Радиочастотная идентификация.

Министерство образования и науки Украины

Донецкий национальный университет

Кафедра Радиофизики

РЕФЕРАТ

На тему:

« Системы радиочастотной идентификации »

План

ВВЕДЕНИЕ

1 Классификация систем радиочастотной идентификации (РЧИ) и области применения

2 Состав системы РЧИ, физические принципы работы

3 Преимущества и недостатки радиочастотной идентификации

4 Характеристики систем РЧИ и её элементов. Международные стандарты

ВВЕДЕНИЕ

RFID (англ. Radio Frequency IDentification, радиочастотная идентификация)-- метод 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).

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 RFID-меток в повседневную жизнь связан ряд проблем. Например, потребители, не обладающие считывателями, не всегда могут обнаружить метки, прикреплённые к товару на этапе производства и упаковки, и избавиться от них. Хотя при продаже, как правило, такие метки уничтожаются, сам факт их наличия вызывает опасения у правозащитных и религиозных организаций.

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

В 1945 году Лев Сергеевич Термен изобрёл для Советского Союза 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 RFID-технологии.

Технология, наиболее близкая к данной -- система распознавания «свой-чужой» IFF (Identification Friend or Foe), изобретённая Исследовательской лабораторией ВМС США в 1937 году. Она активно применялась союзниками во время Второй мировой войны, чтобы определить, своим или чужим является объект в небе. Подобные системы до сих пор используются как в военной, так и в гражданской авиации.

Ещё одной вехой в использовании RFID-технологии является работа Гарри Стокмана (Harry Stockman) под названием «Коммуникации посредством отражённого сигнала» (англ. "Communication by Means of Reflected Power") (доклады IRE, стр. 1196--1204, октябрь 1948). 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».

Первая демонстрация современных RFID-чипов (на эффекте обратного рассеяния), как пассивных, так и активных, была проведена в Исследовательской Лаборатории Лос Аламоса (англ. 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 RFID, был выдан Чарльзу Уолтону (Charles Walton) в 1983 году (патент США за № 4,384,288).

1 Классификация систем РЧИ и области применения

Классификация RFID-систем

Существует несколько способов систематизации RFID-меток и систем:

1) По диапазону частот;

2) По типу источника питания;

3) По типу памяти;

4) По исполнению.

Диапазон частот.

Частоты электромагнитного излучения считывателя и обратного сигнала, передаваемого меткой значительно влияют на характеристики работы радиочастотной системы в целом. Как правило, чем выше диапазон рабочих частот системы RFID, тем больше дальности, на которых считывается информация с радиочастотных меток.

Сегодня RFID-системы используют четыре частотных диапазона: 125-150 кГц, 13,56 МГц, 862-950 МГц и 2,4-5 ГГц. Чем объясняется выбор этих диапазонов частот? Это те частоты, для которых в большинстве стран разрешено вести коммерческие разработки. Для примера отметим, что диапазон 2,45 ГГц - это частоты, на которых работают беспроводные устройства стандарта Bluetooth и Wi-Fi.

Для каждого из упомянутых частотных диапазонов действуют свои стандарты со своей степенью проработки. Наиболее общие их характеристики представлены в таблице.

Низкочастотные метки имеют встроенные антенны в виде многоконтурных (несколько сотен) обмоток. Пассивные системы данного диапазона имеют низкие цены, и в связи с физическими характеристиками, используются для подкожных меток при чипировании животных, людей и рыб. При этом, в связи с длиной волны, существуют проблемы со считыванием на большие расстояния, а также проблемы, связанные с появлением коллизий при считывании.

Системы средних частот (13МГц) 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, позднее была взломана считавшаяся более надёжной карта Mifare Classic.

Как и для диапазона низких частот, в системах, построенных в диапазоне средних частот, существуют проблемы со считыванием на большие расстояния, считывание в условиях высокой влажности, наличия металла, а также проблемы, связанные с появлением коллизий при считывании.

Метки данного диапазона обладают наибольшей дальностью регистрации, во многих стандартах данного диапазона присутствуют антиколлизионные механизмы. 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. При этом 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, 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 TID (Tag ID), в которое при производстве обычно пишется код типа метки (и он в рамках одного артикула не отличается от метки к метке), разбито на две части. Первые 32 бита отведены под код производителя метки и её марку, а вторые 32 бита -- под уникальный номер самого чипа. Поле TID -- неизменяемое, и, таким образом, каждая метка является уникальной. Новые чипы имеют все преимущества меток стандарта Gen 2.0. Каждый банк памяти может быть защищен от чтения или записи паролем, EPC-номер может быть записан производителем товара в момент маркировки.

В высокочастотных RFID-системах по сравнению со среднечастотными и низкочастотными ниже стоимость меток, при всём 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.

Высокочастотные метки имеют одноконтурные обмотки (диполь-антенна).

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 RFID-меток в розничной торговле фармацевтическими товарами (нуждающимися в контроле подлинности, учёте, но при всём этом зачастую содержащими воду и металлические детали в упаковке).

Наименьшими размерами и стоимостью обладают пассивные метки класса Read Only (только чтение) и малой дальности (расстояние до считывателя не более 2 метров).

По типу источника питания RFID-метки делятся на пассивные, активные полупассивные

Активные и пассивные метки.

Радиочастотная метка обычно включает в себя приемник, передатчик, антенну и блок памяти для хранения информации. Приемник, передатчик и память конструктивно выполняются в виде отдельной микросхемы (чипа), поэтому внешне кажется, что радиочастотная метка состоит всего из двух частей: многовитковой антенны и чипа. Иногда в состав конструкции метки включается источник питания (например, литиевая батарейка).

Метки с источниками питания называются активными (Active). Дальность считывания активных меток не зависит от энергии считывателя. Они имеют большие размеры и могут быть оснащены дополнительной электроникой. При этом, 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. 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).

Пассивные метки (Passive) не имеют собственного источника питания, а необходимую для работы энергию получают из поступающего от считывателя электромагнитного сигнала. Дальность чтения пассивных меток зависит от энергии считывателя.

Электрический ток, индуцированный в антенне электромагнитным сигналом от считывателя, обеспечивает достаточную мощность для функционирования кремниевого CMOS-чипа, размещённого в метке, и передачи ответного сигнала.

