Короткий огляд технології радіочастотної ідентифікації (RFID)

За технологіями RFID велике майбутнє. Десь я зустрічав вираз, що 21 століття - це епоха лавинного зростання популярності та розквіту RFID в світі.
Хтось візьметься серйозно (бо "не серйозно" вже, ніби-то, трохи щось рухається... через пень-колоду) впроваджувати рішення, засновані на RFID, в Украіні? То майте мене на увазі, якщо знадобиться партнер. Бо мені також це цікаво.

------------------

1 Что такое RFID

RFID (Radio Frequency IDentification, радиочастотная идентификация) - это метод автоматической идентификации объектов, в котором посредством радиосигналов считываются или записываются данные, хранящиеся в т. н. транспондерах или RFID-метках.

2 Ключевые компоненты RFID-технологии

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

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

По принципам работы RFID-метки подразделяются на три класса: пассивные, активные и полупассивные. Два последних типа отличаются друг от друга тем, что в полупассивных метках батарея питает сам чип, но не броадкастовый сигнал. Более подробная классификация и описание RFID-меток приведены здесь.

Считыватели (или ридеры) подразделяются на стационарные и переносные.

3 Стандарты RFID-технологии

Изначально, технология RFID использовала диапазон низких частот, поэтому LF (Low Frequency) – технология, принятая для самого старого варианта RFID, которая использовалась главным образом в производстве и сельскохозяйственных направлениях деятельности.

ISO 11784 и ISO 11785 - два широко распространенных стандарта в области низких частот (125 кГц), которые широко использовались и используются в области идентификации и слежения за животными. При этом ISO 11784 определяет структуру данных признака животных (в этом стандарте, животные могут быть идентифицированы кодом страны и уникальным национальным удостоверением личности). ISO 11785 был посвящен техническим аспектам коммуникации.

Но в скором времени развитие самой технологии (выход на новые частоты) и областей ее применения (структура данных, протоколы обмена) настолько ускорило темп, что число стандартов ISO значительно выросло. Таблицы ISO/IEC стандартов, имеющих отношение к RFID-технологии, а также стандартов ISO по частотному диапазону можно посмотреть здесь.

3.1 Стандарты EPC Global

Кроме широко известных стандартов ISO, широкое распространение и популярность получили стандарты EPC Global. EPC Global стала заниматься стандартизацией после того, как основанная в 1999 году при Массачусетском университете Auto ID Labs, занимавшаяся вопросами определения стандартов в области сверхвысоких частот (UHF), закрылась в октябре 2003 года. Чтобы завоевать рынок и быть понятной потребителям RFID компания EPC Global начала с того, что выделила определенные функциональные группы меток, назвав их классами. Еще при Auto ID Labs были выделены следующие группы (классы):

• Класс 0. Группа пассивных меток для идентификации объекта (Passive Identity Tag). Эти метки содержат только так называемый «электронный код продукта» (Electronic Product Code, EPC) в неизменяемом виде и использующий проверку CRC для обнаружения ошибок.
• Класс 1. Группа пассивных меток с функциональными возможностями (Passive Functional Tag). Эта большая группа меток содержит все метки, имеющие какие либо дополнительные функции, отличающие их от первой группы. Примером таких функции могут быть перезаписываемый EPC, шифрование данных и т.п.
• Класс 2. Группа «полупассивных» меток (Semi-Passive Tag). К этой группе были отнесены все метки, использующие дополнительно источник питания. При этом основным источником питания должен являться считыватель, а точнее, излучаемая им энергия.
• Класс 3. Группа активных меток (Active Tag). Эти метки содержат встроенный источник питания, полностью обеспечивающий метку необходимой энергией вне зависимости от считывателя.
• Класс 4. Группа активных RFID-меток (RFID Tag). Эти метки не только содержат встроенный источник питания, но и набор определенной логики, позволяющей метке обмениваться данными с такой же меткой или обычным считывателем.

В настоящее время существует два поколения стандартов EPC (Generation 1, Generation 2). В первом поколении были определены только метки класса 0 и класса 1 (Class 0, Class1). Метки класса 0 (C0g1) программировались во время изготовления и получали атрибут «только чтение («R/O»). В метки класса 1 (C1g1) информация могла быть записана пользователем только один раз, они получили атрибут «одна запись, множественное чтение («WORM»). Класс 0 и класс 1 имеют различные протоколы для работы со считывателем. Следует упомянуть и о модификациях классов, которые поддерживаются так называемыми «открытыми» стандартами EPC Global.. Наиболее широко используемые модификации это класс 0+ (С0+g1) – отличается размером памяти (96 бит вместо принятых изначально 64 бит) и класс 1b (С1bg2), где всего 128 бит, 96 (код EPC) из которых доступно для многократной записи.

