有源电子标签与物联网的概念探讨

　　1.物联网的基本技术要求

　　我们可以将物联网理解为互联网向世界各个细节的延伸。如果说互联网的重要特征是计算机与其它计算机之间的网络连接的话，物联网的重要特征则是低成本低功耗的单片机与计算机之间的无线连接。

　　物联网至少应该解决如下几个问题：
　　“你是谁？”（身份识别和认证）；
　　“你在哪里？”（定位）；
　　“你的状况？”（传感器数据采集）；
　　“请你做xx工作，….”(指令下达)。

　　其次，解决这些问题所使用的手段还必须要满足如下几个基本要求：
　　低成本的要求，对无处不在的成万上亿的人和物进行身份识别和信息采集的成本，必须是低廉的。
　　无线传输和按需工作的要求，要将千千万万的物与物，物与人，人与人连接在一起，显然无线连接必然是主要采用的方式。为了避免环境的电磁污染，这就需要对大量的无线信号所占用的时间和空间进行控制，只容许它们在需要工作的有限空间和有限时间内发射信号。
　　高度集成的要求，承担信息传输的设备还必须体积很小。
　　所使用的无线设备必须是超低功耗的。
　　它们必须是可以进行双向通信的，即既有数据采集也有信号控制。
　　它们还应具有远距离通信的能力（往往需要超过千米），例如路灯控制等。

　　显然，物联网不可能仅只是一个单一性质的网络，而应该是各种信息传输和采集手段的集成。是一个包括条码、各种传感器、有源电子标签、计算机、手机、各种通信公网等在内的“泛在网”。然而，当我们从上到下梳理一下物联网的整个信息连接和传输过程，我们不难发现：用于远距离信息传输所需的各种公用通信网络已经建立，而且十分成熟，最多也仅仅是改进升级而已。而在与人或物直接相关的最下层，条码标签，无源电子标签等近距离识别技术，以及各种采集物品状态信息的常用传感器技术（温度，湿度，压力等）也都相对比较成熟。问题的关键在于，如何在满足以上基本要求的前提下将传感器、条码标签，以及无源电子标签等所采集到的有关物和人的这些信息，传到几十米，甚至到1公里外的公共网络中！ 

　　2. 有源电子标签

　　2.1.物联网对有源电子标签的期待

　　由于有源电子标签本身就是一种单片机加无线微功率收发机的简单结构，且具有体积小、成本低、功耗低和可实现远距离传输的特性，它自然也就成为人们解决公网以下物联网信息传输问题的希望所在。我们可以在IEEE有源电子标签国际标准制定小组提交的立项报告中，清楚看出人们对它的这种期待：     

　　2.2.有源电子标签的现状

　　从同一个文件中，我们还可以了解到有源电子标签的现状：
　　“为了减少能耗，当今大多数有源标签使用的都是单向发射ID的方式，其唯一的目的就是识别和定位，而没有考虑拥堵和信号碰撞问题。有源电子标签需要具有双向通信和远距离通信的能力，需要具有处理海量标签的能力，但同时消耗的功率非常低。”
　　
　　“目前还没有一个国际标准提案能够满足这个需要！”就是当前有源电子标签的现状。
　　为了对有源电子标签现状有一个更清楚的陈述，我们不妨先将各种有源电子标签做一个简单的比较,：包括基本物理性能，工作方式，以及功能等，并对其中存在的一些主要问题加以简单评述。

　　2.3.基本物理性能比较

　　（1）通信频率
　　400MHz， 800MHz， 900MHz超高频系统的带宽窄，用户多，频段十分拥挤干扰大：
　　433MHz：车载台、业余台、对讲机、各种数传电台充斥；
　　800MHz~ 900MHz：与移动通信存在相互干扰；
　　5.8GHz技术要求高，技术尚未十分成熟，现有的芯片通信距离近，功耗大，且成本高；
　　2.4GHz已相当成熟，成本也低，作为电子标签使用通信速率足够，相应的产品也比较多。尽管该频段也有不少用户，但由于该频段规划管理较好，一般都是新产品，采用了新技术（跳频或扩频技术）相互之间兼容共存性较好。

　　（2）通信方式
　　现有一般标签，包括大多数400MHz、800MHz、900MHz和一般2.4GHz有源电子标签，出于技术难度和成本考虑，基本上采用的都是相对落后的点频窄带通信方式。这种通信方式直接带来的问题是：
　　系统稳定性差。由于系统工作频点很窄，因而，决定系统工作频率的晶振，将因为温度变化（温漂）和自身老化产生自振频率的变化，导致系统工作频点的变化，使系统的工作频点偏离有限的工作范围，从而使系统不能正常工作。这样的例子非常多。
　　标签移动速度受限制。当电子标签快速移动时，由于多径效应和多谱勒效应的影响，都有可能造成信号频率偏移出原本很窄的系统工作范围，同样使系统不能正常工作。
　　与其它无线系统的共存性差。点频窄带的通信方式很容易受到环境噪声的干扰，同时也容易干扰到别的通信系统，特别是在400MHz、800MHz和900MHz这样一些特别拥挤的频段。而采用直序扩频通信方式，即使系统在某一个或几个点上受到干扰，系统都可以通过通信码片之间的相关关系，将被干扰部分修复，因而系统通信不易受到影响。由于扩频系统工作在较宽的一个频带上，在每一个工作频点上的发射能量就很小，因而也就很难干扰到别的通信系统。
　　通信距离比较：在同样发射功率和调制方式的情况下，采用DSSS通信方式的系统，由于有扩频增益，因而通信距离更远。

　　（3）通信速率
　　高频系统通信速率比低频系统高。

　　（4）保密性
　　直序扩频可以通过使用PN码来增加空中通信的保密性。另外，由于高频系统通信速率比低频系统更高，也就为使用软件加密提供更大的数据空间。

　　（5）体积大小
　　高频系统由于波长短，因而，标签的尺寸可以做得很小。

　　（6）绕射，反射，钻缝传输能力
　　低频系统绕射能力比高频系统好，而高频系统穿过细小缝隙传输的能力比低频信号好。高频信号更多通过建筑物表面反射信号来实现绕障碍物传输。大量的应用实践表明，通过合理利用高频信号的传播特征，2.4GHz DSSS 有源电子标签可以很好地满足各种近距离通信的需要。