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射頻標(biāo)簽(RFID)在移動基站設(shè)備管理中的應(yīng)用探索

 緊密配合市場變化的“彈性網(wǎng)絡(luò)建設(shè)”是移動運營商通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重點;網(wǎng)絡(luò)設(shè)備拆閑補忙、基站載波調(diào)整是“彈性網(wǎng)絡(luò)”建設(shè)的重要手段,實現(xiàn)移動基站設(shè)備調(diào)動的實時準(zhǔn)確管理是“彈性網(wǎng)絡(luò)”建設(shè)的一大難點。 


  RFID(射頻標(biāo)簽)技術(shù)正在零售、醫(yī)藥、運輸?shù)阮I(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,而且正在滲透到各傳統(tǒng)行業(yè)中,目前物資設(shè)備管理是RFID技術(shù)增長最快的領(lǐng)域之一,許多企業(yè)通過將RFID標(biāo)簽與物資設(shè)備管理系統(tǒng)融合,可以自動、實時、智能地實現(xiàn)復(fù)雜的物資設(shè)備調(diào)動管理。在這樣的背景下,中國移動通信公司廣東分公司率先在國內(nèi)嘗試將RFID技術(shù)引入其基站通信設(shè)備的管理工作中,實現(xiàn)高效、實時、準(zhǔn)確的設(shè)備調(diào)動管理。

  本文將主要介紹基站通信設(shè)備管理中應(yīng)用的RFID進(jìn)行通信設(shè)備管理的思路、技術(shù)方案和技術(shù)難點等。
  一、背景和意義

  廣東移動公司每年都要進(jìn)行大量的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備拆閑補忙、基站載波調(diào)整工作,同時還有數(shù)以十萬計的新增設(shè)備并網(wǎng)運行,以上原因造成設(shè)備調(diào)動管理和資產(chǎn)清查工作異常艱巨!傳統(tǒng)的人工前臺加計算機(jī)后臺的設(shè)備資產(chǎn)管理方式越來越不能滿足實際情況的需要。傳統(tǒng)方式的前臺目前仍以人工方式進(jìn)行,現(xiàn)場清點、手抄、錄入、匯總,多種人工參與后才能將采集的設(shè)備資產(chǎn)信息導(dǎo)入后臺的計算機(jī)數(shù)據(jù)庫。設(shè)備資產(chǎn)管理中的大量人工參與造成了流程復(fù)雜、時間長、實時性差、管理難度大、差錯率高等問題,最終降低了設(shè)備利用率,增加了運營成本。

  隨著公司的發(fā)展,廣東移動面臨如何對數(shù)量龐大的通信設(shè)備進(jìn)行高效科學(xué)管理的問題。因此,廣東移動希望通過RFID這項新技術(shù)實現(xiàn)遠(yuǎn)程、動態(tài)、實時的設(shè)備資產(chǎn)數(shù)據(jù)采集,替換傳統(tǒng)資產(chǎn)管理方式的前臺人工數(shù)據(jù)采集,更好的與后臺計算機(jī)數(shù)據(jù)庫結(jié)合,形成全智能化的設(shè)備資產(chǎn)管理系統(tǒng),從而大大提高設(shè)備利用率,降低運營成本。

  二、技術(shù)總體介紹

  RFID技術(shù)是21世紀(jì)發(fā)展最快的一項高科技技術(shù),隨著與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合,RFID技術(shù)展現(xiàn)出巨大的市場應(yīng)用潛力,被稱為“物聯(lián)網(wǎng)”和“第二代Internet”。

  RFID是射頻識別技術(shù)的英文(Radio Frequency Identification)縮寫,射頻識別技術(shù)是20世紀(jì)90年代開始興起的一種自動識別技術(shù),RFID技術(shù)利用無線射頻方式在閱讀器和射頻卡之間進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)傳輸,以達(dá)到目標(biāo)識別和數(shù)據(jù)交換的目的。與傳統(tǒng)的條型碼、磁卡及IC卡相比,射頻卡具有非接觸、閱讀速度快、無磨損、不受環(huán)境影響、壽命長、便于使用的特點和具有防沖突功能,能同時處理多張卡片。在國外,射頻識別技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、商業(yè)自動化、交通運輸控制管理、資產(chǎn)管理等眾多領(lǐng)域。

