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物聯網帶動近距 無線感測起飛
by 艾鍗學院, 2012-11-21 12:21, Views(1076)


物聯網帶動近距 無線感測起飛

2011/02 月號

電子技術/提供

物聯網的興起,意味著RFID與NFC將有機會一嶄頭角,對於既有解決方案的半導體業者來說,提供更為優異的解決方案是絕對必要的。

近期除了行動、雲端與綠能等議題外,科技產業也掀起了「物聯網」(Internet of Things;IOT)的討論議題,嚴格來說,物聯網可說是無線感測網路的延伸應用,把技術範圍擴展到各日常的各項事物中,利用各類感測技術將各項有形物體加以連結,舉凡衣物、食品、住家、手機等,都可以加以連結,我們也可以說,物聯網可說是雲端運算概念的延伸。不僅只有人可以跨越空間限制取得所需的資料,彼此相互連結,物品之間未來也有機會也可以透過感測技術相互串連。

有別於雲端運算需要傳送大量的影音資料,物聯網的首要工作是聚焦在個別事物的少量資料的傳輸,像是產品履歷、物流運輸、個人金融資料等,相對的,需要少量資料的傳輸上就不見得需要Wi-Fi或是LTE等技術的協助,較為適合的技術通常是ZigBee或是RFID(Radio requency dentification;無線射頻辨識)等技術較為適合,但前者較為適合環境的感測應用,RIFD則因為有主動式技術可主動偵測物品資料,較為適合產品履歷的應用,因此雖然同為少量資料的傳輸技術,但應用上仍有些差異。

然而,正因為物聯網的無孔不入,加上多元技術同時發展的情況下,不同技術各有其優勢,系統整合業者透過技術選擇與整合,網通技術的互補已成為雲端運算或是智慧電網等應用所常見的情形,而物聯網在主機端若要進行資料的統整與傳輸,勢必也會用上LTE或是PLC等高速傳輸技術,未來雲端運算、智慧電網與物聯網的匯流將會是不可避免的趨勢(圖1)。 


NFC成RFID的延伸應用

NFC(Near Field Communication;無線近距離通訊)技術是由Philips和Sony共同研製開發,其基礎是RFID以及互連技術。一種短距高頻的無線電技術,在13.56MHz頻率且在20公分的距離內進行資料傳輸。演變至後來,NFC成為個人金融卡或是門禁管制相當常見的應用技術,RFID則是聚焦在物流管理與產品履歷應用。 
 
智慧型手機、NFC與物聯網的環環相扣

恩智浦大中華區智慧識別事業部業務發展總監Ciaran Fisher(圖2)便談到,隨著智慧型手機的快速起飛,手機業者們為了能讓智慧型手機能有更多的功能,NFC成為智慧型手機需要導入的功能之一。如前述所言,由於NFC適用個人金融、身份辨識等概念應用,除了個人資料的安全性極高外,另一方面也易於使用,導入智慧型手機是相當合適的選擇。Ciaran Fisher進一步指出,目前諾基亞與RIM皆宣佈在2011年導入NFC應用,隨著Android的興起,恩智浦也緊跟市場腳步針對Android手機推出對應的NFC解決方案(圖3)。

Ciaran Fisher更表示此次所推出的解決方案是與Google合作,推出高度整合的軟硬體平台,在軟體部份採取開放式原始碼,使用者可以使用其軟體針對Android手機進行NFC應用設計,相信此一動作將可以使NFC的應用快速攀升。NFC的應用不光只是侷限在個人資料的辨識或是個人金融等應用,甚至也有讀取資料的功能,智慧型手機的快速成長恰好可讓NFC有進一步的成長空間。

而針對智慧型手機快速帶動NFC應用的說法,意法半導體技術行銷經理黃鐙誼(圖4)也同意Ciaran Fisher的看法,並補充說明,廣泛來說,人手一機導入NFC的應用,只是NFC概念的核心,一旦手機皆導入NFC,這意味金融機構或是門禁系統都會需要NFC系統的建置,所需要的,是整體系統與服務的完整建置。一旦NFC步入成熟階段,理想的物聯網概念導入實際應用就相當容易。

EEPROM扮RFID應用要角

非揮發性記憶體(Non-volatile memory;NVM)的種類相當多元,其中EEPROM(Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory;電子抹除式可複寫唯讀記憶體)在NFC與RFID應用中,是相當不可或缺的角色。黃鐙誼談到,一般產業所談到的無線記憶體,是以RFID加NVM為主,其特性便在於,即便失去電源供應,記憶體所儲存的資料並不會消失,在重新供電後,就能夠讀取內存資料的記憶體,但各類非揮發性記憶體畢竟在讀寫次數或是在壽命上各有差異(表一),大部份仍以EEPROM扮演無線記憶體的一部份。原因便在於寫入循環的速度、壽命 、成本與功耗上極具相當的優勢,剛好適用RFID的應用要求:低功耗、低成本、即時反應與超長壽命等。而近期才發展的FRAM因價格過高,且壽命理論值低於EEPROM,故也不適合用在RFID應用。因此就系統層級上,RFID或是NFC要能進一步推廣,EEPROM的發展就相形重要(圖5)。

若再配合適當的封裝技術,將RFID與EEPROM加以整合進同一封裝內,便有機會進入各類終端應用中,像是太陽能街燈系統,便能透過無線記憶體將太陽能轉換電能的資料加以記錄,再透過無線技術傳輸,以有效監控太陽能光電系統的運作狀況。

RFID應用雖無競爭對手 但發展仍待時間累積

相較於藍牙或是ZigBee等傳輸技術,RFID除了主動式讀取系統需要耗費少量電力外,被動式標籤並不需要電力的供給,即便是藍牙4.0在低功耗版本就位後,藍牙與ZigBee仍然略遜一籌,無法撼動RFID的地位。 
 
不過,不論是NFC或是RFID,雖然在大型企業已可以看到其應用,但事實上離理想的普及率,依然有相當大的一段距離,許多應用案例仍是在政府機關的大型標案居多(圖6),大型企業仍屬於少數案例,RFID的應用仍未起飛。成本依然為主要原因,黃鐙誼表示,製作RFID的成本,已經壓低消費者可以接受的範圍內,其主要原因仍在於整體系統的建置成本太高。由於RFID特別適用於物流業,業者所考慮的問題便在於在系統建置完成後,能否將成本加以回收?一旦出現疑慮,要進行整體系統建置便有相當高的難度。

因此黃鐙誼認為,物聯網的應用,目前仍屬於草創階段,實際的物聯網應用相當繁複且多元,在智慧型手機的快速成長下,將有機會進一步帶動物聯網的起飛,不過,這仍然需要NFC的邁入成熟後,再來談RFID與物聯網的應用會較為實際。

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