RFID挑战广泛应用的条形码

RFID挑战广泛应用的条形码

安全和供应链管理方面的考虑加大了RFID（射频识别）技术的宣传力度。然而，相互冲突的标准、隐私问题，以及即将进行的立法机构监督，都预示着这一宣传热度的降低。

要点
　　所有的旧东西又翻新了：RFID在概念上已经有几十年的历史了，不过其实施却在近几年迅速增长。
　　频率、调制方案、电源技术及其它不兼容性阻碍RFID的广泛应用，不过问题最终将会解决。
　　RFID标签上的存储器容量部分取决于RFID阅读器是否连接到互联网、内联网还是两者都连接。
　　对于销售各种存储、传输和变换RFID数据的硬件和软件的厂商来说，他们的机会可能远远超过RFID标签市场增长潜力。
　　要在不损害个人隐私权的情况下保证RFID创新的发展，就需要消费者的消费意识、立法机关的监督以及对私营部门的约束。

　　三十年前，在俄亥俄州特洛伊的Marsh超市，一种10片装Juicy Fruit口香糖和出纳员算是我们现在称为UPC（通用产品代码）条形码系统的首次成功试验产品与参与者。条形码系统继续在发展。例如，美国和欧洲的标准组织代表最近在通用14位格式上达成了一致，从2005年1月开始，全世界的条形码阅读器必须支持这种格式。不过，总体而言，当今的条形码是成熟而普及的，而且好懂。（但是，一些前总统可能会对最后一点说恕不苟同。还记得1992年在新罕布什尔的初选活动上老布什的迷茫吗？当时他在一家杂货店试图使用一个条形码扫描器没有成功。）
　　然而，技术在不断发展，有希望登上产品识别宝座的技术已经出现，那就是RFID（射频识别）器件。具有讽刺意味的是，RFID技术几乎与1934年率先获得专利的条形码一样古老。在第二次世界大战期间，大不列颠的皇家空军采用类似RFID的技术来区分敌我飞机，而Harry Stockman于1948年10月在IRE（无线电工程师协会）学报上发表的论文《利用反射的功率进行通信》则首次详细描述了RFID的理论和实现方法。多产的发明家Charles Walton在1973年获得了第一个用于无源RFID闩锁阅读器的RFID专利。Walton的姓氏很巧合地与已故的沃尔玛创始人Sam Walton相同，沃尔玛与美国国防部一起在促进当前的RFID推广应用方面起到了主导作用。
　　如果RFID是这样一项陈旧的技术，那为什么在过去几年中，对它的兴趣增加得如此迅速呢？部分原因在于芯片能力。多亏了摩尔定律，无源RFID大批量销售的价格不到50美分，分析师们预测在这个十年末大批量销售的价格将低于5美分。充足的基础设施能力也非常重要，二十世纪九十年代末期网络公司的激增促进了联网设备和功能强大的服务器的发展，这些联网设备和服务器具有高速CPU和I/O连接功能，并含有足够的内存和硬盘驱动器，随后的网络公司锐减则已经导致大量未充分利用的网络带宽需要有人来使用。
　　促使人们对RFID的兴趣增加的最后一个因素来自客户的需求。制造商、分销商和零售商都希望尽可能使其系统自动化，以便消除产品流动过程中昂贵而不可靠的人工操作。他们还渴望在凭定时间及时而又准确地了解各个产品的位置，并了解各个产品集结地点的库存。如果可能的话，他们希望将视野扩展到商店之外，将每个产品与各个消费者联系起来，并在收集到的其它数据的配合下，弄清楚吸引该消费者购买更多产品的办法（参见附文《隐私问题》）。政府对此也很有兴趣，希望尽可能多地合法了解本国的公民和居民在做些什么。
　　与几乎每一种处于幼年或青春期的新技术的情况一样，业已出现各种各样的不兼容选择方案来应对总会产生的各种挑战（参考文献1）。对于RFID来说，这些差别始于RFID标签与其阅读器通信的基本方式。一个无源RFID标签本身不含电源，而是由阅读器供电，或者在阅读器“激励”RFID标签的过程中采用电感耦合或接收电磁波来“获取”电能。相反地，一个有源RFID标签包含一块电池，从而大大提高了成本，但也有可能增强了自身功能，扩展了作用距离。半无源标签是一种中间方式，通过一块电池来为芯片的待机电路供电，但在有源通信期间由阅读器供电。
　　RFID阅读器和标签还利用各种频段来发送和接收信号。低频RFID系统工作于125～134 kHz（适用于美国和其他国家），而13.56 MHz是最常用的高频，它是另一种国际标准。UHF（超高频）RFID系统的频率范围为866～960 MHz，而微波系统则工作于2.4～5.8GHz。在所有其它因素等同的情况下，高频RFID的作用距离比低频RFID远，这基本上是因为近场效应不会减弱高频RFID的信号。如果一个标签距离阅读器不到一个波长，信号就按距离的三次方衰减；在一个波长以外，信号按距离的二次方衰减。此外，高频RFID还能够更快地发送和接收数据。
　　话又说回来，高频标签和阅读器与低频标签和阅读器相比，价格较贵，耗电较多，而且像封装、湿度及邻近金属物品等环境因素对高频器件信号的衰减也都高于对应的低频产品。在规范和设计RFID设备时，还需要意识到在世界上某些地区可以自由使用的频率在其它地方可能不能使用，或者需要一个代价昂贵而费时的特许过程。非特许频段也会遭遇频谱恶化，这一点是任何尝试同时使用微波炉、无绳电话、Wi-Fi接入点及客户端和蓝牙配对设备的人都体验过的（参考文献2）。RFID标签如何在其发回阅读器的载波频率上进行数据调制呢？还没有一致的策略。AM（调幅），特别是ASK（移幅键控），还有FM（调频）、PM（调相）以及PWM（脉宽调制），全都可能使用。为了尽量降低两个标签同时发送信号从而相互损害对方信号的可能性，制造商有时候采用TDMA（时分多址）算法。Infineon公司的13.56MHz PJM（相位抖动调制）RFID标签采用了获得Magellan Technology公司特许的各种调制技术。这些调制技术据说能使标签以高达848 kbps的速率进行读和写——这一速率大约是常规 13.56MHz标签的25倍；它们还能实现FTDMA（频分及时分多址）和8通道跳频，以避免信号碰撞干扰（表1）。



　　CRC（循环冗余校验）或其它校验和代码可以确定阅读器是否正确地接收到了标签发送的信号，而多种ECC（纠错码）方案可以纠正错误比特，并且无需费时的重新扫描。目前，在发送数据是否加密方面尚未达成一致，但像沃尔玛这样规模的大型公司一直在推行事实上的标准，并且开始给这种混乱带来一些秩序。你是否决定在设计中实施加密和这种加密有多大的牢靠性这二点会对标签的成本、尺寸、功耗及其它关键因素产生重大影响。