物聯(lián)網(wǎng)與有源電子標簽

1. 物聯(lián)網(wǎng)的基本技術要求   

　　自從“物聯(lián)網(wǎng)”的概念提出以后，無論是一般老百姓還是相關專業(yè)人士，都予以了極大的關注，并展現(xiàn)出了空前的熱情。普遍的看法是：物聯(lián)網(wǎng)給人們生活和社會經(jīng)濟所帶來的沖擊，將遠超過互聯(lián)網(wǎng)。   

　　物聯(lián)網(wǎng)的概念來自西方，原意是“The Internet of Things”。那到底什么是物聯(lián)網(wǎng)，它到底離我們還有多遠呢？實際上，物聯(lián)網(wǎng)正在進入我們的生活。我們這里就其與有源射頻標簽有關的一些技術問題進行簡單的討論。   

　　首先，我們認為物聯(lián)網(wǎng)至少應該解決如下幾個問題：   

　　-    “你是誰？”（身份識別和認證）；   
　　-    “你在哪里？”（定位）；   
　　-    “你的狀況？”（傳感器數(shù)據(jù)采集）；   
　　-    “請你做xx工作，….”(指令下達)。   

　　其次，物聯(lián)網(wǎng)本身還必須要滿足如下幾個方面的基本要求：   

    低成本的要求，對所涉及無處不在的，成萬上億的人和物進行身份識別，以及信息采集所需的費用必須是低廉的；   
    信息傳輸必須是無線的，使用一般有線的方式，要將千千萬萬的物與物，物與人，人與人連接在一起顯然是不可行的，它們必須使用無線的方式來傳輸信息，而且它們的尺寸必須很小。   
    所使用的無線設備必須是低功耗的，我們不可能像手機一樣，隨時隨地地對電池進行充電；   
    它們必須是可以進行雙向通信的，因為物聯(lián)網(wǎng)所需信息的傳輸必須是雙向的；   
    它們還應具有遠距離通信的能力（幾米到超過千米），例如路燈控制等。   

　　什么樣現(xiàn)有無線通信系統(tǒng)才能承擔這一任務呢？   

　　傳感器網(wǎng)絡：有人將物聯(lián)網(wǎng)解釋為傳感器網(wǎng)絡，這顯然是不全面的，因為：   

　　1.    盡管傳感器網(wǎng)絡可以完成身份識別，定位以及傳感器數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)墓ぷ?，但大量的物?lián)網(wǎng)信息傳輸并不需要任何傳感器（如身份識別，定位，指令下達等。）；   

　　2.    現(xiàn)有的傳感器網(wǎng)絡（例如Zigbee為代表的網(wǎng)絡）顯然不能滿足低功耗的要求，因為Zigbee網(wǎng)絡的基本特征就是“動態(tài)組網(wǎng)”，“動態(tài)路由”和“網(wǎng)狀網(wǎng)”信息傳輸。而任何一個承擔網(wǎng)狀網(wǎng)信息傳輸?shù)腪igbee網(wǎng)絡節(jié)點，必須隨時處于信號接收或中轉發(fā)射的狀態(tài)，因而，不可能省電，盡管比起WIFI和藍牙等網(wǎng)絡來，功耗已經(jīng)降低了不少，但它仍遠不能滿足物聯(lián)網(wǎng)的要求； Zigbee復雜的網(wǎng)絡管理功能的要求，使得Zigbee節(jié)點不可能做到低成本；另外，Zigbee節(jié)點間有限的通信距離和網(wǎng)絡傳輸時延，也是Zigbee承擔物聯(lián)網(wǎng)傳輸任務的障礙。   

　　移動通信網(wǎng)：有人說隨著技術的進步，手機將變得更加智能化，成本也將更低，因而，移動通信網(wǎng)將承擔起物聯(lián)網(wǎng)的任務。這種說法也是片面的，因為：   

　　1.    手機本身太復雜，它完全依賴于移動基站，對一般物聯(lián)網(wǎng)的應用來講，它不僅本身成本高，而且還需要長期支付網(wǎng)絡服務費。對物聯(lián)所涉及的天文數(shù)字的物以及人之間的信息傳輸來講，這樣的費用用戶也支付不起。   

　　2.    即使手機成本再低，就是將它安裝在到集裝箱上這樣大型的物件上，也不實際，因為它還需要隨時充電。   

　　3.    移動網(wǎng)與廣電網(wǎng)、電信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)一樣，它們僅只是廣域公共通信網(wǎng)的一種，它們只能在承擔遠距離信息傳輸這一層面上發(fā)揮作用，但它遠不能代表物聯(lián)網(wǎng)。   

