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RFID技术和标准的演进过程

2006/1/13/11:01 来源:泰尔网

    【导读】本文介绍了RFID技术的发展历史和标准现状,同时对全球RFID产业的发展进行了分析和比较,并预测以供应链的应用为赢利主体的RFID技术将会带来巨大的商机。

    近一两年来由于受到以沃尔玛为代表的大型零售商的推动,RFID技术在全球掀起阵阵热潮,吸引了众多厂商参与相关技术及芯片的研究和开发。目前RFID技术处于迅速上升的时期,该技术被业界公认为是本世纪最有前途应用技术之一,同时也引起了许多国家的重视,欲将其培育成国家的一项重要产业。

    一、RFID技术及其发展历史

    射频识别技术RFID(Radio Frequency Identification)是自动识别技术的一种,即通过无线射频方式进行非接触双向数据通信对目标加以识别。一个典型的RFID系统一般由RFID标签、读写器以及计算机系统等部分组成。其中RFID标签中一般保存有约定格式的编码数据,用以唯一标识标签所附着的物体。与传统的识别方式相比,RFID技术无需直接接触、无需光学可视、无需人工干预即可完成信息输入和处理,且操作方便快捷。能够广泛应用于生产、物流、交通、运输、医疗、防伪、跟踪、设备和资产管理等需要收集和处理数据的应用领域,并被认为是条形码标签的未来替代品。

    RFID系统的工作原理(如图1):读写器通过天线发送出一定频率的射频信号;当RFID标签进入读写器工作场时,其天线产生感应电流,从而RFID标签获得能量被激活并向读写器发送出自身编码等信息;读写器接收到来自标签的载波信号,对接收的信号进行解调和解码后送至计算机主机进行处理;计算机系统根据逻辑运算判断该标签的合法性,针对不同的设定做出相应的处理和控制,发出指令信号;RFID标签的数据解调部分从接收到的射频脉冲中解调出数据并送到控制逻辑,控制逻辑接收指令完成存储、发送数据或其他操作。

图1 RFID系统原理

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    RFID技术的发展最早可以追溯至第二次世界大战时期,那时它被用来在空中作战行动中进行敌我识别。从历史上看,RFID技术的发展基本可按10年期划分为几个阶段(参见表1)。因此RFID并不是一个崭新的技术。从分类上看,因为经过多年的发展,13.56MHz以下的RFID技术已相对成熟,目前业界最关注的是位于中高频段的RFID技术,特别是860MHz~960MHz(UHF频段)的远距离RFID技术发展最快;而2.45GHz和5.8GHz频段由于产品拥挤,易受干扰,技术相对复杂,其相关的研究和应用仍处于探索的阶段。

表1 RFID技术发展的历程表

表1 RFID技术发展的历程表

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    二、RFID技术标准现状

    目前,RFID还未形成统一的全球化标准,市场为多种标准并存的局面,但随着全球物流行业RFID大规模应用的开始,RFID标准的统一已经得到业界的广泛认同。RFID系统主要由数据采集和后台数据库网络应用系统两大部分组成。目前已经发布或者是正在制定中的标准主要是与数据采集相关的,其中包括电子标签与读写器之间的空气接口、读写器与计算机之间的数据交换协议、RFID标签与读写器的性能和一致性测试规范、以及RFID标签的数据内容编码标准等。后台数据库网络应用系统目前并没有形成正式的国际标准,只有少数产业联盟制定了一些规范,现阶段还在不断演变中。

    RFID标准争夺的核心主要在RFID标签的数据内容编码标准这一领域。目前,形成了五大标准组织,分别代表了国际上不同团体或者国家的利益。EPC Global是由北美UCC产品统一编码组织和欧洲EAN产品标准组织联合成立,在全球拥有上百家成员,得到了零售巨头沃尔玛,制造业巨头强生、宝洁等跨国公司的支持。而AIM、ISO、UID则代表了欧美国家和日本;IP-X的成员则以非洲、大洋洲、亚洲等国家为主。比较而言,EPC Global由于综合了美国和欧洲厂商,实力相对占上风。