  1.系統(tǒng)組成

  最基本的RFID系統(tǒng)由三部分組成。

  標(biāo)簽(Tag,即射頻卡):由耦合元件及芯片組成,標(biāo)簽含有內(nèi)置天線,用于和射頻天線間進(jìn)行通信。

  閱讀器:讀取(在讀寫卡中還可以寫入)標(biāo)簽信息的設(shè)備。

  天線:在標(biāo)簽和讀取器間傳遞射頻信號。

  2.射頻卡的標(biāo)準(zhǔn)及分類

  目前生產(chǎn)RFID產(chǎn)品的很多公司都采用自己的標(biāo)準(zhǔn),國際上還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。目前,可供射頻卡使用的幾種標(biāo)準(zhǔn)有ISO10536、ISO14443、ISO15693和ISO18000。應(yīng)用最多的是ISO14443和ISO15693,這兩個標(biāo)準(zhǔn)都由物理特性、射頻功率和信號接口、初始化和反碰撞以及傳輸協(xié)議四部分組成。包括13.56MHz、800MHz、2.4GHz等多種頻率。

  目前生產(chǎn)的RFID產(chǎn)品主要分為兩大類:主動式(有源式)和被動式(無源式)。

  *被動式標(biāo)簽

  被動式標(biāo)簽內(nèi)部不帶電池,要靠外界提供能量才能工作,當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入系統(tǒng)的工作區(qū)域,天線接收到特定的電磁波,線圈就會產(chǎn)生感應(yīng)電流,再經(jīng)過整流電路給標(biāo)簽供電。被動式標(biāo)簽讀取距離近(幾厘米到5米),遠(yuǎn)距離讀寫需要加大讀頭發(fā)射功率和提高接收敏感性才能可靠識別,被動式標(biāo)簽壽命長、成本較低,但讀頭價格較高。

  *主動式標(biāo)簽

  主動式標(biāo)簽內(nèi)部帶電池,標(biāo)簽主動發(fā)射信號,讀頭可以不發(fā)射功率,標(biāo)簽功率一般小于5mW??赏瑫r識別多個目標(biāo)系統(tǒng),能對100km/h的高速移動目標(biāo)識別,識別范圍1~100m可調(diào),主動式標(biāo)簽壽命受電池影響、成本較高,但讀頭價格較低。

  考慮到基站通信設(shè)備有較強的電磁屏蔽、較高的功率控制要求以及識別距離的需要,我們選擇了主動式RFID標(biāo)簽作為基站資產(chǎn)管理的應(yīng)用技術(shù)作為探索方向。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

  主動式RFID基站監(jiān)控設(shè)備由RFID讀寫器(包括微波天線及讀寫控制器)和安裝在通信設(shè)備(如載波板卡)上的電子標(biāo)簽以及在金屬屏蔽設(shè)備(如機(jī)柜)上的機(jī)柜中繼器組成。

  RFID讀寫器是資產(chǎn)電子標(biāo)簽和機(jī)柜中繼器的讀寫控制器,由加密電路、編解碼器電路和微波通信控制器等組成,以RFID通信協(xié)議的數(shù)據(jù)交換方式和微波無線傳遞手段。接收到標(biāo)簽信息后,可以通過GPRS、有線傳輸?shù)仁侄螌?shù)據(jù)傳送到后臺系統(tǒng),實現(xiàn)遠(yuǎn)程、實時、動態(tài)的設(shè)備資產(chǎn)情況采集和分析。

  電子標(biāo)簽是一種具有微波通信功能和信息存儲功能的移動設(shè)備識別裝置。資產(chǎn)電子標(biāo)簽本身具備惟一的ID號,可通過ID號與具體資產(chǎn)的后臺數(shù)據(jù)綁定作為資產(chǎn)信息識別監(jiān)控的載體。

