Технология радиочастотной идентификации rfid

Содержание:

Технология радиочастотной идентификации

Технология RFID (radio frequency identification) является одним из способов автоматизации торговли, производства, логистики. Ее суть заключается в идентификации объектов при помощи RFID меток.

Любая RFID-система состоит из считывающего устройства (считыватель или ридер) и транспондера (он же RFID-метка, иногда также применяется термин RFID-тег).

Большинство RFID-меток состоит из двух частей.

Первая – интегральная схема (ИС) для хранения и обработки информации, модулирования и демодулирования радиочастотного (RF) сигнала и некоторых других функций.

Вторая – антенна для приёма и передачи сигнала.

Эти метки могут быть представлены в разном виде:

1. радиочастотные этикетки (RFID этикетки);

2. метки, встроенные в пластиковый или металлический корпус;

3. RFID наклейки разнообразных форм;

4. бесконтактные RFID карты.

В магазинах и складских помещениях RFID этикетки используются с целью автоматизировать и систематизировать процессы торговли и управления складом. Здесь принцип работы технологии RFID состоит в следующем. К каждому товару (или упаковке с товарами) прикрепляется радиочастотная этикетка, в которой содержатся все данные о товаре, такие как идентификационный номер товара, наименование, цена, количество на складе и прочая ценная информация.

Эти данные вносятся через компьютер, а считываются с помощью специальных сканирующих устройств. Помимо этого, RFID этикетка является датчиком, который сработает на противокражной системе магазина, если товар не был заранее оплачен. Сканирующие устройства располагаются в необходимых местах (обычно на кассах) и считывают данные с радиочастотных этикеток. Затем информация направляется в компьютер, где обрабатывается и выдается в удобном виде для пользователя.

Применение RFID технологии позволяет работникам магазинов и складов всегда быть в курсе, имеется ли в наличии товар, маркированный RFID наклейкой или меткой, где находится, в каком количестве, сколько необходимо заказать и т. п.

Также возможна функция оповещения о том, что такой-то товар заканчивается на складе и даже функция самостоятельного оформления заказа этого товара у поставщика.

В зависимости от расположения источника питания различают пассивные и активные RFID метки. Пассивными называются метки, не оснащенные собственным источником питания. Они получают необходимый для обработки информации заряд энергии из электромагнитного сигнала, исходящего от сканирующего устройства.

Поэтому дальность считывания пассивных RFID меток определяется исключительно параметрами ридера. К их преимуществам относятся относительно низкая стоимость и длительный эксплуатационный период.

Активные RFID метки содержат источник питания в собственной конструкции. Расстояние их считывания не зависит энергетических параметров сканирующего устройства.

Таким образом, дальность сканирования активных меток больше примерно в 2-3 раза, чем у пассивных. Еще одним важным их преимуществом является высокая допустимая скорость, с которой RFID метка движется рядом с ридером. Это особенно актуально для противокражных систем. Однако при этом активные метки значительно дороже и габаритнее пассивных.

Программное обеспечение RFID технологии позволяет в любое время ознакомиться со статистикой продаж и отследить передвижение конкретного товара на складе.

Считыватели, расположенные на входах в торговое помещение, предотвращают кражу товаров, если RFID наклейка или метка не была удалена на кассе при оплате. Дополнительно такая система предоставляет статистику товаров, которые чаще всего хотят украсть из магазина, а также позволяет посчитать убытки от краж.

Помимо торговой отрасли, технология RFID успешно используется в сфере контроля и безопасности организаций. Здесь средством идентификации являются RFID карты – бесконтактные карты с памятью. С их помощью можно создать бесконтактный контрольный пункт на входе в помещение, систему учета и мониторинга рабочего времени сотрудников и многое другое.

Например, можно настроить систему информационной безопасности таким образом, чтобы персонал не смог покидать помещение офиса, оставляя свою RFID карту в компьютере.

В логистике существуют примеры комплексных разработок с использованием RFID – для морских контейнерных перевозок. Каждый контейнер оснащается меткой RFID, содержащей информацию о грузе и скомбинированной с датчиками (например открытия, содержания кислорода и т. п.) и передающей данные на центральную станцию сбора данных на борту контейнеровоза, которая в свою очередь передаёт данные через спутниковую связь. Таким образом владелец груза получает возможность отслеживать местоположение и сохранность груза.

