Радіочастотна ідентифікація

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

RFID (англ. Radio frequency identification) — радіочастотна ідентифікація.

EPC RFID-мітка, використовується в торговій мережі Wal-Mart

Радіочастотне розпізнавання здійснюється за допомогою закріплених за об'єктом спеціальних міток, що несуть ідентифікаційну та іншу інформацію. Про цей метод, що вже став основою побудови сучасних безконтактних інформаційних систем, і що має стійку назву RFID-технології.

Історія RFID міток[ред.ред. код]

У 1946 році Лев Сергійович Термен винайшов для Радянського Союзу шпигунський пристрій, який дозволив накладати аудіоінформацію на випадкові радіохвилі. Звук викликав коливання діафрагми, яка трохи змінювала форму резонатора, модулюючи відбиту радіочастотну хвилю. І хоча пристрій представляв лише пасивний передавач (т.з. «жучок»), цей винахід зараховують до перших попередників RFID-технології.

Технологія, найближча до даної — система розпізнавання «свій-чужий», винайдена британцями в 1939 році. Вона активно застосовувалася союзниками під час Другої Світової Війни, щоб визначити, своїм або чужим є об'єкт в небі. Подібні системи досі використовуються як у військовій, так і в цивільній авіації. Ще однією віхою у використанні RFID-технології є робота Гарі Стокмана (Harry Stockman) під назвою «Комунікації за допомогою відбитого сигналу» (англ. «Communication by Means of Reflected Power») (доповіді IRE, стор. 1196—1204, жовтень 1948). Стокман відзначає, що «значні роботи з дослідження й розробки були зроблені до того, як були вирішені основні проблеми в зв'язку за допомогою відбитого сигналу, а також до того, як були знайдені сфери застосування даної технології».

Патент США Маріо Кардулло (Mario Cardullo) № 3,713,148 від 1973 («Пасивний радіопередавач з пам'яттю»), був, по суті, прабатьком сучасної RFID-технології. Вперше пасивний пристрій на відбитій енергії був продемонстрований в 1971 році властям Нью-Йорка і іншим потенційним покупцям як пристрій з 16 бітами пам'яті для стягування мита на дорогах. Патент Кардулло покриває використання радіохвиль, світла і звуку як засіб передачі інформації.

Оригінальний бізнес-план був представлений інвесторам в 1969 для використання у сфері транспорту (ідентифікація самохідних машин, автоматична платіжна система (система стягування мита), електронні номерні знаки, електронні платіжні відомості, водіння машин, моніторинг стану транспортних засобів), в банківській справі (електронні книги перевірок, електронні кредитні карти), у сфері безпеки (персональна ідентифікація, автоматичні ворота, спостереження) і в медицині (ідентифікація пацієнта, історії хвороби).

Перша демонстрація сучасних RFID-чипів (на ефекті зворотного розсіювання), як пасивних, так і активних, була проведена в Дослідницькій Лабораторії Лос Аламоса (англ. Los Alamos Scientific Laboratory) в 1973 році. Портативна система працювала на частоті 915 Мгц і використовувала 12 бітових міток.

Перший патент, пов'язаний власне з назвою RFID, був виданий Чарльзу Уолтону (Charles Walton) в 1983 році (патент США за № 4,384,288).

Класифікація RFID-міток[ред.ред. код]

Існує декілька способів систематизації RFID-міток і систем:

  • за робочою частотою;
  • за джерелом живлення;
  • за типом пам'яті.

За джерелом живлення[ред.ред. код]

За типом джерела живлення RFID-мітки діляться на:

  • Пасивні
  • Активні
  • Напівпасивні

Пасивні[ред.ред. код]

Пасивні RFID-мітки не мають вбудованого джерела енергії. Електричний струм, що індукується в антені електромагнітним сигналом від зчитувача, забезпечує достатню потужність для функціонування кремнієвого CMOS-чипа, розміщеного в мітці, і передачі у відповідь сигналу.

Комерційні реалізації низькочастотних RFID-міток можуть бути вбудовані в стікер (наклейку) або імплантовані під шкіру.

