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淺析UHF Gen 2 RFID和HF RFID的那些區(qū)別

2022-08-08 14:02 博物園
關(guān)鍵詞:UHFGen2RFID

導(dǎo)讀:目前,UHF Gen 2RFID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(pán)上的表現(xiàn)相媲美。

目前,UHF Gen 2RFID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(pán)上的表現(xiàn)相媲美。由于成本低,UHF RFID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(shí)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(lài)的是電磁場(chǎng)中的“近場(chǎng)”磁場(chǎng),而UHF RFID 860-960 MHz則是遠(yuǎn)場(chǎng)輻射,既包含磁場(chǎng)有包含電場(chǎng)。而在UHF標(biāo)簽中響應(yīng)的究竟是那種波則取決于兩個(gè)方面:即RFID標(biāo)簽天線和RFID讀寫(xiě)器之間的距離。

由于波中的磁場(chǎng)分量的強(qiáng)度將隨距離快速地減小,故只能在近場(chǎng)方起作用。其有效范圍被天線結(jié)構(gòu)限制到大約一兩個(gè)波長(zhǎng)。由于HF標(biāo)簽為了接收能量而利用電感耦合來(lái)感應(yīng)該磁場(chǎng)。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(chǎng)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(chǎng)能量,并且效率和成本效益更高。

麥克斯韋的四個(gè)方程是電磁場(chǎng)分析和設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。法拉第定律是這四個(gè)方程之一:“磁場(chǎng)中線圈感應(yīng)的電壓正比于磁場(chǎng)的強(qiáng)度和頻率”。這就揭示了一個(gè)極其簡(jiǎn)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(duì)于RFID標(biāo)簽和RFID讀寫(xiě)器天線之間的能量耦合效率來(lái)說(shuō),UHF是HF的大約60倍。

傳統(tǒng)的概念是超高頻RFID不適合于單品級(jí)標(biāo)簽:標(biāo)簽太大,超高頻RFID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(gè)事實(shí),即UHF Gen 2可以比HF更容易和更高效地用于近場(chǎng)。這意味著UHF系統(tǒng)能夠讀取HF能夠讀取更多的東西,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(jí)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(lái)的各種利益。關(guān)鍵是如何控制UHF的近場(chǎng),射頻波中的這個(gè)分量特別適合于距離很近的單品級(jí)RFID工作。采用近場(chǎng)UHF Gen 2方案的各類(lèi)應(yīng)用正在增長(zhǎng)。

2004年12月,EPC global批準(zhǔn)了UHF Gen 2協(xié)議,從而產(chǎn)生出第一個(gè)全球性的RFID標(biāo)準(zhǔn)。從此,市場(chǎng)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(pán)的普適性,所用的對(duì)象有近場(chǎng)也有遠(yuǎn)場(chǎng),材料覆蓋了液體、金屬、緊密堆積的和包裝的物品等。

三年后,HF產(chǎn)品開(kāi)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(shuō)法,迄今為止工作進(jìn)展有限,僅有的進(jìn)展是對(duì)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(duì)于在目前流行的HF標(biāo)準(zhǔn)ISO 15693上對(duì)EPC進(jìn)行編碼,Laing認(rèn)為在Gen 2 HF標(biāo)簽上對(duì)EPC進(jìn)行編碼的公司將會(huì)看到性能方面的改善。他說(shuō),據(jù)RFID Update的結(jié)果,雖然改善并非驚天動(dòng)地,但還是比現(xiàn)在市場(chǎng)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(kāi)始所謂合格的V2產(chǎn)品并不會(huì)符合它。這需要一段很長(zhǎng)的時(shí)間,即便是現(xiàn)在可以使用,也達(dá)不到UHF Gen 2目前的性能。

不過(guò)本文還是返回來(lái)繼續(xù)看一下有關(guān)頻率的爭(zhēng)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(duì)所有類(lèi)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(lái)說(shuō),HF RFID技術(shù)中是多余的,因?yàn)椋?/p>

* 沒(méi)有任何一項(xiàng)是HF可以實(shí)現(xiàn)而UHF卻無(wú)法實(shí)現(xiàn)的;