Технология RFID похож по функциям на штрих-код, но обладает существенными преимуществами в эксплуатации и позволяет использовать более сложные, защищённые протоколы криптографическими средствами.

Основными отличиями RFID меток от штрих-кодов являются:

1) Возможность перезаписи информации – Данные RFID-метки могут перезаписываться и дополняться много раз, тогда как данные на штрих-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) Устойчивость к воздействию окружающей среды. Существуют RFID-метки, обладающие повышенной прочностью и сопротивляемостью жёстким условиям рабочей среды, а штрих-код легко повреждается. 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 её не требуется размещать на внешней стороне упаковки;

5) 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.

Читайте также:  Как найти утечку в доме в отоплении

Основные недостатки радиочастотной идентификации:

1) Стоимость системы выше стоимости системы учёта, основанной на штрих-кодах; беспроводной связь радиочастотный

2) Подверженность помехам в виде электромагнитных полей;

3) Сложность самостоятельного изготовления. Штрих-код можно напечатать на любом принтере.

Примеры применения RFID-меток:

– в России, в силу своей дороговизны RFID используется преимущественно для осуществления логистических операций, в метрополитене крупных городов (Москва, Питер, Казань) и в библиотечных системах. Так же в России с помощью RFID автоматизированы некоторые производства в пищевой промышленности. Например, производство жевательных резинок Wrigley. С помощью RFID-меток на производстве отслеживается маршрут перевозки сырья;

– в Германии проводится эксперимент по внедрению радиочастотных меток во всех магазинах сети гипермаркетов METRO. Планируется, что ручные считыватели у кассиров в ближайшее время перестанут использоваться. В случае, когда товар маркирован радиочастотными метками, покупатель, набрав продукты в тележку, провозит её через своеобразный турникет на расчётно-кассовом узле. Установленные сканеры автоматически считывают по радиоканалу всю информацию о товаре, который лежит в корзинке. Продукты даже не надо доставать из тележки. Сразу же печатается чек. Если расчёт покупатель ведет с помощью кредитной карты, то и присутствие кассира в этом случае уже не требуется;

– как уже отмечалось выше, RFID метки так же широко применяются в промышленности. Важный промышленный потребитель RFID-технологий – это автомобильная промышленность. RFID-метка с набором конечных требований к изделию может быть помещена на раму или корпус собираемого на конвейере автомобиля и в процессе конвейерного производства на различных участках автомобиль может быть автоматически окрашен определённым образом, или могут быть установлены другие колёсные диски, изменён цвет обивки и т. п.

Например, компания BMW Group производит сборку моделей 3 серии с использованием RFID-технологий.

RFID технология получила довольно широкое распространение за счет своей эффективности и продолжает внедряться во многих сферах.

Hi-tech технологии постоянно усовершенствуются и глубже внедряются в повседневную жизнь людей. Все больше уделяется внимания устройствам для бесконтактного скоростного обмена данными. RFID-метки представляет собой высокотехнологическую разработку для бесконтактной коммуникации, обеспечивая скоростную идентификацию и учет объектов. Разработка обладает широкими возможностями и большим потенциалом применения. Ее используют в рекламной сфере для продвижения продукции и услуг, с ее помощью идентифицируют клиентов и сотрудников, помогает совершать быстрый запуск приложений на мобильных гаджетах, оплачивать в одно касание проезд в общественном транспорте, товаров в гипермаркетах, онлайн-сервисах и многое другое.

Что значит RFID

Аббревиатура RFID в дословном переводе — радиочастотная идентификация. Метки представляют собой пассивные устройства, в редких случаях активные чипы, основная работа заключается в беспроводной высокочастотной коммуникации ближнего радиуса действия. Активная зона для приема и считывания информации составляет от 4 см до 1,5 метра. Синхронизация приборов происходит мгновенно, обеспечивая оптимальную скорость приема и передачи данных до 424 Кб/сек.