　　射頻識別系統(tǒng)：有人說物聯(lián)網(wǎng)就是射頻識別系統(tǒng)，這顯然也不對，因為：   

　　1.    射頻標簽無線身份識別，僅僅是物聯(lián)網(wǎng)功能的一部分，即使包括定位在內，也遠遠不是物聯(lián)網(wǎng)的全部。另外，身份識別除了射頻識別外，還可由條碼，指紋，紅外等多種方式來完成。   

　　2.    即使能夠實現(xiàn)遠距離傳輸?shù)挠性瓷漕l標簽，目前所能夠做的工作也主要是身份識別，定位和少量相關數(shù)據(jù)的傳輸而已，物聯(lián)網(wǎng)還需要通過傳感器了解目標對象的狀況，還需要向目標對象下達工作指令等，而這些是現(xiàn)有有源射頻標簽還不能承擔的任務。 
   
　　顯然，無論是傳感器網(wǎng)絡或移動通信網(wǎng)，還是射頻識別系統(tǒng)，都不能滿足物聯(lián)網(wǎng)信息傳輸?shù)男枰?，它們中的任何一個都不能代表物聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)不應該是一個單一性質的網(wǎng)絡，而是各種信息傳輸和采集手段的集成，它包括條碼、無源射頻標簽、各種傳感器、有源射頻標簽、計算機、手機、移動通信網(wǎng)和其它公網(wǎng)等。   

　　從經(jīng)濟實用的角度出發(fā)，我們不可能在每一個銷售的牙刷上，或倉庫中運輸托盤上的每一個物品上都安裝一個有源射頻標簽，而一個條碼標簽顯然是最優(yōu)和最現(xiàn)實的選擇。由于條碼識別距離很近，為了將條碼所代表的牙刷或其它物品的信息，以一種低成本，簡單快速的方式傳入網(wǎng)絡，我們可以在手持條碼讀寫器中，包括每個倉庫運輸托盤上，安裝一個有源射頻標簽，并在倉庫中安裝一個與移動公網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)連接的遠距離（500米以上）有源射頻標簽讀寫器，我們便可以輕而易舉的，將手持條碼讀寫器所讀到的，關于牙刷和托盤上物品的相關信息，傳到安裝在托盤上的有源射頻標簽中，再通過有源射頻標簽，間接傳給有源射頻標簽讀寫器，或由手持條碼讀寫器中的有源射頻標簽，直接傳給有源射頻標簽讀寫器。然后再通過讀寫器，將這些信息傳入公網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)。這樣我們便可以利用一臺聯(lián)網(wǎng)的計算機，在任何地方掌握這只牙刷或托盤上物品的相關信息，包括它們的位置信息了。這里我們涉及到近距離條碼識別（也可以是諸如紅外測溫等其它傳感器信息的采集）、有源射頻標簽遠距離無線傳輸、計算機和公共信息傳輸網(wǎng)絡以及互聯(lián)網(wǎng)等。在這個簡單的例子里，我們可以清楚看到整個信息的傳輸不僅僅是某一個單一的傳輸系統(tǒng)或網(wǎng)絡，它是多種信息采集和傳輸手段的組合，應該算作是一個“泛在網(wǎng)”。  

　　物聯(lián)網(wǎng)也不是一個忽然從天上掉下來“外星人”，它應該是在我們現(xiàn)有技術基礎上發(fā)展起來的。我們可能已經(jīng)建立起了一個物聯(lián)網(wǎng)的粗略概念，也知道物聯(lián)網(wǎng)將大大改變我們的整個生活。然而，到今天為止，人們好象還感覺不到物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)進入我們的生活，至少，還遠沒有像互聯(lián)網(wǎng)一樣，已經(jīng)進入到了幾乎我們每個人的生活。    

　　原因又在哪里呢？如果我們從上到下梳理一下物聯(lián)網(wǎng)的整個信息連接和傳輸過程，我們不難發(fā)現(xiàn)：上面的公網(wǎng)、移動網(wǎng)以及互聯(lián)網(wǎng)等用于信息遠距離傳輸所需的網(wǎng)絡已經(jīng)建立，而且十分成熟，最多也僅僅是改進升級而已；而在與人或物直接相關的最下層，條碼標簽識別技術、無源射頻標簽的近距離識別技術，以及各種采集物品狀態(tài)信息的常用傳感器技術（溫度，濕度，壓力等）也都比較成熟。問題則出在如何將傳感器、條碼標簽，以及無源射頻標簽等所采集到的有關物和人的這些基本信息，以簡單和低成本的方式，傳到幾十米，甚至到1公里外的公共網(wǎng)絡中。而問題的關鍵是：這種傳輸方式必須是低成本的，而且是無線的，低功耗的和可靠的！    

