8月15日，2013第六屆國際物聯網發(fā)展高峰論壇與“2013第五屆中國（深圳）國際物聯網博覽會”同期舉辦。會上，上海電子標簽與物聯網產學研聯盟秘書長王東教授作了“RFID應用系統(tǒng)設計的幾個關鍵問題”的主題報告。

上海電子標簽與物聯網產學研聯盟秘書長王東教授

　　王東：我已經連續(xù)若干年都到這里來演講。剛才中午我到展會現場看了一下，很多企業(yè)以前在的企業(yè)都沒了，但是有一批新的企業(yè)起來了，當然還有一些企業(yè)一直都在這個行業(yè)里。原來很早就說這個行業(yè)要井噴發(fā)展了，但一直沒有出現，我也一直想不清楚，我們這個行業(yè)出現殺手級的應用在哪？殺手級的應用有兩個特征，第一個是剛性需求，不是柔性需求，不是它可有可無，而是必須有RFID才能完成的事情；第二量要大，這兩個特征組成為殺手級的應用。我認為像服裝業(yè)就是殺手級的應用，但是觀察來看，這個服裝行業(yè)到現在為止都是國外推動的，國內服裝行業(yè)RFID還是沒有起來。

　　昨天還在跟一個老朋友交流，他說服裝業(yè)在干三件事情，第一件事應付電子商務對它巨大沖擊；第二件事在搞企業(yè)上ERP，上新一個層次（第二個像李寧、美邦等等，他們的庫存都幾十億，最近三年都在消化庫存，于是用RFID這兩三年不太可能，還有一些企業(yè)我就不點名了。）比如他知道服裝業(yè)行業(yè)是RFID的一個殺手級應用，于是他把我們RFID企業(yè)一家家請過去做測試，然后幫助他們去拿各項政府項目，拿完之后，把政府的錢一騙到手就不做了，搞得RFID行業(yè)做得很辛苦。

　　另外還需要有幾個推動力，我想會慢慢好起來。今天物聯傳媒告訴我說今年的展會有250家，其中有100多家是做了特裝，這說明這個產業(yè)慢慢起來了。怎么起來了？第一、物聯網戰(zhàn)略的推動；第二、智慧城市的帶動，1月29日和8月5日，一年之內住建部一下搞了190個智慧城市試點。城市智慧了各個行當都要智慧，于是RFID說不定能找到比較大的市場。第三、大數據時代來臨了，現在馬云都開始搞大數據了，光靠過去投實體店等等做一些實際的東西不一定能賺錢，未來可能要通過各種的手段，以RFID為代表的數據采集手段采集大量的數據，基于這些數據進行分析挖掘，然后做一系列的決策，或者搭建一個平臺為客戶提供服務。這個大數據時代的來臨也可能會給我們這個產業(yè)帶來推動力。通過這三方面的推動，說不定RFID的日子會好過一點。

    RFID是什么？就是三個東西，第一個應用標簽；第二讀寫器，當然還有中間件，我本人就是做中間件的，到現在為止沒有哪家企業(yè)來找我做中間件，于是我今天把這個中間件省略掉了；第三是應用解決方案，有了標簽，有了讀寫器，拿這個標簽和讀寫器怎么去解決企業(yè)應用的問題，最后再講講人才培養(yǎng)的問題。

　　先看標簽應用工程，主要三個方面。第一個標簽的天線設計，標簽這個芯片沒幾家能做的，世界上能同時提供高頻、超高頻的芯片比如TI，我們國內可能有幾家能提供這樣的芯片，但是這個標簽太多了，他們差別在哪里呢？

　　我給大家剖析一下，為什么我們這個行業(yè)碰到很多問題。有的客戶是想用，但是因為我們的系統(tǒng)集成商和客戶對RFID一些基本的東西不太了解，到客戶現場的時候，他可能拿了幾款標簽就去試了，也沒有根據客戶的需求，是不是標準化的商品和標簽。

　　我們需要針對客戶需求進行特殊設計，今天我把這方面的東西跟大家分享一下。高頻標簽這是最基本的，高頻標簽可以等效為這樣一個電路，芯片可以等效為一個電容，天線可以等效為一個電阻和電感。你要通過電磁感應工作讓它性能最佳，一定要讓它和阻抗相互匹配。

