物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)RFID技術(shù)是怎么構(gòu)成的

RFID作為物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，自二戰(zhàn)時(shí)期萌芽，至今已經(jīng)發(fā)展了近90年。隨著技術(shù)的成熟和普及，RFID必將與市場(chǎng)需求的不斷增加而發(fā)展壯大。

很多人對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的認(rèn)知都是基于傳感網(wǎng)，也就是傳感器。其實(shí)如果廣義來看，大傳感技術(shù)目前在行業(yè)里更多的應(yīng)用是來自RFID技術(shù)的普及和應(yīng)用的。甚至可以毫不夸張地說，RFID相關(guān)的應(yīng)用就在你我他身邊，每個(gè)人都離不開它!如今，越來越多的需求使得RFID技術(shù)進(jìn)入大爆發(fā)!

在商業(yè)上的應(yīng)用，沃爾瑪當(dāng)之無愧是RFID技術(shù)在零售和物流業(yè)部署的鼻祖，對(duì)RFID技術(shù)的大力推廣也是功不可沒。

沃爾瑪?shù)哪繕?biāo)是要能夠跟蹤到所有的貨物。大約從2000年前后，經(jīng)過5年時(shí)間，沃爾瑪完成了5個(gè)分銷中心的部署工作，只占既定目標(biāo)的一半還不到。在當(dāng)時(shí)成本昂貴、技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的背景下，沃爾瑪依然堅(jiān)持投入、推廣供應(yīng)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(jiān)信RFID技術(shù)會(huì)帶來更多商業(yè)利益。

這就是RFID基于物品追蹤，到物品管理，再到實(shí)現(xiàn)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(xiàn)在的ISO 18006-C標(biāo)準(zhǔn)和“第二代”標(biāo)簽掃描器標(biāo)準(zhǔn)。

據(jù)Sanford C.Bernstein公司的零售業(yè)分析師估計(jì)，通過采用RFID，沃爾瑪每年可以節(jié)省83.5億美元，其中大部分是因?yàn)椴恍枰斯げ榭催M(jìn)貨的條碼而節(jié)省的勞動(dòng)力成本。

不過也有一些分析師認(rèn)為83億美元這個(gè)數(shù)字過于樂觀。但毫無疑問，RFID有助于解決零售業(yè)兩個(gè)最大的難題：

商品斷貨和損耗(因盜竊和供應(yīng)鏈被攪亂而損失的產(chǎn)品)，而單是盜竊一項(xiàng)，沃爾瑪一年的損失就差不多有20億美元。

研究機(jī)構(gòu)估計(jì)，通過RFID技術(shù)能夠幫助把失竊和存貨水平降低25%。無獨(dú)有偶，其實(shí)現(xiàn)在我們常說的物聯(lián)網(wǎng)概念的起源就是源自于凱文·阿斯頓當(dāng)年在寶潔公司負(fù)責(zé)連鎖超市里的口紅盤點(diǎn)，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(gè)專門的研發(fā)中心，就是研究這個(gè)項(xiàng)目為主要的方向。

當(dāng)然，追溯歷史，美軍又是RFID技術(shù)最早的推動(dòng)者。早在二戰(zhàn)時(shí)期，美國(guó)空軍和海軍都面臨著在陸地、海上和空中對(duì)敵我目標(biāo)識(shí)別的問題，為此開發(fā)出了”敵我識(shí)別系統(tǒng)”，這便是早期RFID技術(shù)的萌芽。

到了60年代后期，出現(xiàn)一些稍微簡(jiǎn)單的商用RFID系統(tǒng)，主要用于倉庫、圖書館等物品安全和監(jiān)視。這種早期的商用RFID系統(tǒng)被稱為1bit標(biāo)簽系統(tǒng)，相對(duì)容易構(gòu)建、部署和維護(hù)，。

但這種1bit系統(tǒng)只能檢測(cè)被標(biāo)識(shí)的目標(biāo)是否在場(chǎng)，無法有更大的數(shù)據(jù)容量，甚至不能區(qū)分被標(biāo)識(shí)目標(biāo)之間的差別。因此，早期的1bit只能作為簡(jiǎn)單的檢測(cè)用途。

到了90年代，道路電子收費(fèi)系統(tǒng)在大西洋沿線得到了廣泛應(yīng)用，這些系統(tǒng)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(yīng)用的開始。我們今天大量使用的電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)，就是ETC系統(tǒng)，核心原理就是RFID 技術(shù)。

那么RFID技術(shù)是怎么構(gòu)成的呢?

RFID首先可簡(jiǎn)單分為硬件層和軟件層。

硬件層為：電子標(biāo)簽(Tag)和讀寫器(Reader&Writer);軟件層為數(shù)據(jù)交換和管理系統(tǒng)。

電子標(biāo)簽(Tag)主要由上天線、耦合元件和集成芯片組成。每個(gè)電子標(biāo)簽都具有唯一的電子編碼，通過電磁波與讀寫器進(jìn)行數(shù)據(jù)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(fā)模塊、天線、控制模塊及接口電路組成。數(shù)據(jù)交換和管理系統(tǒng)主要是把數(shù)據(jù)信息進(jìn)行搜集、存儲(chǔ)、管理和進(jìn)一步處理，為用戶使用。以及對(duì)電子標(biāo)簽進(jìn)行讀寫控制。

另外，RFID技術(shù)的基本工作原理其實(shí)也不復(fù)雜：讀寫器將要發(fā)送的射頻信號(hào)，經(jīng)編碼后加載到高頻載波信號(hào)上，再經(jīng)天線向外發(fā)送。

進(jìn)入讀寫器工作區(qū)域的電子標(biāo)簽接收此信號(hào)，卡內(nèi)芯片的有關(guān)電路對(duì)此信號(hào)進(jìn)行倍壓整流、調(diào)制、解碼、解密，然后對(duì)命令請(qǐng)求、密碼、權(quán)限等進(jìn)行判斷，電子標(biāo)簽再根據(jù)命令進(jìn)行處理。

RFID技術(shù)核心是什么?