  機(jī)柜中繼器同樣是一種具有微波通信功能和信息存儲功能的移動設(shè)備識別裝置,除了具備電子標(biāo)簽的功能外,還可以作為屏蔽信號中繼功能。

  計劃采用2.4GHz頻率的主動式標(biāo)簽,射頻卡采用高級嵌入式微處理器并在嵌入式軟件的控制下,實現(xiàn)睡眠、喚醒、解碼、編碼、通信及信息碰撞處理等功能,其特點:

  ●可讀寫;

  ●內(nèi)置CPU,支持程序在線下載;

  ●可智能雙向交流,具有智能I/O接口,可輸入外接溫度、濕度、門禁傳感器等信號;

  ●有密鑰計算,安全保密性好;

  ●高效內(nèi)置超薄電源,工作壽命10年;

  ●高靈敏度,低發(fā)射功率(0.1~1mW),只相當(dāng)于藍(lán)牙功率的1%,幾乎沒有對人體有害的電磁污染;

  ●通信距離一般做到1~100m,特殊情況下,還可以加長識別距離;

  ●抗干擾性強,可同時識別200個以上標(biāo)識物;

  ●數(shù)據(jù)傳輸速度快,達(dá)到1Mbit/s。

  標(biāo)簽約5*5cm大小,重量小于20g。

  三、技術(shù)難點和解決辦法

  該系統(tǒng)技術(shù)難點主要是如何在惡劣的使用環(huán)境下準(zhǔn)確、正確并實時的獲取所有通信設(shè)備的ID號。由于通信設(shè)備大多放置于各基站中,基站環(huán)境及設(shè)備放置環(huán)境對無線電子產(chǎn)品來說,條件比較惡劣,主要體現(xiàn)在以下方面。

  ●電磁兼容問題

  為了避免對基站正常運行的影響,廣東移動對基站內(nèi)電子設(shè)備的使用有嚴(yán)格的限制條件。對于電磁兼容的難點,可以采用以下方法解決。

  錯開頻率:基站設(shè)備頻段在880~915MHz及1710~1785MHz間,計劃采用的主動式RFID頻段為2400MHz,避開GSM頻段,同時也與3G使用頻段有一定的保護(hù)帶寬。

  采用擴(kuò)頻方式:采用擴(kuò)頻方式的RFID標(biāo)簽,降低功率譜密度。

  降低功率:采用主動式的RFID標(biāo)簽,可以大大降低系統(tǒng)功率,被動式標(biāo)簽通過感應(yīng)產(chǎn)生電流,需要讀頭發(fā)射較強的功率。采用主動式標(biāo)簽,功率可以降到3mW以下,同時采用高靈敏度的RFID讀寫器,能夠很好的解決基站內(nèi)電磁兼容的問題。

  ●電磁屏蔽問題

  基站中許多重要設(shè)備和板塊需要管理,但很多設(shè)備放置于金屬機(jī)柜內(nèi)(如基站載波等),電磁屏蔽比較嚴(yán)重。這樣使得放于金屬機(jī)柜內(nèi)的RFID標(biāo)簽無法將信息傳送到讀寫器,在金屬機(jī)柜內(nèi)使用信號中繼器的方案可以解決電磁屏蔽的問題。另外,通過使用中繼器,還可以進(jìn)一步降低機(jī)柜內(nèi)RFID標(biāo)簽的發(fā)射功率,預(yù)計可以降到1mW內(nèi)。

  中繼器約5*15cm大小。

  四、結(jié)束語

  根據(jù)以上思路,廣東移動已經(jīng)開始進(jìn)行RFID在通信設(shè)備管理中應(yīng)用的測試與試驗,獲得了豐富的試驗數(shù)據(jù),為進(jìn)一步的應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。如果該項技術(shù)論證可行,得以應(yīng)用后可實現(xiàn)遠(yuǎn)程、實時、動態(tài)、全智能的通信設(shè)備資產(chǎn)管理,從而大大提高設(shè)備利用率,降低運營管理成本。