　　怎么匹配？首先，這個芯片，我們在座的自己都不會設計芯片，都買芯片，我們買他的芯片可以看它的芯片標簽參數。比如這個電容，我這里寫的NXP的電容是23.5pf，第二步根據這樣一個公式，我如果知道他的工作頻率，知道他的電容值，就可以倒推出來這個天線的電感值是怎么樣的，根據這個電感值可以推算我這個天線應該才能什么形式的天線，而這個電感值，你看這里方的、圓的天線，我有一個公式，也就是說這樣一個電感與天線的幾何尺寸、形狀是相關的，然后根據這樣一個形式，我們就可以總結對高頻標簽來說，影響這個電感的參數就是天線的形狀，包括這是是矩形的，還是圓形的，還有線圈匝寬、線圈之間的間距，如果是雙邊天線的話，還要考慮他們之間的介質和距離。我舉一款線圈，匝數有5匝，線寬及線間距均為0.8mm，總體尺寸40×40mm的天線。這是它的仿真模型，建立了它的仿真模型，我可以分析從10兆M-20M掃頻，可以看到在什么頻率下它仿真出來這款天線的形狀，它的線圈電感是多少，這個電感和和你選擇芯片需要的電感能不能匹配。第二這個線圈的尺寸能不能滿足客戶應用的，可以貼合這個標簽面積的需要，于是可以做更多的仿真結合。我們可以把這個標簽幾何尺寸不斷變化，最后我們就來進行設定，這是高頻。

  我舉個例子，這是某個廠家實際商品化的標簽，現在已經幾百萬了。這個左上角是實際的標簽，右下角是我們建立的仿真模型，通過這個仿真模型仿真下來發(fā)現在它在13.56赫茲高頻的時候，它的電感大概5.36微分，比我們根據剛才那個計算的理論值芯片和評估的頻率，我們可以計算它的理論值好像放大，這一大正好可以得出一個結論，因為電感值偏大，導致它最佳的頻點往前偏移，不是在13.56赫茲最佳了。通過這樣的東西，如果系統(tǒng)集成商和客戶都了解這樣一個基本的知識，可能我們以后解決實際能力問題就會提高。

    對于超高頻天線也一樣，天線的形狀，標簽種類繁多，每種天線幾何尺寸都有它最適合應用的場合，為什么會出現這種情況？比如簡單的半波長偶極子天線的總長度，理論計算如果在860-960MHz的話，你要理論計算的話，這個超高頻標簽的天線長度應該是16公分，這160mm公分貼在礦泉水瓶也不行，貼在酒瓶上也不可以。那怎么辦呢？于是要小型化，一小型化，我們右下角這個圖就要更小型化，我無非就是做更多的彎折，這一彎折天線的面積就小了，但是它的性能也會變化。第二阻抗匹配，電感要和芯片電容相互匹配，這個方法有很多，橫條加載、感性耦合、容性耦合等等各種各樣的方法。舉個例子，你看下面是一個超高頻的偶極子天線，上面我加一條橫條，調節(jié)這個橫條和下面偶極子天線之間的間距，我就可以調節(jié)這樣一個標簽它的阻抗，這樣我就可以讓天線的阻抗和芯片的阻抗相互匹配，這個性能是最佳的。

    通過做這樣一系列的事情，如果涉及應用金屬、液體環(huán)境上的標簽，還有涉及圓極化對方向不敏感的標簽都要做各種設計。最大的設計就是改變天線的形狀，這個形狀一改變之后會對超高頻芯片它的頻率特性、讀寫特性都會產生影響。這個影響我們怎么分？它的幾何參數以這些來做參考，包括中心回路，這個矩形就是做這個阻抗匹配的，這個矩形的長寬是什么，它的線條粗細如何，焊接芯片處形狀如何？第二有線形輻射面和面狀的輻射面，這個輻射面我也有一系列的幾何尺寸，根據這個東西我就拿一個經典的標簽，這是應用在商標上的，是酒的商標或煙商標，左上角是開了一個實際標簽，這是我建立的一個仿真模型，你看它有參數，一個參數中間的阻抗頻率有長度和寬度，旁邊有四五個彎折，那是一個線形的輻射面，然后兩邊有面狀輻射面。根據剛才的理論，現在第一步調整參數，首先我可以分析一下，通過仿真或者通過實際測試我可以知道UHF天線的方向圖，和我們的理論上應該是一樣的。比如我把中間的阻抗匹配圖的線寬加寬，你會發(fā)現它是影響阻抗的，但是它對中心頻點不會產生影響。第二，我可以把外面面狀輻射面，原來是這么寬的我把它加寬了，這一加寬，你一分析發(fā)現，原來外面輻射面的長度是影響標簽的頻段和都會發(fā)生變化，通過這種的方式你對超高頻就認識比較深刻了，以后你就會根據應用的需求來選擇適合的標簽，這是第一個標簽天線的設計。

