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RFID,能为我们带来些什么

已有 312 次阅读2016-4-16 01:38 |个人分类:RFID热点资讯| 关键词: 无线识别技术, 指纹识别技术, 传感技术, RFID

RFID,能为我们带来些什么


“有了无线射频识别(RFID)技术,还需要管家吗?”这是国家主席胡锦涛不久前在美国微软“未来之家”进行了参观交流时发出的一种感慨。


“未来之家”是微软认为将在5到10年内实现的智能家居环境,它融合了无线识别技术、指纹识别技术、声控技术、传感技术等多种先进技术。例如:当你从智能厨房的橱柜里拿出了一包面粉时,电脑系统立即显示一系列可用面粉制作的面类食谱,一旦面粉用完,这个智能厨房还会自动提醒主人将面粉列入购物清单;而更衣室中也存在一个由电脑控制的神奇“魔镜”,它能够在主人拿出衣服后展示当天的气温,以及穿这件衣服是否合适,甚至还可以向主人建议应该怎样搭配衣服……这些看似神奇的应用正随着RFID(无线射频识别)技术的飞速发展而将会在未来不远的时间内融入到我们生产、生活以及工作的方方面面。


那么,什么是RFID?它又能为我们企业或个人带来些什么呢?


一、RFID的基本概念与关键特征


无线射频标识(Radio Frequency Identification, RFID)是一种非接触自动识别技术,其基本原理是利用射频信号和空间耦合(电感或电磁耦合)的传输特性,实现对被识别物体所携带信息的自动化提取与识别。做为一个崭新的技术应用领域,RFID技术不仅涵盖了微波技术与电磁学理论、自动识别理论与技术,而且还融合了无线通信技术、半导体集成电路技术、传感器网络技术、网格技术、普适计算技术、软件中间件技术以及供应链与物流管理技术等诸多新兴技术和应用,实现了非人工干预的海量数据的自动化快速识别、实时处理和信息交互。因此,Gartner曾将RFID技术列为2005年度全球IT领域中的十大应用技术之一。


RFID技术应具有以下几个关键的特征,即:数据的自动化收集、过滤、处理与通信;业务过程的实时控制与监测;防伪与目标的自动识别;实时流程的业务优化以及海量数据的共享与管理等。正是由于这几项优异的特性使得RFID在多个不同的环境与场合下,通过快速与实时的数据获取,广泛地应用于不同商业环境与场景中。一般地,根据RFID频率的不同,其通信距离范围可从几厘米到几十米远,甚至更远;另外,根据RFID读、写方式的不同,可以输入和存储几千个字节的产品数据信息,具有极高的保密性,从而适应了当代数字化移动商务中对即时通信的新要求。与传统的条形码相比,RFID的主要优点集中体现在以下几个方面:


一、RFID存储的信息量大,且可以进行远程的数据识别和信息处理,即实现数据与物品本身一起流动;而条形码中的信息量少,且识别距离较近。


二、RFID可对产品的全生命周期进行个性化的全程管理与监控;条形码则标识了产品的类型,而无法对单个产品的个体进行标识与跟踪;


三、RFID可以识别快速移动中的物品,并进行实时的大批量的数据收集和响应;而条形码却无法实现移动中的大批量数据的实时收集和处理;


四、是环境适应性强,RFID不受雨雪、冰雹、灰尘与光线等的影响,可全天候、无接触地完成自动识别、跟踪与管理,而条形码则是一种“可视”的数据载体,它的防污性较差。


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图2 多种RFID标签(Tag)产品示意图


在RFID系统中的软件部分主要包括两方面的内容:中间件应用平台和应用管理软件。其中,中间件应用平台的核心功能是屏蔽不同厂家的RFID Reader等硬件系统、应用软件系统以及数据传输格式之间的异构性,从而可以实现不同的硬件设备与不同应用软件系统间的无缝连接与实时动态的集成。另外,RFID系统的中间件平台还应该具有以下一些关键特征:


能够提供不同RFID读写器相兼容的标准化界面;即能够支持多种型号、类型的RFID硬件设施。

能够提供数据过滤和不同格式的消息转换与传输;

对RFID的硬件设施进行有效地管理与监控(即设备管理);

支持不同应用软件系统对RFID数据的请求。

支持企业原有系统与标准化协议。

而应用软件包括的内容就比较丰富,从理论上来讲,只要是在软件产品设计中,存在ID号的实物对象(例如物品和人员等)均可以采用RFID进行管理。例如,上海的一家妇女用品商店将会员的信息存储在一张集成了RFID的会员卡中,一旦用户携带会员卡进入商店,门口中的无线读写器将会迅速地从用户携带的RFID会员卡中获取用户的身份信息,并且通过与商店中的客户关系管理系统(CRM)连接,将用户的过往消费记录以及偏好信息快速地传给服务人员,从而可为用户提供更好的个性化的推荐服务,并极大地提高了客户满意度。该应用的模型框架参见图3所示。


