印刷電子技術(shù)作為一項新的技術(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, 該項技術(shù)還可以通過印刷電池、傳感器及監(jiān)控器等設(shè)備擴展現(xiàn)有的智能標(biāo)簽功能。
      有機或無機原料可通過標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)印刷機進行印刷, 例如, 用于印刷報紙的印刷機每秒可以完成多個平方米版面的印刷。這有助于實現(xiàn)超低成本的電子元器件的生產(chǎn), 進而實現(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)過高度集成化和微型化的, 而且每個晶體管的價格都非常低。然而, 它們的制造工藝非常復(fù)雜, 例如, 需要設(shè)計多個模具并對單晶硅薄片進行腐刻(消減過程), 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用。

     利用印刷電子技術(shù)將不同的原料進行印刷, 形成了電子元器件(添加處理)。這無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)備開銷, 使生產(chǎn)變得簡單、快速、廉價。然而, 印刷電子技術(shù)的工作性能較低。對于印刷電子元器件而言, 雖然印刷電子的每個晶體管的價格比傳統(tǒng)電子元器件高, 但是其單位價格卻低于傳統(tǒng)電子元器件。因此, 在某些對電子元器件尺寸大小、運行速度無特殊要求, 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、有機電子和無機電子
     印刷電子可以使用有機或無機原料。無機原料(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), 但無機粒子不易溶解, 難以加工。相反, 有機原料(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)主要討論有機電子。通過有機電子, 能夠印刷和集成二極管、晶體管、存儲器、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”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格, 能夠使單個物體上印刷多個有機智能標(biāo)簽(多標(biāo)簽)。一方面, 由實驗可知, 多標(biāo)簽提高了有機智能標(biāo)簽的通信可靠性。另一方面, 多標(biāo)簽為單個物體提供了多個不同的傳感器數(shù)值。每個配備了多標(biāo)簽的物體都相當(dāng)于一個無線傳感器網(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。有機智能標(biāo)簽與基于單晶硅的標(biāo)準(zhǔn)

2.2 有機智能印刷標(biāo)簽的發(fā)展藍圖
     我們對制造有機智能標(biāo)簽的主要概念和技術(shù)進行了研究。然而, 為了在市場。成功地引人該產(chǎn)品, 還需對產(chǎn)品參數(shù)(如產(chǎn)量)進行優(yōu)化?，F(xiàn)在只存在簡單的機智能標(biāo)簽, 該標(biāo)簽只包含一個1~4bit 只讀存儲器(ROM), 沒有傳感器和電。該圖數(shù)據(jù)來自于有機印刷電子 OE-A發(fā)展藍圖。如前所述, 目前只存在簡單的有機傳感器。2012年誕生了第塊全集成的印刷電池, 它能使有機智能標(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)測其環(huán)境, 甚至在缺少讀取設(shè)備的情況下也能進行工作。隨著時間的移, 智能標(biāo)簽的存儲容量將會不斷上升, 至2016 年將達到96bit。另外, 我們還效引進“寫一次讀多次”(WORM)的存儲類型。這些存儲器能夠存儲電子產(chǎn)品代碼(EPC)-EPC 是編碼商品認證碼的重要標(biāo)準(zhǔn), WORM 型存儲器的引人是有機名能標(biāo)簽發(fā)展的里程碑。長遠來看, 有機智能標(biāo)簽有望實現(xiàn)全EPC 通信協(xié)議。首先實現(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中沒有畫出傳感器。目前, 市場上存在溫度、光線、壓力、張力等各種各樣的傳感器, 同時很多其他類型的傳感器也在發(fā)展。
2. 3 使用有機智能標(biāo)簽存在的問題
    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)和信息識別;

 ②執(zhí)行相應(yīng)的操作, 如啟動補貨訂購程序; 

③存儲獲取的數(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)無法對其進行有效處理。這是因為每個物體都攜帶很多的智能標(biāo)簽, 所以數(shù)節(jié)量遠大于RFID 設(shè)備所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量。因此每個物體將包含一些能返回沖突數(shù)據(jù)” 傳感器。下面將對上述兩個方面進行討論。

    1)海量數(shù)據(jù):隨著有機智能標(biāo)簽的大規(guī)模使用, 物聯(lián)網(wǎng)信息系統(tǒng)存在的核心問題是對海量數(shù)據(jù)的處理和管理。識別信息與各自數(shù)據(jù)相關(guān), 如物品在業(yè)務(wù)進程中所處的位置及狀態(tài)。例如, 如果沃爾瑪公司對商品使用了RFID技術(shù), 那么每天將產(chǎn)生7TB的數(shù)據(jù)量。當(dāng)每個商品包含有10個或100個有機智能標(biāo)簽時, 數(shù)據(jù)量將 急劇增加。在最大負荷的情況下, 例如當(dāng)貨物托盤到達一個閱讀器設(shè)備時, 元數(shù)據(jù)會發(fā)生變化。在信息系統(tǒng)中, 數(shù)據(jù)會以泛洪的形式進行傳播更新, 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)必須高速率運行。在整個供應(yīng)鏈上運行海量數(shù)據(jù)將給中間件系統(tǒng)帶來更高的負荷量。為了處理整個供應(yīng)鏈上的復(fù)雜事件, 我們將對不同來源的數(shù)據(jù)進行合并。同時, 要求信息系統(tǒng)提供實時處理。RFID 數(shù)據(jù)壓縮和處理算法是處理有機智能標(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)商品嵌入了多個智能標(biāo)簽和傳感器時, 數(shù)據(jù)質(zhì)量變得至關(guān)重要。當(dāng)每個物體上配置了100個或1000個的傳感器, 來自單個智能標(biāo)簽的數(shù)據(jù)可能會被送至后臺處理。一方面, 提供冗余。一個智能標(biāo)簽的失效并不會導(dǎo)致嚴重的后果, 因為鄰近智能標(biāo)簽采集的數(shù)據(jù)可對其進行補償。另一方面, 過濾不一致或相 互沖突的數(shù)據(jù)較為復(fù)雜。無法正確采集數(shù)據(jù)的傳感器可能會引發(fā)不必要的甚至是高成本的進程和操作。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)的解釋以及過濾的成果可以在調(diào)整后應(yīng)用 于提高有機智能標(biāo)簽產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

     為了進一步開展研究, 本節(jié)討論了物聯(lián)網(wǎng)中使用有機智能標(biāo)簽存在的問題。隨著數(shù)據(jù)量的大幅度增長, 信息系統(tǒng)也需要同比例增長并能夠?qū)崟r查詢。中間件系統(tǒng)的高負荷量、整個供應(yīng)鏈的事件處理和嵌人商品的多個智能標(biāo)簽都需要靈活的工作負荷數(shù)據(jù)分配機制。該機制在有機智能標(biāo)簽、閱讀設(shè)備、中間件計算機系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)之間進行數(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題。