摘要 本文介紹了RFID技術(shù)的發(fā)展歷史和標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀,同時(shí)對(duì)全球RFID產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)行了分析和比較,并預(yù)測(cè)未來幾年內(nèi)在全球開放的市場(chǎng)下,以供應(yīng)鏈的應(yīng)用為贏利主體的RFID技術(shù)將會(huì)帶來巨大的商機(jī)。
關(guān)鍵詞 RFID 標(biāo)簽 自動(dòng)識(shí)別技術(shù) 集成電路芯片
近一兩年來由于受到以沃爾瑪為代表的大型零售商的推動(dòng),RFID技術(shù)在全球掀起陣陣熱潮,吸引了眾多廠商參與相關(guān)技術(shù)及芯片的研究和開發(fā)。目前RFID技術(shù)處于迅速上升的時(shí)期,該技術(shù)被業(yè)界公認(rèn)為是本世紀(jì)最有前途應(yīng)用技術(shù)之一,同時(shí)也引起了許多國(guó)家的重視,欲將其培育成國(guó)家的一項(xiàng)重要產(chǎn)業(yè)。
一、RFID技術(shù)及其發(fā)展歷史
射頻識(shí)別技術(shù)RFID(Radio Frequency Identification)是自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的一種,即通過無線射頻方式進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信對(duì)目標(biāo)加以識(shí)別。一個(gè)典型的RFID系統(tǒng)一般由RFID標(biāo)簽、讀寫器以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等部分組成。其中RFID標(biāo)簽中一般保存有約定格式的編碼數(shù)據(jù),用以唯一標(biāo)識(shí)標(biāo)簽所附著的物體。與傳統(tǒng)的識(shí)別方式相比,RFID技術(shù)無需直接接觸、無需光學(xué)可視、無需人工干預(yù)即可完成信息輸入和處理,且操作方便快捷。能夠廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、物流、交通、運(yùn)輸、醫(yī)療、防偽、跟蹤、設(shè)備和資產(chǎn)管理等需要收集和處理數(shù)據(jù)的應(yīng)用領(lǐng)域,并被認(rèn)為是條形碼標(biāo)簽的未來替代品。
RFID系統(tǒng)的工作原理(如圖1):讀寫器通過天線發(fā)送出一定頻率的射頻信號(hào);當(dāng)RFID標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器工作場(chǎng)時(shí),其天線產(chǎn)生感應(yīng)電流,從而RFID標(biāo)簽獲得能量被激活并向讀寫器發(fā)送出自身編碼等信息;讀寫器接收到來自標(biāo)簽的載波信號(hào),對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解碼后送至計(jì)算機(jī)主機(jī)進(jìn)行處理;計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)邏輯運(yùn)算判斷該標(biāo)簽的合法性,針對(duì)不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制,發(fā)出指令信號(hào);RFID標(biāo)簽的數(shù)據(jù)解調(diào)部分從接收到的射頻脈沖中解調(diào)出數(shù)據(jù)并送到控制邏輯,控制邏輯接收指令完成存儲(chǔ)、發(fā)送數(shù)據(jù)或其他操作。
RFID技術(shù)的發(fā)展最早可以追溯至第二次世界大戰(zhàn)時(shí)期,那時(shí)它被用來在空中作戰(zhàn)行動(dòng)中進(jìn)行敵我識(shí)別。從歷史上看,RFID技術(shù)的發(fā)展基本可按10年期劃分為幾個(gè)階段(參見表1)。因此RFID并不是一個(gè)嶄新的技術(shù)。從分類上看,因?yàn)榻?jīng)過多年的發(fā)展,13.56MHz以下的RFID技術(shù)已相對(duì)成熟,目前業(yè)界最關(guān)注的是位于中高頻段的RFID技術(shù),特別是860MHz~960MHz(UHF頻段)的遠(yuǎn)距離RFID技術(shù)發(fā)展最快;而2.45GHz和5.8GHz頻段由于產(chǎn)品擁擠,易受干擾,技術(shù)相對(duì)復(fù)雜,其相關(guān)的研究和應(yīng)用仍處于探索的階段。
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時(shí)間 | RFID技術(shù)發(fā)展 |
