Что такое RFID?

RFID (сокращение от Radio Frequency Identification) описывает технологию передачи данных на основе электромагнитных волн, которая служит для бесконтактного обмена данными в системах отправитель-получатель.

Как работает технология RFID?

Системы RFID состоят как минимум из одного RFID-считывателя и любого количества RFID-транспондеров, которые работают в основном как мобильные хранилища данных. Кроме того, необходим компьютер, который записывает и оценивает отсортированные данные. Передача данных осуществляется бесконтактным способом по воздуху. Поэтому мы говорим о так называемом воздушном интерфейсе между отправителем и получателем. Разработка основных технических компонентов, набор функций и базовая рабочая частота существенно различаются в зависимости от области применения системы RFID.

Структура RFID-считывателя

RFID-считыватель — это технологическое устройство, которое в зависимости от своей конструкции и назначения либо создает магнитное переменное поле низкого диапазона, либо радиоволны высокой частоты.

Если RFID-транспондер попадает в электромагнитное поле, создаваемое считывателем, происходит сцепление со считывателем, что позволяет считывать RFID-транспондер. Процесс считывания контролируется программным обеспечением на считывателе. Обычно оно имеет интерфейсы для подключения к другим компьютерным системам. В зависимости от конструкции можно также описывать транспондеры и тем самым изменять информацию, сохраненную на чипе.

Современные RFID-считыватели способны считывать несколько транспондеров одновременно. Такая групповая способность является главным преимуществом технологии RFID по сравнению с другими способами идентификации объектов — например, идентификацией по штрих-коду.

Для того чтобы RFID-считыватели могли одновременно взаимодействовать с несколькими метками, были разработаны различные способы защиты от столкновений, в которых транспондерам присваивается разное время доступа или, например, разные частоты. Это должно предотвратить интерференцию сигналов.

Конструкция транспондера RFID

Транспондер RFID — это устройство радиосвязи, которое принимает входящие сигналы и автоматически отвечает на них. Описание транспондера представляет собой комбинацию терминов «передатчик» и «ответчик». Самые маленькие типы транспондеров имеют длину всего несколько миллиметров. Существуют различные типы транспондеров:

  • пассивный
  • активный
  • полуактивный

Основными компонентами любого RFID-транспондера являются микрочип и антенна (обычно в форме катушки). Микрочип стандартного транспондера имеет объем памяти от нескольких бит до нескольких килобайт, в зависимости от конструкции. В зависимости от исполнения, объем памяти может быть достаточным для хранения одной последовательности цифр, которая служит уникальным идентификатором для идентификации чипа, вплоть до наборов данных объемом в несколько машинописных страниц.

RFID-чип образует так называемый вкладыш вместе с напечатанной, наложенной или вытравленной антенной. Она обладает высокой чувствительностью и лишь ограниченной устойчивостью. Поэтому RFID-вкладыши в основном ламинируются — например, самоклеящиеся этикетки (смарт-этикетки): так называемые RFID-метки. Если транспондер должен выдерживать большие нагрузки, электроника может быть интегрирована в пластиковую карту или защищена пластиковым корпусом.

Если речь идет о пассивных и полуактивных транспондерах, то сам считывающий RFID-чип не создает электромагнитного поля. Вместо этого переменное поле считывающего устройства модифицируется для передачи полученных данных. Активные транспондеры оснащены собственным передатчиком.

  • Пассивные транспондеры RFID не имеют собственного источника энергии и не способны самостоятельно передавать сигналы. Микрочип пассивного транспондера временно снабжается электроэнергией через конденсатор (обычно встроенный) при его соединении со считывателем. В большинстве случаев связь осуществляется посредством индукции.
  • Активные и полуактивные RFID-транспондеры имеют источник энергии в виде резервной батареи и поэтому несколько больше по размерам. В пассивных RFID-транспондерах передача данных ограничена несколькими метрами. Активные и полуактивные транспондеры расширяют радиус действия системы RFID до нескольких сотен метров. Связь осуществляется индукционным или электромагнитным способом.