Коммерческие реализации низкочастотных RFID-меток могут быть встроены в стикер (наклейку) или имплантированы под кожу (см. VeriChip).

В 2006 Hitachi изготовила пассивное устройство, названное µ-Chip (мю-чип), размерами 0.15х0.15 мм (не включая антенну) и тоньше бумажного листа (7.5 мкм). Такого уровня интеграции позволяет достичь технология «кремний-на-изоляторе» (SOI). µ-Chip может передавать 128-битный уникальный идентификационный номер, записанный в микросхему на этапе производства. Данный номер не может быть изменён в дальнейшем, что гарантирует высокий уровень достоверности и означает, что этот номер будет жёстко привязан (ассоциирован) с тем объектом, к которому присоединяется или в который встраивается этот чип. µ-Chip от Hitachi имеет типичный радиус считывания 30 см (1 фут). В феврале 2007 года Hitachi представила RFID-устройство, обладающее размерами 0,05 х 0,05 мм, и толщиной, достаточной для встраивания в лист бумаги.

Компактность RFID-меток зависит от размеров внешних антенн, которые по размерам превосходят чип во много раз и, как правило, определяют габариты меток. Наименьшая стоимость RFID-меток, которые стали стандартом для таких компаний, как Wal-Mart, Target, Tesco в Великобритании, Metro AG в Германии и Министерства обороны США, составляет примерно 5 центов за метку фирмы SmartCode (при покупке от 100 млн штук). К тому же, из-за разброса размеров антенн, и метки имеют различные размеры -- от почтовой марки до открытки. На практике максимальная дистанция считывания пассивных меток варьируется от 10 см (4 дюймов) (согласно стандарту ISO 14443) до нескольких метров (стандарты EPC и ISO 18000-6), в зависимости от выбранной частоты и размеров антенны. В некоторых случаях антенна может быть изготовлена печатным способом.

Производственные процессы от Alien Technology под названием Fluidic Self Assembly, от SmartCode -- Flexible Area Synchronized Transfer (FAST) и от Symbol Technologies -- PICA направлены на дальнейшее уменьшение стоимости меток за счёт применения массового параллельного производства. Alien Technology сегодня использует процессы FSA и HiSam для изготовления меток, в то время как PICA -- процесс от Symbol Technologies -- находится ещё на стадии разработки. Процесс FSA позволяет производить свыше 2 миллионов ИС пластин в час, а PICA процесс -- более 70 миллиардов меток в год (если его доработают). В этих технических процессах ИС присоединяются к пластинам меток, которые в свою очередь присоединяются к антеннам, образуя законченный чип. Присоединение ИС к пластинам и в дальнейшем пластин к антеннам -- самые пространственно чувствительные элементы процесса производства. Это значит, что при уменьшении размеров ИС монтаж (англ. Pick and place) станет самой дорогой операцией. Альтернативные методы производства, такие как FSA и HiSam, могут значительно уменьшить себестоимость меток. Стандартизация производства (англ. Industry benchmarks) в конечном счёте приведёт к дальнейшему падению цен на метки при их широкомасштабном внедрении.

Некремниевые метки могут изготавливаться из полимерных полупроводников. В настоящее время их разработкой занимаются несколько компаний по всему миру. Метки, изготавливаемые в лабораторных условиях и работающие на частотах 13.56 МГц, были продемонстрированы в 2005 году компаниями PolyIC (Германия) и Philips (Голландия). В промышленных условиях полимерные метки будут изготавливаться методом прокатной печати (технология напоминает печать журналов и газет), в результате чего они будут дешевле, чем метки на основе ИС. В конечном счёте это может закончиться тем, что для большинства сфер применения метки станут печатать так же просто, как и штрих-коды, и они станут такими же дешёвыми.

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). 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).

Преимуществом активных меток по сравнению с пассивными является значительно большая (не менее, чем в 2-3 раза) дальность считывания информации и высокая допустимая скорость движения активной метки относительно считывателя.

Преимуществом пассивных меток является практически неограниченный срок их службы (не требуют замены батареек). Недостаток пассивных меток в необходимости использования более мощных устройств считывания информации, обладающих соответствующими источниками питания.

Полупассивные RFID-метки, также называемые полуактивными, очень похожи на пассивные метки, но оснащены батареей, которая обеспечивает чип энергопитанием. При этом дальность действия этих меток зависит только от чувствительности приёмника считывателя и они могут функционировать на большем расстоянии и с лучшими характеристиками.

Способы записи информации на метки.

Информация в устройство памяти радиочастотной метки может быть занесена различными способами. Способ записи информации зависит от конструктивных особенностей метки. В зависимости от этого различают следующие типы меток:

Read Only - метки, которые работают только на считывание информации. Необходимые для хранения данные заносятся в память метки изготовителем и не могут быть изменены в процессе эксплуатации.

WORM - метки ("Write Once Read Many") для однократной записи и многократного считывания информации. Они поступают от изготовителя без каких-либо данных пользователя в устройстве памяти. Необходимая информация записывается самим пользователем, но только один раз. При необходимости изменить данные потребуется новая метка.

R/W - метки ("Read/Write") многократной записи и мнократного считывания информации.

2 Состав системы РЧИ, физические принципы работы

В состав системы входят: антенна для приема и передачи сигнала, считывающее устройство (считыватель, ридер) и RFID-метка для хранения информации.

Низкочастотная идентификация

Данный метод РЧИ работает на несущих частотах от сотен килогерц, до единиц мегагерц. У нас в стране на это выделено 2 частотные зоны: 125 кГц (LF), и 13,56 МГц (HF).

Принцип работы меток предельно прост и описывается как работа обычного трансформатора. Все мы знаем что трансформатор - это элемент позволяющий изменять величину протекающего по нему тока и поданного на его первичную обмотку напряжения в соотношении количества витков его первичной и вторичной обмотки U1/U2=N1/N2. А вот импеданс обмоток меняется уже в совершенно другой пропорции: Z1/Z2=(N1/N2)^2. соответственно небольшое изменение импеданса в нагрузке будет явно выражено для опрашивающего устройства. Соответственно получаем следующую систему: приёмо-передающий модуль, в качестве антенны у которого некая обмотка (первичная). Метка - это чип, со вторичной обмоткой соответственно. При поднесении считывателя к метке, через обмотку метки начинает течь ток и от него запитывается чип, который изменяя импеданс в нагрузке обмотки передаёт информацию считывателю.

