RFID的發展趨勢和UHF Gen 2 RFID和HF RFID的各種差異

如果你正在考慮采用HF RFID技術，而非UHF Gen 2，那你就要首先問自己，為什么？UHF Gen 2目前在高速生產線上的小型單體上的表現已經和貨運中心周轉的箱體托盤上的表現相媲美。由于成本低，UHF Gen 2已導致舊式的，速度慢，成本又高的HF 13.56 MHz RFID技術瀕于淘汰。

在決定究竟部署那種射頻識別技術之前，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依賴的是電磁場中的“近場”磁場，而UHF RFID 860-960 MHz則是遠場輻射，既包含磁場有包含電場。而在UHF標簽中響應的究竟是那種波則取決于兩個方面：即標簽天線和與閱讀器之間的距離。

由于波中的磁場分量的強度將隨距離快速地減小，故只能在近場方起作用。其有效范圍被天線結構限制到大約一兩個波長。由于HF標簽為了接收能量而利用電感耦合來感應該磁場。HF標簽天線通常是有點像線圈的電感型天線，因此需要更多的傳導材料以及比等效的UHF標簽天線更復雜的制造工藝。所幸的是，HF標簽在磁場上方沒有死角，使用合適的天線，UHF標簽就能夠很容易地獲取相同的近場能量，并且效率和成本效益更高。

麥克斯韋的四個方程是電磁場分析和設計的基礎。法拉第定律是這四個方程之一：“磁場中線圈感應的電壓正比于磁場的強度和頻率”。這揭示了一個極其簡單的概念：即頻率越高，效率越高。UHF的頻率是HF的60倍，這意味著對于標簽和閱讀器天線之間的能量耦合效率來說，UHF是HF的大約60倍。這是一個無可爭辯的物理本質。

傳統的概念是UHF不適合于單品級標簽：標簽太大，UHF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，所有這些都忽視了一個事實，即UHF Gen 2可以比HF更容易和更高效地用于近場。這意味著UHF系統能夠閱讀HF能夠閱讀的多有東西，包括液體和金屬含量高的物品。更重要的是，這意味著單品級應用已經能夠平衡UHF Gen 2標準為供應鏈多帶來的各種利益。

關鍵是如何控制UHF的近場，射頻波中的這個分量特別適合于距離很近的單品級RFID工作。采用近場UHF Gen 2方案的各類應用正在增長。

RFID和有關頻率的爭論

2004年12月，EPCglobal批準了UHF Gen 2協議，從而產生出第一個全球性的RFID標準。從此，市場上看到了許多符合該標準的產品。這一普及證明了從單品，容器到托盤的普適性，所用的對象有近場也有遠場，材料覆蓋了液體，金屬，緊密堆積的和包裝的物品，等等。

三年后，HF產品開發商不得不認可該標準。相反，最新的HF規范已經使起草者的幻想破滅。根據HF“V2”(UHF Gen 2的HF版本)的標準編纂人員- Ken Laing的說法，迄今為止工作進展有限，僅有的進展是對現有標準的有限改進以及出現了一些商用產品。

相對于在目前流行的HF標準-ISO 15693上對EPC進行編碼，Laing認為在Gen 2 HF標簽上對EPC進行編碼的公司將會看到性能方面的改善。他說，根據RFID Update的結果，雖然改善并非驚天動地，但還是比現在市場上的HF產品好很多。也許重要的一點是，即便是標準已經得到批準，但一開始所謂合格的V2產品并不會符合它，這種現象至少要持續一年。這需要一段很長的時間，即便是現在可以使用，也達不到UHF Gen 2目前的性能。

圖1：UHF Gen 2和HF覆蓋區域的區別。

不過本文還是返回來繼續看一下有關頻率的爭辯，因為這與實際的部署有關。

考慮以下因素：

* UHF Gen 2覆蓋全球所有的供應鏈上的各種應用；

* UHF Gen 2對所有類型的產品材料有效，包括液體和金屬材料。

因此就UHF Gen 2來說，HF RFID技術中是多余的，因為：

* 沒有任何一項是HF可以實現而UHF卻無法實現的；

* 而許多HF無法實現的但UHF卻能夠實現。HF只能解決UHF RFID廣大領域中的一小部分。

對于RFID應用來說，UHF是RFID的“超集”。遵從該標準的產品能夠解決各種項目，容器，托盤，所有材料和包裝類型，以及提供比HF高得多的吞吐率。

一個正確部署的UHF Gen 2系統，無論是大物品還是小物品，也無論是液體還是金屬，工作都會很好，與容器和托盤上一樣，能夠有效地消除在近場UHF Gen 2出現之前HF所具有的單品級方面的優勢。的確，液體可以吸收RF能量，而金屬可以反射RF能量，但這一切都是遠場時方需考慮的事情，而對于近場則是另一回事。事實上，由于一個正確設計的UHF標簽天線能夠用于近場和遠場，實際上它可以利用所附屬的金屬，作為天線的延伸！但HF標簽則不行，因為其缺乏電場耦合的手段。盡管如此，我們還是再深入探討一下部署HF RFID系統的實際影響。