Частоты RFID

Для стандартных систем RFID используются частоты передачи безлицензионных частотных диапазонов ISM, которые могут бесплатно и без согласования использоваться высокочастотными устройствами в промышленности, науке и медицине, а также в быту. Различают системы RFID, работающие в диапазонах низких (LF), высоких (HF), сверхвысоких (UHF) и супервысоких (SHF) частот. Они значительно отличаются друг от друга по дальности и скорости передачи данных. Не существует международного стандарта RFID, который предписывал бы использование определенных частот.

  • Низкая частота, LF: Для систем LF RFID используются длинные волны в диапазоне частот от 125 кГц до 135 кГц. Расстояние считывания значительно превышает один метр. Скорость передачи данных сравнительно низкая. Системы RFID с частотой 125 кГц зарекомендовали себя в таких областях применения, как производство, монтаж и контроль доступа, а также в маркировке животных. Пассивные транспондеры RFID в низкочастотном диапазоне получают энергию через индуктивную связь.
  • Высокая частота, ВЧ: системы ВЧ RFID используют короткие волны с рабочей частотой 6,78 МГц, 13,56 МГц или 27,125 МГц и отличаются высокой скоростью передачи данных. Максимальное расстояние для чтения или записи составляет до 3 метров. ВЧ-транспондеры работают с меньшим количеством витков антенны. Это позволяет использовать более компактные конструкции. Для умных этикеток в логистике частота 13,56 МГц была установлена в качестве стандарта во всем мире.
  • Сверхвысокая частота, UHF: RFID-системы в диапазоне UHF обеспечивают высокий радиус действия и скорость передачи данных. Максимальное расстояние считывания или записи составляет 10 метров. Для систем с активными транспондерами возможно расстояние до 100 метров. В качестве антенны достаточно диполя из-за малой длины волны. В Европе диапазон частот около 868 МГц утвердился в качестве стандарта для транспондеров УВЧ. Распространенная в США частота 915 МГц не разрешена в Европе для систем RFID. Участки здания, объекты и другие препятствия приводят к значительному затуханию и отражению УВЧ-волн.
  • Сверхвысокие частоты, СВЧ (микроволны): Диапазоны ISM с частотами 2,45 ГГц и 5,8 ГГц в микроволновом диапазоне также используются в технологии RFID. Системы RFID в диапазоне SHF отличаются очень высокой скоростью передачи данных. Дальность действия пассивных СВЧ-транспондеров составляет до 3 метров, а с активными транспондерами можно преодолевать расстояния до 300 метров. Как и в случае с волнами УВЧ, микроволны также сильно гасятся физическими препятствиями.

В следующей таблице приведены частотные диапазоны, используемые в системах RFID, и их характеристики.

  Низкая частота Высокая частота Сверхвысокие частоты (пассивные / активные) Микроволны (пассивные / активные)
Диапазон частот Менее 135 кГц 13,56 МГц 868 МГц (ЕС), 915 МГц (США) 2,45 ГГц, 5,8 ГГц
Расстояние для чтения Менее 1 метра До 3 метров От 10 до 100 метров До 3 до 300 метров
Тип связи считывателя и транспондера Индуктивная (ближнее поле) Индуктивный (ближнее поле) Электромагнитная (дальнее поле) Электромагнитная (дальнее поле)
Скорость передачи данных Низкая Высокая Высокая Очень высокая
Деструктивный эффект из-за жидкостей Низкий Низкий Очень высокая Очень высокий
Разрушающее воздействие металла Да Да Нет Нет
Требуется выравнивание транспондера Нет Нет Частичный Всегда
Стандарты ИСО/МЭК 11784/85 и 14223 14443, 15693 и 18000 14443, 15693 и 18000 18000
Носитель для чипа транспондера (примеры) Стеклянная вставка, пластиковый корпус, чип-карта, смарт-этикетка Умная этикетка, промышленный транспондер Умная этикетка, промышленный транспондер Широкоформатный транспондер
Область применения Контроль доступа и маршрутов, иммобилайзеры, прачечная, считывание газа, маркировка животных Прачечные, продажа билетов, отслеживание, трассировка, запись навалов Хранение, логистика сбор паллет, отслеживание контейнеров Идентификация транспортных средств, дорожные сборы
Принятие Во всем мире По всему миру ЕС/США Не принимается в ЕС

Сопряжение

Соединение считывающего устройства и транспондера на практике осуществляется с помощью одной из следующих процедур.