2. 有源射頻標簽   

　　由于有源射頻標簽本身具有結構簡單、體積小、低成本、功耗低和可實現(xiàn)遠距離傳輸?shù)幕咎匦?，它自然也就成為人們解決物聯(lián)網(wǎng)信息傳輸這個關鍵問題的希望所在。我們可以從2009年9月剛剛召開的IEEE有源射頻標簽國際標準制定小組會議所提交的文件中，清楚看出人們對有源射頻標簽的這種期待。參見：IEEE有源射頻標簽國際標準制定小組在2009年9月會議上，提交和討論的制定物理層標準的相關文件。   

　　“Final PHY proposal presentations heard and discussed during September 2009 ”   
               
　　下面是有源射頻標簽國際標準工作組，2008年10月提交的立項請求書的部分內容：   

參見：   

　　“IEEE 802.15.4f Project Authorization Request (PAR) is available at the following URL: https://mentor.ieee.org/802.15/file/08/15-08-0763-01-rfid-802-15-4f-par-document-submittal.doc”   

　　5.2 推薦標準的范圍（Scope of Proposed Standard）   

　　可支持讀寫器與標簽進行有效的通信，支持與傳感器的連接，具有低的工作占空比和低的發(fā)射功率；射頻工作參數(shù)靈活可設置；支持單向和雙向通信，支持點對點和點對多點通信，支持標簽與標簽之間的通信，支持數(shù)據(jù)的多級中繼，可處理海量標簽，支持數(shù)據(jù)讀寫認證；支持精確定位，具有高的工作可靠性，使用頻段世界通用；可與頻段內其它現(xiàn)有工作系統(tǒng)共存，而不相互干擾。   

　　5.4 推薦標準的目的（Purpose of Proposed Standard）   

　　提供一個低成本、低功耗、應用靈活、工作可靠的通信方法，支持身份識別和傳感器信息傳輸?？罩薪涌诳梢灾С蛛娮訕撕瀼V泛應用的各種需求，而且具有為在全世界大規(guī)模廣泛使用的改進空間和靈活性。   

　　5.5 項目的必要性（Need for the Project）   

　　目前盡管也有一些有源射頻標簽的技術標準，但沒有一個能滿足以上提出的所有需要。而當今實際情況是大量的非標的系統(tǒng)在使用。因而，當前急需一個統(tǒng)一的合符要求的國際標準。   

　　由于缺乏全球性的統(tǒng)一標準，有源射頻標簽領域還不能形成一種規(guī)模經(jīng)濟。當今不少有源標簽的制造商所生產(chǎn)的有源射頻標簽只能適用于某種用戶非常特殊的應用環(huán)境（專用而不能相互兼容）。有源射頻標簽的國際標準制定，就是為不斷增長對有源射頻標簽的市場需求，設定一個基準，以便能夠實現(xiàn)有源射頻標簽生產(chǎn)的標準化和產(chǎn)業(yè)化，從而給整個行業(yè)帶來規(guī)模化效益。   

　　為了減少能耗，當今大多數(shù)有源標簽使用的都是單向發(fā)射標識符（ID）的方式，其唯一的目的就是識別和定位，而沒有考慮擁堵和信號碰撞問題。有源射頻標簽需要具有雙向通信和遠距離通信的能力，需要具有處理海量標簽的能力，但同時消耗的功率需要非常低。目前還沒有一個國際標準能夠滿足這個需要。EPCglobal認識到只有802.15.4是一個非?？赡軡M足這些需要的空中接口   

　　對一個廣泛需求的國際標準而言，它至少應該包括如下要求：   
　　–    超低功耗（低占空比）；   
　　–    低的發(fā)射功率；   
　　–    可單向和雙向通信；   
　　–    可處理海量標簽；   
　　–    讀寫器既可點播標簽，標簽之間網(wǎng)狀網(wǎng)通信；   
　　–    讀寫器廣播通信；   
　　–    可授權認證；   
　　–    集成傳感器，傳輸傳感器信息；   
　　–    精確定位能力；   
　　–    100米通信距離；   
　　–    國際通用頻道；   
　　–    信道帶寬應小于3 MHz；   
　　— 可與頻道內工作的其它系統(tǒng)共存而互不干擾。   

　　從該文件中，我們也可以清楚看到現(xiàn)有有源射頻標簽的問題所在：   

　　“為了減少能耗，當今大多數(shù)有源標簽使用的都是單向發(fā)射ID的方式，其唯一的目的就是識別和定位，而沒有考慮擁堵和信號碰撞問題。有源射頻標簽需要具有雙向通信和遠距離通信的能力，需要具有處理海量標簽的能力，但同時消耗的功率非常低?！?nbsp;  