В основе системы лежат 3 базовых устройства:

  1. RFID-метки — миниатюрные чипы, сохраняющие и передающие информацию.
  2. RFID-ридеры — устройства с автономным принципом действия. Считывают, записывают, по необходимости могут стирать информацию с микрочипа.
  3. Учетная система — специальная программа, накапливающая, сохраняющая и анализирующая собранную с микрочипов информацию. Основной задачей является связывание всех элементов в одну цепочку.

Идентификаторы обладают многими качественными характеристиками и преимуществами. Например, данные на них перезаписываются, дополняются или уничтожаются в зависимости от требований клиента. Радиус считывания значительно отличается от уже знакомых технологий NFC-чипов или QR-кодов, может составлять до нескольких десятков метров. Многие RFID-тэги имеют высокопрочную оболочку или корпус, способный противостоять жестким условиям при использовании. Пассивные микрочипы имеют неограниченный срок эксплуатации.

Какие бывают метки

Отдельным разделом стоит рассмотреть классификацию технологии. Все RFID-тэги подразделяются в соответствии со своими характеристиками:

  • По источнику питания: активные, пассивные и полупассивные.
  • По рабочей частоте: LF-низкочастотные, HF-высокочастотные и UHF-ультравысокочастотные.
  • По типу памяти: только считывание, однократно или многократно записываемая.
  • По материалу изготовления: самоклеящийся стикер, метка с интеграцией (этикетка, бирка), корпусной микрочип (универсальный, для обычной или металлической поверхности).

Пассивные метки. Обладают самым миниатюрным размером, относительно простой модификацией. Основное требование – соблюдение небольшого расстояния между чипом и считывателем. Эту категорию часто используют для карт идентификации. Например, карта метрополитена или пластиковая банковская карта.

Активные метки. Обладают более большими размерами и широким радиусом действия, за счет встроенной батареи питания. В зависимости от цели использования и ценовой категории, идентификаторы оснащены более сложной начинкой и корпусом.

Основные конструкции RF >Первый раз уникальное устройство было протестировано в начале 90-х годов, использовалось в узком направлении для пропуска туристов на горнолыжные трассы. Сегодня модель имеет более широкий спектр применения, в первую очередь его работу оценили в системе контроля доступа, а также в платежно-пропускных терминалах. Цена на изделие начинается от 81 рубля.
  • Форма пластиковой карты. Конструкция и работа бесконтактных пластиковых карт давно известна всем, даже непросвещенным пользователям интернет-ресурсов, это кредитные, дебетовые и телефонные карты. Изделие изготавливается из PVC пластика, при помощи технологии ламинирования, имеет хорошую механическую прочность. Отличительной характеристикой модели выступает большая дальность действия и недорогая стоимость в пределах 12 рублей.
  • Самоклеящаяся этикетка. Как работает RFID система
  • На базовом уровне все метки работают по одинаковой системе. Принцип функциональности тэгов, в сборе информации и быстром отклике, очень похож на работу штрихкодов или NFC-чипов, которые имеют более широкое применение для маркировки продукции. После того как в память микрочипа будет записан уникальный номер и необходимая информация, он готов к применению. Для считывания этой информации применяют специальное устройство — считыватель или ридер.

    Как происходит действие:

    1. Метка с записанной информацией фиксируется в необходимом месте.
    2. Антенна микрочипа улавливает поле электромагнитной частоты, которую излучает антенна ридера.
    3. Микрочип, если он активный, пользуясь внутренней энергией встроенной батареи, отсылает радиоволны, с зашифрованной информацией ридеру. Если микрочип пассивный, он использует энергию считывателя, накапливает ее и после этого отсылает ответный посыл с информацией.
    4. Считыватель принимает радиоволны, посланные микрочипом, затем трансформирует данные в содержательную понятную информацию.
    Читайте также:  Гараж с односкатной крышей проекты фото

    Для чего нужна эта технология, где ее используют, в чем ее преимущества, следует разобрать отдельно.

    Где используется технология

    Спектр применения микротэгов с каждым днем активно расширяется. Особенно услуги Hi-tech разработок имеют огромный спрос в сферах, где требуется строгий контроль за перемещением объектов, надежность и скорость получения информации, безошибочность данных в сложных условиях эксплуатации. Автоматизированная система обеспечивает в полной мере все эти требования.

