RFID的發(fā)展趨勢(shì)和UHF Gen 2 RFID和HF RF

RFID的發(fā)展趨勢(shì)和UHF Gen 2 RFID和HF RFID的各種差異

如果你正在考慮采用HF RFID技術(shù)，而非UHF Gen 2，那你就要首先問自己，為什么？UHF Gen 2目前在高速生產(chǎn)線上的小型單體上的表現(xiàn)已經(jīng)和貨運(yùn)中心周轉(zhuǎn)的箱體托盤上的表現(xiàn)相媲美。由于成本低，UHF Gen 2已導(dǎo)致舊式的，速度慢，成本又高的HF 13.56 MHz RFID技術(shù)瀕于淘汰。

在決定究竟部署那種射頻識(shí)別技術(shù)之前，需要理解UHF和HF的基本概念。

射頻波中含有兩種成分：即磁波和電波。通常，HF RFID 13.56 MHz依賴的是電磁場(chǎng)中的“近場(chǎng)”磁場(chǎng)，而UHF RFID 860-960 MHz則是遠(yuǎn)場(chǎng)輻射，既包含磁場(chǎng)有包含電場(chǎng)。而在UHF標(biāo)簽中響應(yīng)的究竟是那種波則取決于兩個(gè)方面：即標(biāo)簽天線和與閱讀器之間的距離。

由于波中的磁場(chǎng)分量的強(qiáng)度將隨距離快速地減小，故只能在近場(chǎng)方起作用。其有效范圍被天線結(jié)構(gòu)限制到大約一兩個(gè)波長。由于HF標(biāo)簽為了接收能量而利用電感耦合來感應(yīng)該磁場(chǎng)。HF標(biāo)簽天線通常是有點(diǎn)像線圈的電感型天線，因此需要更多的傳導(dǎo)材料以及比等效的UHF標(biāo)簽天線更復(fù)雜的制造工藝。所幸的是，HF標(biāo)簽在磁場(chǎng)上方?jīng)]有死角，使用合適的天線，UHF標(biāo)簽就能夠很容易地獲取相同的近場(chǎng)能量，并且效率和成本效益更高。

麥克斯韋的四個(gè)方程是電磁場(chǎng)分析和設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。法拉第定律是這四個(gè)方程之一：“磁場(chǎng)中線圈感應(yīng)的電壓正比于磁場(chǎng)的強(qiáng)度和頻率”。這揭示了一個(gè)極其簡單的概念：即頻率越高，效率越高。UHF的頻率是HF的60倍，這意味著對(duì)于標(biāo)簽和閱讀器天線之間的能量耦合效率來說，UHF是HF的大約60倍。這是一個(gè)無可爭辯的物理本質(zhì)。

傳統(tǒng)的概念是UHF不適合于單品級(jí)標(biāo)簽：標(biāo)簽太大，UHF不能工作于液體，金屬以及彼此靠近的小型單品包裝。而且UHF的距離太遠(yuǎn)，所有這些都忽視了一個(gè)事實(shí)，即UHF Gen 2可以比HF更容易和更高效地用于近場(chǎng)。這意味著UHF系統(tǒng)能夠閱讀HF能夠閱讀的多有東西，包括液體和金屬含量高的物品。更重要的是，這意味著單品級(jí)應(yīng)用已經(jīng)能夠平衡UHF Gen 2標(biāo)準(zhǔn)為供應(yīng)鏈多帶來的各種利益。

關(guān)鍵是如何控制UHF的近場(chǎng)，射頻波中的這個(gè)分量特別適合于距離很近的單品級(jí)RFID工作。采用近場(chǎng)UHF Gen 2方案的各類應(yīng)用正在增長。

RFID和有關(guān)頻率的爭論

2004年12月，EPCglobal批準(zhǔn)了UHF Gen 2協(xié)議，從而產(chǎn)生出第一個(gè)全球性的RFID標(biāo)準(zhǔn)。從此，市場(chǎng)上看到了許多符合該標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。這一普及證明了從單品，容器到托盤的普適性，所用的對(duì)象有近場(chǎng)也有遠(yuǎn)場(chǎng)，材料覆蓋了液體，金屬，緊密堆積的和包裝的物品，等等。