　　“目前還沒有一個國際標準能夠滿足這個需要?！?nbsp;這顯然是一個挑戰(zhàn)！   

　　這里，我們不妨先將現(xiàn)有各種有源射頻標簽做一個簡單的比較,：包括基本物理性能，工作方式，以及功能等，并對中間存在的一些主要問題加以簡單評述。   

　　2.1. 有源射頻標簽基本物理性能比較   

　　2.1.1. 通信頻率   

　　400MHz， 800MHz， 900MHz超高頻系統(tǒng)的帶寬窄，用戶多，頻段十分擁擠干擾大：   
　　433MHz：車載臺、業(yè)余臺、對講機、各種數(shù)傳電臺充斥；   
　　800MHz~ 900MHz：與移動通信造成相互干擾；   
　　5.8GHz系統(tǒng)技術要求高，技術尚未十分成熟，現(xiàn)有的芯片通信距離近，功耗大，且成本高。UWB 也一樣，而且在不同國家的使用還會受到一定的限制；   

　　2.4GHz已相當成熟，成本也低，作為射頻標簽使用通信速率足夠，相應的產(chǎn)品也比較多。盡管該頻段也有不少用戶，但由于該頻段規(guī)劃管理較好，一般都是新產(chǎn)品，采用了新技術（跳頻或擴頻技術）相互之間兼容共存性較好。   

　　2.1.2. 通信方式   

　　現(xiàn)有一般標簽，包括大多數(shù)400MHz、800MHz、900MHz和一般2.4GHz有源射頻標簽，出于技術難度和成本考慮，基本上采用的都是相對落后的點頻窄帶通信方式。這種通信方式直接帶來的問題是：   

　　A.    系統(tǒng)工作不穩(wěn)定。由于系統(tǒng)工作頻點很窄，因而，決定系統(tǒng)工作頻率的晶振，將因為溫度變化（溫漂）和自身老化產(chǎn)生自振頻率的變化，導致系統(tǒng)工作頻點的變化，使系統(tǒng)的工作頻點偏離有限的工作范圍，從而使系統(tǒng)不能正常工作。這樣的例子太多：兗州煤業(yè)集團一大型煤礦433MHz的井口考勤系統(tǒng)和上海市三家燃氣自動抄表公司安裝的幾萬套433MHz無線抄表系統(tǒng)，在使用不到一年后，全部都被拆除。   

　　B.    標簽移動速度的限制。當射頻標簽快速移動時，由于多徑效應和多譜勒效應的影響，都有可能造成信號頻率偏移出很窄的系統(tǒng)工作范圍，同樣使系統(tǒng)不能正常工作。   

　　C.    與現(xiàn)有系統(tǒng)的共存性（工作可靠性和抗干擾能力）差。點頻窄帶的通信方式很容易受到環(huán)境噪聲的干擾，同時也容易干擾到別的通信系統(tǒng)。由于點頻窄帶工作在一個很窄的點上，環(huán)境中的更多的噪聲往往是集中在某一個或某幾個頻點上，包括在同一工作頻點上來自其它系統(tǒng)的工作信號都將對點頻窄帶工作系統(tǒng)造成嚴重干擾，特別是在400MHz、800MHz和900MHz這樣一些特別擁擠的頻段。而采用直序擴頻通信方式，即使系統(tǒng)在某一個或幾個頻點上受到干擾，系統(tǒng)都可以通過通信碼片之間的相關關系，將被干擾部分的信號恢復，因而不容易受到環(huán)境噪聲的干擾。由于擴頻系統(tǒng)工作在較寬的一個頻帶上，在每一個工作頻點上的發(fā)射能量就很小，因而也就很難干擾到別的通信系統(tǒng)。如果我們使用一個GSM,手機和一個CDMA手機，在一個正在通話中的座機旁邊打電話時，我們便很容易觀察到，使用直序擴頻通信技術CDMA手機和沒有使用擴頻技術之間的差別了。  
  
　　D.    通信距離比較：在同樣發(fā)射功率和調制解調方式的情況下，采用DSSS通信方式的系統(tǒng)，由于有擴頻增益，因而通信距離更遠。   

　　2.1.3. 保密性   

　　直序擴頻可以通過使用PN碼來增加空中通信的保密性。   

　　2.1.4. 通信速率   

　　高頻系統(tǒng)通信速率比低頻系統(tǒng)更高，這也為使用軟件加密提供更大的數(shù)據(jù)空間。   

　　2.1.5. 體積大小   

　　高頻系統(tǒng)由于波長短，因而，標簽的尺寸可以做得很小。   

　　2.1.6. 繞射，反射，鉆縫傳輸能力   

　　低頻系統(tǒng)繞射能力比高頻系統(tǒng)好，而高頻系統(tǒng)穿過細小縫隙傳輸?shù)哪芰Ρ鹊皖l信號好。高頻信號更多通過建筑物表面反射信號來實現(xiàn)繞障礙物傳輸，因而，通過充分利用高低頻信號傳輸?shù)牟煌匦?，我們可以得到很好的通信效果。大量的應用實踐表明，2.4G HzDSSS 有源射頻標簽，可以很好地應付各種射頻識別的需要。   