    На производстве. РФИД-метки помогают исключить человеческий фактор, проводить более качественный и точный учет сырья, отгрузку и перемещение грузов. Производится автоматический контроль всех технологических процессов. Применение технологии обеспечивает высокий уровень стабильности, надежности на всех этапах, проверяет соответствие качества получаемой продукции.

    На складе. Система в онлайн-режиме отслеживает точное перемещение груза, значительно ускоряя процесс погрузки и приема товара. Это самая надежная и безопасная система для защиты продукции от воровства, хищений и проведения других незаконных манипуляций.

    Защита продукции от подделок. Промаркированная оригинальная продукция специальными радиотэгами, в любой момент выдаст необходимые сведения, помогая потребителю отличить оригинал от подделки. Радиометку невозможно уничтожить или подделать, поэтому это самая большая гарантия способная подтвердить оригинальность товара.

    Оплатить проезд в транспорте. Многие пользователи уже смогли оценить удобство бесконтактной оплаты проезда в общественном транспорте, при помощи смартфона со встроенной NFC-технологией. По этому же принципу используются и бесконтактные RFID карты.

    Преимущества технологии RF >

    Распространение RFID технологий в России имеет большой спрос у производителей, в сфере рекламного и торгового бизнеса. Отследить товар от производителя до магазинной полки, удостовериться в том, что это оригинальная продукция, а не подделка. Скоростная обработка данных удивит каждого пользователя, не нужно стоять в очередях для оплаты товара, ждать сдачу на кассе. Миниатюрное запоминающее устройство, обладает к тому же шикарными практическими характеристиками, однозначно внесет свои коррективы во все сферы бизнеса и взаимного доверия между производителем и потребителем.

    RF >Radio Frequency IDentification , радиочастотная идентификация) — способ автоматической идентификации объектов, в котором посредством радиосигналов считываются или записываются данные, хранящиеся в так называемых транспондерах, или RFID-метках.

    Любая RFID-система состоит из считывающего устройства (считыватель, ридер или интеррогатор) и транспондера (он же RFID-метка, иногда также применяется термин RFID-тег).

    По дальности считывания RFID-системы можно подразделить на системы:

    • ближней идентификации (считывание производится на расстоянии до 20 см);
    • идентификации средней дальности (от 20 см до 5 м);
    • дальней идентификации (от 5 м до 300 м)

    Большинство RFID-меток состоит из двух частей. Первая — интегральная схема (ИС) для хранения и обработки информации, модулирования и демодулирования радиочастотного (RF) сигнала и некоторых других функций. Вторая — антенна для приёма и передачи сигнала.

    C введением RF >[1] организаций и некоторых представителей Русской Православной Церкви [2] .

    Уже известные приложения RFID (бесконтактные карты в системах контроля и управления доступом, системах дальней идентификации и в платёжных системах) получают дополнительную популярность с развитием интернет-услуг.

    Содержание

    История RFID-меток [ править | править код ]

    Технология, наиболее близкая к данной — система распознавания «свой-чужой» IFF ( >[3]

    В 1945 году советский ученый Лев Сергеевич Термен изобрёл устройство, которое позволило накладывать аудиоинформацию на случайные радиоволны. Звук вызывал колебание диффузора, которое незначительно изменяло форму резонатора, модулируя отражённую радиочастотную волну. И хотя устройство представляло лишь пассивный передатчик (т. н. «жучок»), это изобретение причисляют к первым предшественникам RF >[4]

    Ещё одной вехой в использовании RF >"Communication by Means of Reflected Power" ) (доклады IRE, стр. 1196—1204, октябрь 1948) [5] . Стокман отмечает, что «…значительные работы по исследованию и разработке были сделаны до того, как были решены основные проблемы в связи посредством отражённого сигнала, а также до того, как были найдены области применения данной технологии» [6] .

    Первая демонстрация современных RF >Los Alamos Scientific Laboratory ) в 1973 году. Портативная система работала на частоте 915 МГц и использовала 12-битные метки.