* 而許多HF無(wú)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(duì)于RFID應(yīng)用來(lái)說(shuō),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(pán),所有材料和包裝類(lèi)型,以及提供比HF高得多的吞吐率。

一個(gè)正確部署的UHF Gen 2系統(tǒng),無(wú)論是大物品還是小物品,也無(wú)論是液體還是金屬,工作都會(huì)很好,與容器和托盤(pán)上一樣,能夠有效地消除在近場(chǎng)UHF Gen 2出現(xiàn)之前HF所具有的單品級(jí)方面的優(yōu)勢(shì)。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(chǎng)時(shí)方需考慮的事情,而對(duì)于近場(chǎng)則是另一回事。事實(shí)上,由于一個(gè)正確設(shè)計(jì)的UHF標(biāo)簽天線能夠用于近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng),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?chǎng)耦合的手段。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(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)場(chǎng)應(yīng)用,這意味著無(wú)法用于倉(cāng)庫(kù)和物流中心需要RFID遠(yuǎn)距離工作的容器和托盤(pán),因此,HF的應(yīng)用距離僅限于近場(chǎng)。

因此,選擇HF作為物品級(jí)標(biāo)簽識(shí)別的企業(yè)還必須同時(shí)部署UHF Gen 2進(jìn)行容器和托盤(pán)的識(shí)別。如今,要同時(shí)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(shuō),如果認(rèn)為數(shù)字物流沒(méi)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(huì)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(jí)特別好的簡(jiǎn)單的,高速制造技術(shù)。得益于UHF Gen 2的簡(jiǎn)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(gè)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(pán)上的同一UHF Gen 2芯片,也可以與一個(gè)小至6mm左右的近場(chǎng)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(gè)優(yōu)點(diǎn)是,當(dāng)物品堆放得非??拷鼤r(shí),UHF標(biāo)簽不會(huì)對(duì)相鄰的物品投放一個(gè)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(huì)進(jìn)一步拉開(kāi)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(gè)差距HF將絕對(duì)無(wú)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(duì)于RFID工作來(lái)說(shuō),UHF頻段的效率是HF頻段的60倍。

如果目標(biāo)就是RFID標(biāo)簽和RFID讀寫(xiě)器之間的耦合通信,相對(duì)于能力較弱的HF解決方案來(lái)說(shuō),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](méi)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)?!澳銦o(wú)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)也不能比最慢的讀取速率快?!边@是一個(gè)很大的限制,將影響分銷(xiāo)商的訂貨吞吐率?!熬褪乾F(xiàn)在”,她繼續(xù)說(shuō),“我們提訂單一直到下午8點(diǎn),并且訂單從早上5:30就開(kāi)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(shí)間的能力”。

這一點(diǎn)加重了多協(xié)議架構(gòu)的問(wèn)題。而且不幸的是,利用能夠同時(shí)讀取HF和UHF標(biāo)簽的設(shè)備-即多協(xié)議RFID讀寫(xiě)器來(lái)解決這些問(wèn)題時(shí)只會(huì)產(chǎn)生更多的問(wèn)題。這些問(wèn)題包括讀寫(xiě)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(xún)問(wèn)器必須周期性地覆蓋多協(xié)議,因而讀取時(shí)總是需要折中。當(dāng)采用多種數(shù)據(jù)承載協(xié)議時(shí),供應(yīng)鏈上就會(huì)出現(xiàn)這些問(wèn)題。

當(dāng)Gen 2解決這些與UHF標(biāo)準(zhǔn)競(jìng)用和不兼容的問(wèn)題時(shí),HF技術(shù)本身也存在這些問(wèn)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(duì)于部署,維護(hù)和升級(jí)一個(gè)混合系統(tǒng)架構(gòu)來(lái)說(shuō),不用說(shuō)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(lái)說(shuō),支持分離的UHF和HF架構(gòu)也沒(méi)有什么意義。

企業(yè)最終所采取的連續(xù)性戰(zhàn)略對(duì)下游的貿(mào)易伙伴具有重大影響,將逐步滲透到整個(gè)供應(yīng)鏈。這種場(chǎng)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(gè)自動(dòng)化程度很高的環(huán)境,其中能夠以單品和容器級(jí)獲取貨品的家譜信息,并保持我們現(xiàn)有的高吞吐率?!?/p>