三年后，HF產(chǎn)品開發(fā)商不得不認(rèn)可該標(biāo)準(zhǔn)。相反，最新的HF規(guī)范已經(jīng)使起草者的幻想破滅。根據(jù)HF“V2”(UHF Gen 2的HF版本)的標(biāo)準(zhǔn)編纂人員- Ken Laing的說法，迄今為止工作進(jìn)展有限，僅有的進(jìn)展是對(duì)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的有限改進(jìn)以及出現(xiàn)了一些商用產(chǎn)品。

相對(duì)于在目前流行的HF標(biāo)準(zhǔn)-ISO 15693上對(duì)EPC進(jìn)行編碼，Laing認(rèn)為在Gen 2 HF標(biāo)簽上對(duì)EPC進(jìn)行編碼的公司將會(huì)看到性能方面的改善。他說，根據(jù)RFID Update的結(jié)果，雖然改善并非驚天動(dòng)地，但還是比現(xiàn)在市場(chǎng)上的HF產(chǎn)品好很多。也許重要的一點(diǎn)是，即便是標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)得到批準(zhǔn)，但一開始所謂合格的V2產(chǎn)品并不會(huì)符合它，這種現(xiàn)象至少要持續(xù)一年。這需要一段很長的時(shí)間，即便是現(xiàn)在可以使用，也達(dá)不到UHF Gen 2目前的性能。

圖1：UHF Gen 2和HF覆蓋區(qū)域的區(qū)別。

不過本文還是返回來繼續(xù)看一下有關(guān)頻率的爭辯，因?yàn)檫@與實(shí)際的部署有關(guān)。

考慮以下因素：

* UHF Gen 2覆蓋全球所有的供應(yīng)鏈上的各種應(yīng)用；

* UHF Gen 2對(duì)所有類型的產(chǎn)品材料有效，包括液體和金屬材料。

因此就UHF Gen 2來說，HF RFID技術(shù)中是多余的，因?yàn)椋?

* 沒有任何一項(xiàng)是HF可以實(shí)現(xiàn)而UHF卻無法實(shí)現(xiàn)的；

* 而許多HF無法實(shí)現(xiàn)的但UHF卻能夠?qū)崿F(xiàn)。HF只能解決UHF RFID廣大領(lǐng)域中的一小部分。

對(duì)于RFID應(yīng)用來說，UHF是RFID的“超集”。遵從該標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品能夠解決各種項(xiàng)目，容器，托盤，所有材料和包裝類型，以及提供比HF高得多的吞吐率。

一個(gè)正確部署的UHF Gen 2系統(tǒng)，無論是大物品還是小物品，也無論是液體還是金屬，工作都會(huì)很好，與容器和托盤上一樣，能夠有效地消除在近場(chǎng)UHF Gen 2出現(xiàn)之前HF所具有的單品級(jí)方面的優(yōu)勢(shì)。的確，液體可以吸收RF能量，而金屬可以反射RF能量，但這一切都是遠(yuǎn)場(chǎng)時(shí)方需考慮的事情，而對(duì)于近場(chǎng)則是另一回事。事實(shí)上，由于一個(gè)正確設(shè)計(jì)的UHF標(biāo)簽天線能夠用于近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)，實(shí)際上它可以利用所附屬的金屬，作為天線的延伸！但HF標(biāo)簽則不行，因?yàn)槠淙狈﹄妶?chǎng)耦合的手段。盡管如此，我們還是再深入探討一下部署HF RFID系統(tǒng)的實(shí)際影響。

起初，HF無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)場(chǎng)應(yīng)用，這意味著無法用于倉庫和物流中心需要RFID遠(yuǎn)距離工作的容器和托盤，因此，HF的應(yīng)用距離僅限于近場(chǎng)。

