[发明专利]有源电子标签及其应用系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及信息传输技术，具体涉及执行一个或多个固定模式动作的有源电子标签及其应用系统和方法。

背景技术

现有的物联网信息传输，主要涉及以互联网为代表的远距离公共信息传输网络、以Zigbee网络为代表的近距离传感器信息的采集和无线传输、以及以有源电子标签为代表的近距离身份识别和定位信息的采集和无线传输。

现有的各种公共信息传输网络，技术相对比较成熟。而公网以下从几米到一千米范围内的低成本，低功耗的无线近距离传输，则成为当今物联网信息传输的关键，仍存在许多需要解决的问题。

Zigbee网络利用自身动态组网，动态路由和网状网信息传输的特征，将来自网络中各个节点的信息自由地在网络中传输，以一种多路径的方式，来提高信息传输的可靠性。然而，正是由于Zigbee网络的这些特点，使得其在每个节点的耗电上，成本上，以及信息传输的速率上做出重大牺牲。

然而，在绝大多数实际应用中，信息传输的线路是已知的和相对固定的，因而动态组网和动态路由等功能没有真正的实际意义。一个具有2000米传输距离和双向通信能力的远距离有源电子标签，通过一个星状网络，将轻而易举地解决Zigbee网络信息传输中的许多问题，特别是能满足物联网需求中的很大一部分。对于仅涉及身份识别和定位的大多数应用需求，使用一个Zigbee模块来承担这个工作，就远不如使用一般的有源电子标签来得更有效、更实惠。这也是Zigbee技术问世多年来，一直未能在实际应用领域打开局面的原因。

而现有的有源电子标签，主要用于对人，物和车辆等目标的远距离身份识别和管理。它的基本工作方法是，通过射频通信的方式，读取被识别目标身上的电子标签编码(ID号)，再调用预先储存在控制处理器，如计算机，的数据库中对应于该编码的相关资料，来实现对目标的识别和管理。因而，这种技术的应用，必须要和控制处理器中相关数据库相连接。

现有有源电子标签，一般都采用周期性主动发射自己ID号的工作的方式。即预先通过内部时钟设置，每隔一定的时间间隔(例如1秒，5秒或10分钟)启动电子标签中的晶振和频综，发射一定长度的数据包信息。为了省电的原因，往往仅只发射短的ID信息，然后再进入睡眠状态，这虽然减小了系统的工作时间，在一定程度上起到了延长电池使用寿命的作用。然而，使用这种方法存在的问题非常多，包括造成环境的电磁污染，信号拥堵和相互干扰，缺乏工作的灵活性和适应性等。

为了增加电子标签的功能，以及使用灵活性，有的有源电子标签，还采用了高低频两套通信系统同时工作的方法。例如，采用了低频125KHz和高频2.4GHz两套收发系统，还有的则采用超宽带UWB和2.4GHz两套收发系统。这不仅大大增加了标签的复杂性，增大了成本，而且所能发挥的作用也非常有限。

综上所述，现有的有源电子标，正如在IEEE有源电子标签国际标准制定工作组，新近(2009年3月，7月和9月)提供的文件中所陈述的一样：“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，但同时消耗的功率要非常低。但目前还没有一个建议的方案能够满足这个需要。”

随着物联网概念的提出，人们希望利用有源电子标签结构简单体积小，成本低，功耗低等优点，来解决物联网信息传输中，如何在人或物与公共通信网络几米到上千米的距离之间，建立起一种简单可靠的，低成本和低功耗的无线通信联系这个关键问题。通过这种通信联系，有关人或物的身份识别信息和状态信息(标签和传感器信息)，可以快速地传到相关控制中心。对现有有源电子标签来讲，这无疑是一个极大的挑战。除了低功耗，低成本和工作灵活性等要求外，如何解决信号拥堵问题，也是一个非常关键的问题。尽管我们可以通过双向通信的方式，使电子标签可以按需工作，然而，在处理海量标签信息的时候，如何尽量减少空中通信时间，提高空中通信效率显然至关重要。特别是物联网的信息传输，比起一般身份识别应用时仅仅传输一个ID号要复杂得多。在物联网信息传输中，可能通信双方需要往返若干次才能完成一件简单的工作；而且，每次传输的信息量越多，出错重传的几率也就越高。这不仅多耗电，而且，还在关键的时候，关键的地方占用了空中通道更多的时间，从而增加了空中的拥堵，并导致可能的相互干扰。因此，缩短空中通信时间显得至关重要。

发明内容