此外,这些常见的应用软件涉及到了企业资源管理系统(ERP)、供应链管理系统(SCM)等系统的多个功能模块。如仓库管理系统(WMS)、订单管理系统(OMS)、资产管理(AMS)运输的管理与实时监控系统(TMS)、物流管理系统(LMS)、生产控制系统以及企业的数据仓库等等,甚至于通过对员工的工作状态进行管理,来实现更多的工作支持和协同服务,例如,将不在工位员工的电话自动转接到其它的通信设备中,以实现远程实时办公等。


RFID技术在标签的数据格式上与目前国际主流的标准相匹配,主要包含了以下几类:EPC、UID、ISO/IEC以及IP-X等标准所规定的数据格式,其中针对同一种标准也存在着不同的数据编码格式,如EPC标准中包含了64位、96位以及256位等多种编码格式。而针对RFID系统的通信协议则包含了无线通信协议与有线通信协议两种,无线通信协议主要是指电子标签与读写器间的数据传输协议,为了保证多个电子标签与无线读写器在通信过程中能够避免冲突的发生,通常采用已扩展的ALOHA协议或“二进制搜索”等算法来实现网络信道的动态分配并解决信息传输过程中的“冲突消解”问题。另外,当多个读写器之间的工作范围重迭时也将会造成消息冲突,K.Padhi等人提出了Colorwave算法来解决这类冲突问题的发生。


 

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  图3 上海妇女用品商店-RFID应用于CRM


目前,无线网络标准主要有IEEE制定的802.11标准系列(其中包括802.11a/ b/g等标准)、蓝牙(Bluetooth)以及HomeRF(家庭网络)标准等。IEEE802.11是IEEE为解决无线网路设备互连而制定的第一个无线局域网标准,主要用于解决办公室局域网和校园网中用户与用户终端的无线接入和数据访问,速率最高能达到2Mbit/s。而在有线网络传输过程中,常可以采用传统的TCP/IP为核心的网络传输与应用协议,此外,随着XML技术的发展,大量的基于XML的各种网络数据传输或描述协议,如SOAP、WSDL、BPEL等协议和规范,由于其跨平台和跨语言的优秀特性,为RFID的边缘服务以及各种不同的应用系统之间进行动态集成提供了一个良好的技术基础。


三、RFID的核心应用


在现今激烈的市场竞争中,快速、准确、实时的信息获取及处理将成为企业获得竞争优势的关键。通过调查发现,对于企业采用RFID的主要原因中(可以多选),排在前几位的分别是:希望能够提高和改善经营的效率;对供应链可视化的渴求;提高与商业伙伴之间的协同性的需求;实时商业智能的需求;降低库存成本以及由于销售商的要求而被动采用的(如图4所示)。因此,企业采用RFID的真正驱动力应该说是来自于企业自身对实时管理决策和业务优化的根本要求。因此,这对于用友这样一个以企业管理软件核心的ERP产品供应商而言,RFID给我们带了不仅机遇,而且也包含了巨大的挑战,这主要体现在技术、核心应用模式以及开发理念等多个方面。

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由于ERP的核心理念是“以外部需求驱动企业内部生产计划的制订与执行反馈”,因此,企业计划制订的准确性与执行的即时性的关键源于对外部需求信息以及内部控制信息的采集与处理过程的实时性与准确性上来。但在传统的ERP系统的设计过程中,过于强调对业务规则与业务逻辑的设计,而对于快速变化的数据信息对业务的影响,甚至是引起对业务流程或规则的变化则明显考虑不足。这导致了ERP业务流程的柔性化与实时化一直成为企业用户关注的核心焦点,而且RFID技术通过对企业各种资源信息和能力状态数据的实时收集与反馈,为企业决策层提供了及时准确的可视化信息,从而将极大地扩展ERP系统的应用边界,推动企业精细化和实时化的管理。


例如:当RFID与企业资产管理相结合,来盘活原本沉寂的关键资产,不仅使企业知道关键在哪里,有多少,以及使用的状态,而且还通过提高其可用度和利用率,来改进高峰时段的客户服务水平,同时针对流动性资产的跟踪,来实现对资产流动状态的管理与控制。当RFID与企业的供应链管理应用相结合时,通过快速的入/出库操作与订单的自动化比对、物流状态的跟踪、货架的定位管理以及缺货的自动报警等一系列的管理功能,来实现企业对供应链可视化需求等等。


另外,在经济全球化与WTO对企业新的要求下,企业间的协同能力已成为企业的核心竞争力之一,OEM(代工/贴牌生产)、ODM(原始设计制造商)以及VMI (供应商管理库存)等早已成为中国企业常用的管理经营模式,但是ERP的设计思路则是更多的强调在企业的内部资源的调度与管理,而企业间的协作仅仅通过有限的应用接口(API)的硬连接实现,无法涉及业务操作,更谈不上业务的整合。


