相同，即采用電感耦合方式工作，所以宜將其歸為低頻標(biāo)簽類中。另一方面，根據(jù)無線電頻率的一般劃分，其工作頻段又稱為高頻，所以也常將其稱為高頻標(biāo)簽。鑒于該頻段的射頻標(biāo)簽可能是實際應(yīng)用中最大量的一種射頻標(biāo)簽，因而我們只要將高、低理解成為一個相對的概念，即不會造成理解上的混亂。為了便于敘述，我們將其稱為中頻射頻標(biāo)簽。中頻標(biāo)簽一般也采用無源設(shè)主，其工作能量同低頻標(biāo)簽一樣，也是通過電感（磁）耦合方式從閱讀器耦合線圈的輻射近場中獲得。標(biāo)簽與閱讀器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時，標(biāo)簽必須位于閱讀器天線輻射的近場區(qū)內(nèi)。中頻標(biāo)簽的閱讀距離一般情況下也小于1米。中頻標(biāo)簽由于可方便地做成卡狀，廣泛應(yīng)用于電子車票、電子身份證、電子閉鎖防盜（電子遙控門鎖控制器）、小區(qū)物業(yè)管理、大廈門禁系統(tǒng)等。

超高頻與微波頻段的射頻標(biāo)簽簡稱為微波射頻標(biāo)簽，其典型工作頻率有433.92MHz、862(902)MHz～928MHz、2.45GHz、5.8GHz。微波射頻標(biāo)簽可分為有源標(biāo)簽與無源標(biāo)簽兩類。工作時，射頻標(biāo)簽位于閱讀器天線輻射場的遠(yuǎn)區(qū)場內(nèi)，標(biāo)簽與閱讀器之間的耦合方式為電磁耦合方式。閱讀器天線輻射場為無源標(biāo)簽提供射頻能量，將有源標(biāo)簽喚醒。相應(yīng)的射頻識別系統(tǒng)閱讀距離一般大于1m，典型情況為4m～6m，最大可達(dá)10m以上。閱讀器天線一般均為定向天線，只有在閱讀器天線定向波束范圍內(nèi)的射頻標(biāo)簽可被讀/寫。由于閱讀距離的增加，應(yīng)用中有可能在閱讀區(qū)域中同時出現(xiàn)多個射頻標(biāo)簽的情況，從而提出了多標(biāo)簽同時讀取的需求。目前，先進(jìn)的射頻識別系統(tǒng)均將多標(biāo)簽識讀問題作為系統(tǒng)的一個重要特征。超高頻標(biāo)簽主要用于鐵路車輛自動識別、集裝箱識別，還可用于公路車輛識別與自動收費系統(tǒng)中。

以目前技術(shù)水平來說，無源微波射頻標(biāo)簽比較成功的產(chǎn)品相對集中在902MHz～928MHz工作頻段上。2.45GHz和5.8GHz射頻識別系統(tǒng)多以半無源微波射頻標(biāo)簽產(chǎn)品面世。半無源標(biāo)簽一般采用鈕扣電池供電，具有較遠(yuǎn)的閱讀距離。微波射頻標(biāo)簽的典型特點主要集中在是否無源、無線讀寫距離、是否支持多標(biāo)簽讀寫、是否適合高速識別應(yīng)用，讀寫器的發(fā)射功率容限，射頻標(biāo)簽及讀寫器的價格等方面。對于可無線寫的射頻標(biāo)簽而言，通常情況下寫入距離要小于識讀距離，其原因在于寫入要求更大的能量。微波射頻標(biāo)簽的數(shù)據(jù)存儲容量一般限定在2Kbits以內(nèi)，再大的存儲容量似乎沒有太大的意義，從技術(shù)及應(yīng)用的角度來說，微波射頻標(biāo)簽并不適合作為大量數(shù)據(jù)的載體，其主要功能在于標(biāo)識物品并完成無接觸的識別過程。典型的數(shù)據(jù)容量指標(biāo)有：1Kbits、128Bits、64Bits等。由Auto-ID Center制定的產(chǎn)品電子代碼EPC的容量為90Bits。微波射頻標(biāo)簽的典型應(yīng)用包括移動車輛識別、電子閉鎖防盜（電子遙控門鎖控制器）、醫(yī)療科研等行業(yè)。

