Все большую популярность в России набирает технология RFID. Широкая популярность обуславливается дешевизной и простотой использования систем, построенных на основе данной технологии. Такие системы широко применяются в логистике, системах аутентификации и контроля. Технология радиочастотной идентификации схожа по функционалу с штрих-кодом, но обладает существенными преимуществами в эксплуатации: надежность, большая защищенность, износостойкость элементов. Основным преимуществом является то, что хранение и передача данных производится с использованием криптографических алгоритмов. Это значительно усложняет попытки несанкционированного считывания данных и взлома всей системы. В данной статье приведена подробная классификация с описанием каждого вида RFID меток. Произведен анализ существующих RFID меток, рассмотрены достоинства и недостатки их решений: надежность, дальность действия, энергонезависимость. Проведено сравнение различных систем, построенных на технологии RFID и даны рекомендации по выбору компонентов при проектировании различных систем.
Ключевые слова: RFID технология, логистика, автоматизация производства, идентификация, система контроля качества, системный анализ.
The increasing popularity in Russia is gaining RFID technology. Wide popularity is caused by cheap and easy to use systems that are based on this technology. Such systems are widely used in logistics, authentication and control systems. RFID technology is similar in functionality to the barcode, but offers significant advantages in service reliability, great security, durability of elements. The main advantage is that the storage and transmission of data is done using cryptographic algorithms. This greatly complicates the unauthorized reading data and breaking the entire system. This article is a detailed classification of the description of each type of RFID tags. The analysis of existing RFID tags, consider the advantages and disadvantages of their decisions: the reliability, range, non-volatility. Finally, a comparison of different systems based on RFID technology, recommendations on the choice of components in the design of the various systems.
Keywords: RFID technology, logistics, industrial automation, identification, quality control, system analysis.
RFID — способ автоматической идентификации объектов, в котором посредством радиосигналов считываются или записываются данные, хранящиеся в так называемых транспондерах, или RFID-метках [1]. Акроним относится к маленьким электронным устройствам, которые состоят из маленького чипа и антенны. Чип, как правило, способен к переносу 2 000 байтов данных или меньше [1]. Устройство RFID служит той же самой цели как штрих-код или магнитная полоса на обратной стороне карты банкомата или кредитной карты [2]. Так же, как и штрих-код или магнитная полоса, RFID метки должны быть просмотрены, чтобы получить информацию или восстановить информацию об идентификации. Значительное преимущество устройств RFID в сравнении с штрих-кодами и магнитными полосами состоит в том, что устройство RFID не должно быть помещено точно относительно сканера, что позволяет сократить затрачиваемое на считывание информации время [3]. Также предоставляет возможность записи большего объема данных, нежели хранящейся в штрих-кодах и других подобных носителей данных. Технология RFID была доступна более пятидесяти лет, но только недавно стало возможно произвести устройства RFID ценою в несколько центов, что позволило применять их в качестве этикеток вплоть до для мелких товаров [4]. Одной из причин, того что метки RFID столь долго не могли быть широко распространены, чтобы войти в общее употребление, является отсутствие стандартов в промышленности. Большинство компаний вложило свой капитал в технологию RFID, используя метки, чтобы отследить продукты производства в пределах их контроля [5]. Впоследствии, увеличивая сферы влияния своих компаний, RFID метки начали отслеживать перемещение товаров и компонентов в рамках локальной и глобальной логистики [6]. Вместе с этим увеличивалось их разнообразие, как в конструктивных, так и в технических исполнениях, они стали неотъемлемым элементов реализации технологий «Бережливого производства» в современных условиях.
В данной статье произведена подробная классификация всех существующих видов и вариантов исполнения RFID меток с приведением их преимуществ и недостатков, что позволит потребителю выбрать наиболее для него подходящего устройство.
- Анализ принципов работы RFID систем.
RFID (радиочастотная идентификация) — обобщенное название применения технологий радиочастотного и электромагнитного излучений в считывании или записи данных на носитель [1].
RFID технология состоит из считывающего устройства и носителя информации.
Рис. 1. Обобщенная структурная схема RFID систем
Ридер может быть исполнен по-разному, в зависимости от предназначения (переносной сканер, стационарное устройство). Задачей ридера является активацией метки, с последующим принятием передаваемой информацией. Состоит он из антенны и управляющей электроники. Антенны считывателя излучают электромагнитные волны, передавая энергию метке, та активируется, приняв собственной антенной электромагнитную энергию, которая заряжает встроенный аккумулятор. После, используя в качестве источника питания заряженный аккумулятор, включается внутренняя электроника метки, которая отсылает хранимый ею сигнал считывателю с помощью собственной антенны. Сигнал принимается антенной считывателя, далее полученный сигнал демодулируется, расшифровывается и представляется пользователю в удобном для него виде.
- Классификация RFID меток.
RFID метки классифицируют по следующим признакам:
− источник питания;
− рабочая частота;
− тип применяемой памяти;
− техническое исполнение.
Рис. 2. Классификация RFID меток
Пассивные RFID-метки, которые не используют внутренних аккумуляторов или батарей. Работа подобных меток осуществляется за счет накопления энергии передаваемой антенной ридера в момент считывания. Т. к. используется КМОП технология, то столь малой энергии достаточно для активации работы встроенной в метку электроники и передачи обратного сигнала. Подобные метки используются в стикерах, проездных билетах или имплантатах под кожей. Их главным недостатком является в применении более мощных считывающих устройств, нежели для работы меток с активным или полупассивным источником питания.