  • Близкое сцепление: Системы тесной связи реализуются таким образом, что расстояние между считывающим устройством и транспондером составляет максимум один сантиметр. Это возможно в принципе во всех диапазонах частот. Передача данных обычно осуществляется посредством индукции. Соответствующие системы используются в зонах с высокими требованиями к безопасности. Классические области применения — бесконтактные платежи с помощью чиповых карт или аутентификация для систем блокировки. Из-за небольшого расстояния достаточно пассивных транспондеров.
  • Дистанционное сцепление: Процедура дистанционного соединения позволяет передавать данные на расстояние до одного метра. Как правило, для этого процесса сцепление может осуществляться и индуктивным способом. Стандартными частотами являются 135 кГц (НЧ) или 13,56 МГц (ВЧ). Пассивные транспондеры также используются для процедуры дистанционного соединения. Процесс передачи данных может использоваться в области хранения и логистики, а также в промышленной автоматизации.
  • Системы дальнего действия: Системы RFID дальнего радиуса действия обычно работают в диапазоне сверхвысоких частот (868 МГц или 915 МГц) и обеспечивают расстояние чтения/записи в несколько сотен метров. Системы дальнего действия в микроволновом диапазоне до сих пор находятся на стадии разработки. Для обеспечения максимально возможной дальности действия используются активные RFID-транспондеры с собственным источником энергии. Потенциальной областью применения систем дальнего действия является идентификация транспортных средств в контексте систем оплаты дорожного движения.

Функции записи и считывания

Основной функцией системы RFID является идентификация транспондера путем считывания уникального идентификатора. Записываемые транспондеры используются для более сложных сценариев применения. В этом контексте различают три типа транспондеров:

  • Только для чтения: Простейшие RFID-транспондеры имеют уникальную запись от производителя и могут считываться так часто, как это необходимо. Добавление, перезапись или удаление информации задним числом уже невозможно.
  • Записать один раз, прочитать много (WORM): Транспондеры WORM поставляются производителем без записи и могут быть снабжены данными один раз. Затем их можно считывать как можно чаще.
  • Считывание и запись: RFID-транспондеры этой категории могут быть перезаписаны. Это позволяет осуществлять доступ для записи и чтения так часто, как это необходимо, при этом данные могут быть добавлены, изменены или удалены. При необходимости доступ к записи также может быть ограничен с помощью этого типа транспондеров.

В зависимости от конструкции транспондеры RFID могут быть оснащены различными дополнительными функциями.

RFID-метки, оснащенные так называемым «кодом уничтожения», после получения определенного сигнала навсегда деактивируются. Эта функция может использоваться, в частности, для защиты товаров с помощью RFID и предотвращает обращение с товарами, оснащенными транспондерами, и их считывание за пределами магазина.

Если на RFID-чипах хранится конфиденциальная информация, например, коды доступа к системам запирания или банковские реквизиты, возможно шифрование. Кроме того, иногда чипы транспондеров программируются таким образом, что для связи со считывателем требуется секретный пароль. Соответствующие транспондеры сначала проверяют личность считывателя, прежде чем разрешить доступ к памяти.

RFID-системы на практике

В настоящее время системы RFID используются, прежде всего, в логистике и розничной торговле. Однако их применение также возможно в производстве, управлении складами и запасами, идентификации транспортных средств, борьбе с пиратством и маркировке животных. Пользователи часто сталкиваются с технологией RFID в контексте систем безналичных платежей. Использование RFID-транспондеров также распространено при учете рабочего времени и в системах электронной блокировки. RFID-чипы также используются для идентификации личности, встраиваясь в персональные удостоверения личности и паспорта.