    Первый патент, связанный собственно с названием RF >[7]

    Классификация RFID-меток [ править | править код ]

    Существует несколько способов систематизации RF >[8] :

    • По рабочей частоте
    • По источнику питания
    • По типу памяти
    • По исполнению [9]

    По источнику питания [ править | править код ]

    По типу источника питания RF >[8] :

    Пассивные [ править | править код ]

    Пассивные метки УВЧ и СВЧ диапазонов (860—960 МГц и 2,4-2,5 ГГц) передают сигнал методом модуляции отражённого сигнала несущей частоты (англ. Backscattering Modulation — модуляция обратного рассеяния) [16] . Антенна считывателя излучает сигнал несущей частоты и принимает отражённый от метки модулированный сигнал. Пассивные метки ВЧ-диапазона передают сигнал методом модуляции нагрузки сигнала несущей частоты (англ. Load Modulation — нагрузочная модуляция). Каждая метка имеет идентификационный номер. Пассивные метки могут содержать перезаписываемую энергонезависимую память EEPROM-типа. Дальность действия меток составляет 1—200 см (ВЧ-метки) и 1-10 метров (УВЧ и СВЧ-метки).

    Активные [ править | править код ]

    Активные RFID-метки обладают собственным источником питания и не зависят от энергии считывателя, вследствие чего они читаются на дальнем расстоянии, имеют бо́льшие размеры и могут быть оснащены дополнительной электроникой. Однако, такие метки наиболее дороги, а у батарей ограничено время работы.

    Активные метки в большинстве случаев более надёжны и обеспечивают самую высокую точность считывания на максимальном расстоянии [17] . Активные метки, обладая собственным источником питания, также могут генерировать выходной сигнал большего уровня, чем пассивные, позволяя применять их в более агрессивных для радиочастотного сигнала средах: воде (включая людей и животных, которые в основном состоят из воды), металлах (корабельные контейнеры, автомобили), для больших расстояний на воздухе. Большинство активных меток позволяет передать сигнал на расстояния в сотни метров при жизни батареи питания до 10 лет. Некоторые RFID-метки имеют встроенные сенсоры, например, для мониторинга температуры скоропортящихся товаров. Другие типы сенсоров в совокупности с активными метками могут применяться для измерения влажности, регистрации толчков/вибрации, света, радиации, температуры и газов в атмосфере (например, этилена).

    Активные метки обычно имеют гораздо больший радиус считывания (до 300 м) [18] и объём памяти, чем пассивные, и способны хранить больший объём информации для отправки приёмопередатчиком.

    Полупассивные [ править | править код ]

    Полупассивные RF >[8] . 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 [ править | править код ]

    По типу используемой памяти RF >[8] :

    • 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.
    • WORM (англ. Write Once Read Many ) — кроме уникального идентификатора такие метки содержат блок однократно записываемой памяти, которую в дальнейшем можно многократно читать.
    • RW (англ. Read and Write ) — такие метки содержат идентификатор и блок памяти для чтения/записи информации. Данные в них могут быть перезаписаны многократно.

    По рабочей частоте [ править | править код ]

    Метки диапазона LF (125—134 кГц) [ править | править код ]

    Метки диапазона HF (13,56 МГц) [ править | править код ]

    Системы 13 МГц дешевы, не имеют экологических и лицензионных проблем, хорошо стандартизованы, имеют широкую линейку решений. Применяются в платежных системах, логистике, идентификации личности. Для частоты 13,56 МГц 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 стандартизованные 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 стандартов были найдены 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, [19] позднее была взломана считавшаяся более надёжной карта Mifare >[20] [21]

    Как и для диапазона LF, в системах, построенных в HF-диапазоне, существуют проблемы со считыванием с больших расстояний, считывание в условиях высокой влажности, наличия металла, а также проблемы, связанные с появлением коллизий при считывании.

    Метки диапазона UHF (860—960 МГц) [ править | править код ]

    Метки данного диапазона обладают наибольшей дальностью регистрации, во многих стандартах данного диапазона присутствуют антиколлизионные механизмы [22] . 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 [23] , 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 T >[23] .

    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. [24] [25]

    Радиочастотные UHF-метки ближнего поля [ править | править код ]

    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 RF >[26] [27]

    Ридеры (считыватели) [ править | править код ]

    Приборы, которые читают информацию с меток и записывают в них данные. Эти устройства могут быть постоянно подключенными к учётной системе или работать автономно.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

    Adblock detector