У 2006 Hitachi виготовила пасивний пристрій, названий µ-Chip (мю-чип), розмірами 0.15х0.15 мм (не включаючи антену) і тонше за паперовий лист (7.5 мкм). Такого рівня інтеграції дозволяє досягти технологія «кремній-на-ізоляторі» (SOI). µ-Chip може передавати 128-бітовий унікальний ідентифікаційний номер, записаний в мікросхему на етапі виробництва. Цей номер не може бути змінений надалі, що гарантує високий рівень достовірності і означає, що цей номер буде жорстко прив'язаний (асоційований) з тим об'єктом, до якого приєднується або в який вбудовується цей чип. µ-Chip від Hitachi має типовий радіус зчитування 30 см (1 фут). У лютому 2007 року Hitachi представила RFID-пристрій, що має розміри 0,05 х 0,05 мм, і завтовшки, достатньою для вбудовування в лист паперу.

У наш час основна проблема RFID-пристроїв полягає в тому, що для них потрібна зовнішня антена, яка за розмірами перевершує чип у найкращому разі в 80 разів. Найменша вартість RFID-міток, які стали стандартом для таких компаній, як Wal-Mart, DOD, Target, Tesco у Великобританії і Metro AG в Німеччині, становить приблизно 5 центів за мітку фірми SmartCode. До того ж, через розкид розмірів антен, і мітки мають різні розміри — від поштової марки до листівки. На практиці максимальна дистанція зчитування пасивних міток варіюється від 10 см (4 дюймів) (згідно зі стандартом ISO 14443) до декількох метрів (стандарти EPC і ISO 18000-6), залежно від вибраної частоти і розмірів антени. В деяких випадках антена може бути виготовлена друкарським способом.

Виробничі процеси від Alien Technology під назвою Fluidic Self Assembly, від SmartCode — Flexible Area Synchronized Transfer (FAST) і від Symbol Technologies PICA направлені на подальше зменшення вартості міток за рахунок застосування масового паралельного виробництва. Alien Technology в наш час[Коли?] використовує процеси FSA і HiSam для виготовлення міток, тоді як PICA процес від Symbol Technologies знаходиться ще на стадії розробки. Процес FSA дозволяє проводити понад 2 мільйони ІС пластин в годину, а PICA процес — понад 70 мільярдів міток в рік (якщо його допрацюють). У цих технічних процесах ІС приєднуються до пластин міток, які у свою чергу приєднуються до антен, утворюючи готовий чип. Приєднання ІС до пластин і надалі пластин до антен — просторово найчутливіші елементи процесу виробництва. Це означає, що при зменшенні розмірів ІС монтаж (англ. Pick and place) стане найдорожчою операцією. Альтернативні методи виробництва, такі як FSA і HiSam, можуть значно зменшити собівартість міток. Стандартизація виробництва (англ. Industry benchmarks) приведе до подальшого падіння цін на мітки при їхньому широкомасштабному впровадженні.

Некремнієві мітки виготовляються з полімерних напівпровідників. В наш час[Коли?] їхньою розробкою займаються декілька компаній в усьому світі. Мітки, що виготовляються в лабораторних умовах і працюють на частотах 13.56 Мгц. були продемонстровані в 2005 році компаніями POLYIC (Німеччина) і Philips (Голландія). У промислових умовах полімерні мітки виготовлятимуться методом прокатного друку (технологія нагадує друк журналів і газет), внаслідок чого вони будуть дешевші, ніж мітки на основі ІС. Це може закінчиться тим, що для більшості сфер застосування мітки почнуть друкувати так само просто, як і штрих-коди, і вони стануть такими ж дешевими.

Пасивні мітки УВЧ (ультрависокочастотні дециметрові хвилі) і НВЧ (надвисокочастотні сантиметрові і міліметрові хвилі) діапазонів (860—960 МГц і 2,4-2,5 ГГц) передають сигнал методом модуляції відбитого сигналу частоти, що несе (англ. Backscattering Modulation модуляція зворотного розсіяння). Антена зчитувача випромінює сигнал частоти, що несе, і приймає відбитий від мітки модульований сигнал. Пасивні мітки ВЧ діапазону передають сигнал методом модуляції навантаження сигналу частоти, що несе (англ. Load Modulation модуляція навантаження). Кожна мітка має ідентифікаційний номер. Пасивні мітки можуть містити перезаписувану незалежну пам'ять EEPROM-типу. Дальність дії міток становить 1—200 см (ВЧ-МІТКИ) і 1-10 метрів (УВЧ і НВЧ-мітки).