    第二個標簽的連接，這個以前我講過，這一箱里放的是鐵罐的王老吉，另外是塑料瓶子的農夫山泉瓶，移速電磁波打到它這個側面，電磁信號是不一樣的。我們做了一個工具，大家卡右上角這個圖，我把這個標簽沿著這樣一個側面一變之后，這個軟件工具就會告訴你畫出這樣一個熱點圖，這個熱點圖告訴你綠色的是最適合貼標簽的地方，它是射頻信號好的地方，你貼在這個位置讀取率會比較好一點，你貼在紅色的地方，可能就難以讀取，這就是標簽的空間部署。

    第三傳感標簽，大家看這款它的基材是用石蠟，石蠟隨著溫度的不斷升高，它從固態(tài)變成液態(tài)，這樣一變化不要緊，天線的幾何形狀、空間形態(tài)就會變化，這一變化阻抗就會發(fā)生變化，根據外面溫度變化、阻抗變化和頻率變化之間的關系，我可以把這樣一個標簽做成溫度傳感標簽，也就是我不需要外加傳感器，而我這個標簽本身就是一個傳感器，通過我這個射頻識別，短記錄通訊，我可以把這個數據發(fā)射出來。第二個這是設計的一款標簽，這個標簽就像區(qū)別人一樣，但是如果我兩邊把它用力一拉，一拉以后它的形狀發(fā)生變化，形狀發(fā)生變化，它的阻抗率發(fā)生變化，我一樣可以看外面的重力和標簽幾何之間的關系，我可以做成一個力學上的研究，這是傳感標簽。

    前面我跟大家講了標簽方面我們應該注意什么問題，下面我跟大家講一下讀寫器。讀寫器在實際應用過程中，我們很多制造業(yè)是很想利用RFID技術，但是經常碰到問題。比如這是一個汽車制造廠，它的叉車像周轉箱，帶著一系列的汽車沖壓電要出庫了，但是你讀這個籠子的時候，它旁邊還有很多固定的籠，你不一定把叉車叉出來的標簽讀到了，有可能把旁邊很多不該讀的也讀到了，這時候廠商就束手無策了。我們的Alien讀寫器有很強的功能，有些讀寫器可以靜止的標簽不讀，它只讀運動的標簽。就是這個讀寫器，這個讀寫器你可以設置參數，它只把運動的標簽讀取，把靜止的標簽全都給過濾掉了。通過這個方式，就區(qū)分這個標簽是要讀的，那些靜止放在旁邊的就可以不讀，當然由于多靜效應會產生一些影響，于是第二步還可以干什么？這個叉車叉的貨物出來，正對門叉車叉的籠子，它在門閘天線的正中，這個時候收到的信號強度最強。于是你可以做一個試驗，當信號強度強到什么時候這個標簽就是我應該閱讀的標簽，低到什么程度我就直接把它扔掉，這是第二。第三讀取次數，這個標簽一過來不是讀一次，可能讀兩次、讀幾次，但是正是在這個信號讀寫器天線正中位置的時候，這個標簽讀取的次數會最多，在旁邊讀取的次數會最少。這樣一做試驗，最后我們可以得到采用一個復合的，什么事都不用干，在座的只要對讀寫器讀他多個參數的值，就可以提高倉庫門的讀取率。

    第二個讀寫器和應用環(huán)境的匹配，在設頻信號不友好的環(huán)境中，如果不是一次過一個，而是一次過幾十個甚至上百個，而且這個標簽還比較密集，還有旁邊有一家企業(yè)它是48個門，每個門都要叉車叉?zhèn)€貨物上來，每個叉車里有60只標簽，這時候多臺讀寫器同時工作，這時候你要分析它的話，它給你提出了一個密集讀寫器的模式DRM的工作模式，如果你在射頻友好的情況下，可以用高速的模式。于是，我們應該根據外界的環(huán)境應用情境，通過一系列的研究，看外面，比如它的標簽密度，這個標簽運動速度和這個協議參數數字之間的關系，了解這個關系之后就可以更好的利用這個讀寫器。