Толчком к созданию меток класса 2 поколения послужил спрос на метки, содержащие большее количество информации и имеющие возможности множественной записи («WMRM»). Ответом EPC Global стали метки первого поколения класса 2 (C2g1), поддерживающие оба протокола обмена данными со считывателем.

Однако, развитие RFID-технологий шло такими высокими темпами, что в 2003 EPC Global, чтобы угнаться за столь быстро развивающейся отраслью начинает выпускать второе поколение стандартов. Чтобы избежать проблем, возникающих при работе с метками первого поколения, EPC Global ввела общий протокол обмена данными для всех продуктов второго поколения. Протокол изначально разрабатывался для меток класса 1 второго поколения, но должен быть пригоден для работы с разрабатываемыми в перспективе классами (планируется создать метки класса 2, 3 и 4).

В настоящее время, метки класса 0 и класса 1 доступны для коммерческого использования. 96-битовый EPC обеспечивает уникальные идентификаторы для 268 миллионов компаний. Каждый изготовитель может иметь 16 миллионов классов объекта и 68 миллиардов регистрационных номеров в каждом классе. Есть и новые схемы нумерации, которые начинаются 128-битовыми и 256-битовыми регистрационными номерами, чтобы обеспечить совместимость с новыми выпускаемыми стандартами второго поколения.

Сеть EPC, или как ее еще называют UCCNET, отслеживает теговые объекты EPC, в процессе их движения через цепь поставки из источника к потребителю. Сеть EPC состоит из следующих основных компонентов, которые используются в системе стандартов:

• ONS (Object Naming Services) - службы именования объектов, аналог DNS (Dynamic Named Services) типичной компьютерной сети. Каждый признак EPC привязан к детальной информации об объекте через локальную сеть (LAN) или Web.
• Savant - технология программного обеспечения, служащая «нервной системой» для сети, управляющая потоком данных между метками и считывателями.
• PML (Physical Markup Language) – язык физического обозначения, поднабор из XML-языка, который был определен как стандартная платформа развития для сети EPC.

Более детально насчет стандартов в области RFID-технологий можно ознакомиться здесь.

4 Целевые секторы рынка RFID-технологии
Известные приложения RFID:

• Бесконтактные смарт-карты в системах контроля управления доступом и в платежных системах
• Транспортные платежи
• Замена систем, основанных на использовании штрих-кодов
• Системы контроля за уровнем топлива на автозаправках
• Системы безопасности (например, в составе систем контроля доступа и др.)
• Системы телеметрии
• Системы дистанционного управления
• Сельское хозяйство (например, идентификация животных)
• Логистика (отслеживание движения товаров, автоматическое наполнение логистических баз данных)
• Системы инвентаризации
• Системы борьбы с хищениями (например, в супермаркетах)
• Учебные заведения, библиотеки, музеи
• Человеческие имплантанты (сейчас по желанию. Надеюсь, что и в будущем будет по желанию :))
• Медицина и здравоохранение (для повышения комфорта и безопасности лечения пациентов)
• Паспорта
• Спорт (например, старт-финиш объектов)
• … и много-много иных сфер

4.1 Примеры применения RFID
Рис. 1. RFID-метка для приложений логистики

Рис. 2. RFID-считыватель LRP 2000-26

Рис. 3. RFID-считыватель на автопогрузчике

Рис. 4. Технология RFID в супермаркете

Рис. 5. RFID-метка на упаковке медикаментов

Рис. 6. Технология RFID в библиотеке

Рис. 7. RFID-считыватель производства компании TagMaster

Рис. 8. Паспорт с RFID-чипом

Рис. 9. RFID-система управления доступом на горнолыжные подъемники

Более развернуто вопросы применения RFID-технологии рассматриваются здесь.

