印刷電子技術(shù)作為一項(xiàng)新的技術(shù), 具有生產(chǎn)超低成本智能標(biāo)簽的能力, 該技術(shù)能夠真正促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。使用導(dǎo)電油墨可以印刷電子電路。在商品的生產(chǎn)過(guò)秘中、能夠?qū)⒃摷夹g(shù)生產(chǎn)出的超低成本智能標(biāo)簽直接印刷在包裝袋上。另外, 該項(xiàng)技術(shù)還可以通過(guò)印刷電池、傳感器及監(jiān)控器等設(shè)備擴(kuò)展現(xiàn)有的智能標(biāo)簽功能。
      有機(jī)或無(wú)機(jī)原料可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)印刷機(jī)進(jìn)行印刷, 例如, 用于印刷報(bào)紙的印刷機(jī)每秒可以完成多個(gè)平方米版面的印刷。這有助于實(shí)現(xiàn)超低成本的電子元器件的生產(chǎn), 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)將諸如智能標(biāo)簽之類的電子元器件應(yīng)用到以往不可能涉及的領(lǐng)域。
     現(xiàn)有的大多數(shù)傳統(tǒng)電子元器件都是單晶硅的。這些高性能的電子元器件都是經(jīng)過(guò)高度集成化和微型化的, 而且每個(gè)晶體管的價(jià)格都非常低。然而, 它們的制造工藝非常復(fù)雜, 例如, 需要設(shè)計(jì)多個(gè)模具并對(duì)單晶硅薄片進(jìn)行腐刻(消減過(guò)程), 還需要昂貴的空間設(shè)施, 增加了幾億美元的微芯片工廠費(fèi)用。

     利用印刷電子技術(shù)將不同的原料進(jìn)行印刷, 形成了電子元器件(添加處理)。這無(wú)疑減少了電子元器件的生產(chǎn)步驟, 降低了原材料成本, 以及總設(shè)備開(kāi)銷, 使生產(chǎn)變得簡(jiǎn)單、快速、廉價(jià)。然而, 印刷電子技術(shù)的工作性能較低。對(duì)于印刷電子元器件而言, 雖然印刷電子的每個(gè)晶體管的價(jià)格比傳統(tǒng)電子元器件高, 但是其單位價(jià)格卻低于傳統(tǒng)電子元器件。因此, 在某些對(duì)電子元器件尺寸大小、運(yùn)行速度無(wú)特殊要求, 但追求電子元器件低成本的應(yīng)用中, 印刷電子元器件有望替代傳統(tǒng)電子元器件。
 
1、有機(jī)電子和無(wú)機(jī)電子
     印刷電子可以使用有機(jī)或無(wú)機(jī)原料。無(wú)機(jī)原料(例如鋅氧化物(Zn0)等)具有優(yōu)良的環(huán)境穩(wěn)定性和工作特性(載流子遷移率), 但無(wú)機(jī)粒子不易溶解, 難以加工。相反, 有機(jī)原料(如塑料和聚合物等), 通常具有較好的加工性能, 且自身的物理性質(zhì)易用化學(xué)方法調(diào)整。因此, 本節(jié)主要討論有機(jī)電子。通過(guò)有機(jī)電子, 能夠印刷和集成二極管、晶體管、存儲(chǔ)器、電池、傳感器等元件。該技術(shù)能夠生產(chǎn)出比常規(guī)智能標(biāo)簽更加便宜的新“有機(jī)”智能標(biāo)簽。這些標(biāo)簽可以包含了大量的傳感器, 如溫度、光線、壓力、張力傳感器。而且, 鑒于其超低的成本價(jià)格, 能夠使單個(gè)物體上印刷多個(gè)有機(jī)智能標(biāo)簽(多標(biāo)簽)。一方面, 由實(shí)驗(yàn)可知, 多標(biāo)簽提高了有機(jī)智能標(biāo)簽的通信可靠性。另一方面, 多標(biāo)簽為單個(gè)物體提供了多個(gè)不同的傳感器數(shù)值。每個(gè)配備了多標(biāo)簽的物體都相當(dāng)于一個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò), 雖然數(shù)據(jù)管理變得復(fù)雜, 但卻能夠更好地監(jiān)控該物體的狀況。有機(jī)智能標(biāo)簽與基于單晶硅的標(biāo)準(zhǔn)