因此，選擇HF作為物品級(jí)標(biāo)簽識(shí)別的企業(yè)還必須同時(shí)部署UHF Gen 2進(jìn)行容器和托盤的識(shí)別。如今，要同時(shí)考慮到多路數(shù)據(jù)承載架構(gòu)，成本，復(fù)雜度，效率以及維護(hù)等多種復(fù)雜因素，所以說，如果認(rèn)為數(shù)字物流沒什么難度，可是要碰壁的。這些還需要我們考慮一些經(jīng)濟(jì)因素：UHF Gen 2標(biāo)簽將永遠(yuǎn)比HF標(biāo)簽便宜。事實(shí)上，由于UHF標(biāo)簽容易制造，因此將會(huì)便宜2-3倍。與HF標(biāo)簽不同，UHF Gen 2標(biāo)簽特別適合工藝升級(jí)特別好的簡單的，高速制造技術(shù)。得益于UHF Gen 2的簡單性以及單層天線結(jié)構(gòu)，可以利用便宜的傳導(dǎo)墨水工藝制造。UHF是一個(gè)符合標(biāo)準(zhǔn)的非常實(shí)際和經(jīng)濟(jì)的波段。實(shí)際上，為遠(yuǎn)距離設(shè)計(jì)的用在大型托盤上的同一UHF Gen 2芯片，也可以與一個(gè)小至6mm左右的近場(chǎng)天線一起使用-這種標(biāo)簽比以前廣泛采用的HF標(biāo)簽小得多也便宜得多，況且還能提供更好的性能。

UHF天線結(jié)構(gòu)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)物品堆放得非常靠近時(shí)，UHF標(biāo)簽不會(huì)對(duì)相鄰的物品投放一個(gè)RF“陰影區(qū)”。而HF標(biāo)簽天線則不然，其天線由厚重的金屬線圈組成，能夠?qū)ο噜彉?biāo)簽形成磁屏蔽，從而使閱讀器鑄發(fā)閱讀。因此，UHF具有更可靠的性能。

UHF Gen 2技術(shù)的繼續(xù)發(fā)展將會(huì)進(jìn)一步拉開它與HF技術(shù)之間存在的成本，性能以及功能之間的差距，而這個(gè)差距HF將絕對(duì)無法彌補(bǔ)。這是基本點(diǎn)，因?yàn)閁HF Gen 2的經(jīng)濟(jì)性實(shí)際上是得益于UHF頻段的物理特性。對(duì)于RFID工作來說，UHF頻段的效率是HF頻段的60倍。

如果目標(biāo)就是標(biāo)簽和閱讀器之間的耦合通信，相對(duì)于能力較弱的HF解決方案來說，UHF在很多方面都占優(yōu)。因?yàn)閁HF Gen 2具有高速度，高可靠性，以及操作的靈活性。這就是為什么Blue Vector 公司的CEO -Nancy Anderson所作的結(jié)論，“我們現(xiàn)在就不怎么再利用HF了，因?yàn)樗鼪]有UHF靈活”。

Cardinal Health的Julie Kuhn，Pedigree公司的經(jīng)理，向我解釋了這一點(diǎn)?！澳銦o法用HF標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)UHF標(biāo)簽的讀取速度。這意味著我們的傳送帶一點(diǎn)也不能比最慢的閱讀速率快。”這是一個(gè)很大的限制，將影響分銷商的訂貨吞吐率。“就是現(xiàn)在”，她繼續(xù)說，“我們提訂單一直到下午8點(diǎn)，并且訂單從早上5：30就開始分派了。這種復(fù)雜的UF/UHF架構(gòu)將制約我們維持提單補(bǔ)料時(shí)間的能力”。