不同頻率的標(biāo)簽有不同的特點，例如，低頻標(biāo)簽比超高頻標(biāo)簽便宜，節(jié)省能量，穿透廢金屬物體力強，工作頻率不受無線電頻率管制約束，最適合用于含水成分較高的物體，例如水果等；超高頻作用范圍廣，傳送數(shù)據(jù)速度快，但是比較耗能，穿透力較弱，作業(yè)區(qū)域不能有太多干擾，適用于監(jiān)測港口、倉儲等物流領(lǐng)域的物品；而高頻標(biāo)簽屬中短距識別，讀寫速度也居中，產(chǎn)品價格也相對便宜，比如應(yīng)用在電子票證一卡通上。

目前，不同的國家對于相同波段，使用的頻率也不盡相同。歐洲使用的超高頻是868MHz，美國則是915MHz。日本目前不允許將超高頻用到射頻技術(shù)中。

目前在實際應(yīng)用中，比較常用的是13.56MHz、860MHz～960MHz、2.45GHz等頻段。近距離RFID系統(tǒng)主要使用125KHz、13.56MHz等LF和HF頻段，技術(shù)最為成熟；遠(yuǎn)距離RFID系統(tǒng)主要使用433MHz、860MHz～960MHz等UHF頻段，以及2.45GHz、5.8GHz等微波頻段，目前還多在測試當(dāng)中，沒有大規(guī)模應(yīng)用。

我國在LF和HF頻段RFID標(biāo)簽芯片設(shè)計方面的技術(shù)比較成熟，HF頻段方面的設(shè)計技術(shù)接近國際先進(jìn)水平，已經(jīng)自主開發(fā)出符合ISO14443 Type A、Type B和ISO15693標(biāo)準(zhǔn)的RFID芯片，并成功地應(yīng)用于交通一卡通和第二代身份證等項目中。

海峽兩岸RFID相關(guān)專利分析

在RFID系統(tǒng)研究與實踐過程中，必然會遇到知識產(chǎn)權(quán)問題。一方面，相應(yīng)的專利與知識產(chǎn)權(quán)體現(xiàn)出當(dāng)前的研究水平，為實踐提供參考與借鑒；另一方面，通過對相關(guān)專利與知識產(chǎn)權(quán)的分析，可以為進(jìn)一步的研究提供新的方向與思路。這里僅以海峽兩岸RFID相關(guān)專利為例加以說明。

海峽兩岸RFID相關(guān)專利數(shù)量較多，涉及到RFID系統(tǒng)鏈上的各個環(huán)節(jié)，我們?nèi)?996年截止到2004年6月這段期間兩岸的專利情況來分析RFID的發(fā)展，并指出從專利層面所體現(xiàn)出的有待著重發(fā)展和解決的問題。

***RFID相關(guān)專利檢索

***方面在1996年到2004年6月這段期間共有相關(guān)專利28項，涉及到標(biāo)簽、讀寫器、天線、系統(tǒng)布置的方法信息處理、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用及系統(tǒng)應(yīng)用等方面（如圖1所示）。

其中，讀寫器類占6項，標(biāo)簽類——包括其生產(chǎn)、制造、封裝、應(yīng)用設(shè)計以及發(fā)明占12項，天線類1項，系統(tǒng)方法類占2項，RFID系統(tǒng)應(yīng)用類5項，防碰撞2項。

大陸RFID相關(guān)專利

大陸方面在1996年到2004年6月這段期間有相關(guān)專利106項，涉及到標(biāo)簽、讀寫器、天線、信息處理、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和信息處理及系統(tǒng)應(yīng)用等方面（如圖2所示）。