　　2.2. 有源射頻標簽工作方式比較   

　　2.2.1. 目前國內外有源射頻標簽的基本工作方式   

　　A.    周期性向外發(fā)射自身ID號的方式-----這是目前普遍采用的工作方式：當射頻標簽采用這種工作方式工作時，它的發(fā)射功率，發(fā)射的時間間隔，發(fā)射頻道信道都是固定的。這種工作方式也是實時定位系統(tǒng)（Real Time Location System, RTLS）ISO國際標準中，定位標簽的基本工作方式。   

　　B.    采用低頻喚醒高頻工作的方式。為了降低射頻標簽的功耗，射頻標簽中安裝有一個無源低頻檢波系統(tǒng)，激勵器或喚醒器經(jīng)過低頻發(fā)射天線（往往是一個線圈天線），發(fā)射出的強的低頻電磁信號，使射頻標簽中的低頻檢波器產(chǎn)生一個開啟高頻通信系統(tǒng)的信號，從而使射頻標簽將進入一種按預先設定方式，發(fā)射自身ID的工作狀態(tài)，發(fā)射預定的時間和次數(shù)后，射頻標簽即進入休眠待激活狀態(tài)。由于標簽中的低頻檢波系統(tǒng)是無源的，因而這種低頻系統(tǒng)激活天線所發(fā)射的功率必須要很大，而且它能激活標簽的范圍也非常有限。因而，系統(tǒng)工作靈活性受到很大限制。   

　　C.    采用兩套通信系統(tǒng)的工作方式：包括超寬帶UWB加2.4GHz,  UWB 加 125kHz 低頻，以及 2.4GHz加 125kHz 低頻，（參閱IEEE有源射頻標簽國際標準工作組，在2009年，3月，7月和9月會議上所提供的相關文件）。類似RTLS國際標準（ISO/IEC 24730-2, 以及ISO/IEC JTC I/SC 31/WG 3/SG 1）中所定義的系統(tǒng)，射頻標簽中安裝了一套有源的的低頻接收機，周期性（200ms）地監(jiān)聽并接收來自Programmer和Exciter的信號。采用這種工作方式，僅僅是為了實現(xiàn)雙向通信。這種工作方式存在的問題是，標簽本身變得十分復雜，標簽耗電大，電池壽命短，而且，標簽與Programmer和Exciter之間的通信距離也非常近，因而，能夠利用這種雙向通信機會，來增加系統(tǒng)工作的靈活性和適應性的作用也就非常有限，超長的響應時間也是該系統(tǒng)存在的問題，這些我們都可以從相關文件中清楚看到。   

　　2.2.2. 現(xiàn)有有源射頻標簽存在的若干問題   

　　由于2.2.1中，B和C兩種標簽不僅結構復雜，成本高，體積大，而且由于低頻通信距離很短，使標簽的工作靈活性受到很大限制，因而使用很有限。因而，我們這里主要討論目前普遍使用的第一種標簽工作方式存在的問題：  
  
　　首先，它們在時間上和空間上，不能按需工作，即在需要工作的時候才工作，在需要工作的地方才工作；其次，它們也不能根據(jù)實際需要，來對標簽的工作參數(shù)和方式進行調整。   

　　因而：   
　　A.    它們將造成環(huán)境的電磁污染：試想，隨著射頻標簽越來越廣泛的應用，特別是物聯(lián)網(wǎng)的應用展開，大量的射頻標簽始終不停地向外發(fā)射射頻信號，必將對我們環(huán)境造成嚴重的電磁污染。   

　　B.    在一般情況下，在一個時刻，我們往往只對某一個特定目標對象的識別感興趣，因而，我們只需要接收該目標射頻標簽的信號即可，而其它標簽發(fā)射的信號就是干擾信號。其結果必將影響系統(tǒng)內有用信號的接收。不僅如此，大量的標簽發(fā)射的信號，還可能干擾同一頻道上其它無線系統(tǒng)的工作。   

　　C.    射頻標簽不停地向外發(fā)射信號，還會增加電池的消耗，降低電池的使用壽命。   

　　D.    射頻標簽不停地向外發(fā)射信號時所消耗的能量與發(fā)射功率成正比，對于遠距離識別，例如船只等，射頻標簽必須要使用大的發(fā)射功率來發(fā)射信號，射頻標簽的這種工作方式，自然就不能滿足遠距離識別的需要。   

　　E.    另外，射頻標簽發(fā)射信號的間隔越短，電池消耗就越快，而很多實際應用又要求對射頻標簽進行快速讀取，例如，對快速經(jīng)過的車輛的識別。這與射頻標簽為了省電的目的，往往需要增加發(fā)射信號的間隔時間是相矛盾的，這種工作方式不能根據(jù)實際需要來調整發(fā)射周期，因而也就無法滿足許多實際應用的需要；   