Активные RFID-метки в технологии работы, которых применяется внутренний источник питания, что позволяет данным меткам не зависеть от энергии ридера. Это дает возможность считывать информацию с них на больших расстояниях (до 300 метров). Подобные метки имеют большие размеры и возможность установки более сложной внутренней электроники. Минусом является цена и ограничение времени работы внутренних батарей.
Также преимуществом подобных меток является большая надежность, нежели в использовании меток с пассивным источником питания и более качественном передачи сигнала, с совершением меньшего числа ошибок. За счет применения внутреннего источника питания, появляется возможность увеличения интенсивности передаваемого сигнала, что позволяет применять данные метки в более агрессивных радиочастотных средах и увеличения расстояния передачи. А усложнение внутренней электроники позволяет, к примеру, использовать различные сенсоры и датчики (мониторинг температуры скоропортящегося товара), причем время работы на внутренней батарее может доходить до 10 лет или увеличения объема внутренней памяти, тем самым увеличивая количество хранимых данных.
По рабочей частоте выделяют Диапазон LF — метки данного диапазона (125–134 кГц) отличаются низкими ценами и из-за своих физических характеристик применяются в имплантации под кожу животным. Используемый диапазон частот не позволяет производить считывание на больших расстояниях.
Диапазона HF — виды меток использующие данный диапазон (13,56 МГц) широко применяются, за счет чего стандартизированы, имеют большое разнообразие технических исполнений, а также дешевы в производстве. Также как и в предыдущим типе меток, присутствуют проблемы при считывании на большие расстояния.
Диапазона UHF — использование подобного диапазона частот (860–960 МГц) для считывания информации позволяют увеличить расстояние считывания до 300 метров и возможность применять противоколлизионные решения. Широкое распространение приобрели за счет использования в логистике. В UHF RFID-системах по сравнению с LF и HF ниже стоимость меток, при этом выше стоимость прочего оборудования.
Сравнительный анализ характеристик меток по используемым частотным диапазонам приведен в таблице 1.
Таблица 1
|
Частота |
Основные характеристики |
Где применяется |
|
HF 13.56 МГц |
− Применение стандартов − Дальность отклика 1.2 м − Малое количество ошибок при обращении − Малоэффективны при работе среди металлических конструкций |
− Карты для платежей − В службах безопасности − При учете товаров |
|
UHF 860–930 МГц |
− Отсутствие стандартизации − Большие размеры − Высокая дальность чтения (3 метра и более) |
Логистика и подобные сферы товарооборота |
По типу памяти выделяют:
− RO (Read Only) — запись данных при производстве. Отсутствует возможность перезаписи. Исключают подделки.
− WORM (Write Once Read Many) — то же что и RO, но содержат уникальный идентификатор, присутствует возможность многократного чтения.
− RW (Read & Write) — Имеют возможность многократной перезаписи внутренней информации.
По конструктивному исполнению:
− корпусные транспондеры: метки, антенна и чип которых закреплены в жестком корпусе. Имеет защиту от окружающей среды, за счет чего используется в промышленности.
− RFID этикетки: антенна и чип прикреплены к бумажной основе. Их цена ниже корпусированных меток, но, соответственно, у них ниже прочность. Используются на складах и в магазинах.
− RFID карты: представляют собой пластиковую карту, чаще всего, размером с визитку. Применяются при идентификации личности в системах безопасности.
− RFID бирки: то же что и RFID этикетки, но за счет пластикового корпуса имеют большую прочность. Применяются при учете животных.
Заключение.
Технологии радиочастотной идентификации находят все большее применение в различных сферах технической деятельности: автоматизации производства, логистике, контроле качества. В данной статье рассмотрены основные виды существующих RFID меток, описаны их преимущества и недостатки, приведена классификация.
Каждая из классифицированных в статье систем находит свое применение в различных областях. Самыми дешевыми являются пассивные метки, выполненные в виде наклейки. Их стоимостью обусловлена возможность повсеместного использования в сфере логистики и системах учета для складов. Транспондеры, применяющиеся, как правило, в системах учета проезда автотранспорта, выполнены по активной схеме и имеют защиту от окружающей среды. В системах где требуется идентификация на большом расстоянии недопустимо использование меток диапазона 125–134кГц, если таковая возможность требуется следует использовать метки диапазона 860–960МГц.
Литература:
- Сандип Лахири. RFID. Руководство по внедрению. 2007 г. 312 с.
- Клаус Финкенцеллер. Справочник по RFID. — Издательский дом «Додэка-XXI», 2008. 496 с.
- Верейнов К. Д., Власов А. И., Дудко В. Г., Тимошкин А. Г. Концепция комплексной автоматизации систем управления производством и разработками на базе современного аппаратного и программного обеспечения // Вопросы радиоэлектроники. Серия: Автоматизированные системы управления производством и разработками. 1994. № 2. С. 50–66.
- Власов А. И., Михненко А. Е. Информационно-управляющие системы для производителей электроники // Производство электроники. 2006. № 3. С. 15–21.
- Власов А. И., Михненко А. Е. Принципы построения и развертывания информационной системы предприятия электронной отрасли // Производство электроники. 2006. № 4. С. 5–12.
- Власов А. И., Ганев Ю. М., Карпунин А. А. Системный анализ «бережливого производства» инструментами визуального моделирования // Информационные технологии в проектировании и производстве. 2015. № 4 (160). С. 19–24.
