Технология RFID

Технология RFID
Радиочастотная идентификация (RFID) это технология электронной записи (считывания)  на RFID метку ( транспондер) при помощи радиосигналов.  
Все RFID-системы состоят из считывающего устройства (считыватель, ридер или ентеррогатор) и RFID метки (транспондер).  
 

Дальность считывания RFID-систем можно разделить на три группу:

1.     Ближняя идентификация (считывание производится на расстоянии до 20 см);
 
2.     Средняя идентификация (от 20 см до 5 м);
 
3.     Дальняя идентификации (от 5 м до 100 м);
 

Большая часть RFID-меток состоит из двух частей:

1.       Интегральная схема (ИС) для хранения и обработки информации,модулирования и демодулирования радиочастотного (RF) сигнала и некоторых других функций.
 
2.       Антенна для приёма и передачи сигнала.
 

Классификация RFID-меток

На данный момент существует несколько способов систематизиции RFID –меток и систем.
 
1.       По рабочей частоте
 
2.       По источнику питания
 
3.       По типу памяти
 
4.       По использованию
 

По рабочей частоте:

Метки диапазона LF (125—134 кГц). Пассивные системы, имеющие низкие цены, и в связи с физическими характеристиками, используются для подкожных меток при чиповании  животных, людей и рыб, но данные метки имеют существенные проблемы со считыванием на большие расстояния, а также проблемы, связанные с появлением коллизий при считывании.
 
Метки диапазона HF (13,56 МГц) Это дешевые системы, не имеющие экологических и лицензионных проблем, хорошо стандартизированные, имеют широкую линейку решений. Используются в логистике, платежных системах, идентификации личности. Для данной частоты разработан стандарт ISO 14443 (виды A/B). В отличие от Mifare 1К в данном стандарте обеспечена система диверсификации ключей, что позволяет создавать открытые системы. Используются стандартизированные алгоритмы шифрования.
 
На основе стандарта 14443 В разработано несколько десятков систем, например, система оплаты проезда общественного транспорта Парижского региона.
 
Для существовавших в данном диапазоне частот  были выявлены  серьёзные проблемы в безопасности: совершенно отсутствовала криптография у дешёвых чипов карты Mifare Ultralight, введённая в использование в Нидерландах для системы оплаты проезда в городском общественном транспорте OV-chipkaart,  позднее была взломана считавшаяся более надёжной карта Mifare Classic.
 
Как и для диапазона LF, в системах, построенных в HF-диапазоне, существуют проблемы со считыванием на большие расстояния, считывание в условиях высокой влажности, наличия металла, а также проблемы, связанные с появлением коллизий при считывании.
 
Метки диапазона UHF (860—960 МГц) Метки данного диапазона обладают наибольшей дальностью регистрации, во многих стандартах данного диапазона присутствуют антиколлизионные механизмы. Ориентированные изначально для нужд складской и производственной логистики, метки диапазона UHF не имели уникального идентификатора. Предполагалось, что идентификатором для метки будет служить EPC-номер (Electronic Product Code) товара, который каждый производитель будет заносить в метку самостоятельно при производстве. Однако скоро стало ясно, что помимо функции носителя EPC-номера товара хорошо бы возложить на метку ещё и функцию контроля подлинности. То есть возникло требование, противоречащее самому себе: одновременно обеспечить уникальность метки и позволить производителю записывать произвольный EPC-номер.
 
Долгое время не существовало чипов, которые бы удовлетворяли этим требованиям полностью. Выпущенный компанией Philips чип Gen 1.19 обладал неизменяемым идентификатором, но не имел никаких встроенных функций по паролированию банков памяти метки, и данные с метки мог считать кто угодно, имеющий соответствующее оборудование. Разработанные впоследствии чипы стандарта Gen 2.0 имели функции паролирования банков памяти (пароль на чтение, на запись), но не имели уникального идентификатора метки, что позволяло при желании создавать идентичные клоны меток.
 
