1. 物聯(lián)網(wǎng)的基本技術(shù)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(guān)專業(yè)人士，都予以了極大的關(guān)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(jì)所帶來的沖擊，將遠(yuǎn)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(yuǎn)呢？實(shí)際上，物聯(lián)網(wǎng)正在進(jìn)入我們的生活。我們這里就其與有源射頻標(biāo)簽有關(guān)的一些技術(shù)問題進(jìn)行簡單的討論。
首先，我們認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)至少應(yīng)該解決如下幾個(gè)問題：
- “你是誰？”（身份識別和認(rèn)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(dá))。
其次，物聯(lián)網(wǎng)本身還必須要滿足如下幾個(gè)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(jìn)行身份識別，以及信息采集所需的費(fèi)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(shè)備必須是低功耗的，我們不可能像手機(jī)一樣，隨時(shí)隨地地對電池進(jìn)行充電；
它們必須是可以進(jìn)行雙向通信的，因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)所需信息的傳輸必須是雙向的；
它們還應(yīng)具有遠(yuǎn)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(dān)這一任務(wù)呢？
傳感器網(wǎng)絡(luò)：有人將物聯(lián)網(wǎng)解釋為傳感器網(wǎng)絡(luò)，這顯然是不全面的，因?yàn)椋?nbsp;
1. 盡管傳感器網(wǎng)絡(luò)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(dá)等。）；
2. 現(xiàn)有的傳感器網(wǎng)絡(luò)（例如Zigbee為代表的網(wǎng)絡(luò)）顯然不能滿足低功耗的要求，因?yàn)閆igbee網(wǎng)絡(luò)的基本特征就是“動(dòng)態(tài)組網(wǎng)”，“動(dòng)態(tài)路由”和“網(wǎng)狀網(wǎng)”信息傳輸。而任何一個(gè)承擔(dān)網(wǎng)狀網(wǎng)信息傳輸?shù)腪igbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，必須隨時(shí)處于信號接收或中轉(zhuǎn)發(fā)射的狀態(tài)，因而，不可能省電，盡管比起WIFI和藍(lán)牙等網(wǎng)絡(luò)來，功耗已經(jīng)降低了不少，但它仍遠(yuǎn)不能滿足物聯(lián)網(wǎng)的要求；
Zigbee復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)管理功能的要求，使得Zigbee節(jié)點(diǎn)不可能做到低成本；另外，Zigbee節(jié)點(diǎn)間有限的通信距離和網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延，也是Zigbee承擔(dān)物聯(lián)網(wǎng)傳輸任務(wù)的障礙。
移動(dòng)通信網(wǎng)：有人說隨著技術(shù)的進(jìn)步，手機(jī)將變得更加智能化，成本也將更低，因而，移動(dòng)通信網(wǎng)將承擔(dān)起物聯(lián)網(wǎng)的任務(wù)。這種說法也是片面的，因?yàn)椋?nbsp;
1. 手機(jī)本身太復(fù)雜，它完全依賴于移動(dòng)基站，對一般物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用來講，它不僅本身成本高，而且還需要長期支付網(wǎng)絡(luò)服務(wù)費(fèi)。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(fèi)用用戶也支付不起。
2. 即使手機(jī)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(shí)際，因?yàn)樗€需要隨時(shí)充電。
3. 移動(dòng)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(dān)遠(yuǎn)距離信息傳輸這一層面上發(fā)揮作用，但它遠(yuǎn)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?yàn)椋?nbsp;