答案是芯片!RFID 看上去很簡(jiǎn)單，但是RFID 芯片無疑是核心技術(shù)!

RFID芯片分為標(biāo)簽芯片和讀寫器芯片。標(biāo)簽芯片集成了除標(biāo)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(shù)字基帶和存儲(chǔ)器單元等模塊。對(duì)芯片的基本要求是輕、薄、小、穩(wěn)定性高和價(jià)格低。

在國(guó)內(nèi)，本土廠商也已有能力自行研發(fā)生產(chǎn)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(jià)格相較國(guó)外廠商有約30%以上的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。

另外，作為信號(hào)傳送的載體，RFID 天線的重要性不言而喻。天線也分為標(biāo)簽天線和讀寫器天線。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的各有不同，RFID 標(biāo)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(nèi)部。

此外，標(biāo)簽天線和讀寫器天線還分別承擔(dān)接收能量和發(fā)射能量的作用，這些因素對(duì)天線的設(shè)計(jì)提出了嚴(yán)格要求。

天線的目標(biāo)是傳輸最大的能量進(jìn)出標(biāo)簽芯片。這需要仔細(xì)設(shè)計(jì)天線和自由空間以及其相連的標(biāo)簽芯片的匹配。假設(shè)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(hào)給標(biāo)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(jī)的詢問信號(hào)相匹配;

第五，具有魯棒性;所謂“魯棒性”，是指控制系統(tǒng)在一定(結(jié)構(gòu)，大小)的參數(shù)攝動(dòng)下，維持其它某些性能的特性。根據(jù)對(duì)性能的不同定義，可分為穩(wěn)定魯棒性和性能魯棒性。

魯棒性是在異常和危險(xiǎn)情況下系統(tǒng)生存的關(guān)鍵。對(duì)于RFID 來說，在輸入錯(cuò)誤、磁盤故障、網(wǎng)絡(luò)過載或有意攻擊情況下，能否不死機(jī)、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?yàn)樾枨罅吭絹碓酱?，技術(shù)哦難度也越來越高，同時(shí)還要規(guī)?；l(fā)展，成本要求極高。特別對(duì)于大宗交易產(chǎn)品和日用消費(fèi)品，對(duì)價(jià)格敏感，也是未來RFID 大爆發(fā)的關(guān)鍵!

除了零售和服裝行業(yè)，RFID技術(shù)也正伴隨中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，而被廣泛推廣。

目前RFID在金融支付、物流、零售、制造業(yè)、醫(yī)療、身份識(shí)別、防偽、資產(chǎn)管理、交通、食品、動(dòng)物識(shí)別、圖書館、汽車、航空、軍事等行業(yè)都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)不同程度的商業(yè)化使用。

未來，RFID技術(shù)有不可替代的六大優(yōu)勢(shì)，也保證了物聯(lián)網(wǎng)的萬物互聯(lián)的有序發(fā)展!

1、無需可視、批量讀取，大量RFID標(biāo)簽可被讀寫器同時(shí)、快速、批量讀取，一次可讀取數(shù)百枚甚至數(shù)千枚標(biāo)簽。

可以識(shí)別高速、移動(dòng)的物體，如火車、公交等。

2、高容納力，電子標(biāo)簽可存儲(chǔ)更多信息，如生產(chǎn)日期、入庫日期等，還可反復(fù)改寫，重復(fù)使用。

讀取后的數(shù)據(jù)即時(shí)上傳系統(tǒng)，加以處理，還可實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的追根溯源。

現(xiàn)實(shí)生活中RFID 成為溯源系統(tǒng)的核心技術(shù)。

3、讀取距離遠(yuǎn)，根據(jù)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(xiàn)在遠(yuǎn)距離可以達(dá)到幾十米以上。

因?yàn)榭梢跃珳?zhǔn)定位到厘米級(jí)，所以RFID 也是極好的室內(nèi)定位的有效手段。

4、全球唯一性，不可復(fù)制。

每個(gè)RFID標(biāo)簽都是唯一的，在生產(chǎn)標(biāo)簽過程中，便已將標(biāo)簽與商品信息綁定，所以在后續(xù)商品流通、使用過程中，這個(gè)標(biāo)簽都是唯一代表所對(duì)應(yīng)的那一件商品。

5、保存周期長(zhǎng)

RFID標(biāo)簽具有防水、防磁、防腐蝕、耐高溫的特點(diǎn)。

洗衣行業(yè)、動(dòng)物飼養(yǎng)行業(yè)、醫(yī)療行業(yè)等，都對(duì)標(biāo)簽?zāi)陀眯杂休^高要求。

目前一般的標(biāo)簽保存時(shí)間都可以達(dá)到幾年、十幾年甚至幾十年。

6、高安全性

RFID標(biāo)簽的核心技術(shù)之一是芯片，眾所周知芯片開發(fā)的難度之大，造價(jià)之高。對(duì)于造假者而言，復(fù)制成本太高，且難以突破技術(shù)關(guān)卡。

此外電子標(biāo)簽具有可靠的安全加密機(jī)制，我國(guó)第二代居民身份證也是采用RFID技術(shù)。

RFID 年增長(zhǎng)27%以上，如果按照這個(gè)增勢(shì)，預(yù)計(jì)到2022年，保守估計(jì)RFID行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模將突破千億規(guī)模。