Наиболее функциональна, из представленных, технология РЧИ на частоте 13,56 МГц. Она обладает высокой скоростью передачи данных и большими объёмами хранимой информации на метке (единицы килобайт).

Минус этой системы - малое расстояние считывания информации с метки - обычно не превышающее 30 см, а средний показатель не превышает 10 см. Один из самых ярких примеров применения этой технологии - билеты Московского Метрополитена.

Высокочастотная идентификация

В Российской Федерации есть ещё один стандарт РЧИ - 868 МГц (UHF). Принцип действия этой технологии уже совершенно иной, нежели у низкочастотных методов. Тут мы имеем дело с нелинейной радиолокацией. Этот метод был обкатан десятилетиями применения в технических разведках, таких как Агентство Национальной Безопасности США, и в нашем славном Комитете Государственной Безопасности СССР. Для технологии РЧИ он был просто удешевлён и миниатюризирован, но остался по сути тем же что и для специальных применений.

Высокочастотный метод работает по следующему принципу. Считыватель радиометок представляет собой активное приёмопередающее устройство с непрерывным излучением несущей частоты. Приёмная часть соответственно так же включена постоянно. Колебательная энергия излучается в эфир через антенную систему.

Радиометка представляет собой чип снабженный антенной системой - обычно полуволновой, или четверть волновой диполь.

Радиометка принимает посредством собственной антенной системы высокочастотную энергию переданную считывателем. В чипе находится мостовой выпрямитель (банальный линейный блок питания с небанальными микроскопическими размерами) и с его помощью часть принятого УВЧ сигнала служит питанием микросхемы. После того как микросхема запитывается, начинается активный опрос метки считывателем. Ответная информация высылается меткой посредством амплитудной модуляции отражённого сигнала, которая получается с помощью изменения эффективной поверхности рассеяния (ЭПР) метки с помощью нелинейного элемента - варикапа (диод с переменной ёмкостью).

Технология РЧИ в УВЧ диапазоне позволяет: производить считывание пассивных меток на расстоянии до 10 метров. Среднее же расстояние считывание меток в промышленных условиях составляет от полуметра до 3-х метров. Единовременно в поле считывателя может находиться до 200…300 меток, и ВСЕ(!!!) они будут идентифицированы. Огромная скорость опроса меток - до 100…200 опросов в секунду в зависимости от применяемого оборудования. Объем памяти пассивной УВЧ радиометки в наши дни достигает единиц килобайт. Кроме того, в чип размером 0,5х0,5х0,2 мм встроен собственный криптопроцессор, позволяющий защитить эфирный канал передачи данных «метка-считыватель».

Ограничения же данной технологии лежат исключительно в свойствах маркируемых ими материалов. Естественно, что идеальными для маркировки являются диэлектрики. Они позволяют не задумываться о размещении метки, и её типе. Совсем другую задачу ставят металлы и водосодержащие материалы. Но и для них существуют специальные УВЧ метки для сложных материалов.

Во всём мире эта технология внедряется повсеместно в производстве, торговле, логистике… К сожалению, в России продвижение технологии УВЧ РЧИ идет в прямом смысле со скрипом. Связано это с обилием дешёвой рабочей силы, и отсутствием в заинтересованности учета товара, груза и прочего (иначе говоря в банальной непорядочности методов и средств работы отечественного бизнеса).

Кроме того, ходит тьма мифов о самой технологии РЧИ, которые так же мешают её внедрению в повседневную жизнь.

3 Преимущества и недостатки радиочастотной идентификации

Преимущества радиочастотной идентификации

1. 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.

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.

Больший объём хранения данных. RFID-метка может хранить значительно больше информации, чем штрих-код. На микросхеме площадью в 1 смІ может храниться до 10000 байт информации, в то время как штриховые коды могут вместить 100 байт (знаков) информации, для воспроизведения которых понадобится площадь размером с лист формата А4.

4. Поддержка чтения нескольких меток. Промышленные считыватели могут одновременно считывать множество (более тысячи) RFID-меток в секунду, используя так называемую антиколлизионную функцию. Устройство считывания штрих-кода может единовременно сканировать только один штрих-код.

5. Считывание данных метки при любом её расположении. В целях обеспечения автоматического считывания штрихового кода, комитеты по стандартам (в том числе EAN International) разработали правила размещения штрих-меток на товарной и транспортной упаковке. К радиочастотным меткам эти требования не относятся. Единственное условие -- нахождение метки в зоне действия считывателя.

6. Устойчивость к воздействию окружающей среды. Существуют RFID-метки, обладающие повышенной прочностью и сопротивляемостью жёстким условиям рабочей среды, а штрих-код легко повреждается (например, влагой или загрязнением). 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. Пассивные RFID-метки имеют практически неограниченный срок эксплуатации.

7. Интеллектуальное поведение. RFID-метка может использоваться для выполнения других задач, помимо функции носителя данных. Штрих-код же не программируем и является лишь средством хранения данных.

8. 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.

Недостатки радиочастотной идентификации

1. Стоимость системы выше стоимости системы учёта, основанной на штрих-кодах.

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

3. Подверженность помехам в виде электромагнитных полей.

4. Недоверие пользователей, возможности использования её для сбора информации о людях.

5. Установленная техническая база для считывания штрих-кодов существенно превосходит по объёму решения на основе RFID.

6. Недостаточная открытость выработанных стандартов.

4 Характеристики систем РЧИ и её элементов

Международные стандарты

Существует огромное множество компаний, выпускающих собственные устройства радиочастотной идентификации, при всём этом считыватели производства какой-либо фирмы могут считывать информацию только своих фирменных меток и не понимают метки других фирм. В отсутствие стандартов оборудование различается по рабочим частотам, по форматам хранимых данных, по алгоритмам работы и способам закрытия данных.

В настоящее время оборудование радиочастотной идентификации, выпущенное двумя любыми компаниями, несовместимо друг с другом.

Выпускаемые сегодня сканеры штрихового кода "понимают" практически все существующие символики. При этом по взглядам EAN International существующее положение в области штрихового кодирования не является удовлетворительным: число основных, наиболее часто используемых кодов достигло четырех (EAN-13, EAN-8, UPC-A, UPC-E), в то время как в идеальном для пользователей случае это мог бы быть один единственный код EAN-13.

