前言 

　　集裝箱數(shù)字化港口的特征是能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)通關(guān)、自動(dòng)簽封、自動(dòng)裝卸、自動(dòng)碼放、自動(dòng)監(jiān)控。其核心價(jià)值是提高集裝箱港口的安全管理水平和信息化水平。結(jié)合了RFID和微電子采控技術(shù)的集裝箱電子簽封（eSeal）系統(tǒng)將在這場(chǎng)數(shù)字化港口的大潮中扮演中樞角色。它能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)集裝箱的自動(dòng)化識(shí)別和對(duì)運(yùn)輸過(guò)程中的物流信息實(shí)時(shí)跟蹤,消除錯(cuò)箱和漏箱,大大加快集裝箱的通關(guān)速度,提高集裝箱運(yùn)輸?shù)墓ぷ餍?增強(qiáng)集裝箱運(yùn)輸中的安全可靠性,從而全面提升集裝箱運(yùn)輸?shù)姆?wù)水平,真正構(gòu)建具有國(guó)際先進(jìn)水平的集裝箱數(shù)字化港口。伴隨全球數(shù)字化港口進(jìn)程，將會(huì)產(chǎn)生數(shù)十億美元的eSeal系統(tǒng)先期市場(chǎng)和每年數(shù)億美元的運(yùn)營(yíng)市場(chǎng)?？梢灶A(yù)見(jiàn)，eSeal不僅會(huì)大大提高全球集裝箱港口的吞吐量，而且會(huì)加快整個(gè)物流鏈的速度，并帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 

　　隨著全球貿(mào)易的發(fā)展以及船舶容量的提高，每年大約有58億噸的貨物即全球貿(mào)易量80%通過(guò)海運(yùn)進(jìn)行，但只有大約5%的集裝箱會(huì)受到檢測(cè)。如何保護(hù)由46000只海洋船舶運(yùn)往全球4000個(gè)港口的1100萬(wàn)個(gè)集裝箱的安全，已成為眾人矚目的問(wèn)題。 

     在美國(guó)全球反恐戰(zhàn)略部署中，已經(jīng)提出了“集裝箱安全倡議”（CSI）。該倡議旨在建立一個(gè)保護(hù)全球海運(yùn)集裝箱貿(mào)易安全的機(jī)制，2002年，CSI開(kāi)始使用信息技術(shù)識(shí)別檢查集裝箱內(nèi)的高危貨物，通過(guò)實(shí)時(shí)定位技術(shù)（RTLS）、電子標(biāo)簽技術(shù)（RFID）以及傳感器技術(shù)，集裝箱安全系統(tǒng)將使集裝箱的整個(gè)運(yùn)輸過(guò)程都處在智能化和網(wǎng)絡(luò)化的監(jiān)控之中。這些舉措，不僅可以有效增強(qiáng)政府對(duì)貨物的監(jiān)管，提高國(guó)家安全防護(hù)水平，而且也可以幫助貨主及時(shí)了解貨物的運(yùn)輸狀態(tài)，因此，許多國(guó)家政府已經(jīng)開(kāi)始積極推動(dòng)這一倡議的實(shí)施。 

　　2007年,中國(guó)成為全世界首個(gè)集裝箱吞吐量突破1億標(biāo)準(zhǔn)箱的國(guó)家。由于機(jī)械式Seal檢查僅靠人手操作，若改用電子封條，每年則可節(jié)省高達(dá)10億元人民幣的人手開(kāi)支?，F(xiàn)時(shí)，機(jī)械式Seal按流程需要檢查5次，而每次要耗費(fèi)5分鐘時(shí)間，換言之每個(gè)貨柜共花上25分鐘作檢查，按￥25 /H人力成本計(jì)算, 每個(gè)貨柜的檢測(cè)費(fèi)用就是10元人民幣。 

A．    eSeal概述
 
    古代人在進(jìn)行傳遞物品文件時(shí),為了證明在傳遞過(guò)程中物品未被盜用或偷視而把被傳遞物裝入封閉容器內(nèi),并用打開(kāi)即破壞的紙條封閉在開(kāi)口處,并在紙條上寫(xiě)上簽封人和時(shí)間, 使得接貨人容易判定被傳遞物是否被動(dòng)過(guò),和封口條是否被偽造. 那種紙條就是封條.  

    這種紙封條在現(xiàn)在的節(jié)假日確證辦公室是否有人進(jìn)入或確證案件現(xiàn)場(chǎng)是否被破壞時(shí)仍然采用. 

