RFID技術(shù)與室內(nèi)資產(chǎn)跟蹤

 RFID 的應(yīng)用非常廣泛，典型應(yīng)用有動物晶片、汽車晶片防盜器、門禁管制、停車場管制、生產(chǎn)線自動化、物料管理。RFID標簽歷史十分悠久，可以追溯到二戰(zhàn)時期軍用飛機的辨別“友敵”的應(yīng)答器系統(tǒng)。從那時起，RFID就被用于資產(chǎn)識別系統(tǒng)。最近，它被作為一種實時室內(nèi)定位的解決方案推向市場。本篇文章簡要概述了RFID的工作原理，如何應(yīng)用于室內(nèi)資產(chǎn)跟蹤，以及與其他相似技術(shù)的比較。RFID技術(shù)并不是室內(nèi)定位應(yīng)用唯一的解決方案。然而，作為多技術(shù)系統(tǒng)的一部分，它是一個非常有效的解決方案。

RFID的工作原理

RFID系統(tǒng)，即射頻識別，包括兩個部分：一個轉(zhuǎn)發(fā)器(或標簽)，包含可以通過RF讀取的數(shù)據(jù);一個詢問器(或讀寫器)，可以讀取轉(zhuǎn)發(fā)器的數(shù)據(jù)。這兩個部分之間通信的特定方式(稱為“耦合機制”)決定了系統(tǒng)的覆蓋范圍、復(fù)雜性和成本。(這里的“耦合”指的是標簽和讀寫器之間的信息傳輸)目前，市場上存在三種耦合機制：電感耦合、電容耦合和反向散射耦合。

電感耦合

自射頻識別(RFID)技術(shù)被研發(fā)以來，感應(yīng)耦合就一直存在，當時的系統(tǒng)包括帶有復(fù)雜天線機制的大型標簽，主要用于跟蹤大型物體(如汽車、牛)。電感耦合標簽從讀寫器產(chǎn)生的磁場中提取信息并對其進行調(diào)制。讀寫器通過標簽測量電波，并將其解碼為數(shù)據(jù)。這些系統(tǒng)中使用的磁場會迅速下降，使得電感耦合的有效識別范圍約為1cm到1m。

電容耦合

當大型感應(yīng)系統(tǒng)成為市場上唯一的選擇時，電容式耦合系統(tǒng)以可降低RFID的成本和尺寸的屬性被研發(fā)出來。在讀寫器和標簽上使用導(dǎo)電貼片，通過改變電路的電容來形成電容和信號數(shù)據(jù)。這些系統(tǒng)之間的范圍非常近(1厘米)，而且補丁的方位很重要，所以典型的應(yīng)用程序是必須插入到讀寫器的ID卡。隨著電感電路的萎縮，有限的電容系統(tǒng)的市場也在萎縮。

事實上，目前大多數(shù)RFID系統(tǒng)都使用某種形式的電容耦合。然而，它們?nèi)匀皇艿竭h處磁場強度的影響。為了實現(xiàn)遠距離的通信，射頻識別系統(tǒng)必須使用更高頻率的信號，并依賴于電動的電磁信號。‍

反向散射耦合

反向散射耦合是雷達原理模型，讀寫器發(fā)射出UHF或微波信號，這些信號碰到目標后反射，同時攜帶回目標信息，依據(jù)的是電磁波的空間傳播規(guī)律，識別作用距離大于lm。當然，擴大識別范圍是優(yōu)點還是缺點取決于用例。

RFID標簽類型

RFID市場根據(jù)RFID標簽的供電方式來劃分類型。標簽是否有可用的車載電源，會影響到它的大小、價格、讀取范圍，以及它是否能夠支持額外的傳感器。

無源標簽

無源標簽沒有內(nèi)部電源。它們通過吸收讀寫器信號中的一些信息來作出反應(yīng)。這使得它們便宜、耐用、無噪音(在無線電頻譜中)。由于缺乏一致的數(shù)據(jù)，它們不能用于編寫和存儲傳感器數(shù)據(jù)。它們有一個較低的數(shù)據(jù)選擇范圍，并需要配備高功率，高成本的讀寫器。