Областью деятельности EAN International является товарная нумерация, в которой RFID - это лишь один из способ обозначения номера товара наряду со штриховым кодированием, оптической, биометрической, магнитной идентификацией и т.д. Поэтому EAN International видит цель стандартизации RFID в том, чтобы новая система, во-первых, была совместима с существующей системой EAN/UCC и затраты пользователей при внедрении EAN/UCC не пропали даром.

Во-вторых, стандарты радиочастотной идентификации в идеальном случае должны обеспечивать единый формат представления данных. Заслуживает внимания предложение Gencod-EAN FRANCE об использовании в качестве единого формата данных в радиочастотных метках справочников международного стандарта ЭДИФАКТ ООН/ EANCOM.

В-третьих, при стандартизации технических требований к устройствам RFID была бы крайне нежелательной ситуация, при которой в качестве международного стандарта были бы закреплены чьи-то фирменные технологии, защищенные патентами.

Международным органом по стандартизации в области RFID является Рабочая группа N4 (WG 4), образованная в августе 1997 года в составе подкомитета по автоматической идентификации (SC 31) объединенного технического комитета N1 (JTC1) Международной организации по стандартизации (ISO) -

ISO/JTC1/SC31/WG4. Председателем ISO/JTC1/SC31/WG4 утвержден технический директор EAN International Анри Бартель, что свидетельствует о признании ведущей роли международной ассоциации EAN International и стандартов EAN/UCC в области разработки стандартов радиочастотной идентификации.

ISO/JTC1/SC31/WG4 приступила к разработке стандартов радиочастотных систем, гарантирующие их совместимость. Первый шаг - стандартизация интерфейса ("air interface") между считывателем и радиочастотной меткой. На этом этапе должны быть стандаризированы рабочие частоты, физические характеристики среды и сигналов, которыми обмениваются считыватели и метки (транспондеры). Разработкой стандартов "air interface" занимается специальная группа TF3 в составе ISO/JTC1/SC31/WG4. В работе WG4/ТF3 наряду с Австрией, Германией, Данией, США, Францией и Японией принимают участие представители ЮНИСКАН/EAN РОССИЯ/AIM РОССИЯ. Анализ характеристик выпускаемого оборудования RFID и опрос международных экспертов выявил основные диапазоны рабочих частот, вокруг которых начались работы по стандартизации для воздушного интерфейса. К ним относятся:

Другим первоочередным направлением работы в области стандартизации RFID является определение структуры, состава и характеристик элементов данных, записываемых на радиочастотную метку. ISO/JTC1/SC31/WG4 работает в этом направлении совместно с рабочей группой WG2 "Элементы данных", возглавляемой генеральным секретарем ICODIF/EAN БЕЛЬГИЯ-ЛЮКСЕМБУРГ Этьеном Боне. Первое совместное заседание специалистов WG4 и WG2 состоялось 8-9.07.98 в г.Осло (Норвегия), в нем приняли участие и представители ЮНИСКАН/EAN РОССИЯ/AIM РОССИЯ.

1. http://ru.wikipedia.org/wiki/RFID; Википедия.

2. http://www.indel.by/ru/book/print/117 Indel.by - официальный сайт ЗАО [!!! В соответствие с ФЗ-99 от 05.05.2014 данная форма заменена на непубличное акционерное общество] «ИнделКо».

3. http://rfidforyou.com/index/o_tekhnologi_rfid/0-4; RFID4YOU О технологии Радиочастотной Идентификации по-русски и доступно - 2010.

Ещё одной вехой в использовании RFID-технологии является послевоенная работа Гарри Стокмана (Harry Stockman ) под названием «Коммуникации посредством отражённого сигнала» (англ. "Communication by Means of Reflected Power" ) (доклады IRE , стр. 1196-1204, октябрь 1948) . 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» .

Первая демонстрация современных RFID-чипов (на эффекте обратного рассеяния), как пассивных, так и активных, была проведена в Исследовательской лаборатории Лос-Аламоса (англ. Los Alamos Scientific Laboratory ) в 1973 году . Портативная система работала на частоте 915 МГц и использовала 12-битные метки.

Классификация RFID-меток [ | ]

Существует несколько способов систематизации RFID-меток и систем :

По источнику питания [ | ]

По типу источника питания RFID-метки делятся на :

• Пассивные
• Активные
• Полупассивные

Пассивные [ | ]

RFID-антенна

Пассивные RFID-метки не имеют встроенного источника энергии . Электрический ток , индуцированный в антенне электромагнитным сигналом от считывателя, обеспечивает достаточную мощность для функционирования кремниевого КМОП -чипа, размещённого в метке, и передачи ответного сигнала.

Коммерческие реализации низкочастотных RFID-меток могут быть встроены в стикер (наклейку) или имплантированы под кожу (см. VeriChip).

Компактность RFID-меток зависит от размеров внешних антенн, которые по размерам превосходят чип во много раз и, как правило, определяют габариты меток. Наименьшая стоимость RFID-меток, которые стали стандартом для таких компаний, как Wal-Mart , Target , Tesco в Великобритании, Metro AG в Германии и Министерства обороны США , составляет примерно 5 центов за метку фирмы (при покупке от 100 млн штук) . К тому же, из-за разброса размеров антенн, и метки имеют различные размеры - от почтовой марки до открытки. На практике максимальная дистанция считывания пассивных меток варьируется от 10 см (4 дюймов) (согласно стандарту ISO 14443) до нескольких метров (стандарты EPC и ISO 18000-6), в зависимости от выбранной частоты и размеров антенны. В некоторых случаях антенна может быть изготовлена печатным способом.