1. 射頻標(biāo)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(nèi)，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)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?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸?shù)挠性瓷漕l標(biāo)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(guān)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(biāo)對象的狀況，還需要向目標(biāo)對象下達(dá)工作指令等，而這些是現(xiàn)有有源射頻標(biāo)簽還不能承擔(dān)的任務(wù)。
顯然，無論是傳感器網(wǎng)絡(luò)或移動(dòng)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(gè)都不能代表物聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)不應(yīng)該是一個(gè)單一性質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)，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(biāo)簽、各種傳感器、有源射頻標(biāo)簽、計(jì)算機(jī)、手機(jī)、移動(dòng)通信網(wǎng)和其它公網(wǎng)等。
從經(jīng)濟(jì)實(shí)用的角度出發(fā)，我們不可能在每一個(gè)銷售的牙刷上，或倉庫中運(yùn)輸托盤上的每一個(gè)物品上都安裝一個(gè)有源射頻標(biāo)簽，而一個(gè)條碼標(biāo)簽顯然是最優(yōu)和最現(xiàn)實(shí)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(luò)，我們可以在手持條碼讀寫器中，包括每個(gè)倉庫運(yùn)輸托盤上，安裝一個(gè)有源射頻標(biāo)簽，并在倉庫中安裝一個(gè)與移動(dòng)公網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)連接的遠(yuǎn)距離（500米以上）有源射頻標(biāo)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(guān)于牙刷和托盤上物品的相關(guān)信息，傳到安裝在托盤上的有源射頻標(biāo)簽中，再通過有源射頻標(biāo)簽，間接傳給有源射頻標(biāo)簽讀寫器，或由手持條碼讀寫器中的有源射頻標(biāo)簽，直接傳給有源射頻標(biāo)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(jì)算機(jī)，在任何地方掌握這只牙刷或托盤上物品的相關(guān)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(biāo)簽遠(yuǎn)距離無線傳輸、計(jì)算機(jī)和公共信息傳輸網(wǎng)絡(luò)以及互聯(lián)網(wǎng)等。在這個(gè)簡單的例子里，我們可以清楚看到整個(gè)信息的傳輸不僅僅是某一個(gè)單一的傳輸系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)，它是多種信息采集和傳輸手段的組合，應(yīng)該算作是一個(gè)“泛在網(wǎng)”。
物聯(lián)網(wǎng)也不是一個(gè)忽然從天上掉下來“外星人”，它應(yīng)該是在我們現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。我們可能已經(jīng)建立起了一個(gè)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(gè)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(jìn)入我們的生活，至少，還遠(yuǎn)沒有像互聯(lián)網(wǎng)一樣，已經(jīng)進(jìn)入到了幾乎我們每個(gè)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(gè)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(dòng)網(wǎng)以及互聯(lián)網(wǎng)等用于信息遠(yuǎn)距離傳輸所需的網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)建立，而且十分成熟，最多也僅僅是改進(jìn)升級而已；而在與人或物直接相關(guān)的最下層，條碼標(biāo)簽識別技術(shù)、無源射頻標(biāo)簽的近距離識別技術(shù)，以及各種采集物品狀態(tài)信息的常用傳感器技術(shù)（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(biāo)簽，以及無源射頻標(biāo)簽等所采集到的有關(guān)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(luò)中。而問題的關(guān)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(biāo)簽