　　F.    如果我們需要射頻標簽除了發(fā)射自身ID外，還需要發(fā)射更多的相關信息，則射頻標簽每次發(fā)射所需的時間將更長，這就需要占用系統(tǒng)更多的空中時間并消耗更多的電池能量。因而，為了保證電池的使用壽命和減少空中信號的碰撞，系統(tǒng)往往需要限制射頻標簽發(fā)射的信息量，這必然要限制射頻標簽的使用范圍。   

　　G.    由于標簽不能根據(jù)需要調整自身的發(fā)射功率，因而，當它用于定位時，也就不能同時適應不同范圍大小的工作環(huán)境。   

　　H.    保密性差：當用于軍事應用時，由于射頻標簽始終向外發(fā)射信號，因而信號裸露時間長，裸露的空間范圍大，敵人很容易截取和分析裸露的信號。  
  
　　I.    適應性差：由于現(xiàn)有的這種有源射頻標簽不能根據(jù)實際應用需要，來調整自身工作參數(shù)和工作方式，因而工作適應性極差。   

　　J.    遠不能滿足當今物聯(lián)網(wǎng)信息傳輸?shù)男枰?nbsp;  

　　2.3. 現(xiàn)有有源射頻標簽能夠實現(xiàn)的功能   

　　現(xiàn)有的有源射頻標簽，無論是單方向發(fā)射的有源射頻標簽，還是利用兩套不同頻率的通信系統(tǒng)來實現(xiàn)雙向通信的有源射頻標簽，都只能承擔身份識別和簡單定位的功能。凡是涉及需要雙向通信才能完成的許多功能：例如授權認證，數(shù)據(jù)讀寫記錄，工作指令傳輸?shù)?，都根本無法實現(xiàn)，更不用在低成本，低功耗的前提下，滿足當今物聯(lián)網(wǎng)信息傳輸?shù)母鞣N需要了。   

3. 具有我國自主知識產(chǎn)權的交互式射頻識別技術   

　　如果說新近IEEE國際有源射頻標簽標準制定組所提供的資料，反應了西方當前在有源射頻標簽技術的最新水平的話，我們應該可以說，這一次在物聯(lián)網(wǎng)的研究中，我們不但沒有落后，而且是走在前面了，至少目前在物聯(lián)網(wǎng)關鍵的近距離信息傳輸技術上是這樣。因為，西谷公司經(jīng)過5年多腳踏實地的艱苦實踐，在將當今世界上最新的，包括RFID和Zigbee在內的近距離無線微功率通信技術成果，用于解決生產(chǎn)實踐中各種實際問題的過程中，創(chuàng)造出了一種全新的交互式智能射頻標簽，或者說 I3RFID。它是一種具有完全自主知識產(chǎn)權的，結構簡單體積小，低成本，功耗低，工作可靠，而且具有超遠距離通信能力的多功能有源射頻標簽。它不僅能夠完全滿足IEEE有源電子標簽國際標準制定組相關文件中所提出的，作為一種國際標準應該滿足的所有要求，而且還在許多方面還大大超出了文獻要求。例如，在保證超低功耗的的情況下，它既可承擔遠近不同距離身份識別（幾厘米到2公里），又可滿足 “物聯(lián)網(wǎng)”基本信息無線傳輸?shù)母鞣N需要，同時還具有一種先進獨創(chuàng)，簡單實用的精確定位功能。更重要的是，交互式智能射頻標簽技術，是一個經(jīng)過眾多實際應用驗證了的一種全新技術。   
我們通過標簽自動跳轉工作頻道的方法，低成本的解決了交互式智能射頻標簽的雙向通信問題（自主專利技術）；通過無效信號快速過濾技術，解決了交互式智能射頻標簽的超低功耗問題（自主專利技術）；利用超低功耗待機狀態(tài)與定式動作的組合工作方式，解決了交互式智能射頻標簽按需工作和靈活工作的問題（自主專利技術）；通過交互式智能射頻標簽自動時分，頻分和碼分方式，解決了海量射頻標簽信息的處理問題（自主專利技術）；通過使用新的先進獨創(chuàng)的定位技術，簡單有效地解決了在不同大小應用環(huán)境中的精確定位問題（自主專利技術）。除此之外，我們的交互式智能電子標簽的通信距離，不僅可以從近到幾個厘米，遠到兩公里的范圍內根據(jù)需要通過軟件進行自由調整，同時還能保持超長的電池使用壽命，而這是一般電子標簽根本沒法做到的。   