其中，讀寫器類占18項，標(biāo)簽類（包括其生產(chǎn)、制造、封裝、應(yīng)用設(shè)計以及發(fā)明）占53項，天線類6項，RFID系統(tǒng)應(yīng)用及方法類占18項，防碰撞2項，大陸在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用及信息處理方面有9項專利。

通過分析知道，大陸和***RFID的相關(guān)專利主要集中在標(biāo)簽的設(shè)計、制造封裝等方面，其次就是讀寫器類包括其電路設(shè)計及一些應(yīng)用RFID的閉環(huán)系統(tǒng)，或一些簡單應(yīng)用；而對RFID應(yīng)用鏈上的軟件部分，比如結(jié)合網(wǎng)絡(luò)的信息處理，大規(guī)模范圍的開環(huán)應(yīng)用及一些關(guān)鍵問題如防碰撞問題，與條形碼的兼容性問題等方面則鮮有專利。即使RFID的應(yīng)用專利也大體上都是RFID的簡單應(yīng)用例子，沒有在一個大的系統(tǒng)上形成體系。或者說在RFID的整個后臺處理、數(shù)據(jù)庫管理、編碼規(guī)則、調(diào)度問題等方面鮮有相關(guān)的知識產(chǎn)權(quán)及專利申請，另外在RFID應(yīng)用的測試策略方面知識產(chǎn)權(quán)相對也較少。而這對于實現(xiàn)RFID更廣泛應(yīng)用是非常關(guān)鍵的。今后我們的研究方向可以結(jié)合大的系統(tǒng)應(yīng)用提出整套方案及框架，同時研究有效的基于網(wǎng)絡(luò)的后臺信息處理系統(tǒng)的構(gòu)建。另外RFID技術(shù)實際應(yīng)用中的一些關(guān)鍵問題也是我們應(yīng)該共同研究攻關(guān)的方向，比如防碰撞問題、電磁兼容問題等等。

無人超市也讓RFID煥發(fā)了第二春。基于RFID技術(shù)的無人店目前主要有以下三種模式，按使用流程來分主要分成：

1、預(yù)識別(身份)模式

2、免識別(身份)模式

3、全開放模式

預(yù)識別(身份)模式是指用戶在打開智能商品柜或無人店大門時需先進(jìn)行身份識別后方可進(jìn)行商品購物的。如歐尚引入的無人店，首先需掃描二維碼(身份認(rèn)證)后方可進(jìn)入，即屬于一種典型的預(yù)識別(身份)應(yīng)用，如不能完成識別，則消費者無法進(jìn)行購物動作! (商品均配有RFID標(biāo)簽，并形成相應(yīng)電子賬單)。

免識別(身份)模式是指用戶無需進(jìn)行身份識別即可進(jìn)行商品購物。一般此類無人店都會設(shè)有門禁系統(tǒng)，消費者通過物理開關(guān)可以直接進(jìn)入店內(nèi)，在消費者進(jìn)入后，門禁自動鎖死，消費者在購物完成且支付成功后，門禁方可重新開啟。 (商品均配有RFID標(biāo)簽，并形成相應(yīng)電子賬單)。

全開放模式是指用戶可自由出入店內(nèi)，并可自由選擇商品，商品帶有RFID及二維碼支付標(biāo)簽，消費者在選擇商品并掃碼完成支付后即可出店。但如未完成支付而出店時，門禁系統(tǒng)會自動檢測并報警。全開放模式的優(yōu)點在于，可以解決多點購物結(jié)算問題，同時門店改造相對可控。該模式如加以配備少量服務(wù)人員并結(jié)合前兩種模式的應(yīng)用設(shè)備組合的話，則特別適合便利店、超市形成有人、無人結(jié)合應(yīng)用的新模式。

不管無人超市是否這個商業(yè)模式是否成功，但是RFID從新成為熱門的物聯(lián)網(wǎng)的連接方式再次走進(jìn)人們的視野。