    伴隨集裝箱運(yùn)輸業(yè)的誕生和發(fā)展，機(jī)械式Seal 應(yīng)運(yùn)而生。機(jī)械式Seal可以看成是一次性使用的鎖，在集裝箱起運(yùn)前用機(jī)械Seal把箱鼻扣死，到達(dá)目的地時(shí)檢查機(jī)械Seal是否已破壞。如果Seal已破壞，即證實(shí)在運(yùn)輸過(guò)程中集裝箱曾經(jīng)打開(kāi)過(guò)，從而貨主可依法要求承運(yùn)方賠償；如果驗(yàn)證Seal 完好，則承運(yùn)方就可辦理交運(yùn)手續(xù)完成該單業(yè)務(wù)。 

    典型的機(jī)械Seal如圖所示： 

　　機(jī)械Seal 使用簡(jiǎn)便成本低廉，但其記錄信息少，防偽能力差, 運(yùn)營(yíng)費(fèi)用高,不能自動(dòng)化操作。 

　　現(xiàn)代 Container Seal 是確證集裝箱是在運(yùn)輸過(guò)程中是否被開(kāi)啟的設(shè)備.其特點(diǎn)特點(diǎn)如下: 

1. 可記錄運(yùn)輸全程信息  

　　什么時(shí)候封簽，什么時(shí)候開(kāi)封，什么時(shí)候進(jìn)關(guān)，什么時(shí)候用幾號(hào)塔吊上船，什么時(shí)候用幾號(hào)塔吊卸船，什么時(shí)候出關(guān)。甚至可記錄運(yùn)輸過(guò)程的溫度、壓力和濕度。  

2. 防偽能力強(qiáng)，安全度高。 

　　事件只寫(xiě)一次，不能更改，理論上無(wú)偽造可能。 

3. 全自動(dòng)化巡檢 

　　在巡檢車(chē)上即可檢查貨場(chǎng)中集裝箱狀態(tài)和定位信息并通過(guò)無(wú)線局域網(wǎng)傳遞到中心處理機(jī)或車(chē)載計(jì)算機(jī)。   

4. 運(yùn)營(yíng)費(fèi)用比機(jī)械Seal 低。 

5. Container eSeal 的使用是一個(gè)系統(tǒng)而不只是一個(gè)產(chǎn)品. 

    到目前為止，世界上還沒(méi)有完全符合ISO18185 的Container eSeal產(chǎn)品。在國(guó)內(nèi)數(shù)家公司研制出非ISO18185的Container eSeal產(chǎn)品。 

ISO18185 eSeal 工作示意圖：  

B．ISO18185標(biāo)準(zhǔn)介紹 

    ISO18185標(biāo)準(zhǔn)是由美國(guó)SAVI公司推動(dòng)在2007年5月發(fā)布。該標(biāo)準(zhǔn)中的空中接口協(xié)議、防沖突算法、近場(chǎng)藕合定位等技術(shù)引用了SAVI公司的專(zhuān)利。所以，若制造商要制造符合ISO18185的產(chǎn)品就得向美國(guó)SAVI公司支付專(zhuān)利使用費(fèi)。 

B.1技術(shù)特點(diǎn) 

　　雙頻雙協(xié)議（TYPE A 和TYPE B）Reader 和 Interrogator 只需滿足一套協(xié)議，但eSeal 必須同時(shí)滿足TYPE A 和TYPE B。兩套協(xié)議空中接口相互獨(dú)立，但數(shù)據(jù)定義和結(jié)構(gòu)共享。 

B.2  TYPE A空中接口標(biāo)準(zhǔn) 

B.2.1  LRL長(zhǎng)鏈路    433.92M UHF 頻段（Interrogator 或Reader 與eSeal 通訊） 

　　物理層 
　　載頻        433.92MHz 
　　調(diào)制        FSK 
　　調(diào)制深度    +/-35KHz 
　　低位符號(hào)    fc-35KHz 
　　高位符號(hào)    fc+35KHz 
　　調(diào)制數(shù)率    27.7KHz 
　　喚醒信號(hào)    30.0KHz    
 
脈沖波形 

數(shù)據(jù)塊格式 

     PREAMBLE+DATA+CRC+PACKET END  
　　PREAMBLE 由20個(gè)60us的脈沖和一個(gè)42us/54us（由eSeal發(fā)往Interrogator是 
42us，由Interrogator發(fā)往eSeal是54us）的高電平及一個(gè)54us的低電平構(gòu)成。 
　　DATA 如上圖所示按曼徹斯特規(guī)則編碼。 
　　CRC生成多項(xiàng)式是X^16+X^12+X^5+1。  
　　PACKET END 由60us的連續(xù)低電平構(gòu)成。 

B.2.2  TYPE A  SRL 短鏈路 123KHZ （LF Transmitter 到eSeal 通訊） 
　　物理層 

　　載頻    123~125KHz  
　　調(diào)制    OOK 
　　編碼    曼徹斯特 
　　調(diào)制數(shù)率 1.666KHz 
　　通訊距離 1~4米 

脈沖波形 

              前導(dǎo)由8個(gè)1200微秒周期的脈沖構(gòu)成, 數(shù)據(jù)包之間用2個(gè)1200微秒周期的脈沖 
            分隔.數(shù)據(jù)包結(jié)尾：2個(gè)字節(jié)的CRC;     在CRC后面是至少1200微秒的    ”O(jiān)FF”  
即無(wú)發(fā)射. 