　　我們目前不僅在有源射頻標簽通信控制技術上走在了世界的前面，（這實際上也就是在物聯(lián)網(wǎng)關鍵的近距離信息傳輸技術上走在了世界的前面）；而且，我們還在這個核心應用技術的基礎上，開發(fā)出了我們自己的微功率射頻收發(fā)機芯片---“唐芯”系列產(chǎn)品。（“唐芯一號”已于2009年10月24日在西安發(fā)布）?！疤菩尽辈皇菍猬F(xiàn)有微功率射頻收發(fā)機芯片的簡單復制，而是根據(jù)我們大量應用實踐的需要開發(fā)出來的。它不僅為我們國家各種需要保密的物聯(lián)網(wǎng)應用提供了必要的安全保證，而且，進一步為我們有源射頻標簽獨有的應用專利新技術，提供了更好的硬件支持。 
   
　　3.1. 交互式有源射頻識別技術   

　　1.    工作頻率：2.4G 國際通用的 ISM頻段，   
　　2.    通信方式：寬帶直序擴頻 DSSS 方式   
　　3.    可選擇頻道 98個，帶寬1Mhz    
　　4.    可選擇發(fā)射功率15個，步長 3 – 5 dB，用以支持先進獨創(chuàng)的定位技術   

　　3.2. 基本工作方式   

　　a)    時間和空間上按需工作，平常并不對外發(fā)射任何射頻信號，處于一種低功耗的待機狀態(tài)（平均功耗 < 20 uA，喚醒速度 < 1 s 且任意可調）當需要工作時，可以通過一個1 - 100 mw的協(xié)調器，在0 - 2000米的距離上，在喚醒頻道上將其喚醒（喚醒距離可調），并給予所需的工作指令；射頻標簽在工作頻道上，完成與讀寫器信息交流工作后，將立即進入喚醒頻道上的低功耗的待機狀態(tài)，等待下一次喚醒及新的工作指令。（自主專利技術）   

　　b)    我們通過快速無效信號過濾的方式解決了有源電子標簽的低功耗問題。（自主專利技術）   

　　c)    工作方式上按需工作：射頻標簽中根據(jù)不同應用需要，儲存有該應用所需的各種工作模式包：包括發(fā)射ID模式、發(fā)射定位信號包模式、更改工作參數(shù)模式、讀寫數(shù)據(jù)模式、傳感器信息采集和傳輸模式，進入與讀寫器對話的工作模式、對接收到的數(shù)據(jù)進行簡單處理的模式等。而系統(tǒng)則可隨時根據(jù)不同的需要，通過射頻標簽工作協(xié)調器，發(fā)射調用所需的工作模式包的指令信息，射頻標簽在完成相應的工作指令后，將回到低功耗的待機狀態(tài)。（自主專利技術）   

　　d)    根據(jù)需要選擇最優(yōu)的工作參數(shù)：射頻標簽可以根據(jù)需要事先選擇不同的頻道、PN碼、發(fā)射功率、發(fā)射時間間隔等工作參數(shù)、而且還可以通過協(xié)調器進行更改；我們通過系統(tǒng)安裝前對現(xiàn)場的頻道掃描來選擇干凈頻道，就可以避開其它系統(tǒng)可能的干擾：即使在工作場所存在像WIFI這樣的寬帶系統(tǒng)，我們也可以在兩個WIFI頻道之間的5兆帶寬范圍內，安排我們一兆帶寬的工作頻道。   

　　e)    可自動利用時分，頻分和碼分的方式，來增加系統(tǒng)處理海量射頻標簽信息的能力，因而，也就解決了現(xiàn)有有源射頻標簽系統(tǒng)處理高密度射頻標簽信息的難題。（自主專利技術）   

　　3.3. 交互式射頻標簽的優(yōu)點   

　　不使需要使用兩套通信系統(tǒng)（不增加任何硬件）的情況下，以一種低成本，低功耗，高可靠性的方式（平均功耗 < 20 uA）,保證了射頻標簽與讀寫器之間，在幾厘米到2000米的距離上，可以隨時快速地建立起一種雙向通信聯(lián)系，從而實現(xiàn)射頻標簽在時間和空間上，工作參數(shù)選擇上，以及工作方式上，都能按實際需要來工作的高效工作模式。其帶來的好處是顯而易見的：   

　　避免了對環(huán)境的電磁污染和通信干擾：由于射頻標簽真正工作的時間很短，因而，進入空中的電磁信號時間非常短，這不僅避免了環(huán)境的電磁污染，提高了所需信號的接收效率，同時大大減少了對其它通信系統(tǒng)造成干擾的可能，很好地滿足了與現(xiàn)有其他通信系統(tǒng)共存而不相互干擾的要求。   

　　1.    真正解決了有源射頻標簽電池壽命問題：由于射頻標簽平常處于一種低功耗的待機狀態(tài)，只有在需要工作的非常短的時間內才消耗有限的電流，因而，電池壽命可以非常長。特別是用于遠距離目標，例如船只等的識別定位，以及陸上海上搜救等，因為遠距離射頻標簽平常的耗電與近距離射頻標簽并沒有任何差別，而使用大功率發(fā)射自身ID號的有限工作時間的電池消耗則非常有限。這也是一般射頻標簽沒法做到的。   