5 Заинтересованные стороны во внедрении RFID-технологии

• Производители компонент и систем, основанных на RFID-технологии
• Системные интеграторы
• (потенциально) Операторы телекоммуникаций (косвенно, при условии агрегации и передачи трафика от RFID-считывателей через операторские сети)
• Пользователи систем, основанных на RFID-технологии

6 Возможности (как работает) RFID-технологии

Фактически RFID-метка представляет собой миниатюрное запоминающее устройство, состоящее из микрочипа, который хранит информацию, и антенны, с помощью которой метка передает и получает информацию. В памяти метки хранится ее собственный уникальный номер и пользовательская информация. Когда метка попадает в зону регистрации, эта информация принимается считывателем, способным читать и записывать информацию в метках.

Активные метки используют для передачи энергию собственного элемента питания. 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.

Пассивные метки используют для передачи энергию поля 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.

7 Преимущества RFID-технологии

• Возможность перезаписи. Данные RFID-метки могут перезаписываться и дополняться много раз, тогда как данные на штрих-коде не могут быть изменены – они записываются сразу при печати.
• Отсутствие необходимости в прямой видимости. RFID-ридеру не требуется прямая видимость метки, чтобы считать ее 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 попасть в зону регистрации, в том числе при перемещении через нее на достаточно большой скорости. Напротив, устройству считывания штрих-кода всегда необходима прямая видимость штрих-кода для его чтения.
• 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 десятков метров.
• Больший объем хранения данных. RFID-метка может хранить значительно больше информации, чем штрих-код. До 10 000 байт могут храниться на микросхеме площадью в 1 квадратный сантиметр, в то время, как штриховые коды могут вместить 100 байт информации, для воспроизведения которых понадобится площадь размером примерно с лист формата А4.
• Поддержка чтения нескольких меток. Промышленные ридеры могут одновременно считывать несколько десятков RFID-меток в секунду, используя т.н. антиколлизионную функцию. Устройство считывания штрих кода, однако, может единовременно сканировать только один штрих-код.
• Считывание данных метки при любом ее расположении. В целях обеспечения автоматического считывания штрихового кода, комитетами по стандартам (в т.ч. EAN International) разработаны правила размещения штрих-меток на товарной и транспортной упаковке. К радиочастотным меткам эти требования не относятся. Единственное условие - нахождение метки в зоне действия сканера.
• Устойчивость к воздействию окружающей среды. Существуют RFID-метки обладающие повышенной прочностью и сопротивляемостью жестким условиям рабочей среды, а штрих-код легко повреждается (например, влагой или загрязнением). В тех сферах применения, где один и тот же объект может использоваться много раз (например, при идентификации возвратной тары), радиочастотная метка оказывается идеальным средством идентификации, так ее не требуется размещать на внешней стороне упаковки. Пассивные RFID-метки имеют практически неограниченный срок эксплуатации.
• Интеллектуальное поведение. RFID-метка может использоваться для выполнения других задач, кроме того, чтобы быть просто хранителем и переносчиком данных. Штрих-код же не обладает никаким интеллектом и является лишь средством хранения данных.
• 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. Как и любое цифровое устройство, радиочастотная метка обладает возможностью закрыть паролем операции записи и считывания данных, а также зашифровать их. В одной метке можно одновременно хранить открытые и закрытые данные.

8 Производители компонентов RFID-технологии
Их есть очень много. Ниже приведены только некоторые.

• TAGnology RFID Ltd. (Австрия) – производитель оборудования для высокочастотной RFID-идентификации: ридеров, антенн, транспондеров, терминалов сбора данных. Многолетний опыт компании на рынке RFID, собственные know-how позволяют TAGnology создавать эффективные отраслевые решения.

• Symbol Technologies (США) (выкуплен Моторолой) – ведущий мировой производитель мобильных устройств, оборудования для автоматической идентификации, беспроводных систем связи. Филиалы компании открыты более чем в 50 странах. Разрабатывает и выпускает ультравысокочастотное RFID оборудование: ридеры, антенны, транспондеры, терминалы сбора данных.
  
• 
  

более 900 патентов в сфере штрих-кодирования, RFID, мобильных компьютерных технологий, беспроводных технологий и др.

45000 внедренных беспроводных локальных сетей

7 млн. действующих мобильных терминалов и сканеров

• Datamax (США) – компания, получившая мировую известность благодаря производимому ею оборудованию для штрих-кодирования и RFID-маркировки – термопринтерам и расходным материалам к ним, продукция компании продается в 65 странах мира. Производит принтеры, поддерживающие высокочастотную и ультравысокочастотную RFID-технологию.