    1. EPC Global

    EPC Global是由UCC和EAN联合发起的非盈利性机构,全球最大的零售商沃尔玛连锁集团、英国Tesco等100多家美国和欧洲的流通企业都是EPC的成员,同时由美国IBM公司、微软、Auto-ID Lab等进行技术研究支持。此组织除发布工业标准外,还负责EPCgobal号码注册管理。EPC Global系统是一种基于EAN·UCC编码的系统。作为产品与服务流通过程信息的代码化表示,EAN·UCC编码具有一整套涵盖了贸易流通过程各种有形或无形的产品所需的全球唯一的标识代码,包括贸易项目、物流单元、位置、资产、服务关系等标识代码。EAN·UCC标识代码随着产品或服务的产生在流通源头建立,并伴随着该产品或服务的流动贯穿全过程。EAN·UCC标识代码是固定结构、无含义、全球唯一的全数字型代码。在EPC标签信息规范1.1中采用64-96位的电子产品编码;在EPC标签2.0规范中采用96-256位的电子产品编码。

    2.日本UID

    主导日本RFID标准研究与应用的组织是T-引擎论坛(T-Engine Forum),该论坛已经拥有成员475家成员。值得注意的是成员绝大多数都是日本的厂商,如NEC、日立、东芝等,但是少部分来自国外的著名厂商也有参与,如微软、三星、LG和SKT。T-引擎论坛下属的泛在识别中心(Ubiquitous ID Center--UID)成立于2002年12月,具体负责研究和推广自动识别的核心技术,即在所有的物品上植入微型芯片,组建网络进行通信。UID的核心是赋予现实世界中任何物理对象唯一的泛在识别号(Ucode)。它具备了128位(128-bit)的充裕容量,提供了340x 1036编码空间,更可以用128位为单元进一步扩展至256、384或512位。Ucode的最大优势是能包容现有编码体系的元编码设计,可以兼容多种编码,包括JAN、UPC、ISBN、IPv6地址、甚至电话号码。Ucode标签具有多种形式,包括条码、射频标签、智能卡、有源芯片等。泛在识别中心把标签进行分类,并设立了多个不同的认证标准。

    三、全球RFID产业发展分析

    从全球的范围来看,美国已经在RFID标准的建立、相关软硬件技术的开发、应用领域走在世界的前列。欧洲RFID标准追随美国主导的EPC global标准。在封闭系统应用方面,欧洲与美国基本处在同一阶段。日本虽然已经提出UID标准,但主要得到的是本国厂商的支持,如要成为国际标准还有很长的路要走。RFID在韩国的重要性得到了加强,政府给予了高度重视,但至今韩国在RFID标准上仍模糊不清。

    1. 美国

    在产业方面,TI、Intel等美国集成电路厂商目前都在RFID领域投入巨资进行芯片开发。Symbol等已经研发出同时可以阅读条形码和RFID的扫描器。IBM、Microsoft和HP等也在积极开发相应的软件及系统来支持RFID的应用。目前美国的交通、车辆管理、身份识别、生产线自动化控制、仓储管理及物资跟踪等领域已经开始逐步应用RFID技术。在物流方面,美国已有100多家企业承诺支持RFID应用,这其中包括:零售商沃尔玛;制造商吉列、强生、宝洁;物流行业的联合包裹服务公司以及政府方面国防部的物流应用。

     另外,值得注意的是美国政府是RFID应用的积极推动者。按照美国防部的合同规定,2004年10月1日或者2005年1月1日以后,所有军需物资都要使用RFID标签;美国食品及药物管理局(FDA)建议制药商从2006年起利用RFID跟踪最常造假的药品;美国社会福利局(SSA)于2005年年初正式使用RFID技术追踪SSA各种表格和手册。

    2. 欧洲

    在产业方面,欧洲的Philips、STMicroelectronics在积极开发廉价RFID芯片;Checkpoint在开发支持多系统的RFID识别系统;诺基亚在开发能够基于RFID的移动电话购物系统;SAP则在积极开发支持RFID的企业应用管理软件。在应用方面,欧洲在诸如交通、身份识别、生产线自动化控制、物资跟踪等封闭系统与美国基本处在同一阶段。目前,欧洲许多大型企业都纷纷进行RFID的应用实验。例如,英国的零售企业Tesco最早于2003年9月结束了第一阶段试验。试验由该公司的物流中心和英国的两家商店进行,试验是对物流中心和两家商店之间的包装盒及货盘的流通路径进行追踪,使用的915MHz频带。

