射頻識別(
RFID-Radio Frequency Identifier)技術(shù)是使用輻射電磁場識別器傳輸和讀取數(shù)據(jù)的技術(shù)。其利用
RFID電子標(biāo)簽粘貼在空運(yùn)托盤、陸運(yùn)或海運(yùn)集裝箱、包裝箱或單元物品器件上,進(jìn)行在運(yùn)物資和在貨架上儲存物資序號、名稱、規(guī)格、數(shù)量等信息的自動(dòng)存儲和傳遞。
RFID標(biāo)簽?zāi)軐⑿畔鬟f至20英尺(軍用品傳遞至100英尺)范圍內(nèi)的射頻識別讀寫器,并送至Pc機(jī),然后通過軟件進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換后存入相關(guān)數(shù)據(jù)庫。射頻識別技術(shù)作用于社會,將會帶來流通領(lǐng)域和物流管理發(fā)生重大變革。目前,RFID技術(shù)在需求的推動(dòng)下進(jìn)步很快,現(xiàn)在已經(jīng)制定了RFID行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(EPC-Electmnic Product Code),SUN, IBM, Oracle這些著名的計(jì)算機(jī)公司,都相繼宣布正在研發(fā)對應(yīng)的中間件,管理從RFID獲取的商品數(shù)據(jù),將錯(cuò)誤數(shù)據(jù)和復(fù)雜數(shù)據(jù)剔除。Oracle公司將于2004年12月份推出LLI.10應(yīng)用服務(wù)器,擴(kuò)展對RFID的支持。軍隊(duì)可視化系統(tǒng)除享用民用成果外,應(yīng)盡快加速對RFID標(biāo)簽和讀寫器的研發(fā),使其在安全保密性、快速性、準(zhǔn)確性等方面達(dá)到聯(lián)合全資產(chǎn)可視化系統(tǒng)對在儲、在運(yùn)、在處理裝備和資產(chǎn)可視化的要求,為戰(zhàn)區(qū)聯(lián)合全資產(chǎn)可視化系統(tǒng)的組建做好技術(shù)準(zhǔn)備。
1 射頻識別的技術(shù)實(shí)現(xiàn)
1.1 射頻識別系統(tǒng)的組成
射頻識別技術(shù)為聯(lián)合全資產(chǎn)可視化系統(tǒng)的開發(fā)提供了一種新工具,它能在較短距離范圍內(nèi)自動(dòng)識別、區(qū)分器材并確定其所有的位置。射頻識別由發(fā)送應(yīng)答器射頻卡(電子標(biāo)簽)或詢問器(讀寫器)組成,采用無線電波應(yīng)答傳播的工作原理。發(fā)送應(yīng)答器通常是存有數(shù)據(jù)的小型電子標(biāo)簽,詢問器一般是讀寫器,具有向電子標(biāo)簽寫入或從卡內(nèi)讀出數(shù)據(jù)的能力。射頻識別技術(shù)能使被識別數(shù)據(jù)自動(dòng)讀取而進(jìn)入信息管理系統(tǒng),不需要人為干涉,從而保證了獲取數(shù)據(jù)的及時(shí)性、可靠性和準(zhǔn)確性。射頻識別系統(tǒng)組成如圖1所示。
圖1 射頻識別系統(tǒng)組成示意圖
射頻識別系統(tǒng)包括兩種類型:被動(dòng)型和主動(dòng)型。被動(dòng)型:采用無能源、廉價(jià)、低容量(20字節(jié))的發(fā)射應(yīng)答裝置,進(jìn)行視距范圍內(nèi)詢問,應(yīng)答裝置使用詢問器(讀寫器)的電能。被動(dòng)型系統(tǒng)因其數(shù)據(jù)容量低和視距限制,不能用于在運(yùn)資產(chǎn)可視化系統(tǒng)。主動(dòng)型:發(fā)射應(yīng)答裝置自帶電能,它是全向性的,采用較昂貴的高容量(256字節(jié))發(fā)射應(yīng)答裝置。主動(dòng)型系統(tǒng)在技術(shù)上有3個(gè)對軍事應(yīng)用至關(guān)重要的特點(diǎn):首先,應(yīng)答器(識別卡或電子標(biāo)簽)是有效的便攜mmav式數(shù)據(jù)庫;第二,射頻卡可使數(shù)據(jù)快速傳送給自動(dòng)化管理信息系統(tǒng);第三,主動(dòng)技術(shù)可提供300英尺或更大距離內(nèi)采集數(shù)據(jù)的全向能力。
1.2 射頻識別原理
