低功率Wi-Fi技术的突破带来主动式RFID和定位服务

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射频识别(RFID)是成长最快的无线技术之一,它将条形码及无线技术的优势带入资产管理、产品跟踪、海运及运输识别、库存控制和定位检测中。

根据G2微系统公司(G2 Microsystems)的营销数据(以对主流市场调研公司数据的估计为基础),应用RFID技术的资源跟踪市场可望从2006年的1亿美元多一点增长到2011年的大约9亿美元。主要应用领域包括运输、政府/国防部门、汽车、企业、医药以及化学行业。

大多数RFID采用通过RF从阅读器获取电源的被动式标签。这样有利于减小标签尺寸和降低成本,但是会限制读取范围和数据存储能力。带电池的主动式标签可以提供较大范围的读取能力和更强的可靠性,不过其尺寸较大,也更贵一些。

专注于RFID解决方案的设计人员经常不太注意总体拥有成本(TCO)。差不多在每种情况下,为应付RFID带来的数据风暴问题,必须开发和建立新的网络系统。不考虑所涉及的RFID技术,这仍然是现有网络架构之外的一项额外成本,如果只有电子标签使用Wi-Fi,这项成本几乎就相当于带有Wi-Fi配置的以太网的成本。

现在,设计人员可以采用G2微系统公司的Wi-Fi主动式RFID标签。G2C501可直接与网络上的现有无线访问结点协同工作,这就意味着不需要建立新的网络。采用一个URL对标签进行编程,因而设计人员能够通过已有的802.11无线局域网(WLAN)和互联网跟踪标签。

Wi-Fi并不具备低功耗特性。相反,大多数Wi-Fi芯片的功耗都很高。但是当这些芯片使用在交流供电的路由器、网关、PC或笔记本电脑中时,有谁会在意这一点呢?而且,为了能应用在RFID领域,电池供电的Wi-Fi无线电设备必须有数年的工作寿命。而G2C501正好能够胜任这样的工作。

在休眠模式下,G2C501仅消耗10uA的电流。在实际工作状态下周期性消耗的电流也非常小。大多数发射占空周期非常小,从而使电池可以维持数年。一对AA型电池以40s的回报率(report rate)可以维持4年的使用寿命。这一低功耗特性使得该芯片的所有功能都有可能实现。

该芯片的标准 2.4GHz 802.11b收发器完全兼容Wi-Fi,并且全球适用(图1)。它可以直接与现有的访问点、热点或新的收发器进行通讯。可以利用现有的网络而无需建设新的网络系统。该芯片通过影响现有网络,可以将RFID系统的成本减少到自带阅读器/询问器及网络配线的RFID系统的25%以下。
G2C501还内置了两项其它的RFID技术:标准电子产品代码(EPC)915MHz无线电器件和一个标准的125kHz磁性无线电器件。内部加电后,不需要打开阅读器的RF器件。该芯片可以通过这两个附加的无线电器件与邻近的其它RFID系统进行通讯。

该芯片的定位技术使系统能够确定标记物的物理位置。利用收发器上的接收信号强度指示器(RSSI),可对该芯片编程以从三个不同的访问点进行三次RSSI测量。然后就可以实现三角测量法,以确定约15英尺范围内的位置。

G2C501支持ISO 24370 (ANSI 371.1)标准到达时间延迟(TDOA)定位系统,该系统可以在约6英尺的范围内确定标签的位置。为增加定位能力,G2C501的接口可以配接任何典型的GPS接收器芯片。

其32 位可编程CPU配有64k的RAM和384k的ROM。并提供外部闪存或其它存储器接口。该CPU带有TCP/IP协议栈,运行非常紧凑的eCos操作系统。同时片上带有GPIO、URAT和串行外围接口。所配的安全加速器支持AES、RC4加密以及MD5和SHA1散列函数。

该芯片甚至配有一个传感器接口。在目标跟踪应用中,能够感知环境是基本要求。温度是一个非常关键的因素,特别在食品和药品跟踪中。该接口可以管理温度、压力、湿度、运动、震动、流动及电池状态传感器输入。提供接口电流环路和模数转换器(ADC)。而且可以设置报警,当检测到临界点时触发数据发送。

该芯片的目标市场是移动资源管理市场,特别是那些部署了实时定位系统(RTLS)的机构组织,包括医院、汽车/货运、运输、药品、石油天然气和配送公司。它非常适合于跟踪诸如刹车、货箱、拖车甚至人员这类资源。但它不适合诸如药瓶或产品包装这类被动式标签应用,对于低功率802.11b应用或无线传感网络,它可能就无用武之地了。
G2C501采用72引脚、10×10mm四方扁平无铅封装。用户可从第三方获得样品、软件开发及评估板(图2)。该芯片预计将在今年第三季度量产,批量采购价格为单价12美元。

作者:Louis E. Frenzel
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