由于有源射頻標(biāo)簽本身具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、低成本、功耗低和可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(gè)關(guān)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(biāo)簽國際標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)簽的這種期待。參見：IEEE有源射頻標(biāo)簽國際標(biāo)準(zhǔn)制定小組在2009年9月會議上，提交和討論的制定物理層標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)文件。
“Final PHY proposal presentations heard and discussed during September 2009 ”
下面是有源射頻標(biāo)簽國際標(biāo)準(zhǔn)工作組，2008年10月提交的立項(xiàng)請求書的部分內(nèi)容：
參見： “IEEE 802.15.4f Project Authorization Request (PAR) is available at the following URL:
5.2 推薦標(biāo)準(zhǔn)的范圍（Scope of Proposed Standard）
可支持讀寫器與標(biāo)簽進(jìn)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(shè)置；支持單向和雙向通信，支持點(diǎn)對點(diǎn)和點(diǎn)對多點(diǎn)通信，支持標(biāo)簽與標(biāo)簽之間的通信，支持?jǐn)?shù)據(jù)的多級中繼，可處理海量標(biāo)簽，支持?jǐn)?shù)據(jù)讀寫認(rèn)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(nèi)其它現(xiàn)有工作系統(tǒng)共存，而不相互干擾。
5.4 推薦標(biāo)準(zhǔn)的目的（Purpose of Proposed Standard）
提供一個(gè)低成本、低功耗、應(yīng)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?biāo)簽廣泛應(yīng)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(jìn)空間和靈活性。
5.5 項(xiàng)目的必要性（Need for the Project）
目前盡管也有一些有源射頻標(biāo)簽的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但沒有一個(gè)能滿足以上提出的所有需要。而當(dāng)今實(shí)際情況是大量的非標(biāo)的系統(tǒng)在使用。因而，當(dāng)前急需一個(gè)統(tǒng)一的合符要求的國際標(biāo)準(zhǔn)。
由于缺乏全球性的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，有源射頻標(biāo)簽領(lǐng)域還不能形成一種規(guī)模經(jīng)濟(jì)。當(dāng)今不少有源標(biāo)簽的制造商所生產(chǎn)的有源射頻標(biāo)簽只能適用于某種用戶非常特殊的應(yīng)用環(huán)境（專用而不能相互兼容）。有源射頻標(biāo)簽的國際標(biāo)準(zhǔn)制定，就是為不斷增長對有源射頻標(biāo)簽的市場需求，設(shè)定一個(gè)基準(zhǔn)，以便能夠?qū)崿F(xiàn)有源射頻標(biāo)簽生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)化，從而給整個(gè)行業(yè)帶來規(guī)?；б?。
為了減少能耗，當(dāng)今大多數(shù)有源標(biāo)簽使用的都是單向發(fā)射標(biāo)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(biāo)簽需要具有雙向通信和遠(yuǎn)距離通信的能力，需要具有處理海量標(biāo)簽的能力，但同時(shí)消耗的功率需要非常低。目前還沒有一個(gè)國際標(biāo)準(zhǔn)能夠滿足這個(gè)需要。EPCglobal認(rèn)識到只有802.15.4是一個(gè)非?？赡軡M足這些需要的空中接口
對一個(gè)廣泛需求的國際標(biāo)準(zhǔn)而言，它至少應(yīng)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(biāo)簽；
– 讀寫器既可點(diǎn)播標(biāo)簽，標(biāo)簽之間網(wǎng)狀網(wǎng)通信；
– 讀寫器廣播通信；
– 可授權(quán)認(rèn)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(yīng)小于3 MHz；
