蜂窩無源物聯(lián)網(wǎng)之前世-RFID -No.128
蜂窩無源物聯(lián)網(wǎng)的未來的發(fā)展和壯大離不開已有技術(shù)RFID(Radio Frequency Identification,射頻識(shí)別)的成熟、普及以及市場的培育。
1.RFID發(fā)展歷程
起源:來源于軍事應(yīng)用
RFID技術(shù)來源于二次大戰(zhàn)時(shí)期的飛行器探測技術(shù)。二戰(zhàn)期間,英軍為了區(qū)別盟軍和德軍的飛機(jī),在盟軍的飛機(jī)上裝備一個(gè)無線電收發(fā)器??刂扑系奶綄て飨蝻w機(jī)發(fā)射一個(gè)詢問信號(hào),當(dāng)飛機(jī)上的收發(fā)器收到信號(hào)后,回傳一個(gè)信號(hào)給探測器??刂扑诜祷氐男盘?hào)來識(shí)別是否己方飛機(jī)。
探索:從實(shí)驗(yàn)室走向應(yīng)用
1948年HarryStockman發(fā)表的“利用反射功率進(jìn)行通信”奠定了RFID技術(shù)的理論基礎(chǔ);20世紀(jì)50年代,早期RFID技術(shù)的探索階段,主要處于實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)研究;20世紀(jì)60年代,RFID技術(shù)的理論得到了發(fā)展,開始一些應(yīng)用嘗試;20世紀(jì)70年代,RFID技術(shù)與產(chǎn)品研發(fā)得到了加速發(fā)展;20世紀(jì)80年代,RFID技術(shù)及產(chǎn)品已進(jìn)入商業(yè)應(yīng)用階段;
發(fā)展:標(biāo)準(zhǔn)化促應(yīng)用
20世紀(jì)90年代,RFID技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化問題已逐漸得到重視,RFID產(chǎn)品得到了廣泛采用。2000年后,RFID產(chǎn)品種類更加豐富,有源電子標(biāo)簽和無源電子標(biāo)簽、半無源電子標(biāo)簽都得到了發(fā)展,成本降低,應(yīng)用不斷擴(kuò)大。至今,RFID技術(shù)的理論得到了豐富和完善。
2.RFID的關(guān)鍵技術(shù)
無線通信,首先要看下其所使用的頻譜資源,其次是網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu),最后關(guān)注下其所使用的空口技術(shù)以及如何獲取能量。
2.1 工作的頻率:
1.低頻(LF)
其頻率范圍:125 kHz–134 kHz(典型值)信號(hào)波長長(約2400米),穿透力強(qiáng),抗干擾能力高,但通信距離短(通常小于10 cm)、數(shù)據(jù)傳輸速率低(1–2 kbps)。
2.高頻(HF)
其頻率為:13.56 MHz,通信距離約10 cm–1 m,數(shù)據(jù)傳輸速率提升至25 kbps,支持近場通信(NFC)標(biāo)準(zhǔn)。
3.超高頻(UHF)
其 頻率范圍:860 MHz–960 MHz(全球主流頻段),中遠(yuǎn)距離識(shí)別(可達(dá)10米以上),讀取速度快,適合批量掃描,但易受金屬和液體干擾。
4.微波(Microwave)
其頻率范圍:2.45 GHz及5.8GHz,遠(yuǎn)距離高速通信,但成本較高,信號(hào)傳播受復(fù)雜環(huán)境影響大。
2.2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
如上圖所示,RFID系統(tǒng)比較簡單,包括閱讀器即讀卡器,和應(yīng)答器即電子標(biāo)簽,一般放置在需要識(shí)別的物品表面。
應(yīng)答器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。閱讀器通過天線發(fā)送出一定頻率的射頻信號(hào);當(dāng)應(yīng)答器進(jìn)入閱讀器工作區(qū)域時(shí),其天線產(chǎn)生感應(yīng)電流,從而應(yīng)答器獲得能量被激活并向讀寫器發(fā)送出自身編碼等數(shù)據(jù)信息;閱讀器接收到來自應(yīng)答器的載波信號(hào),對接收的信號(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;
2.3 通信機(jī)制
無線射頻識(shí)別技術(shù)( radio frequency identification ,即 ID )是一種非接觸的自動(dòng)識(shí)別技術(shù),其基本原理是利用射頻信號(hào)和空間耦合(電感或電磁耦合)特性,實(shí)現(xiàn)對被識(shí)別物體的自動(dòng)識(shí)別。1.電感耦合工作方式
按照射頻識(shí)別系統(tǒng)所使用的無線電波的頻率劃分,低于30MHz的系統(tǒng)一般是按電感耦合的原理工作的,要理解閱讀器與應(yīng)答器之間的能量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程,必須使用磁場理論。
運(yùn)動(dòng)的電荷產(chǎn)生磁場。對于電感耦合的射頻識(shí)別( RFID )系統(tǒng)的讀寫器來說,為了產(chǎn)生交變磁場,一般采用導(dǎo)體回路來做磁性天線。從線圈的中心到一定距離內(nèi)的場強(qiáng)幾乎是不變的。兩個(gè)相互接近的導(dǎo)體回路之間,一個(gè)回路產(chǎn)生的磁通量穿過另一個(gè)回路可以在另一個(gè)回路上面產(chǎn)生感應(yīng)電壓,電感耦合的射頻識(shí)別系統(tǒng)正是基于這一個(gè)物理現(xiàn)象而工作的。
2.反向散射通信無線電波的頻率在30MHz以上的射頻識(shí)別系統(tǒng),則必須使用電磁波理論。電磁波從天線向周圍空間反射,會(huì)遇到不同的目標(biāo),達(dá)到目標(biāo)的高頻能量的一部分被目標(biāo)吸收,并轉(zhuǎn)變成熱量,另外一部分以不同的強(qiáng)度散射到各個(gè)方向上去。反射能量的一小部分最終返回到發(fā)送天線。對射頻識(shí)別系統(tǒng)來說,用電磁波反射(反向散射系統(tǒng))進(jìn)行從應(yīng)答器到閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸。
以電阻調(diào)制為例,說明下RFID的通信方式:
在吸收狀態(tài),終端實(shí)現(xiàn)了阻抗匹配,射頻信號(hào)被完全吸收,沒有反射或者散射,接收側(cè)接收到的將是低電平信號(hào),代表 “0”。在反射狀態(tài)下,終端經(jīng)過調(diào)整使得電路阻抗不匹配,部分信號(hào)被反射,接收側(cè)接收到的將是高電平信號(hào),代表 “1”。