Активні[ред.ред. код]

Активні RFID-мітки володіють власним джерелом живлення і не залежать від енергії зчитувача, унаслідок чого вони читаються на дальній відстані, мають великі розміри і можуть бути оснащені додатковою електронікою. Проте, такі мітки найдорожчі, а у батарей обмежений час роботи. Активні мітки в більшості випадків надійніші (наприклад, здійснюють меншу кількість помилок), ніж пасивні, завдяки особливій сесії зв'язку між міткою і пристроєм зчитування. Активні мітки, володіючи власним джерелом живлення, також можуть генерувати вихідний сигнал більшого рівня, ніж пасивні, дозволяючи застосовувати їх в агресивніших для радіочастотного сигналу середовищах: воді (включаючи людей і тварин, які в основному складаються з води), металах (корабельні контейнери, автомобілі), для великих відстаней на повітрі. Більшість активних міток дозволяють передати сигнал на відстані в сотні метрів при тривалості життя батареї живлення до 10 років. Деякі RFID-мітки мають вбудовані сенсори, наприклад, для моніторингу температури товарів, які швидко псуються. Інші типи сенсорів в сукупності з активними мітками можуть застосовуватися для вимірювання вологості, реєстрації поштовхів/вібрації, світла, радіації, температури і газів в атмосфері (наприклад, етилену).

Активні мітки зазвичай мають набагато більший радіус зчитування (до 300 м) і обсяг пам'яті, ніж пасивні, і здатні зберігати більший обсяг інформації для відправки приймачем. В даний час, активні мітки роблять розмірами не більше звичайної пілюлі і продають за ціною в декілька доларів.

Напівпасивні[ред.ред. код]

Напівпасивні RFID-мітки, також їх називають напівактивними, дуже схожі на пасивні мітки, але оснащені батареєю, яка забезпечує чип енергоживленням. При цьому дальність дії цих міток залежить тільки від чутливості приймача зчитувача і вони можуть функціонувати на більшій відстані і з кращими характеристиками.

За типом використовуваної пам'яті[ред.ред. код]

За типом використовуваної пам'яті RFID-мітки діляться на:

  • RO (англ. Read Only) дані записуються тільки один раз, відразу при виготовленні. Такі мітки придатні тільки для ідентифікації. Ніяку нову інформацію в них записати не можна, і їх практично неможливо підробляти.
  • WORM (англ. Write Once Read Many) окрім унікального ідентифікатора такі мітки містять блок одноразово записуваної пам'яті, яку надалі можна багато разів читати.
  • RW (англ. Read and Write) такі мітки містять ідентифікатор і блок пам'яті для читання/запису інформації. Дані в них можуть бути перезаписані багаторазово.

Рідери (зчитувачі)[ред.ред. код]

(від англ. reader) Прилади, які читають інформацію з міток і записують в них дані. Ці пристрої можуть бути постійно підключеними до облікової системи, або працювати автономно.

Види зчитувачів[ред.ред. код]

  • Стаціонарні

Стаціонарні зчитувачі кріпляться нерухомо на стінах, дверях, рухомих складських пристроях (штабеляторах, навантажувачах). Вони можуть бути виконані у вигляді замку, вмонтовані в стіл або закріплені поряд з конвеєром на шляху проходження виробів.

В порівнянні з переносними, зчитувачі такого типу зазвичай мають більшу зону читання та потужність, і здатні одночасно обробляти дані з декількох десятків міток. Стаціонарні зчитувачі підключаються до ПЛК, інтегруються в DCS або підключаються до ПК. Завдання таких зчитувачів поетапно фіксувати переміщення маркірованих об'єктів в реальному часі, або ідентифікувати положення мічених предметів в просторі.

  • Мобільні

Володіють порівняно меншою дальністю дії і часто не мають постійного зв'язку з програмою контролю і обліку. Мобільні зчитувачі мають внутрішню пам'ять, в яку записуються дані з прочитаних міток (потім цю інформацію можна завантажити в комп'ютер) і, як і стаціонарні зчитувачі, здатні записувати дані в мітку (наприклад, інформацію про проведений контроль).

Залежно від частотного діапазону мітки, дистанція стійкого зчитування і запису даних у них буде різна.

Основні переваги RFID-технології[ред.ред. код]

  • для RFID не потрібний контакт або пряма видимість;
  • RFID-мітки читаються швидко і точно (наближаючись до 100%-вої ідентифікації);
  • RFID може використовуватися навіть в агресивних середовищах, а RFID-мітки можуть читатися через бруд, фарбу, пар, воду, пластмасу, деревину;
  • пасивні RFID-мітки мають фактично необмежений термін експлуатації;
  • RFID-мітки несуть велику кількість інформації і можуть бути інтелектуальними;
  • RFID-мітки практично неможливо підробити;
  • RFID-мітки можуть бути не тільки для читання, але і з записом інформації;

Основні недоліки RFID-технології[ред.ред. код]

  • RFID-мітки відносно легко обманути. Для цього треба щоб мітка пройшла в радіусі дії несанкційованого зчитувача, часто мобільного, який збереже інформацію з мітки у себе. Після цього достатньо прийти до точки доступу і протранслювати зчитану інформацію системі за допомогою спеціального транслятора. Цей метод зветься Spoofing. Ускладнює ситуацію й те, що у виготовленні транслятора не виникає ніяких складностей і його схеми є широко розповсюджені в інтернеті.