射頻識別系統(tǒng)利用無線射頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)無線傳輸,由于其使用的是高頻載波,具有較寬的帶寬,因此可實(shí)現(xiàn)較高的數(shù)據(jù)傳輸速率。另外,由于頻率高、載波波長短,所用天線尺寸很小,使發(fā)信機(jī)可以做得小巧、隱蔽、可靠。主動(dòng)射頻識別系統(tǒng)中,讀取器對電子標(biāo)簽發(fā)射信號使電子標(biāo)簽被激活,反饋回與具體集裝箱或電子托盤相應(yīng)的ID代碼,用于對識別件進(jìn)行身份識別。電子標(biāo)簽作用前,需要經(jīng)過初始化操作,然后寫入ID代碼和相關(guān)的包裝貨物類別、品名、規(guī)格、數(shù)量、發(fā)送單位、接收用戶等數(shù)據(jù)信息。電子標(biāo)簽結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2 電子標(biāo)簽結(jié)構(gòu)圖
電源單元:電源單元向其它單元提供能量,能量可能是本身自帶的電池,也可能來自讀取裝置發(fā)射的電磁輻射。能量來自電池的電子標(biāo)簽,對讀寫器的發(fā)射功率要求較低,稱為有源標(biāo)簽。能量來自電磁場的標(biāo)簽,要求讀寫器發(fā)射功率較高,稱為無源標(biāo)簽。目前多數(shù)有源標(biāo)簽采用高容量、長壽命的鋰電池,設(shè)計(jì)壽命一般在3年以上,作用距離也較遠(yuǎn)。
存儲單元:存儲ID代碼、包裝物資信息、轉(zhuǎn)運(yùn)路徑信息、所在架位信息、入庫出庫時(shí)間信息等,一般由ROM、RAM、EEPROM等器件構(gòu)成。數(shù)據(jù)處理單元:按協(xié)議完成數(shù)據(jù)分析、處理、寫入、讀出及轉(zhuǎn)換操作,一般由cPu、LSI器件構(gòu)成。通信接口單元:完成數(shù)據(jù)處理單元與微帶天線之間的輸入輸出轉(zhuǎn)換和正常匹配通信操作。數(shù)據(jù)需要經(jīng)編碼、調(diào)制、放大等信號變換過程,由微帶天線輻射出去。微帶天線’:是觸發(fā)式自激振蕩器和耦合器組成的定向或全向輻射器件,其輻射頻率可以通過接口單元輸出的控制信號控制,完成與讀寫器頻率的對準(zhǔn)和信噪比下降時(shí)的自動(dòng)跳頻。讀取裝置由電源單元、振蕩器、發(fā)送單元、接收單元、數(shù)據(jù)處理單元、微帶天線和外部信號指示器構(gòu)成。讀取器的信號經(jīng)調(diào)制和功率放大后,經(jīng)天線輻射出去。當(dāng)運(yùn)輸車輛經(jīng)過射頻詢問檢測點(diǎn)時(shí),電子標(biāo)簽被讀寫器的輻射脈沖激活,進(jìn)人工作狀態(tài),根據(jù)接收到的指令向該讀寫器回送相關(guān)的響應(yīng)數(shù)據(jù)。Pc機(jī)將讀寫器收到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行相應(yīng)的格式轉(zhuǎn)換,自動(dòng)更新數(shù)據(jù)庫。
1.3 通信協(xié)議及軟件結(jié)構(gòu)
電子標(biāo)簽和讀取器之間的信息傳輸,應(yīng)符合選定的通信協(xié)議。在正式傳輸信息之前,雙方應(yīng)互發(fā)握手信號以確保發(fā)送與接收數(shù)據(jù)的安全性和準(zhǔn)確性。首先由讀取器發(fā)出一握手信號,電子標(biāo)簽接收該信號后,進(jìn)行身份驗(yàn)證,屬于指定口令,則將信號發(fā)回讀取器。緊接著由讀取器再發(fā)一讀數(shù)據(jù)指令,電子標(biāo)簽再進(jìn)行判斷,屬規(guī)定讀取指令時(shí),表明是本系統(tǒng)讀取器已收到應(yīng)答握手信號,然后打開通信接口單元輸入接口,將發(fā)送數(shù)據(jù)存入通信接口緩存器,當(dāng)緩存器存滿一個(gè)數(shù)據(jù)幀(256字節(jié))時(shí),通信單元輸出接口打開,由微帶天線發(fā)射電子標(biāo)簽貨物信息和運(yùn)輸路徑信息給讀取器。電子標(biāo)簽軟件流程如圖3所示。
圖3 電子標(biāo)簽的軟件流程圖
2 射頻識別技術(shù)在戰(zhàn)區(qū)全資產(chǎn)可視化系統(tǒng)(RJTAVS)中的應(yīng)用
戰(zhàn)區(qū)全資產(chǎn)可視化系統(tǒng)(RJTAVs)的資產(chǎn)流和數(shù)據(jù)流示意圖如圖4所示。
圖4 戰(zhàn)區(qū)全資產(chǎn)可視化系統(tǒng)示意圖