Наконец, в 2008 году компания NXP выпустила два новых чипа, которые на сегодняшний день отвечают всем выше перечисленным требованиям. Чипы SL3S1202 и SL3FCS1002 выполнены в стандарте EPC Gen 2.0, но отличаются от всех своих предшественников тем, что поле памяти TID (Tag ID), в которое при производстве обычно пишется код типа метки (и он в рамках одного артикула не отличается от метки к метке), разбито на две части. Первые 32 бита отведены под код производителя метки и её марку, а вторые 32 бита — под уникальный номер самого чипа. Поле TID — неизменяемое, и, таким образом, каждая метка является уникальной. Новые чипы имеют все преимущества меток стандарта Gen 2.0. Каждый банк памяти может быть защищен от чтения или записи паролем, EPC-номер может быть записан производителем товара в момент маркировки.
 
В UHF RFID-системах по сравнению с LF и HF ниже стоимость меток, при этом выше стоимость прочего оборудования.
 
В настоящее время частотный диапазон УВЧ открыт для свободного использования в Российской Федерации в так называемом «европейском» диапазоне — 863—868 МГЦ.
 
Радиочастотные UHF-метки ближнего поля. Метки ближнего поля (англ. UHF Near-Field), не являясь непосредственно радиометками, а используя магнитное поле антенны, позволяют решить проблему считывания в условиях высокой влажности, присутствия воды и металла. С помощью данной технологии ожидается начало массового применения RFID-меток в розничной торговлефармацевтическими товарами (нуждающимися в контроле подлинности, учёте, но при этом зачастую содержащими воду и металлические детали в упаковке).
 

По источнику питания

По типу источника питания RFID-метки делятся на[8]:
 
1.       Пассивные
 
2.       Активные
 
3.       Полупассивные
 
Пассивные RFID-метки не имеют собственного источника питания, а необходимую для работы энергию получают из поступающего от считывателя электромагнитного сигнала. Дальность чтения пассивных меток зависит от энергии считывателя. Накопив необходимую энергию, метка начинает передачу. Дистанция регистрации подобных меток существенно меньше, сильно зависит от мощности считывателя, и находится в пределах 0,05- 8 метров.
Преимуществом пассивных RFID-меток является практически неограниченный срок их службы (не требуют замены батареек) и относительная дешевизна. Недостаток пассивных меток в необходимости использования более мощных устройств считывания информации.
 
Активные RFID-метки имеют в составе своей конструкции источник питания. Дальность считывания активных меток не зависит от энергии считывателя. Они обычно программируются так, чтобы излучать свой сигнал через определенные промежутки времени (например, 1 раз в секунду). Дистанция, на которой возможно чтение таких меток может доходить до 100 метров.
Преимуществом активных RFID-меток по сравнению с пассивными, является значительно большая (не менее чем в 2-3 раза) дальность считывания информации и высокая допустимая скорость движения активной метки относительно считывателя., но при этом они крайне дороги и достаточно громоздки.
 
Полупассивные RFID-метки, также называемые полуактивными, очень похожи на пассивные метки, но оснащены батареей, которая обеспечивает чип энергопитанием. При этом дальность действия этих меток зависит только от чувствительности приёмника считывателя и они могут функционировать на большем расстоянии и с лучшими характеристиками.
 

По типу используемой памяти

По типу используемой памяти RFID-метки делятся на:

1.       RO (англ. Read Only) — данные записываются только один раз, сразу при изготовлении. Такие метки пригодны только для идентификации. Никакую новую информацию в них записать нельзя, и их практически невозможно подделать.
 
2.       WORM (англ. Write Once Read Many) — кроме уникального идентификатора такие метки содержат блок однократно записываемой памяти, которую в дальнейшем можно многократно читать.
 
3.       RW (англ. Read and Write) — такие метки содержат идентификатор и блок памяти для чтения/записи информации. Данные в них могут быть перезаписаны многократно.
 