1941-1950年 | 雷達(dá)的改進(jìn)和應(yīng)用催生了RFID技術(shù),1948年奠定了RFID技術(shù)的理論基礎(chǔ)。 |
1951-1960年 | 早期RFID技術(shù)的探索階段,主要處于實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)研究。 |
196l-1970年 | RFID技術(shù)的理論得到了發(fā)展,開始了一些應(yīng)用嘗試。 |
1971-1980年 | RFID技術(shù)與產(chǎn)品研發(fā)處于一個(gè)大發(fā)展時(shí)期,各種RFID技術(shù)測(cè)試得到加速。出現(xiàn)了一些最早的RFID應(yīng)用。 |
1981-1990年 | RFID技術(shù)及產(chǎn)品進(jìn)入商業(yè)應(yīng)用階段,各種封閉系統(tǒng)應(yīng)用開始出現(xiàn)。 |
1991-2000年 | RFID技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化問題日趨得到重視,RFID產(chǎn)品得到廣泛采用。 |
2001-今 | 標(biāo)準(zhǔn)化問題日趨為人們所重視,RFID產(chǎn)品種類更加豐富,有源電子標(biāo)簽、無源電子標(biāo)簽及半無源電子標(biāo)簽均得到發(fā)展,電子標(biāo)簽成本不斷降低。 |
二、RFID技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀
目前,RFID還未形成統(tǒng)一的全球化標(biāo)準(zhǔn),市場(chǎng)為多種標(biāo)準(zhǔn)并存的局面,但隨著全球物流行業(yè)RFID大規(guī)模應(yīng)用的開始,RFID標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一已經(jīng)得到業(yè)界的廣泛認(rèn)同。RFID系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)兩大部分組成。目前已經(jīng)發(fā)布或者是正在制定中的標(biāo)準(zhǔn)主要是與數(shù)據(jù)采集相關(guān)的,其中包括電子標(biāo)簽與讀寫器之間的空氣接口、讀寫器與計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換協(xié)議、RFID標(biāo)簽與讀寫器的性能和一致性測(cè)試規(guī)范、以及RFID標(biāo)簽的數(shù)據(jù)內(nèi)容編碼標(biāo)準(zhǔn)等。后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)目前并沒有形成正式的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),只有少數(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟制定了一些規(guī)范,現(xiàn)階段還在不斷演變中。
RFID標(biāo)準(zhǔn)爭(zhēng)奪的核心主要在RFID標(biāo)簽的數(shù)據(jù)內(nèi)容編碼標(biāo)準(zhǔn)這一領(lǐng)域。目前,形成了五大標(biāo)準(zhǔn)組織,分別代表了國(guó)際上不同團(tuán)體或者國(guó)家的利益。EPC Global是由北美UCC產(chǎn)品統(tǒng)一編碼組織和歐洲EAN產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)組織聯(lián)合成立,在全球擁有上百家成員,得到了零售巨頭沃爾瑪,制造業(yè)巨頭強(qiáng)生、寶潔等跨國(guó)公司的支持。而AIM、ISO、UID則代表了歐美國(guó)家和日本;IP-X的成員則以非洲、大洋洲、亞洲等國(guó)家為主。比較而言,EPC Global由于綜合了美國(guó)和歐洲廠商,實(shí)力相對(duì)占上風(fēng)。
1.EPC Global
EPC Global是由UCC和EAN聯(lián)合發(fā)起的非盈利性機(jī)構(gòu),全球最大的零售商沃爾瑪連鎖集團(tuán)、英國(guó)Tesco等100多家美國(guó)和歐洲的流通企業(yè)都是EPC的成員,同時(shí)由美國(guó)IBM公司、微軟、Auto-ID Lab等進(jìn)行技術(shù)研究支持。此組織除發(fā)布工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)外,還負(fù)責(zé)EPCgobal號(hào)碼注冊(cè)管理。EPC Global系統(tǒng)是一種基于EAN·UCC編碼的系統(tǒng)。