粘帖有射頻標(biāo)簽的包裝箱在出發(fā)地(戰(zhàn)區(qū)供應(yīng)站倉庫),由射頻讀寫器寫入裝箱文件數(shù)據(jù)和運(yùn)輸路徑數(shù)據(jù),標(biāo)簽內(nèi)數(shù)據(jù)同時(shí)傳送給戰(zhàn)區(qū)在運(yùn)資產(chǎn)可視化(RITV)服務(wù)器并轉(zhuǎn)發(fā)給運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。服務(wù)器經(jīng)處理轉(zhuǎn)換為射頻標(biāo)簽文件,戰(zhàn)區(qū)服務(wù)器的用戶(戰(zhàn)區(qū)司令、裝備保障和供應(yīng)指揮員、系統(tǒng)管理員)可檢索到該文件。當(dāng)裝有射頻標(biāo)簽的貨物離開發(fā)貨地后,經(jīng)過射頻識別轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)或安裝有射頻讀寫器的詢問點(diǎn)時(shí),射頻讀寫器可遠(yuǎn)距離(100m)快速讀取射頻標(biāo)簽的識別編號ID和相關(guān)數(shù)據(jù),并加入詢問日期和時(shí)間,然后發(fā)給戰(zhàn)區(qū)在運(yùn)資產(chǎn)可視化服務(wù)器,該服務(wù)器自動(dòng)更新射頻標(biāo)簽和相應(yīng)文件。圖5顯示了從出發(fā)地到目的地的射頻運(yùn)輸物資流和數(shù)據(jù)流的傳輸情況。在裝有射頻標(biāo)簽的貨物運(yùn)輸過程中,射頻識別詢問系統(tǒng)遠(yuǎn)距離地記錄和報(bào)告貨物在途中轉(zhuǎn)接點(diǎn)(如港口和分發(fā)中心等裝有讀寫器裝置的轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn))的通過和數(shù)據(jù)變化情況,戰(zhàn)區(qū)在運(yùn)資產(chǎn)可視化系統(tǒng)服務(wù)器將數(shù)據(jù)傳送給戰(zhàn)區(qū)運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)和戰(zhàn)區(qū)聯(lián)合全資產(chǎn)可視化系統(tǒng),作為途中可視化信息資源。戰(zhàn)區(qū)用戶(戰(zhàn)區(qū)司令員、保障和供應(yīng)指揮員、管理人員)可檢索這些轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)的在運(yùn)資產(chǎn)可視化數(shù)據(jù)。裝在貨物包裝箱上的射頻標(biāo)簽也可為途中作業(yè)(卸貨、分發(fā)、裝貨、轉(zhuǎn)運(yùn))人員提供相關(guān)的信息支持。
圖5 從出發(fā)地至目的地的射頻識別報(bào)告圖
3 結(jié)論
應(yīng)用射頻識別技術(shù)可提高集中運(yùn)輸物資和部隊(duì)裝備相關(guān)數(shù)據(jù)和所在位置的可視化能力,以及途中機(jī)動(dòng)調(diào)度能力,并根據(jù)需要提供遠(yuǎn)距離包裝箱內(nèi)物品的可視化。增加途中射頻讀寫器的安裝密度,可提供有效的應(yīng)急能力、改進(jìn)業(yè)務(wù)處理方式,大大提高工作效率和工作質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)證實(shí)了射頻識別能夠提供在運(yùn)貨物的全程可視化。當(dāng)經(jīng)過轉(zhuǎn)接點(diǎn)的貨車以80km/h的車速通過詢問讀寫器掃描區(qū)時(shí),可成功地采集射頻標(biāo)簽數(shù)據(jù),并滿足數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性標(biāo)準(zhǔn)的要求。存在的問題:射頻標(biāo)簽為高靈敏度電子裝置,經(jīng)不住嚴(yán)酷的運(yùn)輸環(huán)境(振動(dòng)、沖擊、溫差變化)的考驗(yàn),有時(shí)出現(xiàn)破損;射頻標(biāo)簽電池能量和壽命不夠長,有時(shí)因電池能量用完而讀不出數(shù)據(jù);當(dāng)射頻標(biāo)簽被有電磁屏蔽作用的貨物(如鐵板、強(qiáng)磁體)遮蔽時(shí),射頻讀寫器無法讀取該射頻標(biāo)簽的數(shù)據(jù)。改進(jìn)方向:應(yīng)提高對射頻標(biāo)簽的環(huán)境適應(yīng)性以及電池的壽命,粘貼標(biāo)簽的位置要選在周圍無強(qiáng)磁屏蔽貨物的位置。
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