起初，HF無法實現遠場應用，這意味著無法用于倉庫和物流中心需要RFID遠距離工作的容器和托盤，因此，HF的應用距離僅限于近場。

因此，選擇HF作為物品級標簽識別的企業還必須同時部署UHF Gen 2進行容器和托盤的識別。如今，要同時考慮到多路數據承載架構，成本，復雜度，效率以及維護等多種復雜因素，所以說，如果認為數字物流沒什么難度，可是要碰壁的。這些還需要我們考慮一些經濟因素：UHF Gen 2標簽將永遠比HF標簽便宜。事實上，由于UHF標簽容易制造，因此將會便宜2-3倍。與HF標簽不同，UHF Gen 2標簽特別適合工藝升級特別好的簡單的，高速制造技術。得益于UHF Gen 2的簡單性以及單層天線結構，可以利用便宜的傳導墨水工藝制造。UHF是一個符合標準的非常實際和經濟的波段。實際上，為遠距離設計的用在大型托盤上的同一UHF Gen 2芯片，也可以與一個小至6mm左右的近場天線一起使用-這種標簽比以前廣泛采用的HF標簽小得多也便宜得多，況且還能提供更好的性能。

UHF天線結構的另一個優點是，當物品堆放得非常靠近時，UHF標簽不會對相鄰的物品投放一個RF“陰影區”。而HF標簽天線則不然，其天線由厚重的金屬線圈組成，能夠對相鄰標簽形成磁屏蔽，從而使閱讀器鑄發閱讀。因此，UHF具有更可靠的性能。

UHF Gen 2技術的繼續發展將會進一步拉開它與HF技術之間存在的成本，性能以及功能之間的差距，而這個差距HF將絕對無法彌補。這是基本點，因為UHF Gen 2的經濟性實際上是得益于UHF頻段的物理特性。對于RFID工作來說，UHF頻段的效率是HF頻段的60倍。

如果目標就是標簽和閱讀器之間的耦合通信，相對于能力較弱的HF解決方案來說，UHF在很多方面都占優。因為UHF 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所作的結論，“我們現在就不怎么再利用HF了，因為它沒有UHF靈活”。

Cardinal Health的Julie Kuhn，Pedigree公司的經理，向我解釋了這一點。“你無法用HF標簽實現UHF標簽的讀取速度。這意味著我們的傳送帶一點也不能比最慢的閱讀速率快。”這是一個很大的限制，將影響分銷商的訂貨吞吐率。“就是現在”，她繼續說，“我們提訂單一直到下午8點，并且訂單從早上5：30就開始分派了。這種復雜的UF/UHF架構將制約我們維持提單補料時間的能力”。

這一點加重了多協議架構的問題。而且不幸的是，利用能夠同時閱讀HF和UHF標簽的設備-即多協議RFID閱讀器來解決這些問題時只會產生更多的問題。這些問題包括閱讀器更復雜，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，其原因是詢問器必須周期性地覆蓋多協議，因而讀取時總是需要折中。當采用多種數據承載協議時，供應鏈上就會出現這些問題。

當Gen 2解決這些與UHF標準競用和不兼容的問題時，HF技術本身也存在這些問題，目前在用的相關標準包括ISO 14443, ISO 15693, 以及EPCglobal HF Class 1。取決于所選的技術和標準，對于部署，維護和升級一個混合系統架構來說，不用說需要管理各自的數據格式，即便是從經濟和物流本身來說，支持分離的UHF和HF架構也沒有什么意義。

企業最終所采取的連續性戰略對下游的貿易伙伴具有重大影響，將逐步滲透到整個供應鏈。這種場景在當今的一些醫藥領域正在出現，在這里采用的混合協議系統正在阻礙著貨品的可靠吞吐。Julie Kuhn補充道，“我們關注的是如何將所有技術組合成一種單一技術，形成一個自動化程度很高的環境，其中能夠以單品和容器級獲取貨品的家譜信息，并保持我們現有的高吞吐率。”

表1：UHF Gen 2和HF的功能屬性。

醫藥領域并非具有該問題并得出上述結論的唯一領域。例如，考慮一家有名的物品級識別的制衣廠-Lemmi。Lemmi RFID解決方案提供商- Reva的Ashley Stephenson，解釋了如何從HF技術轉換到更靈活、速度更高、成本更低且性能更好的UHF技術。“當你讀取100件服裝時，UHF能夠以HF的10倍速度全部讀取。UHF標簽成本已經顯著下降，這是一個持續期待的趨勢。像Impinj這類的UHF技術提供商已經對該技術進行了投資，并積極倡導頗具特色的、被稱作為近場的UHF技術。該技術擴展了UHF架構可選的范圍。服裝和零售領域一開始用的是HF，但現在以及全部轉向UHF Gen 2標準了。UHF Gen 2服裝標簽的定價已經比HF標簽低了很多，而UHF閱讀器也能夠提供近場和遠場兩個選項，從而可以適應絕大多數的讀取距離。

Venture Development公司的項目經理，資深RFID分析師Louis Bianchin認為：“UHF Gen 2 RFID是目前供應鏈應用中最杰出的技術。例如在藥品供應鏈上的部署，已經證明了該技術能夠提供可靠的，整個供應鏈上的高速跟蹤-即便是在很苛刻的條件下。在藥品行業的成功部署期望能夠成為其他市場的應用的先導。