— 可與頻道內(nèi)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(biāo)簽的問題所在： “為了減少能耗，當(dāng)今大多數(shù)有源標(biāo)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(biāo)簽需要具有雙向通信和遠(yuǎn)距離通信的能力，需要具有處理海量標(biāo)簽的能力，但同時(shí)消耗的功率非常低。”
“目前還沒有一個(gè)國際標(biāo)準(zhǔn)能夠滿足這個(gè)需要。” 這顯然是一個(gè)挑戰(zhàn)！
這里，我們不妨先將現(xiàn)有各種有源射頻標(biāo)簽做一個(gè)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(biāo)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(jī)、各種數(shù)傳電臺充斥；
800MHz~ 900MHz：與移動(dòng)通信造成相互干擾；
5.8GHz系統(tǒng)技術(shù)要求高，技術(shù)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(dāng)成熟，成本也低，作為射頻標(biāo)簽使用通信速率足夠，相應(yīng)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(shù)（跳頻或擴(kuò)頻技術(shù)）相互之間兼容共存性較好。
2.1.2. 通信方式
現(xiàn)有一般標(biāo)簽，包括大多數(shù)400MHz、800MHz、900MHz和一般2.4GHz有源射頻標(biāo)簽，出于技術(shù)難度和成本考慮，基本上采用的都是相對落后的點(diǎn)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(diǎn)很窄，因而，決定系統(tǒng)工作頻率的晶振，將因?yàn)闇囟茸兓仄┖妥陨砝匣a(chǎn)生自振頻率的變化，導(dǎo)致系統(tǒng)工作頻點(diǎn)的變化，使系統(tǒng)的工作頻點(diǎn)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(tuán)一大型煤礦433MHz的井口考勤系統(tǒng)和上海市三家燃?xì)庾詣?dòng)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(biāo)簽移動(dòng)速度的限制。當(dāng)射頻標(biāo)簽快速移動(dòng)時(shí)，由于多徑效應(yīng)和多譜勒效應(yīng)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(diǎn)頻窄帶的通信方式很容易受到環(huán)境噪聲的干擾，同時(shí)也容易干擾到別的通信系統(tǒng)。由于點(diǎn)頻窄帶工作在一個(gè)很窄的點(diǎn)上，環(huán)境中的更多的噪聲往往是集中在某一個(gè)或某幾個(gè)頻點(diǎn)上，包括在同一工作頻點(diǎn)上來自其它系統(tǒng)的工作信號都將對點(diǎn)頻窄帶工作系統(tǒng)造成嚴(yán)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(kuò)頻通信方式，即使系統(tǒng)在某一個(gè)或幾個(gè)頻點(diǎn)上受到干擾，系統(tǒng)都可以通過通信碼片之間的相關(guān)關(guān)系，將被干擾部分的信號恢復(fù)，因而不容易受到環(huán)境噪聲的干擾。由于擴(kuò)頻系統(tǒng)工作在較寬的一個(gè)頻帶上，在每一個(gè)工作頻點(diǎn)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(gè)GSM,手機(jī)和一個(gè)CDMA手機(jī)，在一個(gè)正在通話中的座機(jī)旁邊打電話時(shí)，我們便很容易觀察到，使用直序擴(kuò)頻通信技術(shù)CDMA手機(jī)和沒有使用擴(kuò)頻技術(shù)之間的差別了。
D. 通信距離比較：在同樣發(fā)射功率和調(diào)制解調(diào)方式的情況下，采用DSSS通信方式的系統(tǒng)，由于有擴(kuò)頻增益，因而通信距離更遠(yuǎn)。
2.1.3. 保密性
直序擴(kuò)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(biāo)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(xì)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(shí)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?yīng)用實(shí)踐表明，2.4GHzDSSS 有源射頻標(biāo)簽，可以很好地應(yīng)付各種射頻識別的需要。
2.2. 有源射頻標(biāo)簽工作方式比較
