洞悉物聯網發展1000問之為何RFID技術將迎來大爆發?

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。

很多人對於物聯網行業的認知都是基於傳感網,也就是傳感器。其實如果廣義來看,大傳感技術目前在行業裡更多的應用是來自RFID技術的普及和應用的。甚至可以毫不誇張地說,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年前後,經過5年時間,沃爾瑪完成了5個分銷中心的部署工作,只佔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。在推广部署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基於物品追蹤,到物品管理,再到實現電子信息化的物流管理體系。

沃爾瑪隨後還和其他早期採用者一起,幫助制定了現在的ISO 18006-C標準和“第二代”標籤掃描器標準。

據Sanford C.Bernstein公司的零售業分析師估計,通過採用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於樂觀。但毫無疑問,RFID有助於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於凱文·阿斯頓當年在寶潔公司負責連鎖超市裡的口紅盤點,為了更好地解決口紅的追蹤管理問題,後來與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年代後期,出現一些稍微簡單的商用RFID系統,主要用於倉庫、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標籤系統,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。


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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徵,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。

那麼RFID技術是怎麼構成的呢?

RFID首先可簡單分為硬件層和軟件層。

硬件層為:電子標籤(Tag)和讀寫器(Reader&Writer);軟件層為數據交換和管理系統。

電子標籤(Tag)主要由上天線、耦合元件和集成芯片組成。每個電子標籤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蒐集、存儲、管理和進一步處理,為用戶使用。以及對電子標籤進行讀寫控制。

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,經編碼後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籤接收此信號,卡內芯片的有關電路對此信號進行倍壓整流、調製、解碼、解密,然後對命令請求、密碼、權限等進行判斷,電子標籤再根據命令進行處理。


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RFID技術核心是什麼?

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芯片分為標籤芯片和讀寫器芯片。標籤芯片集成了除標籤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。天線也分為標籤天線和讀寫器天線。根據應用場合的各有不同,RFID 標籤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,標籤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籤芯片。這需要仔細設計天線和自由空間以及其相連的標籤芯片的匹配。假設在零售商品中使用,如果頻帶是435MHz,2.45GHz和5.8GHz,那麼天線必須要做到:

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籤的芯片;

第四,無論物品什麼方向,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。對於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。

最後,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。特別對於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。


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目前RFID在金融支付、物流、零售、製造業、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標籤可被讀寫器同時、快速、批量讀取,一次可讀取數百枚甚至數千枚標籤。

可以識別高速、移動的物體,如火車、公交等。

2、高容納力,電子標籤可存儲更多信息,如生產日期、入庫日期等,還可反覆改寫,重複使用。

讀取後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,讀取距離可從幾十釐米到幾米不等;現在遠距離可以達到幾十米以上。

因為可以精準定位到釐米級,所以RFID 也是極好的室內定位的有效手段。

4、全球唯一性,不可複製。

每個RFID標籤都是唯一的,在生產標籤過程中,便已將標籤與商品信息綁定,所以在後續商品流通、使用過程中,這個標籤都是唯一代表所對應的那一件商品。

5、保存週期長

RFID標籤具有防水、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,都對標籤耐用性有較高要求。

目前一般的標籤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標籤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。對於造假者而言,複製成本太高,且難以突破技術關卡。

此外電子標籤具有可靠的安全加密機制,我國第二代居民身份證也是採用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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未來將是物聯世界,讓我們相約2019年11月19-21日,相約2019(第三屆)全球物聯網大會—尋找思考者!

——————本文完——————

聲明:本文系《洞悉——物聯網發展1000問》系列文章第四十八篇,旨在希望通過系統性與行業專業視角就物聯網產業當前發展現狀與經濟潛力予以分析和分享。IOT物聯網,萬物互聯,互聯萬物。


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作者:王正偉 中關村物聯網產業聯盟祕書長 全球物聯網大會主席 本文系作者原創轉載請註明出處 頭條號-新社匯and微會動袁帥 授權發佈

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