Ридеры ( Считыватели) Приборы, которые читают информацию с меток и записывают в них данные. Эти устройства могут быть постоянно подключенными к учётной системе, или работать автономно.
 

Виды считывателей

Стационарные считыватели крепятся неподвижно на стенах, дверях, движущихся складских устройствах (штабеляторах, погрузчиках). Они могут быть выполнены в виде замка, вмонтированы в стол или закреплены рядом с конвейером на пути следования изделий.
 
По сравнению с переносными, считыватели такого типа обычно обладают большей зоной чтения и мощностью и способны одновременно обрабатывать данные с нескольких десятков меток. Стационарные считыватели подключаются к ПЛК, интегрируются в DCS или подключаются к ПК. Задача таких считывателей — поэтапно фиксировать перемещение маркированных объектов в реальном времени, либо идентифицировать положение меченых предметов в пространстве.
 
Мобильные RFID метки Обладают сравнительно меньшей дальностью действия и зачастую не имеют постоянной связи с программой контроля и учёта. Мобильные считыватели имеют внутреннюю память, в которую записываются данные с прочитанных меток (потом эту информацию можно загрузить в компьютер) и, как и стационарные считыватели, способны записывать данные в метку (например, информацию о произведённом контроле).
 
В зависимости от частотного диапазона метки, дистанция устойчивого считывания и записи данных в них будет различна.
 

RFID и альтернативные методы автоматической идентификации

По функциональности RFID-метки, как метод сбора информации, очень близки к штрих-кодам, наиболее широко применяемым сегодня для маркировки товаров. Несмотря на удешевление стоимости RFID-метки, в обозримом будущем полное вытеснение штрих-кодов радиочастотной идентификацией вряд ли состоится по экономическим причинам (система не будет окупаться).
 
В то же время и сама технология штрих-кодов продолжает развиваться. Новые разработки (например, двумерный штрих-код Data Matrix) решают ряд проблем, ранее решавшихся лишь применением RFID. Технологии могут дополнять друг друга. Компоненты с неизменными потребительскими свойствами могут маркироваться постоянной маркировкой на основе оптических технологий распознавания, несущей информацию об их дате выпуска и потребительских свойствах, а на RFID-метку можно записать информацию, подверженную изменению, такую, как данные о конкретном получателе заказа на возвращаемой многоразовой упаковке
 

Преимущества радиочастотной идентификации

1.     Возможность перезаписи. Данные RFID-метки могут перезаписываться и дополняться много раз, тогда как данные наштрих-коде не могут быть изменены — они записываются сразу при печати.
 
2.     Отсутствие необходимости в прямой видимости. RFID-считывателю не требуется прямая видимость метки, чтобы считать её данные. Взаимная ориентация метки и считывателя часто не играет роли. Метки могут читаться через упаковку, что делает возможным их скрытое размещение. Для чтения данных метке достаточно хотя бы ненадолго попасть в зону регистрации, перемещаясь, в том числе, и на довольно большой скорости. Напротив, устройству считывания штрих-кода всегда необходима прямая видимость штрих-кода для его чтения.
 
3.     Большее расстояние чтения. RFID-метка может считываться на значительно большем расстоянии, чем штрих-код. В зависимости от модели метки и считывателя, радиус считывания может составлять до нескольких сотен метров. В то же время подобные расстояния требуются не всегда.
 
4.     Больший объём хранения данных. RFID-метка может хранить значительно больше информации, чем штрих-код.
 
5.     Поддержка чтения нескольких меток. Промышленные считыватели могут одновременно считывать множество (более тысячи) RFID-меток в секунду, используя так называемую антиколлизионную функцию. Устройство считывания штрих-кода может единовременно сканировать только один штрих-код.
 
6.     Считывание данных метки при любом её расположении. В целях обеспечения автоматического считывания штрихового кода, комитеты по стандартам (в том числе EAN International) разработали правила размещения штрих-меток на товарной и транспортной упаковке. К радиочастотным меткам эти требования не относятся. Единственное условие — нахождение метки в зоне действия считывателя.
 