• PSC Inc. (США) – ведущий разработчик и производитель решений для передовых технологий сбора и передачи информации – проводных и беспроводных. Сфера применения ее продукции – розничная торговля, промышленность, дистрибуция, логистика, транспорт. Передовые технологии и оборудование от PSC хорошо известно более чем в 100 странах мира. Компания производит терминалы сбора данных, осуществляющие чтение и обработку данных RFID-меток.

• Confidex — производство меток.

• G2 Microsystems - небольшая частная компания-разработчик полупроводниковых систем. Имеет исследовательский центр в Сиднее. Наиболее интересным продуктом компании является G2C501, интегрированная однокристалльная система, поддерживающая стандарты IEEE 802.11 (Wi-Fi), ISO 24730-2 и EPC Gen 1 Class 0

• Impinj — производство считывателей и меток, в том числе т. н. «ближнепольных» меток, работающих не от радиоволн, а в магнитном поле. Скорость считывания таких меток достигает 1000 меток в секунду. Impinj — лидер в производстве считывателей и чипов EPCglobal Generation 2. В 2005м году было произведено 50 миллионов чипов.Такие цифры достигаются при помощи технологии производства чипов «Implanted Injection» и личного участия одного из основателей фирмы, Криса Диорио, в разработке кода стандарта Gen 2.

• Intermec — производство меток и считывателей.

• Nordic ID — производство считывателей.

• NXP Semiconductors — производство чипов, использующихся в дальнейшем для производства меток многими другими производителями. Уникальность кода каждого чипа гарантируется.

• Omron — производство меток и считывателей.

• Printronix — производство RFID-принтеров.

• Siemens AG — производство и внедрение продуктов и систем для RFID-технологий и других решений AIDC. Компания развивает RFID-технологии свыше 20 лет. Имеет установленную базу около 300000 считывателей (по данным компании на январь 2008 года).

• Texas Instruments — производство меток, считывателей, антенн. Фирма участвует в разработке многих стандартов, в том числе EPCglobal, ISO, ISO/IEC, ECMA International, ETSI.

• UPM Raflatac — один из ведущих мировых поставщиков самоклеящихся материалов и производитель меток радиочастотной идентификации.

• Zebra Technologies — производство меток и RFID-принтеров, осуществляющих печать текстов и штрих-кодов на метки.

• «Альфа-1» — Разработка и производство аппаратуры радиочастотной идентификации (антенны, считыватели, метки) в диапазоне UHF.

• «Систематика» (быв. Aero Solutions) — разработка, производство и продажа UHF меток, антенн и считывателей стандарта Gen2, перепродажа, консалтинг. Единственный авторизованный реселлер Impinj в России и странах СНГ (по данным на апрель 2008 года).

9 Ценовой диапазон решений, основанных на RFID-технологии

На данное время неизвестно. Обычно на сайтах производителей и системных интеграторов говорится что-то типа «Цена на решения зависит от многих факторов. Оставьте свои координаты и наши менеджеры свяжутся с вами для уточнения всех деталей».

10 Развитие RFID-технологии

Ожидается, что протокол EPC Global Gen 2 станет лидирующим стандартом для RFID с рабочей частотой систем в UHF диапазоне 900 МГц, который преодолевает многие ограничения решений EPC Global Class 0 и Class 1 первого поколения.

Gen 2 представляет собой концепцию с улучшенными качествами и стандартами работы, такими как функционирование нескольких считывателей в непосредственной близости друг от друга, соответствие всем нормам мировых регулирующих органов, высокий уровень качества считываемости меток, высокая скорость считывания, возможность многоразовой записи информации на метки и повышенный уровень безопасности.

11 Возможный интерес системного интегратора к внедрениям RFID-решений
Возможный интерес системного интегратора может заключаться в:

• предложении и интеграции RFID-решений в соответствующие (подходящие) корпоративные проекты на создание/модернизацию ИС, АСУ и АСУТП клиентов
• использовании RFID-решений для собственных нужд (транспорт, логистика)

12 Информационные ресурсы по RFID-технологии
1. Английская Википедия
2. Российская Википедия
3. Украинский ресурс, посвященный вопросам RFID-технологии
4. Ресурс Rfid.Org
5. RFID Journal
6. Заметка «Олимпиада 2008 и RFID»