B.3  TYPE B空中接口標(biāo)準(zhǔn) 
B.3.1  LRL長(zhǎng)鏈路    2.4GHz ISM頻段（eSeal 到Reader 通訊） 
物理層 
　　頻率范圍    2400-2483.50MHz 
　　頻率精度    +/-25 PPM 
　　中心頻率    2441.750 MHz 
　　占用帶寬    60 MHz 
　　傳輸功率　　1類(lèi):10dBm EIRP max 
　　　　　　　　2類(lèi):當(dāng)?shù)胤ㄒ?guī)允許的最大功率 
　　調(diào)制        BPSK 直接擴(kuò)頻(DSSS) Direct Sequence Spread         Spectrum. 
　　數(shù)據(jù)編碼    差分編碼Differentially encoded 
　　位數(shù)率        59.7kb/s 
　　位誤碼率    0.001% 
　　PN chip rate 30.521875 MHz +/- 25 ppm 
　　PN 碼長(zhǎng)    511 
　　PN 擴(kuò)頻碼        0x1CB 
　　數(shù)據(jù)包長(zhǎng)　　　Option 1: 56 bits 
　　　　　　　　　Option 2: 72 bits 
　　　　　　　　　Option 3: 88 bits 
　　　　　　　　　Option 4: 152 bits 
        CRC 多項(xiàng)式    G(x)=X12 + X11 + X3 + X2 + X + 1 
        突發(fā)包間隔        最小5 s （可編程） 
        突發(fā)包間隔隨機(jī)范圍     ±638 ms maximum 
        子突發(fā)包數(shù)       1 – 8 （可編程） 
        子突發(fā)包隨機(jī)間隔      125 ms ±16 maximum 

B.3.2  TYPE B  SRL 短鏈路 127 kHz  FSK（LF Transmitter 到eSeal 通訊） 
　　物理層 
　　信號(hào)頻率            114,688 kHz and 126,976 kHz 
　　位數(shù)率                2.048 kb/s 
　　符號(hào)周期            244.4 μs(1/2bit) 
　　誤碼率                0,001% 
　　開(kāi)始同步             3符號(hào)周期 @ 114,688 kHz   
                               + 3符號(hào)周期 @ 126,976 kHz 
　　結(jié)束同步            3符號(hào)周期 @ 126,976 kH  
                              + 3符號(hào)周期 @ 114,688 kHz  
                位 “0”   1符號(hào)周期 @ 126,976 kH  
                               +    1符號(hào)周期 @ 114,688 kHz  
                  位 “1”   1符號(hào)周期 @ 114,688 kHz   
                                + 1符號(hào)周期 @ 126,976 kHz 

B.4 信息定義和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（略） 

B.5 主要應(yīng)用條件和環(huán)境要求 

B.5.1封條應(yīng)以ISO 8601的定義 CCYYMMDDHHMM (UTC)的格式提供簽封/開(kāi)封

日期和時(shí)間. 其每日誤差應(yīng)小于 ±5 秒/天。 

B.5.2 讀取封條的可靠性應(yīng)不小于 99,99%，精確性不小于 99,998%. 

B.5.3 電池的最低壽命限定為存貨兩年外加60天的航運(yùn)期應(yīng)有足夠電量。在此期間電池還可以承受1000次的采集應(yīng)答。 此外，制造商還可用形象的“還可用日期”表示電池壽命。（依據(jù)ISO8601數(shù)據(jù)格式表示）. 
B.5.4 貯存溫度范圍：-51oC 到 + 85oC. 
B.5.5 工作溫度范圍：-40oC 到 +70oC 
B.6 數(shù)據(jù)保護(hù)（略）  

C．eSeal 射頻設(shè)計(jì)方案 

        eSeal 工作環(huán)境惡劣，它所擔(dān)當(dāng)?shù)慕巧珱Q定了對(duì)它的高可靠性和低成本的要求。射頻前端設(shè)計(jì)是eSeal 的技術(shù)關(guān)鍵。 