7.     Устойчивость к воздействию окружающей среды. Существуют RFID-метки, обладающие повышенной прочностью и сопротивляемостью жёстким условиям рабочей среды, а штрих-код легко повреждается (например, влагой или загрязнением). В тех сферах применения, где один и тот же объект может использоваться неограниченное количество раз (например, при идентификации контейнеров или возвратной тары), радиочастотная метка оказывается более приемлемым средством идентификации, так как её не требуется размещать на внешней стороне упаковки. Пассивные RFID-метки имеют практически неограниченный срок эксплуатации.
 
8.     Интеллектуальное поведение. RFID-метка может использоваться для выполнения других задач, помимо функции носителя данных. Штрих-код же не программируем и является лишь средством хранения данных.
 
9.     Высокая степень безопасности. Уникальное неизменяемое число-идентификатор, присваиваемое метке при производстве, гарантирует высокую степень защиты меток от подделки. Также данные на метке могут быть зашифрованы. Радиочастотная метка обладает возможностью закрыть паролем операции записи и считывания данных, а также зашифровать их передачу. В одной метке можно одновременно хранить открытые и закрытые данные.
 

Недостатки радиочастотной идентификации

1.     Работоспособность метки утрачивается при частичном механическом повреждении.
 
2.     Стоимость системы выше стоимости системы учёта, основанной на штрих-кодах.
 
3.     Сложность самостоятельного изготовления. Штрих-код можно напечатать на любом принтере.
 
4.     Подверженность помехам в виде электромагнитных полей.
 
5.     Недоверие пользователей, возможности использования её для сбора информации о людях.
 
6.     Установленная техническая база для считывания штрих-кодов существенно превосходит по объёму решения на основе RFID.
 
7.     Недостаточная открытость выработанных стандартов.
 
Штрих код представляет собой последовательность белых промежутков и черных линий определенных размеров, при помощи которых осуществляется кодирование цифровой или любой другой информации в удобной для машинного считывания форме. Все занки и цифры кодируются набором штрихов и промежутков по четко определенным стандартам штрих-кода. Существует два основных стандарта штрихового кодирования - линейные (одномерные или 1D) и двухмерные (2D) символики штрих-кодов.
  Линейные (одномерные) штрих коды - штрих коды читаемые в одном направлении (по горизонтали). Наиболее распространнены следующие виды линейных штрих коды: EAN, UPC, Code39, Code128, Codabar, Interleaved 2 of 5. Линейные штрих коды позволяют кодировать небольшой объем информации (до 20-30 символов - обычно цифр) с помощью несложных штрих-кодов, читаемых недорогими сканерами.  
Двумерные штрих коды, предназначены для кодирования большого объема информации (до нескольких страниц текста). Считывается двумерный код при помощи специального сканера двухмерных кодов и позволяет быстро и безошибочно вводить больший объем информации. Расшифровка такого кода проводится в двух измерениях (по горизонтали и по вертикали).
 

Существует много различные типы штрих кодов разработаных для оптимизации одного или более параметров:

Высокая информационная плотность, или высокое разрешение. Миниатюрные типы штрих-кода могут быть отпечатаны и использованы на изделиях, где место для крепления ограниченно, например, печатные платы.
 
Оптимальное расположение данных, когда возможность ошибок чтения практически нулевая. 
 
Это очень важно для применений штрих кода в медицине.
 
Легкость дешифровки. Некоторые типы штрих кода используют простую технологию кодирования и широко поддерживаются производителями сканеров. К примеру, штрих коды, используемые в розничной торговле, имеют четко структурированное и определенное содержание данных. Они структурируются таким образом для обеспечения удобства большого количества пользователей.Некоторые типы штрих кодов разработаны с поддержкой большого количества наборов символов, в то время как другие поддерживают исключительно цифровые данные.
 

С RFID оборудованием вы можете ознакомиться и приобрести на нашем сайте в разделе Оборудование.