2.2 有機(jī)智能印刷標(biāo)簽的發(fā)展藍(lán)圖
     我們對(duì)制造有機(jī)智能標(biāo)簽的主要概念和技術(shù)進(jìn)行了研究。然而, 為了在市場(chǎng)。成功地引人該產(chǎn)品, 還需對(duì)產(chǎn)品參數(shù)(如產(chǎn)量)進(jìn)行優(yōu)化。現(xiàn)在只存在簡(jiǎn)單的機(jī)智能標(biāo)簽, 該標(biāo)簽只包含一個(gè)1~4bit 只讀存儲(chǔ)器(ROM), 沒(méi)有傳感器和電。該圖數(shù)據(jù)來(lái)自于有機(jī)印刷電子 OE-A發(fā)展藍(lán)圖。如前所述, 目前只存在簡(jiǎn)單的有機(jī)傳感器。2012年誕生了第塊全集成的印刷電池, 它能使有機(jī)智能標(biāo)簽集成更多的復(fù)雜傳感器, 這些傳感器能 夠持續(xù)監(jiān)測(cè)其環(huán)境, 甚至在缺少讀取設(shè)備的情況下也能進(jìn)行工作。隨著時(shí)間的移, 智能標(biāo)簽的存儲(chǔ)容量將會(huì)不斷上升, 至2016 年將達(dá)到96bit。另外, 我們還效引進(jìn)“寫一次讀多次”(WORM)的存儲(chǔ)類型。這些存儲(chǔ)器能夠存儲(chǔ)電子產(chǎn)品代碼(EPC)-EPC 是編碼商品認(rèn)證碼的重要標(biāo)準(zhǔn), WORM 型存儲(chǔ)器的引人是有機(jī)名能標(biāo)簽發(fā)展的里程碑。長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看, 有機(jī)智能標(biāo)簽有望實(shí)現(xiàn)全EPC 通信協(xié)議。首先實(shí)現(xiàn)的是高頻(13. 56MHz)標(biāo)簽, 然后是特高頻(850~950 MHz)標(biāo)簽。為避免混淆, 在圖2-5中沒(méi)有畫出傳感器。目前, 市場(chǎng)上存在溫度、光線、壓力、張力等各種各樣的傳感器, 同時(shí)很多其他類型的傳感器也在發(fā)展。
2. 3 使用有機(jī)智能標(biāo)簽存在的問(wèn)題
    物聯(lián)網(wǎng)由大規(guī)模的信息系統(tǒng)組成。其中, 信息系統(tǒng)包括資源規(guī)劃系統(tǒng)、資料庫(kù)管理系統(tǒng)、應(yīng)用服務(wù)器等。物聯(lián)網(wǎng)利用智能標(biāo)簽技術(shù)將業(yè)務(wù)流程與現(xiàn)實(shí)生活中的損體相關(guān)聯(lián)。物聯(lián)網(wǎng)中信息系統(tǒng)從基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)中獲取數(shù)據(jù), 如零售店的標(biāo)簽閱讀議備。隨后的主要任務(wù)是:

①處理獲取的數(shù)據(jù), 如傳感器數(shù)據(jù)和信息識(shí)別;

 ②執(zhí)行相應(yīng)的操作, 如啟動(dòng)補(bǔ)貨訂購(gòu)程序; 

③存儲(chǔ)獲取的數(shù)據(jù), 通常保存多年, 例如食品上業(yè)中的數(shù)據(jù)保存。

    但是, 有機(jī)智能標(biāo)簽的大規(guī)模部署將產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù), 目前很多系統(tǒng)無(wú)法對(duì)其進(jìn)行有效處理。這是因?yàn)槊總€(gè)物體都攜帶很多的智能標(biāo)簽, 所以數(shù)節(jié)量遠(yuǎn)大于RFID 設(shè)備所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量。因此每個(gè)物體將包含一些能返回沖突數(shù)據(jù)” 傳感器。下面將對(duì)上述兩個(gè)方面進(jìn)行討論。