作為產(chǎn)品與服務(wù)流通過程信息的代碼化表示,EAN·UCC編碼具有一整套涵蓋了貿(mào)易流通過程各種有形或無形的產(chǎn)品所需的全球唯一的標(biāo)識(shí)代碼,包括貿(mào)易項(xiàng)目、物流單元、位置、資產(chǎn)、服務(wù)關(guān)系等標(biāo)識(shí)代碼。EAN·UCC標(biāo)識(shí)代碼隨著產(chǎn)品或服務(wù)的產(chǎn)生在流通源頭建立,并伴隨著該產(chǎn)品或服務(wù)的流動(dòng)貫穿全過程。EAN·UCC標(biāo)識(shí)代碼是固定結(jié)構(gòu)、無含義、全球唯一的全數(shù)字型代碼。在EPC標(biāo)簽信息規(guī)范1.1中采用64-96位的電子產(chǎn)品編碼;在EPC標(biāo)簽2.0規(guī)范中采用96-256位的電子產(chǎn)品編碼。
2.日本UID
主導(dǎo)日本RFID標(biāo)準(zhǔn)研究與應(yīng)用的組織是T-引擎論壇(T-Engine Forum),該論壇已經(jīng)擁有成員475家成員。值得注意的是成員絕大多數(shù)都是日本的廠商,如NEC、日立、東芝等,但是少部分來自國(guó)外的著名廠商也有參與,如微軟、三星、LG和SKT。T-引擎論壇下屬的泛在識(shí)別中心(Ubiquitous ID Center--UID)成立于2002年12月,具體負(fù)責(zé)研究和推廣自動(dòng)識(shí)別的核心技術(shù),即在所有的物品上植入微型芯片,組建網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。UID的核心是賦予現(xiàn)實(shí)世界中任何物理對(duì)象唯一的泛在識(shí)別號(hào)(Ucode)。它具備了128位(128-bit)的充裕容量,提供了340x 1036編碼空間,更可以用128位為單元進(jìn)一步擴(kuò)展至256、384或512位。Ucode的最大優(yōu)勢(shì)是能包容現(xiàn)有編碼體系的元編碼設(shè)計(jì),可以兼容多種編碼,包括JAN、UPC、ISBN、IPv6地址、甚至電話號(hào)碼。Ucode標(biāo)簽具有多種形式,包括條碼、射頻標(biāo)簽、智能卡、有源芯片等。泛在識(shí)別中心把標(biāo)簽進(jìn)行分類,并設(shè)立了多個(gè)不同的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。
三、全球RFID產(chǎn)業(yè)發(fā)展分析
從全球的范圍來看,美國(guó)已經(jīng)在RFID標(biāo)準(zhǔn)的建立、相關(guān)軟硬件技術(shù)的開發(fā)、應(yīng)用領(lǐng)域走在世界的前列。歐洲RFID標(biāo)準(zhǔn)追隨美國(guó)主導(dǎo)的EPC global標(biāo)準(zhǔn)。在封閉系統(tǒng)應(yīng)用方面,歐洲與美國(guó)基本處在同一階段。日本雖然已經(jīng)提出UID標(biāo)準(zhǔn),但主要得到的是本國(guó)廠商的支持,如要成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)還有很長(zhǎng)的路要走。RFID在韓國(guó)的重要性得到了加強(qiáng),政府給予了高度重視,但至今韓國(guó)在RFID標(biāo)準(zhǔn)上仍模糊不清。
1.美國(guó)
在產(chǎn)業(yè)方面,TI、Intel等美國(guó)集成電路廠商目前都在RFID領(lǐng)域投入巨資進(jìn)行芯片開發(fā)。Symbol等已經(jīng)研發(fā)出同時(shí)可以閱讀條形碼和RFID的掃描器。IBM、Microsoft和HP等也在積極開發(fā)相應(yīng)的軟件及系統(tǒng)來支持RFID的應(yīng)用。目前美國(guó)的交通、車輛管理、身份識(shí)別、生產(chǎn)線自動(dòng)化控制、倉(cāng)儲(chǔ)管理及物資跟蹤等領(lǐng)域已經(jīng)開始逐步應(yīng)用RFID技術(shù)。在物流方面,美國(guó)已有100多家企業(yè)承諾支持RFID應(yīng)用,這其中包括:零售商沃爾瑪;制造商吉列、強(qiáng)生、寶潔;物流行業(yè)的聯(lián)合包裹服務(wù)公司以及政府方面國(guó)防部的物流應(yīng)用。
另外,值得注意的是美國(guó)政府是RFID應(yīng)用的積極推動(dòng)者。按照美國(guó)防部的合同規(guī)定,2004年10月1日或者2005年1月1日以后,所有軍需物資都要使用RFID標(biāo)簽;美國(guó)食品及藥物管理局(FDA)建議制藥商從2006年起利用RFID跟蹤最常造假的藥品;美國(guó)社會(huì)福利局(SSA)于2005年年初正式使用RFID技術(shù)追蹤SSA各種表格和手冊(cè)。
2.歐洲