半無源標簽

半無源標簽(也稱為“半主動”和“電池輔助”標簽)有一個板載電池。就像無源標簽一樣，它們只在有讀寫器有信號的情況下傳輸。電池既可以為傳感器供電，也可以為天線供電。半無源標簽允許更多的信號反射到讀寫器，也就具備了一個比無源標簽更遠的讀寫距離。它們比無源標簽體積更大，價格更高，而且電池壽命有限。

有源標簽

有源標簽有一個本地電源(例如電池，光電)，并可廣播自己的信號。盡管它們被定義為標簽，但在技術(shù)層面而言，它們不依賴于接收和調(diào)制讀寫器的信號。相反，它們是短程無線電。從運營的角度來看，這種區(qū)別可能并不那么重要，所以我們關(guān)注市場，并將它們囊括在這里。與無源標簽和半無源標簽相比，有源標記具有更大識別的范圍(可達1公里)，內(nèi)存容量、大小和成本也會增加，并且可以與性能較弱的讀寫器一起工作。

使用RFID技術(shù)跟蹤資產(chǎn)

在評估RFID作為資產(chǎn)跟蹤技術(shù)的優(yōu)點之前，需要澄清“跟蹤”的含義。RFID從一開始就被用于某種電子表格意義上的資產(chǎn)跟蹤。它使識別和記錄附近的跟蹤項目變得很簡單。如果你的目標是確保所有通過A號門的火車車廂也通過B號門，或者確認是否有員工進入大樓，那么RFID是一個經(jīng)過充分測試和驗證的優(yōu)秀解決方案。在這些用例中，RFID最直接地與條形碼或QR碼競爭。它具備了一個明顯的優(yōu)勢，可在遠處進行讀寫。有源或半無源RFID標簽可以提供有價值的傳感器信息，另一方面，與無源標簽匹配的讀寫器的價格并不便宜，而半無源標簽非常昂貴，且使用壽命有限。

一個更具挑戰(zhàn)性的跟蹤類型是獲悉跟蹤資產(chǎn)的實時位置。雖然這是一個相對較新的RFID用例，但市場上已經(jīng)有很多商業(yè)解決方案。這些方案的工作方式各不相同。有些方案純粹使用RFID進行對象識別，同時利用另一種技術(shù)進行測距。那些完全依賴RFID的幾乎全部使用有源RFID標簽。雖有一些研究使用無源RFID標簽，但無源標簽的讀寫器的成本及其系統(tǒng)的低識別范圍，使得它們并沒有在商業(yè)上的應(yīng)用使用有源RFID標簽的實時定位系統(tǒng)(RTLS)的性能相較于藍牙、藍牙低能(BLE)、WiFi、超聲波和超寬帶(UWB)等競爭性技術(shù)而言。RFID主要基于LANDMARC系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過比較有源標簽的接收信號強度(RSS)與已知位置的參考標簽的RSS來確定位置。

RFID比BLE的識別范圍更大。與BLE的70米相比，它可以在戶外覆蓋1公里。這在無障礙物的室內(nèi)環(huán)境(如墻壁或地板)中或許不那么重要，但在倉庫或谷倉中，有源RFID標簽的識別范圍可讓企業(yè)使用更少的讀寫器，從而降低成本并減少潛在的故障。目前，RFID技術(shù)尚不能為室內(nèi)定位提供一個獨立的解決方案。在這方面，它并不是唯一的選擇。然而，作為多技術(shù)系統(tǒng)的一部分，RFID為室內(nèi)定位帶來了長達數(shù)十年的可靠識別歷史。

RFID作為跟蹤資產(chǎn)解決方案也有一些缺點。就像所有基于RF / RSSI的解決方案一樣，它也有漏洞。由于射頻信號可以穿透墻壁，因此很難確定信號是從哪個房間發(fā)出的。有源跟蹤器(尤其是遠程跟蹤器)所使用的高帶寬非常容易受到干擾。而且，與BLE相比，標簽和讀寫器的成本都非常昂貴。RFID作為整個混合系統(tǒng)的一部分取得了巨大的成功。它提供可靠的識別，可以作為依賴超聲波、紅外線或超寬帶的定位信息系統(tǒng)的一種補充技術(shù)而存在。‍