    1)海量數(shù)據(jù):隨著有機(jī)智能標(biāo)簽的大規(guī)模使用, 物聯(lián)網(wǎng)信息系統(tǒng)存在的核心問(wèn)題是對(duì)海量數(shù)據(jù)的處理和管理。識(shí)別信息與各自數(shù)據(jù)相關(guān), 如物品在業(yè)務(wù)進(jìn)程中所處的位置及狀態(tài)。例如, 如果沃爾瑪公司對(duì)商品使用了RFID技術(shù), 那么每天將產(chǎn)生7TB的數(shù)據(jù)量。當(dāng)每個(gè)商品包含有10個(gè)或100個(gè)有機(jī)智能標(biāo)簽時(shí), 數(shù)據(jù)量將 急劇增加。在最大負(fù)荷的情況下, 例如當(dāng)貨物托盤到達(dá)一個(gè)閱讀器設(shè)備時(shí), 元數(shù)據(jù)會(huì)發(fā)生變化。在信息系統(tǒng)中, 數(shù)據(jù)會(huì)以泛洪的形式進(jìn)行傳播更新, 例如, 更新貨物位置的元數(shù)據(jù)。為了快速處理數(shù)據(jù), 信息系統(tǒng)必須高速率運(yùn)行。在整個(gè)供應(yīng)鏈上運(yùn)行海量數(shù)據(jù)將給中間件系統(tǒng)帶來(lái)更高的負(fù)荷量。為了處理整個(gè)供應(yīng)鏈上的復(fù)雜事件, 我們將對(duì)不同來(lái)源的數(shù)據(jù)進(jìn)行合并。同時(shí), 要求信息系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)處理。RFID 數(shù)據(jù)壓縮和處理算法是處理有機(jī)智能標(biāo)簽產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。
   2)數(shù)據(jù)質(zhì)量:當(dāng)商品嵌入了多個(gè)智能標(biāo)簽和傳感器時(shí), 數(shù)據(jù)質(zhì)量變得至關(guān)重要。當(dāng)每個(gè)物體上配置了100個(gè)或1000個(gè)的傳感器, 來(lái)自單個(gè)智能標(biāo)簽的數(shù)據(jù)可能會(huì)被送至后臺(tái)處理。一方面, 提供冗余。一個(gè)智能標(biāo)簽的失效并不會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的后果, 因?yàn)猷徑悄軜?biāo)簽采集的數(shù)據(jù)可對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償。另一方面, 過(guò)濾不一致或相 互沖突的數(shù)據(jù)較為復(fù)雜。無(wú)法正確采集數(shù)據(jù)的傳感器可能會(huì)引發(fā)不必要的甚至是高成本的進(jìn)程和操作。由于物聯(lián)網(wǎng)信息系統(tǒng)之間的多樣化關(guān)系使得我們很難找出問(wèn)題 的源頭。有關(guān)解決不確定性的 RFID 數(shù)據(jù)的解釋以及過(guò)濾的成果可以在調(diào)整后應(yīng)用 于提高有機(jī)智能標(biāo)簽產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

     為了進(jìn)一步開(kāi)展研究, 本節(jié)討論了物聯(lián)網(wǎng)中使用有機(jī)智能標(biāo)簽存在的問(wèn)題。隨著數(shù)據(jù)量的大幅度增長(zhǎng), 信息系統(tǒng)也需要同比例增長(zhǎng)并能夠?qū)崟r(shí)查詢。中間件系統(tǒng)的高負(fù)荷量、整個(gè)供應(yīng)鏈的事件處理和嵌人商品的多個(gè)智能標(biāo)簽都需要靈活的工作負(fù)荷數(shù)據(jù)分配機(jī)制。該機(jī)制在有機(jī)智能標(biāo)簽、閱讀設(shè)備、中間件計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)分配。這也意味著在一定程度上, 我們需要重新考慮利用一些現(xiàn)有的方法去解決這些問(wèn)題。