2.2.1. 目前國內(nèi)外有源射頻標(biāo)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(dāng)射頻標(biāo)簽采用這種工作方式工作時(shí)，它的發(fā)射功率，發(fā)射的時(shí)間間隔，發(fā)射頻道信道都是固定的。這種工作方式也是實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)（Real Time Location System, RTLS）ISO國際標(biāo)準(zhǔn)中，定位標(biāo)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(biāo)簽的功耗，射頻標(biāo)簽中安裝有一個(gè)無源低頻檢波系統(tǒng)，激勵(lì)器或喚醒器經(jīng)過低頻發(fā)射天線（往往是一個(gè)線圈天線），發(fā)射出的強(qiáng)的低頻電磁信號，使射頻標(biāo)簽中的低頻檢波器產(chǎn)生一個(gè)開啟高頻通信系統(tǒng)的信號，從而使射頻標(biāo)簽將進(jìn)入一種按預(yù)先設(shè)定方式，發(fā)射自身ID的工作狀態(tài)，發(fā)射預(yù)定的時(shí)間和次數(shù)后，射頻標(biāo)簽即進(jìn)入休眠待激活狀態(tài)。由于標(biāo)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(biāo)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(biāo)簽國際標(biāo)準(zhǔn)工作組，在2009年，3月，7月和9月會議上所提供的相關(guān)文件）。類似RTLS國際標(biāo)準(zhǔn)（ISO/IEC 24730-2, 以及ISO/IEC JTC I/SC 31/WG 3/SG1）中所定義的系統(tǒng)，射頻標(biāo)簽中安裝了一套有源的的低頻接收機(jī)，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(shí)現(xiàn)雙向通信。這種工作方式存在的問題是，標(biāo)簽本身變得十分復(fù)雜，標(biāo)簽耗電大，電池壽命短，而且，標(biāo)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(jī)會，來增加系統(tǒng)工作的靈活性和適應(yīng)性的作用也就非常有限，超長的響應(yīng)時(shí)間也是該系統(tǒng)存在的問題，這些我們都可以從相關(guān)文件中清楚看到。
2.2.2. 現(xiàn)有有源射頻標(biāo)簽存在的若干問題
由于2.2.1中，B和C兩種標(biāo)簽不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，體積大，而且由于低頻通信距離很短，使標(biāo)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(biāo)簽工作方式存在的問題：
首先，它們在時(shí)間上和空間上，不能按需工作，即在需要工作的時(shí)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(shí)際需要，來對標(biāo)簽的工作參數(shù)和方式進(jìn)行調(diào)整。
因而：
A. 它們將造成環(huán)境的電磁污染：試想，隨著射頻標(biāo)簽越來越廣泛的應(yīng)用，特別是物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用展開，大量的射頻標(biāo)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(yán)重的電磁污染。
B. 在一般情況下，在一個(gè)時(shí)刻，我們往往只對某一個(gè)特定目標(biāo)對象的識別感興趣，因而，我們只需要接收該目標(biāo)射頻標(biāo)簽的信號即可，而其它標(biāo)簽發(fā)射的信號就是干擾信號。其結(jié)果必將影響系統(tǒng)內(nèi)有用信號的接收。不僅如此，大量的標(biāo)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(biāo)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(biāo)簽不停地向外發(fā)射信號時(shí)所消耗的能量與發(fā)射功率成正比，對于遠(yuǎn)距離識別，例如船只等，射頻標(biāo)簽必須要使用大的發(fā)射功率來發(fā)射信號，射頻標(biāo)簽的這種工作方式，自然就不能滿足遠(yuǎn)距離識別的需要。
E. 另外，射頻標(biāo)簽發(fā)射信號的間隔越短，電池消耗就越快，而很多實(shí)際應(yīng)用又要求對射頻標(biāo)簽進(jìn)行快速讀取，例如，對快速經(jīng)過的車輛的識別。這與射頻標(biāo)簽為了省電的目的，往往需要增加發(fā)射信號的間隔時(shí)間是相矛盾的，這種工作方式不能根據(jù)實(shí)際需要來調(diào)整發(fā)射周期，因而也就無法滿足許多實(shí)際應(yīng)用的需要；
F. 如果我們需要射頻標(biāo)簽除了發(fā)射自身ID外，還需要發(fā)射更多的相關(guān)信息，則射頻標(biāo)簽每次發(fā)射所需的時(shí)間將更長，這就需要占用系統(tǒng)更多的空中時(shí)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(biāo)簽發(fā)射的信息量，這必然要限制射頻標(biāo)簽的使用范圍。