为了能够解决这一问题,人们将目光转向了SOA,希望通过基于XML协议栈的WEB服务技术来实现企业应用系统甚至是企业间业务流程的动态集成,但是企业间业务流程的融合必须有一个实时的数据共享机制与共同的业务场景语义支持,尽管BPEL以及语义Web等技术一直也希望提供解决方案,但由于技术的复杂性使得Web服务合成能力以及企业对实时性协同的要求均打了较大的折扣。


RFID系统做为庞大的商业及其它领域数据交互网络的边缘节点,它使得网络系统的信息来源进一步扩展到了可见的物理对象(如供应链中的物品)。EPC Global通过对物品统一编码,从另外一角度为我们提供了一种实时的协同方案。EPC方案的体系架构类似于DNS(域名解析),将物品统一编码后,将产品的属性信息存储于产品提供者的EPCIS(Inoframtion Server,或称PML Server)中,在物品流通过程的任一个环节,企业均可以通过ONS对产品的编码进行解析并定位到相应的IS中,精确地获取产品的各种相关属性,从而通过“物联网”的方式来实现产品或部件全生命周期的动态管理与业务协同。


因此,RFID技术将会在不同的方面或层次上对ERP系统的关键应用模块产生影响,如何利用这些影响扩展ERP系统本身或形成一组关键性的应用,已成为SAP、MS等企业关注的焦点,同时也必然会成为我们未来关注的热点。


四、RFID存在的问题与展望


RFID标签的销售量几乎将达到自其被发明以来60年内的总销售量的三倍之多,全球RFID市场额到2008年将达到70亿美元。这主要是因为单个产品级别RFID的发展速度比人们预想的要快得多,另外它们比货盘或包装箱级别的RFID标签所面临的挑战也要少。此外,Frost & Sullivan公司去年发布的报告表明:2004年全球的零售商在RFID上花费了4亿美元,该报告估计到2011年在这方面的投资将扩大10倍。同样可以预见的是消费品生产商将会把越来越多的带有RFID标签的产品运送到零售商那里。而根据Venture Development公司的估计,全球RFID市场份额至2007年将达到47亿美元,均年增长率将达到38 %。



RFID技术的发展已经走过50余年,随着技术的不断进步,RFID产品的种类将越来越丰富,在满足应用需求的同时,又极大地促进了应用的发展。RFID技术的发展将会在电子标签(射频标签)、阅读器、应用系统集成、中间件平台、标准化等方面取得新的进展。



(a)RFID电子标签方面:由于新的应用对电子标签的工作性能、安全性与可靠性等的要求,使得电子标签芯片所需的功耗更低,无源标签、半无源标签技术更趋成熟,同时,RFID信息作用的距离也更远,更加适合于远程高速移动物品的多标签快速识别与读/写操作,RFID的可读写并发操作与一致性更加完善。另外,RFID标签的成本将会进一步降低,且通过与传感器相结合,使其智能性更强,并且在强场强下的自保护功能也更完善。


(b)RFID阅读器方面:通过与条码识读功能相集成实现无线数据识别与传输以及离线与在线工作模式的自动切换,来实现RFID阅读器多功能应用集成。通过智能多天线端口的集成,来实现对不同工作频率的切换兼容与信息的自动处理,并解决微波的反射与吸收问题。通过多种数据接口(其中包括:RS232,RS422/485,USB,红外,蓝牙、以太网口等)的集成,实现数据信息的多传输通道。通过标签的多制式兼容,来实现多种标签类型的读、写操作兼容)。另外,RFID阅读器在小型化、成本更低的同时,向便携式、嵌入式、模块化方向发展。


(c)RFID系统种类方面: 低频近距离RFID系统将会具有更高的智能与安全特性。同时,高频远距离RFID系统性能更加完善,系统更加完善。此外,基于标准化的RFID系统模块可替换性更好、更为普及。从而为更为广泛的应用奠定了基础。


另外,RFID的发展也面临一些障碍,其中最主要因素之一就是RFID标签的价格。一般认为价格在5美元以上的芯片,主要为应用于军事、生物科技和医疗方面的有源器件,10美分-1美元左右的常为用于运输、仓储、包装、文件等的无源器件,消费应用如零售的标签在5~10美分,医药、各种票证(车票、入场券等)、货币等应用的标签则在5美分以下,标签价格将直接影响RFID的市场规模。其次是信息的安全性与隐私权的保护问题,由于在非接触的条件下,可以对标签中的数据进行读取,因此,RFID技术的安全性以及个人隐私权的保护问题倍受关注。第三个关键的制约因素在于RFID的标准化问题,由于目前尚无统一的国际标准,国家标准也在制定过程中,因此大多数的RFID应用仍然局限于某些闭环的场景中,不仅极大地限制了应用的发展,而且可能会造成新的应用孤岛。


尽管还存在着许多问题,但RFID已成为目前用途最为广泛的自动识别技术。随着RFID标准的制定、成本的降低以及技术的发展,RFID必然会更加深刻地改变着我们的工作与生活。正如E. Fleisch教授所言:“RFID, Progress has no alternative!”



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