Производственные процессы от под названием Fluidic Self Assembly , от - Flexible Area Synchronized Transfer (FAST) и от Symbol Technologies - PICA направлены на дальнейшее уменьшение стоимости меток за счёт применения массового параллельного производства. Alien Technology в настоящее время использует процессы FSA и HiSam для изготовления меток, в то время как PICA - процесс от Symbol Technologies - находится ещё на стадии разработки. Процесс FSA позволяет производить свыше 2 миллионов ИС пластин в час, а PICA процесс - более 70 миллиардов меток в год (если его доработают). В этих технических процессах ИС присоединяются к пластинам меток, которые в свою очередь присоединяются к антеннам, образуя законченный чип. Присоединение ИС к пластинам и в дальнейшем пластин к антеннам - самые пространственно чувствительные элементы процесса производства. Это значит, что при уменьшении размеров ИС монтаж (англ. Pick and place ) станет самой дорогой операцией. Альтернативные методы производства, такие как FSA и HiSam, могут значительно уменьшить себестоимость меток. Стандартизация производства (англ. Industry benchmarks ) в конечном счёте приведёт к дальнейшему падению цен на метки при их широкомасштабном внедрении.

Некремниевые метки могут изготавливаться из полимерных полупроводников . В настоящее время их разработкой занимаются несколько компаний по всему миру. Метки, изготавливаемые в лабораторных условиях и работающие на частотах 13,56 МГц, были продемонстрированы в 2005 году компаниями (Германия) и Philips (Голландия). В промышленных условиях полимерные метки будут изготавливаться методом прокатной печати (технология напоминает печать журналов и газет), в результате чего они будут дешевле, чем метки на основе ИС. В конечном счёте это может закончиться тем, что для большинства сфер применения метки станут печатать так же просто, как и штрих-коды , и они станут такими же дешёвыми.

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

Полупассивные [ | ]

Полупассивные RFID-метки, также называемые полуактивными, очень похожи на пассивные метки, но оснащены батареей, которая обеспечивает чип энергопитанием . 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 [ | ]

По типу используемой памяти RFID-метки делятся на :

По рабочей частоте [ | ]

Метки диапазона LF (125-134 кГц) [ | ]

RFID-метка 125 кГц

Пассивные системы данного диапазона имеют низкие цены, и в связи с физическими характеристиками, используются для подкожных меток при чипировании животных и людей. Однако, в связи с длиной волны, существуют проблемы со считыванием на большие расстояния, а также проблемы, связанные с появлением коллизий при считывании.

Метки диапазона HF (13,56 МГц) [ | ]

Системы 13МГц 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 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 , позднее была взломана считавшаяся более надёжной карта Mifare Classic .

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

Метки диапазона UHF (860-960 МГц) [ | ]

Метки данного диапазона обладают наибольшей дальностью регистрации, во многих стандартах данного диапазона присутствуют антиколлизионные механизмы . 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 , 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 TID (Tag ID ), в которое при производстве обычно пишется код типа метки (и он в рамках одного артикула не отличается от метки к метке), разбито на две части. Первые 32 бита отведены под код производителя метки и её марку, а вторые 32 бита - под уникальный номер самого чипа. Поле TID - неизменяемое, и, таким образом, каждая метка является уникальной. Новые чипы имеют все преимущества меток стандарта Gen 2.0. Каждый банк памяти может быть защищен от чтения или записи паролем, EPC-номер может быть записан производителем товара в момент маркировки .

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.

Радиочастотные UHF-метки ближнего поля [ | ]

По сравнению с переносными, считыватели такого типа обычно обладают большей зоной чтения и мощностью и способны одновременно обрабатывать данные с нескольких десятков меток. Стационарные считыватели подключаются к ПЛК , интегрируются в DCS или подключаются к ПК. Задача таких считывателей - поэтапно фиксировать перемещение маркированных объектов в реальном времени, либо идентифицировать положение меченых предметов в пространстве .

Мобильные [ | ]

Обладают сравнительно меньшей дальностью действия и зачастую не имеют постоянной связи с программой контроля и учёта. Мобильные считыватели имеют внутреннюю память, в которую записываются данные с прочитанных меток (потом эту информацию можно загрузить в компьютер) и, как и стационарные считыватели, способны записывать данные в метку (например, информацию о произведённом контроле) .

В зависимости от частотного диапазона метки, дистанция устойчивого считывания и записи данных в них будет различна.

RFID и альтернативные методы автоматической идентификации [ | ]

По функциональности RFID-метки, как метод сбора информации, очень близки к штрих-кодам, наиболее широко применяемым сегодня для маркировки товаров. Несмотря на удешевление стоимости RFID-метки, в обозримом будущем полное вытеснение штрих-кодов радиочастотной идентификацией вряд ли состоится по экономическим причинам (система не будет окупаться).

В то же время и сама технология штрих-кодов продолжает развиваться. Новые разработки (например, двумерный штрих-код Data Matrix) решают ряд проблем, ранее решавшихся лишь применением RFID. Технологии могут дополнять друг друга. Компоненты с неизменными потребительскими свойствами могут маркироваться постоянной маркировкой на основе оптических технологий распознавания, несущей информацию об их дате выпуска и потребительских свойствах, а на RFID-метку можно записать информацию, подверженную изменению, такую, как данные о конкретном получателе заказа на возвращаемой многоразовой упаковке.

Преимущества радиочастотной идентификации [ | ]

Недостатки радиочастотной идентификации [ | ]

• Работоспособность метки утрачивается при частичном механическом повреждении.
• Стоимость системы выше стоимости системы учёта, основанной на штрих-кодах.
• Сложность самостоятельного изготовления . Штрих-код можно напечатать на любом принтере.
• Подверженность помехам в виде электромагнитных полей.
• Недоверие пользователей, возможности использования её для сбора информации о людях.
• Установленная техническая база для считывания штрих-кодов существенно превосходит по объёму решения на основе RFID.
• Недостаточная открытость выработанных стандартов .

Характеристики технологии [ | ]

Критика [ | ]

RFID и права человека [ | ]

Использование RFID-меток вызвало серьёзную полемику, критику и даже бойкотирование товаров. Четыре основных проблемы этой технологии, связанные с неприкосновенностью частной жизни , следующие:

Основное беспокойство вызывается тем, что иногда RFID-метки остаются в рабочем состоянии даже после того, как товар куплен и вынесен из магазина, и поэтому могут быть использованы для слежки и других неблаговидных целей, не связанных с инвентаризационной функцией меток. Считывание с небольших расстояний также может представлять опасность, если, например, считанная информация накапливается в базе данных, или грабитель использует карманный считыватель для оценки богатства проходящей мимо потенциальной жертвы. Серийные номера на RFID-метках могут выдавать дополнительную информацию даже после избавления от товара. Например, метки в перепроданных или подаренных вещах могут быть использованы для установления круга общения человека.