C.1  RF-A+RF-B + MCU 方案 

　　該方案的特點(diǎn)是分別選用符合TYPE A LRL的RF IC 和符合TYPE B LRL 的RF IC加上MCU。初涉eSeal 的工程師都認(rèn)為該方案容易上手，但實(shí)際上該方案不可行。一是雖可以找到合TYPE A LRL 的RF IC，但符合TYPE B LRL 的RF IC找不到。WiFi 芯片和Zigbee 芯片都不符合TYPE B LRL 的要求；二是該方案最終產(chǎn)品成本高，不能占領(lǐng)市場(chǎng)。 

C.2  [RF-A+RF-B + MCU] 方案 

　　該方案的特點(diǎn)是分別設(shè)計(jì)符合TYPE A LRL 的IP 和符合TYPE B LRL 的IP，并選用合適的MCU核，運(yùn)用SOIP 技術(shù)將兩個(gè)RF IP 和MCU封裝在一片 IC 上，制成符合ISO18185 的雙頻雙協(xié)議的專(zhuān)用單片IC。 

　　該方案技術(shù)難度大，研制周期長(zhǎng)，投入大風(fēng)險(xiǎn)高，不是最優(yōu)方案。 

C.3  [RF-A+RF-B] + MCU 方案 

    該方案的特點(diǎn)是分別設(shè)計(jì)符合TYPE A LRL 的IP 和符合TYPE B LRL 的IP，運(yùn)用SOIP 技術(shù)將兩個(gè)IP 封裝在一片 IC 上，制成符合ISO18185 的雙頻雙協(xié)議的RF IC，  外掛MCU。相比之下，該方案較C．2為優(yōu)。技術(shù)難度較低，研制周期短，投入較小，風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)低。[RF-A+RF-B]  IC 還可用于Container eSeal 以外的其它領(lǐng)域。 

C．4  非ISO18185方案 

    該方案完全不與ISO18185相干。射頻部分選用現(xiàn)成的RF IC，如 TI 的CC1100，Nordic 的 nR24L01 等RF IC，加上MCU構(gòu)成單頻自定義單協(xié)議的eSeal 系統(tǒng)。事實(shí)上國(guó)內(nèi)有數(shù)家 RF ID 制造商正是這樣做的。 

　　該方案投資小，技術(shù)門(mén)檻低，產(chǎn)品成本也低。但要推動(dòng)成行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)極其困難。需要特別指出的是，投資eSeal專(zhuān)用IC 要全盤(pán)考慮。單獨(dú)投資一片IC幾乎是注定要失敗的，必須作戰(zhàn)略方面的考量。介入IC產(chǎn)業(yè)需要持續(xù)投入才有可能找到在這個(gè)產(chǎn)業(yè)的一席之地。 

D．獨(dú)立發(fā)展集裝箱電子封條系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù) 

　　ISO18185 是由美國(guó)SAVI公司推動(dòng)的，其中包括SAVI公司和WhereNet公司的六項(xiàng) 專(zhuān)利。它是從美國(guó)利益和SAVI公司的利益出發(fā)，完全沒(méi)有考慮世界各國(guó)為此會(huì)多付出的代價(jià)。如按ISO18185制作出來(lái)的eSeal，其成本會(huì)高達(dá) $20，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出航運(yùn)界的心理承受價(jià)格$8。如果采用自定義技術(shù)，產(chǎn)品成本可控制在$4。但獨(dú)立發(fā)展集裝箱電子封條系統(tǒng)要有以下幾個(gè)條件： 

　　D.1 通訊協(xié)議，防沖突算法要有突破。 
　　D.2 產(chǎn)品整和方面要有突破。 
　　D.3 能夠得到國(guó)家或地區(qū)港務(wù)部門(mén)的支持，組建行業(yè)聯(lián)盟，共同推動(dòng)新標(biāo)準(zhǔn)。    

關(guān)于碧沙科技

　　 碧沙科技是由香港寶榮集團(tuán)(BIS Group)2003年投資創(chuàng)建，專(zhuān)業(yè)致力于石油,油田自動(dòng)化設(shè)備的高科技公司。隨著市場(chǎng)的發(fā)展與變化，公司逐漸增強(qiáng)對(duì)RFID的重視，重點(diǎn)推動(dòng)有源RFID產(chǎn)品的戰(zhàn)略研究。公司擁有瑞士技術(shù)合作伙伴的專(zhuān)業(yè)支持，并在深圳組建了一流的軟、硬件開(kāi)發(fā)隊(duì)伍，配有先進(jìn)的自動(dòng)化生產(chǎn)線，專(zhuān)心致力于最高水準(zhǔn)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與生產(chǎn)，并提供成功的解決方案。

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