RFID的發(fā)展趨勢和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依賴的是電磁場中的“近場”磁場,而UHF RFID 860-960 MHz則是遠(yuǎn)場輻射,既包含磁場有包含電場。而在UHF標(biāo)簽中響應(yīng)的究竟是那種波則取決于兩個方面:即標(biāo)簽天線和與閱讀器之間的距離。
由于波中的磁場分量的強(qiáng)度將隨距離快速地減小,故只能在近場方起作用。其有效范圍被天線結(jié)構(gòu)限制到大約一兩個波長。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。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能量,并且效率和成本效益更高。
麥克斯韋的四個方程是電磁場分析和設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。法拉第定律是這四個方程之一:“磁場中線圈感應(yīng)的電壓正比于磁場的強(qiáng)度和頻率”。這揭示了一個極其簡單的概念: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事實(shí),即UHF Gen 2可以比HF更容易和更高效地用于近場。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,射頻波中的這個分量特別適合于距離很近的單品級RFID工作。采用近場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)生出第一個全球性的RFID標(biāo)準(zhǔn)。從此,市場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,所用的對象有近場也有遠(yuǎn)場,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。
相對于在目前流行的HF標(biāo)準(zhǔn)-ISO 15693上對EPC進(jìn)行編碼,Laing認(rèn)為在Gen 2 HF標(biāo)簽上對EPC進(jìn)行編碼的公司將會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地,但還是比現(xiàn)在市場上的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?nbsp;
* 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,工作都會很好,與容器和托盤上一樣,能夠有效地消除在近場UHF Gen 2出現(xiàn)之前HF所具有的單品級方面的優(yōu)勢。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)場時方需考慮的事情,而對于近場則是另一回事。事實(shí)上,由于一個正確設(shè)計(jì)的UHF標(biāo)簽天線能夠用于近場和遠(yuǎn)場,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﹄妶鲴詈系氖侄?。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。
因此,選擇HF作為物品級標(biāo)簽識別的企業(yè)還必須同時部署UHF Gen 2進(jìn)行容器和托盤的識別。如今,要同時考慮到多路數(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,也可以與一個小至6mm左右的近場天線一起使用-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)的另一個優(yōu)點(diǎn)是,當(dāng)物品堆放得非常靠近時,UHF標(biāo)簽不會對相鄰的物品投放一個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,而這個差距HF將絕對無法彌補(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)。“你無法用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。”這是一個很大的限制,將影響分銷商的訂貨吞吐率?!熬褪乾F(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只會產(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,因而讀取時總是需要折中。當(dāng)采用多種數(shù)據(jù)承載協(xié)議時,供應(yīng)鏈上就會出現(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,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),對于部署,維護(hù)和升級一個混合系統(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)略對下游的貿(mào)易伙伴具有重大影響,將逐步滲透到整個供應(yīng)鏈。這種場景在當(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),形成一個自動化程度很高的環(huán)境,其中能夠以單品和容器級獲取貨品的家譜信息,并保持我們現(xiàn)有的高吞吐率?!?nbsp;
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識別的制衣廠-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,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,這是一個持續(xù)期待的趨勢。像Impinj這類的UHF技術(shù)提供商已經(jīng)對該技術(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)簽的定價已經(jīng)比HF標(biāo)簽低了很多,而UHF閱讀器也能夠提供近場和遠(yuǎn)場兩個選項(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的應(yīng)用的先導(dǎo)。