這一點(diǎn)加重了多協(xié)議架構(gòu)的問題。而且不幸的是，利用能夠同時(shí)閱讀HF和UHF標(biāo)簽的設(shè)備-即多協(xié)議RFID閱讀器來解決這些問題時(shí)只會(huì)產(chǎn)生更多的問題。這些問題包括閱讀器更復(fù)雜，成本更高，更精密，且讀取速率更低，而且還使讀取可靠性降低，其原因是詢問器必須周期性地覆蓋多協(xié)議，因而讀取時(shí)總是需要折中。當(dāng)采用多種數(shù)據(jù)承載協(xié)議時(shí)，供應(yīng)鏈上就會(huì)出現(xiàn)這些問題。

當(dāng)Gen 2解決這些與UHF標(biāo)準(zhǔn)競用和不兼容的問題時(shí)，HF技術(shù)本身也存在這些問題，目前在用的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)包括ISO 14443, ISO 15693, 以及EPCglobal HF Class 1。取決于所選的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于部署，維護(hù)和升級(jí)一個(gè)混合系統(tǒng)架構(gòu)來說，不用說需要管理各自的數(shù)據(jù)格式，即便是從經(jīng)濟(jì)和物流本身來說，支持分離的UHF和HF架構(gòu)也沒有什么意義。

企業(yè)最終所采取的連續(xù)性戰(zhàn)略對(duì)下游的貿(mào)易伙伴具有重大影響，將逐步滲透到整個(gè)供應(yīng)鏈。這種場(chǎng)景在當(dāng)今的一些醫(yī)藥領(lǐng)域正在出現(xiàn)，在這里采用的混合協(xié)議系統(tǒng)正在阻礙著貨品的可靠吞吐。Julie Kuhn補(bǔ)充道，“我們關(guān)注的是如何將所有技術(shù)組合成一種單一技術(shù)，形成一個(gè)自動(dòng)化程度很高的環(huán)境，其中能夠以單品和容器級(jí)獲取貨品的家譜信息，并保持我們現(xiàn)有的高吞吐率?！?

表1：UHF Gen 2和HF的功能屬性。

醫(yī)藥領(lǐng)域并非具有該問題并得出上述結(jié)論的唯一領(lǐng)域。例如，考慮一家有名的物品級(jí)識(shí)別的制衣廠-Lemmi。Lemmi RFID解決方案提供商- Reva的Ashley Stephenson，解釋了如何從HF技術(shù)轉(zhuǎn)換到更靈活、速度更高、成本更低且性能更好的UHF技術(shù)?！爱?dāng)你讀取100件服裝時(shí)，UHF能夠以HF的10倍速度全部讀取。UHF標(biāo)簽成本已經(jīng)顯著下降，這是一個(gè)持續(xù)期待的趨勢(shì)。像Impinj這類的UHF技術(shù)提供商已經(jīng)對(duì)該技術(shù)進(jìn)行了投資，并積極倡導(dǎo)頗具特色的、被稱作為近場(chǎng)的UHF技術(shù)。該技術(shù)擴(kuò)展了UHF架構(gòu)可選的范圍。服裝和零售領(lǐng)域一開始用的是HF，但現(xiàn)在以及全部轉(zhuǎn)向UHF Gen 2標(biāo)準(zhǔn)了。UHF Gen 2服裝標(biāo)簽的定價(jià)已經(jīng)比HF標(biāo)簽低了很多，而UHF閱讀器也能夠提供近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)兩個(gè)選項(xiàng)，從而可以適應(yīng)絕大多數(shù)的讀取距離。

Venture Development公司的項(xiàng)目經(jīng)理，資深RFID分析師Louis Bianchin認(rèn)為：“UHF Gen 2 RFID是目前供應(yīng)鏈應(yīng)用中最杰出的技術(shù)。例如在藥品供應(yīng)鏈上的部署，已經(jīng)證明了該技術(shù)能夠提供可靠的，整個(gè)供應(yīng)鏈上的高速跟蹤-即便是在很苛刻的條件下。在藥品行業(yè)的成功部署期望能夠成為其他市場(chǎng)的應(yīng)用的先導(dǎo)。