Эксперты [кто? ] по безопасности настроены против использования технологии RFID для аутентификации людей, основываясь на риске кражи идентификатора. Например, атака «человек посередине» делает возможным атакующему в реальном времени украсть идентификатор личности. На данный момент, из-за ограничений в ресурсах RFID меток, теоретически не представляется возможным защитить их от таких моделей атак, поскольку это потребует сложных протоколов передачи данных [ ] .

Стандарты [ | ]

Негативное отношение к технологии RFID усугубляется пробелами, существующими во всех нынешних стандартах. Хотя процесс совершенствования стандартов не закончился, во многих прослеживается тенденция скрывать от публики часть команд меток. Например, команда Аутентификация в фирменной технологии Philips MIFARE , использующей стандарт ISO/IEC 14443, после которой метка должна шифровать свои ответы и воспринимать только шифрованные команды, может быть нейтрализована некоторой командой, которую фирма-разработчик держит в секрете. После выполнения этой команды возможно успешное использование ReadBlock , фиктивно зашифрованной на константе (которая используется для подсчёта CRC в стандарте ISO/IEC 14443). Таким образом можно прочитать MIFARE-карточку. Более того, анализируя потребляемый карточкой ток, инженер-схемотехник может прочитать все пароли доступа ко всем блокам MIFARE-карточки (в силу относительной прожорливости EEPROM ячеек и схемотехнической реализации чтения памяти в чипе). Так, в наиболее распространённых RFID-карточках может изначально содержаться закладка.

Часть подозрений в отношении RFID может быть снята выработкой полных и открытых стандартов, отсутствие каковых вызывает подозрения и недоверие к технологии.

Применение меток диапазона СВЧ в Российской Федерации в настоящее время регулируется СанПиН 2.1.8/2.2.4.1383-03, утверждёнными Постановлением Главного государственного санитарного врача РФ № 135 от 09.06.2003 г. Несмотря на распространяемое заблуждение о несоответствии данного оборудования стандартам , при реальных расчётах учитывается напряженность электромагнитного поля или плотность потока мощности, излучаемая оборудованием, а не выходная мощность прибора, как это было установлено в СанПиН 2.2.4/2.1.8.055-96, утративших силу с 30.06.2003 г.; фактические значения для расчёта предельно допустимого уровня в реально существующем в России UHF-оборудовании примерно в 10-20 раз ниже, чем установленные санитарно-гигиеническими нормами.

Развитие RFID-рынка [ | ]

По мнению экспертов, рынок RFID-систем в России ещё только зарождается, так что предложение в этом сегменте существенно превышает спрос. Из-за этого отставания отечественный рынок развивается опережающими темпами - совокупный среднегодовой темп роста в период с по 2010 год превышает 19 %. Тогда как среднегодовой темп роста мирового RFID рынка (CAGR) превышает 15 %.

По оценкам участников рынка, объём мирового рынка RFID продукции в 2008 году составил $5,29 млрд. Ожидается, что к 2018 году он вырастет более чем в 5 раз. Объём российского рынка RFID - чуть более одного процента от мирового рынка, и составляет $69 млн.

Также госкорпорация создает в Санкт-Петербурге серийное производство приборов и систем на основе акустоэлектронных и хемосорбционных устройств, в том числе датчиков давления и деформации , устройств радиочастотной идентификации (RFID), высокочастотных полосовых фильтров и газосигнализаторов . Инициатором проекта является ОАО «Авангард». Общий бюджет проекта оценивается в 1,24 млрд рублей, вклад Роснано составит 550 млн рублей. Начало выпуска готовой продукции намечено на 2012 год. Выход проекта на плановые показатели ожидается в 2015 году .

Все системы радиочастотной идентификации в России внедряются впервые. Компании, устанавливающей RFID-систему, не нужно тянуть за собой устаревшее оборудование и частоты, подстраивать под задачу уже имеющееся на объекте оборудование, есть возможность внедрять самые передовые разработки.

В силу своей дороговизны RFID в России используется преимущественно для осуществления логистических операций , в метрополитене крупных городов (Москва , Санкт-Петербург , Казань , Екатеринбург), наземном транспорте (например в Республике Башкортостан) и в библиотечных системах. Однако, по мнению генерального директора «Роснано » Анатолия Чубайса , в ближайшие годы возможен переход на наночипы для банковских карт с RFID, с помощью которых технология станет массово использоваться в розничной торговле.

Применение [ | ]

Станция выдачи книг в библиотеке СПБГУ

На текущий момент RFID-технологии применяются в самых разнообразных сферах человеческой деятельности:

В применениях используется информация об объекте, его свойствах, качествах, информация о положении объекта.

Стандарты [ | ]

Основная статья:

Международные стандарты RFID, как составной части технологии автоматической идентификации, разрабатываются и принимаются международной организацией ISO совместно с IEC. Подготовка проектов (разработка) стандартов производится в тесном взаимодействии с инициативными заинтересованными организациями и компаниями.

Организации-разработчики стандартов [ | ]

EPCglobal [ | ]

AIM Global - международная торговая ассоциация, представляющая поставщиков автоматической идентификации и мобильных технологий. Ассоциация активно поддерживает развитие AIM стандартов за счёт собственного Technical Symbology Committee, Global Standards Advisory Groups и группы экспертов RFID, а также через участие в промышленных, национальных (ANSI) и международных (ISO) группах разработок.

В России разработка стандартов в области RFID поручена [ ] Ассоциации UNISCAN/GS1 Russia.