G. 由于標(biāo)簽不能根據(jù)需要調(diào)整自身的發(fā)射功率，因而，當(dāng)它用于定位時(shí)，也就不能同時(shí)適應(yīng)不同范圍大小的工作環(huán)境。
H. 保密性差：當(dāng)用于軍事應(yīng)用時(shí)，由于射頻標(biāo)簽始終向外發(fā)射信號，因而信號裸露時(shí)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(yīng)性差：由于現(xiàn)有的這種有源射頻標(biāo)簽不能根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要，來調(diào)整自身工作參數(shù)和工作方式，因而工作適應(yīng)性極差。
J. 遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)今物聯(lián)網(wǎng)信息傳輸?shù)男枰?/p>
2.3. 現(xiàn)有有源射頻標(biāo)簽?zāi)軌驅(qū)崿F(xiàn)的功能
現(xiàn)有的有源射頻標(biāo)簽，無論是單方向發(fā)射的有源射頻標(biāo)簽，還是利用兩套不同頻率的通信系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)雙向通信的有源射頻標(biāo)簽，都只能承擔(dān)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(quán)認(rèn)證，數(shù)據(jù)讀寫記錄，工作指令傳輸?shù)?，都根本無法實(shí)現(xiàn)，更不用在低成本，低功耗的前提下，滿足當(dāng)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(quán)的交互式射頻識別技術(shù)
如果說新近IEEE國際有源射頻標(biāo)簽標(biāo)準(zhǔn)制定組所提供的資料，反應(yīng)了西方當(dāng)前在有源射頻標(biāo)簽技術(shù)的最新水平的話，我們應(yīng)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(guān)鍵的近距離信息傳輸技術(shù)上是這樣。因?yàn)?，西谷公司?jīng)過5年多腳踏實(shí)地的艱苦實(shí)踐，在將當(dāng)今世界上最新的，包括RFID和Zigbee在內(nèi)的近距離無線微功率通信技術(shù)成果，用于解決生產(chǎn)實(shí)踐中各種實(shí)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(biāo)簽，或者說 I3RFID。它是一種具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的，結(jié)構(gòu)簡單體積小，低成本，功耗低，工作可靠，而且具有超遠(yuǎn)距離通信能力的多功能有源射頻標(biāo)簽。它不僅能夠完全滿足IEEE有源電子標(biāo)簽國際標(biāo)準(zhǔn)制定組相關(guān)文件中所提出的，作為一種國際標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該滿足的所有要求，而且還在許多方面還大大超出了文獻(xiàn)要求。例如，在保證超低功耗的的情況下，它既可承擔(dān)遠(yuǎn)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(shí)還具有一種先進(jìn)獨(dú)創(chuàng)，簡單實(shí)用的精確定位功能。更重要的是，交互式智能射頻標(biāo)簽技術(shù)，是一個(gè)經(jīng)過眾多實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證了的一種全新技術(shù)。
我們通過標(biāo)簽自動(dòng)跳轉(zhuǎn)工作頻道的方法，低成本的解決了交互式智能射頻標(biāo)簽的雙向通信問題（自主專利技術(shù)）；通過無效信號快速過濾技術(shù)，解決了交互式智能射頻標(biāo)簽的超低功耗問題（自主專利技術(shù)）；利用超低功耗待機(jī)狀態(tài)與定式動(dòng)作的組合工作方式，解決了交互式智能射頻標(biāo)簽按需工作和靈活工作的問題（自主專利技術(shù)）；通過交互式智能射頻標(biāo)簽自動(dòng)時(shí)分，頻分和碼分方式，解決了海量射頻標(biāo)簽信息的處理問題（自主專利技術(shù)）；通過使用新的先進(jìn)獨(dú)創(chuàng)的定位技術(shù)，簡單有效地解決了在不同大小應(yīng)用環(huán)境中的精確定位問題（自主專利技術(shù)）。除此之外，我們的交互式智能電子標(biāo)簽的通信距離，不僅可以從近到幾個(gè)厘米，遠(yuǎn)到兩公里的范圍內(nèi)根據(jù)需要通過軟件進(jìn)行自由調(diào)整，同時(shí)還能保持超長的電池使用壽命，而這是一般電子標(biāo)簽根本沒法做到的。