Де застосовуються RFID-системи?[ред.ред. код]

RFID-системи застосовуються в різноманітних випадках, коли потрібен оперативний і точний контроль, відстеження і урахування численних переміщень різноманітних об'єктів. Типові застосування:

  • електронний контроль за доступом і переміщеннями персоналу на території підприємств;

керування виробництвом, товарними і митними складами (особливо значними), магазинами, видачею і переміщенням товарів і матеріальних цінностей;

  • автоматичний збір даних і при необхідності нарахування оплати на залізницях, платних автомобільних дорогах, на вантажних станціях і терміналах;
  • контроль, планування і керування рухом, інтенсивністю графіка і вибором оптимальних маршрутів;
  • громадський транспорт — керування рухом, оплата проїзду й оптимізація пасажиропотоків;
  • системи електронних платежів для усіх видів транспорту, включаючи організацію платних доріг, автоматичний збір плати за проїзд і транзит, платні автостоянки;
  • забезпечення безпеки (у комплексі з іншими технічними засобами аудіо- і видеоконтролю).

захист і сигналізація на транспортних засобах.

Як працюють RFID-системи?[ред.ред. код]

Система складаються з трьох основних компонентів: зчитувача (ридера), транспондера (котрий звикло зветься міткою або тегом, від англ. tag) і комп'ютерної системи опрацювання даних.

Рідер має приймально-передавальний пристрій та антену, що посилають сигнал до тегу і приймають відповідний, мікропроцесор, що перевіряє і декодує дані, а також пам'ять, що зберігає дані для наступної передачі, якщо це необхідно.

Основні компоненти тега — інтегральна схема, що управляє зв'язком із зчитувачем і антена. Чип має пам'ять, що береже ідентифікаційний код або інші дані. Тег виявляє сигнал від ридера і починає передавати дані, збережені в його пам'яті, обернено в рідер.

Немає ніякої потреби в контакті або прямої видимості між зчитувачем і тегом, оскільки радіосигнал легко проникає через неметалеві матеріали. Таким чином, теги навіть можуть бути сховані усередині тих об'єктів, що підлягають ідентифікації.

Галузі застосування RFID системи[ред.ред. код]

Галузь застосування системи визначається її частотою. RFID-системи діляться на:

  1. Високочастотні (850—950 Mhz і 2.4-5 Ghz), що використовуються там, де потрібна велика відстань і висока швидкість зчитування, наприклад контроль залізничних вагонів, автомобілів, системи збору відходів. Наприклад, ридери встановлюють на шлагбаумах, а транспондер закріплюється на вітровому або бічному склі автомобіля. Велика дальність дії дає можливість безпечної установки ридерів поза межами досяжності людей.
  2. Проміжні частоти (10MHz—15MHz) — там, де повинні бути передані великі кількості даних.
  3. Низькочастотні (100—500 Khz). Використовуються там, де припустимо невеличка відстань між об'єктом і рідером. Звичайна відстань зчитування становить 0,5 метра, а для тегів, умонтованих у маленькі «кнопочки», дальність читання, як правило, ще менше — біля 0,1 метра. Велика антена рідера може якоюсь мірою компенсувати таку дальність дії невеличкого тега, але випромінювання високовольтних ліній, моторів, комп'ютерів, ламп і т.і., заважає її роботі. Більшість систем керування доступом, безконтактні карти, керування складами і виробництвом використовує низьку частоту.

Поточне використання[ред.ред. код]

  • Оплата за користування мобільним зв'язком
  • Громадський транспорт (автобус, залізниця, метро)
  • Оплата за автобан (платні дороги)
  • Управління активами роздрібна торгівля
  • Транспорт та логістика
  • Ідентифікація тварин
  • Системи інвентаризації
  • Бібліотеки
  • Паспорт біометричний
  • Гірськолижні курорти
  • Музеї
  • Школи та універсистети

Див. також[ред.ред. код]

Посилання[ред.ред. код]