在產(chǎn)業(yè)方面,歐洲的Philips、STMicroelectronics在積極開發(fā)廉價(jià)RFID芯片;Checkpoint在開發(fā)支持多系統(tǒng)的RFID識(shí)別系統(tǒng);諾基亞在開發(fā)能夠基于RFID的移動(dòng)電話購(gòu)物系統(tǒng);SAP則在積極開發(fā)支持RFID的企業(yè)應(yīng)用管理軟件。在應(yīng)用方面,歐洲在諸如交通、身份識(shí)別、生產(chǎn)線自動(dòng)化控制、物資跟蹤等封閉系統(tǒng)與美國(guó)基本處在同一階段。目前,歐洲許多大型企業(yè)都紛紛進(jìn)行RFID的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。例如,英國(guó)的零售企業(yè)Tesco最早于2003年9月結(jié)束了第一階段試驗(yàn)。試驗(yàn)由該公司的物流中心和英國(guó)的兩家商店進(jìn)行,試驗(yàn)是對(duì)物流中心和兩家商店之間的包裝盒及貨盤的流通路徑進(jìn)行追蹤,使用的915MHz頻帶。
3.日本
日本是一個(gè)制造業(yè)強(qiáng)國(guó),它在電子標(biāo)簽研究領(lǐng)域起步較早,政府也將RFID作為一項(xiàng)關(guān)鍵的技術(shù)來發(fā)展。MPHPT在2004年3月發(fā)布了針對(duì)RFID的“關(guān)于在傳感網(wǎng)絡(luò)時(shí)代運(yùn)用先進(jìn)的RFID技術(shù)的最終研究草案報(bào)告”,報(bào)告稱MPHPT將繼續(xù)支持測(cè)試在UHF頻段的被動(dòng)及主動(dòng)的電子標(biāo)簽技術(shù),并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步討論管制的問題;2004年7月,日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省METI選擇了七大產(chǎn)業(yè)做RFID的應(yīng)用試驗(yàn),包括消費(fèi)電子、書籍、服裝、音樂CD、建筑機(jī)械、制藥和物流。從近來日本RFID領(lǐng)域的動(dòng)態(tài)來看,與行業(yè)應(yīng)用相結(jié)合的基于RFID技術(shù)的產(chǎn)品和解決方案開始集中出現(xiàn),這為2005年RFID在日本應(yīng)用的推廣,特別是在物流等非制造領(lǐng)域,奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。(2004年中至2005年初日本RFID發(fā)展歷程參見表2)。
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時(shí)間 | 事件 |
2005年2月 | 日本Personal Media開始銷售配備無線標(biāo)簽(RFID標(biāo)簽)讀取器和條形碼讀取器的PHS“UC-Phone”及其評(píng)測(cè)工具組。 |
2004年12月 | 日本SGI從l2月15日開始供應(yīng)使用無線IC標(biāo)簽來收集、分析物品及環(huán)境信息的微型傳感器系統(tǒng)。 |
2004年12月 | 由日立ULSI Systems研制的兩款RFID標(biāo)簽芯片通過了Ubiquitous |
2004年11月 | 三菱成功地開發(fā)出了避免RFID讀寫器之間干擾的新技術(shù)。主要面向設(shè)想在物流過程中進(jìn)行批量讀取時(shí)使用的UHF頻帶無線標(biāo)簽。 |
2004年10月 | NEC宣布,生產(chǎn)筆記本個(gè)人電腦的NEC個(gè)人產(chǎn)品公司已在米澤工廠中引進(jìn)了使用RFID標(biāo)簽的生產(chǎn)管理系統(tǒng)。 |
2004年7月 | 富士通Prime Software |
2004年6月 | 日立的WirelessInfo |
4.韓國(guó)
韓國(guó)主要通過國(guó)家的發(fā)展計(jì)劃,再聯(lián)合企業(yè)的力量來推動(dòng)RFID的發(fā)展,即主要是由產(chǎn)業(yè)資源部和情報(bào)通信部來推動(dòng)RFID的發(fā)展計(jì)劃。特別值得注意的是在2004年3月韓國(guó)提出IT839計(jì)劃以來,RFID重要性得到了進(jìn)一步的加強(qiáng)。雖然目前韓國(guó)在RFID的開發(fā)和應(yīng)用領(lǐng)域乏善可陳,但值得引起關(guān)注的是在韓國(guó)政府的高度重視下,韓國(guó)關(guān)于RFID的技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用試驗(yàn)正在加速展開。同日本類似,韓國(guó)也出現(xiàn)了將RFID引入開放系統(tǒng)的趨勢(shì)。2005年3月,韓國(guó)政府將耗資7.84億美元在仁川新建技術(shù)中心,主要從事電子標(biāo)簽技術(shù)包括RFID研發(fā)以及生產(chǎn),以幫助韓國(guó)企業(yè)快速確立在全球RFID市場(chǎng)的主流地位。該中心的建設(shè)將在2007年前完成,RFID標(biāo)簽和傳感器將在2008年批量出貨。