我們目前不僅在有源射頻標(biāo)簽通信控制技術(shù)上走在了世界的前面，（這實(shí)際上也就是在物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵的近距離信息傳輸技術(shù)上走在了世界的前面）；而且，我們還在這個(gè)核心應(yīng)用技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)出了我們自己的微功率射頻收發(fā)機(jī)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）。“唐芯”不是對國外現(xiàn)有微功率射頻收發(fā)機(jī)芯片的簡單復(fù)制，而是根據(jù)我們大量應(yīng)用實(shí)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(yīng)用提供了必要的安全保證，而且，進(jìn)一步為我們有源射頻標(biāo)簽獨(dú)有的應(yīng)用專利新技術(shù)，提供了更好的硬件支持。
3.1. 交互式有源射頻識別技術(shù)
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(kuò)頻 DSSS 方式
3. 可選擇頻道 98個(gè)，帶寬1Mhz
4. 可選擇發(fā)射功率15個(gè)，步長 3 – 5 dB，用以支持先進(jìn)獨(dú)創(chuàng)的定位技術(shù)
3.2. 基本工作方式
a) 時(shí)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(jī)狀態(tài)（平均功耗 < 20 uA，喚醒速度 < 1 s 且任意可調(diào)）當(dāng)需要工作時(shí)，可以通過一個(gè)1 - 100 mw的協(xié)調(diào)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(diào)），并給予所需的工作指令；射頻標(biāo)簽在工作頻道上，完成與讀寫器信息交流工作后，將立即進(jìn)入喚醒頻道上的低功耗的待機(jī)狀態(tài)，等待下一次喚醒及新的工作指令。（自主專利技術(shù)）
b) 我們通過快速無效信號過濾的方式解決了有源電子標(biāo)簽的低功耗問題。（自主專利技術(shù)）
c) 工作方式上按需工作：射頻標(biāo)簽中根據(jù)不同應(yīng)用需要，儲存有該應(yīng)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(jìn)入與讀寫器對話的工作模式、對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單處理的模式等。而系統(tǒng)則可隨時(shí)根據(jù)不同的需要，通過射頻標(biāo)簽工作協(xié)調(diào)器，發(fā)射調(diào)用所需的工作模式包的指令信息，射頻標(biāo)簽在完成相應(yīng)的工作指令后，將回到低功耗的待機(jī)狀態(tài)。（自主專利技術(shù)）
d) 根據(jù)需要選擇最優(yōu)的工作參數(shù)：射頻標(biāo)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(shí)間間隔等工作參數(shù)、而且還可以通過協(xié)調(diào)器進(jìn)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(gè)WIFI頻道之間的5兆帶寬范圍內(nèi)，安排我們一兆帶寬的工作頻道。
e) 可自動(dòng)利用時(shí)分，頻分和碼分的方式，來增加系統(tǒng)處理海量射頻標(biāo)簽信息的能力，因而，也就解決了現(xiàn)有有源射頻標(biāo)簽系統(tǒng)處理高密度射頻標(biāo)簽信息的難題。（自主專利技術(shù)）
3.3. 交互式射頻標(biāo)簽的優(yōu)點(diǎn)
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 < 20uA）,保證了射頻標(biāo)簽與讀寫器之間，在幾厘米到2000米的距離上，可以隨時(shí)快速地建立起一種雙向通信聯(lián)系，從而實(shí)現(xiàn)射頻標(biāo)簽在時(shí)間和空間上，工作參數(shù)選擇上，以及工作方式上，都能按實(shí)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(biāo)簽真正工作的時(shí)間很短，因而，進(jìn)入空中的電磁信號時(shí)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(shí)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(biāo)簽電池壽命問題：由于射頻標(biāo)簽平常處于一種低功耗的待機(jī)狀態(tài)，只有在需要工作的非常短的時(shí)間內(nèi)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(yuǎn)距離目標(biāo)，例如船只等的識別定位，以及陸上海上搜救等，因?yàn)檫h(yuǎn)距離射頻標(biāo)簽平常的耗電與近距離射頻標(biāo)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(shí)間的電池消耗則非常有限。這也是一般射頻標(biāo)簽沒法做到的。