　　2.    高度的使用靈活性和應用需求的適應性：由于射頻標簽可以隨時隨地根據(jù)實際應用需要來調整自己的工作參數(shù)，工作時間以及工作模式。因而，交互式射頻標簽完全可以滿足包括遠近目標識別，RTLS精確定位在內的近距離無線通信，特別是物聯(lián)網(wǎng)基本通信的各種需要。   

　　3.    一卡通功能：智能射頻標簽不需要重新設置，就可以同時滿足遠距離讀寫識別的需要，和代替IC卡，無源卡近距離（幾厘米范圍內）接觸讀寫認證的需要。   

　　4.    高度的保密性：除了系統(tǒng)采用的2.4G DSSS 通信方式本身可以通過PN碼來加密，以及通過軟件加密外，射頻標簽平常并不向外發(fā)射任何信號，只有在需要的有限時間內，和需要的有限的空間范圍內發(fā)射信號，因而，別人也很難截取標簽的信號，并對其進行分析破解；而且，我們通過協(xié)調器向射頻標簽發(fā)射的喚醒信號，不僅可以使用不同的頻道，不同的PN密碼，而且還可以使用不同的喚醒密碼；既可使用廣播喚醒的方式，也可使用點播喚醒的方式；另外，還可通過調整發(fā)射功率的大小，來控制信號的覆蓋范圍；因而系統(tǒng)具有非常高的保密特性。特別是使用具有自主知識產(chǎn)權的唐芯芯片，將更進一步提升保密的等級和層次，因而，將能滿足國家機關，和軍隊中（例如軍事物資管理和軍事物流等）各種應用的需要   

　　5.    可以同時利用時分，頻分和碼分的多種方式，來增加系統(tǒng)的容量，從而大大提高了系統(tǒng)對高密度標簽應用的處理能力：例如，當需要我們在短時間內，快速處理海量射頻標簽信息時，我們便可通過協(xié)調器向射頻標簽發(fā)射按照各自末尾ID號的數(shù)字，來使用不同頻道，信道和時延，來與對應的讀寫器進行通信的指令，這樣，系統(tǒng)便可輕而易舉地完成對海量標簽的讀寫。   

　　6.    它又是一個理想的RTLS定位標簽：只需要協(xié)調器向被定位的射頻標簽，發(fā)送一個精確定位指令，射頻標簽就將使用各種不同的發(fā)射功率，并在每種功率上發(fā)射固定數(shù)量的定位信號包；而定位系統(tǒng)中具有已知固定位置的讀寫器，就可以根據(jù)在不同功率上接收到定位包的丟包率，再使用我們消除系統(tǒng)誤差的計算方法，準確的計算出射頻標簽所在的位置。從而將智能標簽和RTLS系統(tǒng)，簡單有效地合二為一了（自主專利技術）。   

　　7.    結構簡單成本低體積?。号c一般最簡單的有源射頻標簽在硬件上沒有任何差別，僅僅在軟件上采用了完全不同的控制方法。 
   
　　8.    已經(jīng)經(jīng)過5年多應用實踐的考驗，從河南高速公路車輛路徑識別的現(xiàn)場實踐，到上海浦東亞洲最大公交車停車場智能化車輛管理項目的實施；從克拉瑪依油田油井的自動化控制項目的立項，到廣州地鐵的通信系統(tǒng)的應用；從人民銀行金庫的人員自動管理系統(tǒng)項目的正式啟動，再到北京城市供暖系統(tǒng)的自動溫度采集系統(tǒng)的全面鋪開，成都市單燈控制系統(tǒng)的建設項目等等，……眾多的生產(chǎn)應用實踐和權威機構的嚴格測試，無一不證明這種交互式智能標簽技術的實踐性，先進性和巨大市場應用前景。   

4. 結論   

　　為了減少能耗，當今大多數(shù)有源射頻標簽使用的都是單向發(fā)射ID的方式，其唯一的目的就是識別和定位，而沒有考慮信號擁堵和碰撞，以及一系列因此而產(chǎn)生的其它各種問題；同時，它們也不能滿足各種應用領域急劇增長的多種需求，特別是物聯(lián)網(wǎng)信息傳輸?shù)募逼刃枰?。實際上，現(xiàn)有有源射頻識別技術存在的問題，以及當今物聯(lián)網(wǎng)信息傳輸急待解決的關鍵問題，都可以簡單歸結為如何解決公網(wǎng)以下，幾米到上千米的距離范圍內，各種信息的超低成本，超低功耗，靈活可靠的無線傳輸?shù)膯栴}。而一種全新的，具有完全自主知識產(chǎn)權的近距離無線傳輸技術—交互式智能電子標簽技術，就是一種經(jīng)過實踐驗證的，簡單和切實可行的解決方案。