四、RFID的應(yīng)用及展望
盡管RFID技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域,但是其應(yīng)用是局限在某一封閉市場(chǎng)內(nèi),因此其市場(chǎng)規(guī)模受到了極大的限制。但是隨著RFID技術(shù)的發(fā)展演進(jìn)以及成本的降低,未來幾年內(nèi)RFID技術(shù)主要以供應(yīng)鏈的應(yīng)用為贏利的主體,全球開放的市場(chǎng)將為RFID帶來巨大的商機(jī)。簡(jiǎn)單來講,從采購(gòu)、倉(cāng)儲(chǔ)、生產(chǎn)、包裝、卸載、流通加工、配送、銷售到服務(wù),這些是供應(yīng)鏈上的業(yè)務(wù)流程和環(huán)節(jié)。在供應(yīng)鏈運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),企業(yè)必須隨時(shí)實(shí)地、精確的掌握供應(yīng)鏈上的商流、物流、信息和資金的流向,才能夠使企業(yè)發(fā)揮出最大的效率和效益。但實(shí)際上,物體在流動(dòng)的過程中各種環(huán)節(jié)處于松散的狀況,商流、物流、信息和資金常常隨著時(shí)間和位置的變化而變化,使企業(yè)對(duì)這四種流的控制能力大大下降,從而產(chǎn)生失誤造成不必要的損失。RFID技術(shù)正是有效解決供應(yīng)鏈上各項(xiàng)業(yè)務(wù)運(yùn)作資料的輸入與輸出、業(yè)務(wù)過程的控制與跟蹤,以及減少出錯(cuò)率等難題的一種技術(shù)。例如,最近香港工業(yè)工程師學(xué)會(huì)及香港生產(chǎn)力促進(jìn)局就開展了一項(xiàng)名為“提升制造及工業(yè)工程師應(yīng)用無線標(biāo)簽來實(shí)施供應(yīng)鏈管理”的項(xiàng)目。該項(xiàng)目主要是為香港制造及工業(yè)工程師設(shè)計(jì),項(xiàng)目包括一系列的工業(yè)及技術(shù)專題研討會(huì)、工作坊等。港府正是借助RFID技術(shù)在產(chǎn)品供應(yīng)鏈上的每個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)揮的效用,實(shí)現(xiàn)物料供應(yīng)、生產(chǎn)、貯存、包裝,以及物流、貨運(yùn)出境、船務(wù)運(yùn)輸,存貨控制及零售等各個(gè)環(huán)節(jié)的管理,幫助企業(yè)加快物流速度,改善生產(chǎn)效率,促進(jìn)貿(mào)易活動(dòng)。
據(jù)Deloitte研究中心的分析和預(yù)測(cè),從2006年開始,供應(yīng)鏈將成為推動(dòng)RFID的主要產(chǎn)業(yè),而且每年都在高速成長(zhǎng),推動(dòng)RFID產(chǎn)業(yè)前進(jìn)。至2009年,約70%的RFID應(yīng)用都在供應(yīng)鏈產(chǎn)業(yè)中。事實(shí)上,供應(yīng)鏈的每一個(gè)環(huán)節(jié)加入RFID之后,就會(huì)變得更加順暢,相對(duì)的其他產(chǎn)業(yè)所占的比例也只有30%而已(見圖2)。
當(dāng)然,RFID的發(fā)展也面臨一些障礙,其中最主要的是RFID標(biāo)簽的價(jià)格。一般認(rèn)為價(jià)格在5美元以上的芯片,主要為應(yīng)用于軍事、生物科技和醫(yī)療方面的有源器件,10美分-1美元左右的常為用于運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)、包裝、文件等的無源器件,消費(fèi)應(yīng)用如零售的標(biāo)簽在5~10美分,醫(yī)藥、各種票證(車票、入場(chǎng)券等)、貨幣等應(yīng)用的標(biāo)簽則在5美分以下,標(biāo)簽價(jià)格將直接影響RFID的市場(chǎng)規(guī)模。其次是隱私權(quán)的問題難于解決,由于在非接觸的條件下,可以對(duì)標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取,這引發(fā)了人們對(duì)RFID技術(shù)侵犯?jìng)(gè)人隱私權(quán)的爭(zhēng)議。盡管如此,筆者還是堅(jiān)信標(biāo)簽價(jià)格將隨著技術(shù)的發(fā)展及生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大而得以解決,隱私問題則需要各個(gè)國(guó)家通過立法對(duì)用戶的隱私權(quán)加以保護(hù)來逐步解決。RFID技術(shù)所獨(dú)有的優(yōu)勢(shì),最終將在全球形成一個(gè)巨大的產(chǎn)業(yè),值得各個(gè)領(lǐng)域加以關(guān)注。