2. 高度的使用靈活性和應(yīng)用需求的適應(yīng)性：由于射頻標(biāo)簽可以隨時(shí)隨地根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要來調(diào)整自己的工作參數(shù)，工作時(shí)間以及工作模式。因而，交互式射頻標(biāo)簽完全可以滿足包括遠(yuǎn)近目標(biāo)識別，RTLS精確定位在內(nèi)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(biāo)簽不需要重新設(shè)置，就可以同時(shí)滿足遠(yuǎn)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(nèi)）接觸讀寫認(rèn)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(biāo)簽平常并不向外發(fā)射任何信號，只有在需要的有限時(shí)間內(nèi)，和需要的有限的空間范圍內(nèi)發(fā)射信號，因而，別人也很難截取標(biāo)簽的信號，并對其進(jìn)行分析破解；而且，我們通過協(xié)調(diào)器向射頻標(biāo)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(diǎn)播喚醒的方式；另外，還可通過調(diào)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(quán)的唐芯芯片，將更進(jìn)一步提升保密的等級和層次，因而，將能滿足國家機(jī)關(guān)，和軍隊(duì)中（例如軍事物資管理和軍事物流等）各種應(yīng)用的需要
5. 可以同時(shí)利用時(shí)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(biāo)簽應(yīng)用的處理能力：例如，當(dāng)需要我們在短時(shí)間內(nèi)，快速處理海量射頻標(biāo)簽信息時(shí)，我們便可通過協(xié)調(diào)器向射頻標(biāo)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(shí)延，來與對應(yīng)的讀寫器進(jìn)行通信的指令，這樣，系統(tǒng)便可輕而易舉地完成對海量標(biāo)簽的讀寫。
6. 它又是一個(gè)理想的RTLS定位標(biāo)簽：只需要協(xié)調(diào)器向被定位的射頻標(biāo)簽，發(fā)送一個(gè)精確定位指令，射頻標(biāo)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(jì)算方法，準(zhǔn)確的計(jì)算出射頻標(biāo)簽所在的位置。從而將智能標(biāo)簽和RTLS系統(tǒng)，簡單有效地合二為一了（自主專利技術(shù)）。
7. 結(jié)構(gòu)簡單成本低體積?。号c一般最簡單的有源射頻標(biāo)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(yīng)用實(shí)踐的考驗(yàn)，從河南高速公路車輛路徑識別的現(xiàn)場實(shí)踐，到上海浦東亞洲最大公交車停車場智能化車輛管理項(xiàng)目的實(shí)施；從克拉瑪依油田油井的自動(dòng)化控制項(xiàng)目的立項(xiàng)，到廣州地鐵的通信系統(tǒng)的應(yīng)用；從人民銀行金庫的人員自動(dòng)管理系統(tǒng)項(xiàng)目的正式啟動(dòng)，再到北京城市供暖系統(tǒng)的自動(dòng)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(shè)項(xiàng)目等等，……眾多的生產(chǎn)應(yīng)用實(shí)踐和權(quán)威機(jī)構(gòu)的嚴(yán)格測試，無一不證明這種交互式智能標(biāo)簽技術(shù)的實(shí)踐性，先進(jìn)性和巨大市場應(yīng)用前景。
4. 結(jié)論
為了減少能耗，當(dāng)今大多數(shù)有源射頻標(biāo)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(shí)，它們也不能滿足各種應(yīng)用領(lǐng)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?shí)際上，現(xiàn)有有源射頻識別技術(shù)存在的問題，以及當(dāng)今物聯(lián)網(wǎng)信息傳輸急待解決的關(guān)鍵問題，都可以簡單歸結(jié)為如何解決公網(wǎng)以下，幾米到上千米的距離范圍內(nèi)，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(quán)的近距離無線傳輸技術(shù)—交互式智能電子標(biāo)簽技術(shù)，就是一種經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證的，簡單和切實(shí)可行的解決方案。