Логистика

Технология RFID также используется как альтернатива штрих-коду в логистике. RFID-транспондеры позволяют уникально идентифицировать товары по всей цепочке поставок и, таким образом, прозрачно отслеживать движение товаров. Основными областями применения являются отслеживание перемещений, идентификация объектов и определение местонахождения товаров. Также существуют возможности для оптимизации процесса с помощью RFID в области инвентаризации, управления контейнерами и контроля качества — например, при мониторинге цепи охлаждения. Также распространены системы дистанционного сцепления. Для этого транспондеры обычно крепятся непосредственно к упаковке товара или транспортному поддону. Считывание осуществляется с помощью ручных считывателей, а также с помощью датчиков — например, в дверных рамах или в вилах вилочных погрузчиков.

Управление товарами и запасами

Метки RFID также хорошо зарекомендовали себя в контексте управления товарами и запасами в библиотечном секторе, а также в розничной торговле. Одним из преимуществ технологии RFID по сравнению с традиционными системами записи по штрих-коду является возможность одновременного считывания нескольких RFID-транспондеров при массовой записи. Именно это используется, например, для возврата книг в библиотеках. Массовая запись позволяет однозначно идентифицировать все книги в партии без необходимости сканирования каждой книги в отдельности. Системы RFID также используются в торговых залах — например, для отслеживания движения товаров, для автоматизации повторного заказа или для контроля срока годности скоропортящихся продуктов. До сих пор эти системы широко использовались в розничной торговле, но теперь нет — в частности, по причинам защиты данных.

Наблюдение за товарами

В розничной торговле системы RFID используются в управлении товарами, а также в сфере контроля за товарами. Технология RFID широко используется в текстильной промышленности. RFID-транспондеры вшиваются в предметы одежды в виде гибких этикеток или прикрепляются в других местах. Метки RFID для наблюдения за товарами, как правило, уже интегрированы в производственный процесс и поэтому менее заметны, более эффективны и менее дороги, чем другие электронные процедуры наблюдения за товарами. Однако системы наблюдения за товарами на основе RFID подвергаются критике со стороны тех, кто занимается защитой данных, поскольку соответствующие чипы в товарах могут быть считаны и после их приобретения покупателем.

Производство

Существуют варианты применения систем RFID в производстве в области отслеживания товаров и материалов, а также в автоматизации производственных линий. Использование технологии RFID направлено не только на ускорение производственных процессов, но и на безопасность труда и контроль качества. Основная идея заключается в том, что каждый продукт (деталь) оснащается чипом, который не только однозначно идентифицирует его, но и предоставляет информацию об обработке, установке, обслуживании или утилизации. Технология RFID, наряду с IoT (Интернетом вещей), является одним из основных строительных блоков «умного завода» в соответствии с концепцией Industry 4.0.

Идентификация транспортных средств

Одной из возможных областей применения RFID-систем в дальней зоне является идентификация транспортных средств — например, в контексте контроля доступа, систем взимания платы, измерения скорости, предложений совместного использования автомобилей или управления парковочными местами. Автомобильные номера с чипами RFID (так называемые электронные номера) могут стать альтернативой распознаванию номерных знаков с помощью камер или дополнить его. Оплата на автозаправочных станциях или пунктах взимания платы за проезд также может осуществляться с помощью RFID-чипа в номерном знаке, практически во время движения.

Пиратство продукции

В борьбе с пиратством продукции технология RFID может быть использована как альтернатива или дополнение к другим мерам безопасности — например, оптическим голограммам. Распознавание бренда — обычная практика, когда пассивные RFID-транспондеры незаметно интегрируются в продукт во время производства. Такие чипы позволяют четко идентифицировать и при необходимости проверять брендовую продукцию по всей цепочке поставок, тем самым подтверждая подлинность товара. При использовании RFID-системы с поддержкой массового использования даже большие партии товаров могут быть проверены быстро и с минимальными усилиями. Для предотвращения фальсификации информации, сохраненной на чипе транспондера, следует использовать процессы шифрования. Возможна проверка конечным пользователем, например, с помощью смартфона.