    3. 日本

    日本是一个制造业强国,它在电子标签研究领域起步较早,政府也将RFID作为一项关键的技术来发展。MPHPT在2004年3月发布了针对RFID的"关于在传感网络时代运用先进的RFID技术的最终研究草案报告",报告称MPHPT将继续支持测试在UHF频段的被动及主动的电子标签技术,并在此基础上进一步讨论管制的问题;2004年7月,日本经济产业省METI选择了七大产业做RFID的应用试验,包括消费电子、书籍、服装、音乐CD、建筑机械、制药和物流。从近来日本RFID领域的动态来看,与行业应用相结合的基于RFID技术的产品和解决方案开始集中出现,这为2005年RFID在日本应用的推广,特别是在物流等非制造领域,奠定了坚实的基础。(2004年中至2005年初日本RFID发展历程参见表2)。

表2 2004年中至2005年初日本RFID发展大事记

表2 2004年中至2005年初日本RFID发展大事记

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    4. 韩国

    韩国主要通过国家的发展计划,再联合企业的力量来推动RFID的发展,即主要是由产业资源部和情报通信部来推动RFID的发展计划。特别值得注意的是在2004年3月韩国提出IT839计划以来,RFID重要性得到了进一步的加强。虽然目前韩国在RFID的开发和应用领域乏善可陈,但值得引起关注的是在韩国政府的高度重视下,韩国关于RFID的技术开发和应用试验正在加速展开。同日本类似,韩国也出现了将RFID引入开放系统的趋势。2005年3月,韩国政府将耗资7.84亿美元在仁川新建技术中心,主要从事电子标签技术包括RFID研发以及生产,以帮助韩国企业快速确立在全球RFID市场的主流地位。该中心的建设将在2007年前完成,RFID标签和传感器将在2008年批量出货。

    四、RFID的应用及展望

    尽管RFID技术已经应用于多个领域,但是其应用是局限在某一封闭市场内,因此其市场规模受到了极大的限制。但是随着RFID技术的发展演进以及成本的降低,未来几年内RFID技术主要以供应链的应用为赢利的主体,全球开放的市场将为RFID带来巨大的商机。简单来讲,从采购、仓储、生产、包装、卸载、流通加工、配送、销售到服务,这些是供应链上的业务流程和环节。在供应链运转时,企业必须随时实地、精确的掌握供应链上的商流、物流、信息和资金的流向,才能够使企业发挥出最大的效率和效益。但实际上,物体在流动的过程中各种环节处于松散的状况,商流、物流、信息和资金常常随着时间和位置的变化而变化,使企业对这四种流的控制能力大大下降,从而产生失误造成不必要的损失。RFID技术正是有效解决供应链上各项业务运作资料的输入与输出、业务过程的控制与跟踪,以及减少出错率等难题的一种技术。例如,最近香港工业工程师学会及香港生产力促进局就开展了一项名为"提升制造及工业工程师应用无线标签来实施供应链管理"的项目。该项目主要是为香港制造及工业工程师设计,项目包括一系列的工业及技术专题研讨会、工作坊等。港府正是借助RFID技术在产品供应链上的每个环节发挥的效用,实现物料供应、生产、贮存、包装,以及物流、货运出境、船务运输,存货控制及零售等各个环节的管理,帮助企业加快物流速度,改善生产效率,促进贸易活动。

    据Deloitte研究中心的分析和预测,从2006年开始,供应链将成为推动RFID的主要产业,而且每年都在高速成长,推动RFID产业前进。至2009年,约70%的RFID应用都在供应链产业中。事实上,供应链的每一个环节加入RFID之后,就会变得更加顺畅,相对的其他产业所占的比例也只有30%而已(见图2)。


 

图2 供应链应用推动RFID发展

图2 供应链应用推动RFID发展

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    当然,RFID的发展也面临一些障碍,其中最主要的是RFID标签的价格。一般认为价格在5美元以上的芯片,主要为应用于军事、生物科技和医疗方面的有源器件,10美分-1美元左右的常为用于运输、仓储、包装、文件等的无源器件,消费应用如零售的标签在5~10美分,医药、各种票证(车票、入场券等)、货币等应用的标签则在5美分以下,标签价格将直接影响RFID的市场规模。其次是隐私权的问题难于解决,由于在非接触的条件下,可以对标签中的数据进行读取,这引发了人们对RFID技术侵犯个人隐私权的争议。尽管如此,笔者还是坚信标签价格将随着技术的发展及生产规模的扩大而得以解决,隐私问题则需要各个国家通过立法对用户的隐私权加以保护来逐步解决。RFID技术所独有的优势,最终将在全球形成一个巨大的产业,值得各个领域加以关注。

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