GRIFS [ | ]

• ISO 11784 - «Радиочастотная идентификация животных - Структура кодов»
• ISO 11785 - «Радиочастотная идентификация животных - Техническая концепция»
• ISO 14223 - «Радиочастотная идентификация животных - Транспондеры с расширенными функциями»
• ISO 10536 - «Идентификационные карты. Бесконтактные чиповые карты»
• ISO 14443 - «Идентификационные карты. Бесконтактные чиповые карты. Карты с малым расстоянием считывания»
• ISO 15693 - «Идентификационные карты. Бесконтактные чиповые карты. Карты средней дальности считывания»
• DIN/ISO 69873 - «Носители данных для инструмента и зажимных устройств»
• ISO/IEC 10374 - «Идентификация контейнеров»
• VDI 4470 - «Системы охраны товаров»
• ISO 15961 - «RFID для управления товарами: управляющий компьютер, функциональные команды меток и другие синтаксические возможности»
• ISO 15962 - «RFID для управления товарами: синтаксис данных»
• ISO 15963 - «Уникальная идентификация радиочастотных меток и регистрация владельца для управления уникальностью»
• ISO 18000 - «RFID для управления товарами: беспроводной интерфейс»
• ISO 18001 - «Информационные технологии - RFID для управления товарами - Рекомендуемые профили приложений»

См. также [ | ]

Примечания [ | ]

1. Раздел сайта, посвящённый RFID (англ.) . EFF . Проверено 14 октября 2008. Архивировано 29 января 2011 года.
2. Пересказ содержания Обращения Священного Синода Русской Православной Церкви к органам власти стран Содружества Независимых Государств и Балтии от 6 октября 2005 года (рус.) . Официальный сайт Московской Патриархии (17 октября 2005 г.). Проверено 14 октября 2008. Архивировано 29 января 2011 года.
3. Hacking Exposed Linux: Linux Security Secrets & Solutions (third ed.). McGraw-Hill Osborne Media. 2008. pp. 298. ISBN 978-0-07-226257-5 .
4. «Альпина Паблишер» , 2007. - С. 47. - 290 с. - ISBN 5-9614-0421-8 .
5. Stockman, Harry (1948). "Communication by means of reflected power". IRE : 1196-1204. Stockman1948. Проверено 2013-12-06 .
6. История технологии (рус.) . Scale Company. Проверено 14 октября 2008. Архивировано 29 января 2011 года.
7. google books - поиск по номеру патента
8. , глава 1, параграф 1.2.1 «Метка» и его подпараграфы.
9. rfid-news.ru Архивировано 6 апреля 2010 года.
10. Hitachi Unveils Smallest RFID Chip (англ.) . Проверено 30 января 2011. Архивировано 23 августа 2011 года.
11. Hitachi разработала самые маленькие чипы RFID (рус.) . CNews (21 февраля 2007). Проверено 14 октября 2008. Архивировано 29 января 2011 года.
12. Маниш Бхуптани, Шахрам Морадпур. RFID-технологии на службе вашего бизнеса = RFID Field Guide: Deploying Radio Frequency Identification Systems / Троицкий Н.. - Москва: «Альпина Паблишер» , 2007. - С. 70. - 290 с. - ISBN 5-9614-0421-8 .
13. Mark Roberti. A 5-Cent Breakthrough (англ.) . RFID Journal. Проверено 14 октября 2008. Архивировано 29 января 2011 года.
14. Polymer technology opens up new fields of application for RFID in logistics (англ.) . PRISMA press release (26 января 2006). Проверено 5 февраля 2010. Архивировано 23 августа 2011 года.
15. Daniel M. Dobkin. RFID Basics: Backscatter Radio Links and Link Budgets (англ.) . The RF in RFID: Passive UHF RFID in Practice . www.rfdesignline.com (10 февраля 2007). Проверено 5 февраля 2010. Архивировано 23 августа 2011 года.
16. Маниш Бхуптани, Шахрам Морадпур. RFID-технологии на службе вашего бизнеса = RFID Field Guide: Deploying Radio Frequency Identification Systems / Троицкий Н.. - Москва:

Опубліковано 19.08.2014

Вы, наверное, замечали, что в некоторых магазинах на товары закрепляют “противоугонные” приборы. Это могут быть какие пластиковые блямбы или наклейки. Если такую штуковину не снять на кассе, и выйти за специальную рамку, расположенную на выходе из магазина, то зазвенит веселый звоночек и возле Вас мгновенно появляется кубический человек (или несколько). И начинается практическое познание что такое RFID . Но вернемся к теории.

Также у многих из Вас есть ключи от подъезда, похожие на брелок. Достаточно его поднести к замку и двери открываются. В некоторых городах существует система оплаты за проезд (например в метро), где используются бесконтактные RFID карты. Аналогичные карты используются в некоторых фирмах для контроля доступа. На некоторых товарах производители наклеивают свои RFID метки в виде наклеек, которые не сразу можно заметить. Такими метками замечают животных, а иногда – и непослушных людей.

Сначала немного теории, собранной из Интернета. Затем (в следующих статьях) – на примерах я расскажу, каким образом можно подключить различные считыватели к микроконтроллерам, микрокомпьютеров, и к обычным компьютерам.

RFID

RFID (англ. Radio Frequency IDentification, радиочастотная идентификация) – способ автоматической идентификации объектов, при котором с помощью радиосигналов считываются или записываются данные, хранящиеся в так называемых транспондерах, или RFID-метках . Любая RFID-система состоит из считывателя и транспондера (RFID-метка , или RFID-тег ).

Считыватели (ридеры)

Приборы, которые читают информацию с меток и записывают в них данные. Эти приборы могут быть постоянно включен в учетную систему, или работать автономно. Считыватели могут быть как стационарные, так и переносные. Исполнение считывателей также может быть различным: в виде рамок (как в супермаркетах), в виде настенных считывателей, настольных и портативных карманных. Считыватели могут иметь различные протоколы связи (UART , RS-232 , SPI , WG26 , WG32 , USB и т.п.) для подключения их к информационной системе.

Транспондеры, RFID-теги или RFID-метки

Транспондеры, RFID-теги или RFID-метки могут иметь различные исполнения и могут быть замаскированы под разные вещи. Также RFID-метки могут быть специализированны под конкретные задачи и иметь специальные крепления, например для маркировки животных или птиц.

Карточки:

Брелки:

Наклейки:

Для животных:

Для торговых сетей:

Большинство RFID-меток состоит из двух частей. Первая – интегральная схема для хранения и обработки информации, модуляции и демодуляции радиочастотного (RF) сигнала и некоторых других функций. Вторая – антенна для приема и передачи сигнала.

История RFID

Історія RFID починається з 1945 року, коли Лев Сергійович Термен зробив пасивний пристрій (тобто без будь-кого живлення), який модулював відбиту радіохвилю. Це був жучок, але його приписують до історії RFID за те, що цей пристрій “викривляв” наведену на нього радіохвилю. Саме таким чином і працюють сучасні RFID мітки.