    再往下讀寫器空間部署優(yōu)化，這樣一個門是最經典的RFID利用場景，在這樣一個門上，一般讀寫器都是接一個天線、兩個天線、三個天線、四個天線。我們應該在這個門上左邊這個地方放一個天線還是兩個天線，右邊這個地方放一個天線還是兩個天線？這個天線是用一個天線好還是兩個天線？這個天線在門上該怎么部署？我們做了一套工具，按照規(guī)則做一系列試驗之后，它直接會給你一個結論，左邊的地方應該放兩支天線，每個天線應該放在高度30公分的，60公分的，這個天線的角度應該是什么角度，通過這個方式也可以提高讀取率。

    剛才我把我在實際實施RFID項目過程中一些總結跟大家匯報一下，當然在座各位都可以總結，這樣總結出來之后，我們在面對客戶的時候，我們就有取之不盡，用之不竭的武器和百寶箱，我就可以把客戶搞定了，于是這個行業(yè)就可以發(fā)展起來。

    最后應用解決方案，這是茅臺酒廠的現場，一個集成商在那里折騰三個月，一天到晚在那里試，茅臺就開始懷疑你了，我之前都很成熟，為什么你到我這里來，今天解決這個問題，明天那個問題？我們可以在一個試驗環(huán)境中，在上海和無錫都建立了一個小型的環(huán)型線，這個環(huán)型線和酒廠的環(huán)型線，雖然小，但是完全可以模擬這個線。在這個線上我們的系統(tǒng)集成商和一些用戶不耽誤客戶的正常生產，在這條線上我們做這樣一個試驗，我們這個標簽該怎么改進？讀取方式該怎么改進？最后才能解決現場的問題，這種試驗是非常重要的。為此我們建了這樣一個實驗室，現在在無錫建立了一個實驗室，這個現在接近免費，這個實驗室有RSSI，很多公司來應用，你來應用的話平均1000塊錢，低的500塊錢一小時，高的1500一小時，平均要1000塊錢小時，有一個著名的廠商在我那里做了一個多月的時間，每天在那里做七八個小時，我叫RSSI去收，一天收八千塊，我們企業(yè)項目還沒有拿到，企業(yè)又比較小，這就是我們搞公共服務的難處，現在只能接近免費了，成本都收不上來了，為大家提供服務。你想這個產業(yè)紅火了，上海所有的RSSI全都排滿了，它一天到晚做手機的彎曲、扭轉、跌打、擠壓、靜電試驗等等，做這個實驗，他的任務已經接不過來了，現在的RFID我們最容易感覺RFID到底行還是不行，我這個沒人來找我，找我都說王老師“你看我到你這里來測試”，說了半天就是不用付錢或者付很少的錢來做，現在這個行業(yè)達到這個程度，但我們還是全力支持這個行業(yè)的發(fā)展，所以我們這個試驗無論在上海，還是在無錫，我們都愿意以低成本或者免費，一看你這個項目可以，我免費為你提供服務。

    最后一個，全國都行動起來，溫總理一提出物聯網以后，教育部也開始行動了，分成四批，每年批一批，現在全國經過教育部正式批準的物聯網專業(yè)學校有266所，這些學校都不知道這個專業(yè)應該教什么課，做什么試驗，怎么樣培養(yǎng)學生，今天早上我還看到華中的院長帶著它整個物聯網工程學院的所有學生在展覽中心門口會合，他說我?guī)W生來看一下這個展覽，讓學生有一個感性的認識，大家都是摸著石頭過河，不知道干什么。于是我們交大成立一個物聯網教學研究專家組，這個專家組出了兩個規(guī)范，應該上什么課、做什么試驗，但是現在我們還在做一個事，我們要建立教育部計算機教職委物聯網工程專業(yè)產學研合作基地。在無錫馬上我們要在10月份簽約了，在別的地方我們可以集體簽約，也可以單獨簽約，我想這是和在座企業(yè)家有能合作的地方。

    這就是我的演講，謝謝。