Маркировка животных

В контексте маркировки животных транспондеры RFID используются в виде стеклянных инъекций, с помощью аппликатора для прямого введения в тело животного или питомца, подлежащего маркировке. Технология RFID используется здесь в качестве альтернативы ошейникам или ушным биркам для животных.

Платежные карты

Технология RFID лежит в основе бесконтактных платежных процедур с помощью чип-карты или смарт-устройства. Передача данных осуществляется в виде тесной связи в целях безопасности. Связь ближнего поля (NFC) зарекомендовала себя как международный стандарт передачи данных. Наиболее распространенные процедуры безналичных платежей с использованием NFC включают Girogo, Paypass, Visa PayWave, Apple Pay и Google Pay.

Примечание

NFC — это специальный процесс соединения для систем RFID, который был определен Международной электротехнической комиссией (IEC) в сотрудничестве с Международной организацией по стандартизации (ISO). Центральными стандартами являются ISO/IEC 18092, 21481 и 14443.

Учет времени

Системы RFID часто встречаются в контексте учета рабочего времени — например, в качестве замены системы перфокарт для учета рабочего времени. Вместо того чтобы записывать время, сотрудники просто подносят свой транспондер к соответствующему терминалу, чтобы зарегистрировать время начала или окончания работы или время перерыва. Затем данные анализируются компьютерной системой в фоновом режиме и обрабатываются как плюс-минус часы в учете рабочего времени. RFID также используется для регистрации времени в спорте. Соответствующие транспондеры прикрепляются к беговой обуви спортсменов, к гоночным велосипедам или спортивным автомобилям, чтобы как можно точнее зафиксировать пересечение финишной черты.

Контроль доступа или входа

В виде брелоков или чип-карт транспондеры RFID позволяют идентифицировать личность в электронных системах запирания. Этот тип контроля доступа имеет большое преимущество по сравнению с процедурами, основанными на использовании ключей. Если сотрудник теряет свой транспондер, необходимо заблокировать только его идентификатор. Нет необходимости в дорогостоящей замене замка, которая требуется при потере ключа. Контроль безопасности на основе RFID для аутентификации пользователей также возможен для доступа к рабочим местам, устройствам, инструментам или транспортным средствам.

Персональная идентификация

Удостоверения личности также могут быть дополнены функциями для простого электронного считывания персональных данных с использованием технологии RFID. С 2005 года многие паспорта стандартно оснащаются чипом RFID. В будущем возможно применение соответствующих идентификационных чипов под кожей человека. Они могут сделать доступными не только персональные данные, но и жизненно важную экстренную информацию, такую как аллергия и непереносимость, уже имеющиеся заболевания или лекарства.

Преимущества и недостатки технологии RFID

Преимущества и недостатки систем RFID обычно обсуждаются при рассмотрении других процедур бесконтактной идентификации. Другие процессы, обеспечивающие оптическую идентификацию с помощью штрих-кодов или QR-кодов, часто могут использоваться вместо систем RFID в вышеупомянутых областях применения. Для сравнения можно выделить следующие преимущества и недостатки технологии RFID.

Преимущества Недостатки
✔ Бесконтактная передача данных (даже без визуального контакта) ✘ Нарушение радиопередачи жидкостью или металлом (в зависимости от рабочей частоты)
✔ Возможность чтения и записи на большом расстоянии (в зависимости от конструкции) ✘ Все еще не очень стандартизированы (особенно на международном уровне)
✔ Возможна высокая скорость передачи данных (в зависимости от конструкции) ✘ Прозрачность и защита данных
✔ Доступ для чтения и записи через целый ряд различных материалов (например, дерево или картон) ✘ В отличие от штрих-кодов, транспондеры RFID могут быть считаны только с помощью технического устройства
✔ Возможно одновременное считывание нескольких чипов RFID (возможность массового использования)  
✔ Низкий износ / очень прочный, в зависимости от носителя  
✔ Возможность шифрования  
✔ Возможность записи, в зависимости от конструкции  

Оцените статью
cdelat.ru
Добавить комментарий