Але були і активні системі. Тобто з автономним живленням. Вони нас не цікавлять. Я не буду розповідати про системи свій-чужий який ще під час другої світової почали використовувати у авіації. Це теж можна назвати RFID системами. Це можна при бажанні прочитати у Інтернеті. Нас цікавлять RFID системи масового застосування.

Отже перші RFID-чіпи з’явилися у 1973 році. З того часу з’явилося декілька типів міток і їх технологія постійно вдосконалюється.

История RFID начинается с 1945 года, когда Лев Сергеевич Термен сделал пассивное устройство (т.е. без любого питания), который модулировал отраженную радиоволну. Это был жучок, но его приписывают к истории RFID за то, что это устройство “искажал” приведенную на него радиоволну. Именно таким образом и работают современные RFID метки.

Но были и активные системы. То есть с автономным питанием. Они нас не интересуют. Я не буду рассказывать о системах свой-чужой который еще во время второй мировой стали использовать в авиации. Это тоже можно назвать RFID системами. Об этом можно при желании прочитать в Интернете. Нас интересуют RFID системы массового применения.

Итак первые RFID-чипы появились в 1973 году. С тех пор появилось несколько типов меток и их технология постоянно совершенствуется.

Классификация RFID-меток

RFID-мітки можна кваліфікувати за:

• дальністю зчитування
• джерелом живлення
• типом пам’яті
• робочій частоті
• виконанням

RFID-метки можно квалифицировать по:

• дальности считывания
• источнику питания
• типу памяти
• рабочей частоте
• исполнению

Дальность

По дальности считыватели RFID-системы можно разделить на:

• ближнего действия (до 20 см);
• средней дальности (від 20 см до 5 м);
• большой дальности (от 5 м до 100 м)

Источник питания

По типу питания RFID-метки делятся на:

• пассивные
• активные
• полупассивным

Пассивные

Пассивные RFID-метки не имеют встроенного источника питания. Электрический ток, индуцированный в антенне электромагнитным сигналом от считывателя, обеспечивает достаточную мощность для функционирования микрочипа и передачи обратного сигнала.

Пассивные метки УВЧ и СВЧ диапазонов (860-960 МГц и 2,4-2,5 ГГц) передают сигнал методом модуляции отраженного сигнала несущей частоты (англ. Backscattering Modulation – модуляция обратного рассеяния). Антенна считывателя излучает сигнал несущей частоты и принимает отраженный от метки модулированный сигнал.

Пассивные метки ВЧ диапазона передают сигнал методом модуляции загрузки сигнала несущей частоты (англ. Load Modulation – нагрузочная модуляция). Каждая метка имеет идентификационный номер. Пассивные метки могут содержать энергонезависимую EEPROM память.

Дальность действия меток 1-200 см (ВЧ-метки) и 1-10 метров (УВЧ и СВЧ-метки).

Активные

Активные RFID-метки имеют собственный источник питания и не зависят от энергии считывателя, благодаря чему они считываются с большего расстояния. Такие метки имеют большие размеры и могут быть оснащены дополнительной электроникой. Такие метки стоят достаточно много, а у батарей питания ограниченное время работы.

Активные метки в большинстве случаев более надежны и обеспечивают самую высокую точность считывания на максимальном расстоянии.

Активные метки, имея собственный источник питания, также могут генерировать выходной сигнал большего уровня, чем пассивные, позволяют использовать их в агрессивных для радиочастотного сигнала средах: в воде (включая людей и животных, которые в основном состоят из воды), металлах (корабельные контейнеры, автомобили).

Большинство активных меток позволяют передавать сигнал на расстояние в сотни метров при сроке жизни батареи питания до 10 лет.

Некоторые RFID-метки имеют встроенные сенсоры, например, для мониторинга температуры товаров, которые быстро портятся. Другие типы сенсоров в совокупности с активными метками могут использоваться для измерения влажности, регистрации толчков / вибрации, света, радиации, температуры и газов в атмосфере (например, этилен).

Активные метки обычно имеют значительно больший радиус считывания (до 300 м) объем памяти, чем пассивные, и способны хранить больший объем информации.

Полупассивные

Полупассивные RFID-метки , также называют полуактивными, очень похожи на пассивные метки, но оснащены источником питания, который обеспечивает чип энергопитанием. При этом дальность действия таких меток зависит только от чувствительности приемника считывателя и они могут функционировать на большем расстоянии и с лучшими характеристиками.

По типу памяти

По типу памяти RFID-метки делятся:

• RO (англ. Read Only) – данные записываются только один раз, при изготовлении. Такие метки пригодны только для идентификации. Никакую новую информацию в них записать нельзя, поэтому 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.

Рабочая частота

RFID-метка LF (125 кГц)

Пассивные системы этого диапазона имеют низкую цену , и по своим физическим характеристикам , могут использоваться также для подкожных меток при чипировании животных , людей и рыб . Но есть определенные проблемы с расстоянием считывания , связанные с длиной волны .

Метки диапазона HF (13,56 МГц)

Системы 13.56 МГц недорогие, не имеют экологических и лицензионных проблем, хорошо стандартизованы. Имеют достаточно широкую линейку решений. Используются в платежных системах, логистике, идентификации. Для частоты 13,56 МГц разработан стандарт ISO 14443 (вид A / B). В отличие от Mifare 1К в этом стандарте обеспечена система диверсификации ключей, позволяет создавать открытые системы. Используются стандартизированные алгоритмы шифрования.

Как и для диапазона LF , в системах, построенных в HF-диапазоне , существуют проблемы с считыванием на больших дистанциях, считывания в условиях высокой влажности, наличия металла вблизи.

Метки диапазона UHF (860-960 МГц)

Метки этого диапазона работают на дальних дистанциях. Ориентированы сначала для нужд складской и промышленной логистики, метки диапазона UHF не имели уникального идентификатора.

Предполагалось, что идентификатором для метки будет 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 положить на метку еще и функцию контроля подлинности. Возникло требование, которое противоречит само себе: одновременно обеспечить уникальность метки и позволить производителю записывать любой EPC-номер .

В 2008 году компания NXP выпустила два новых чипа, которые на сегодняшний день отвечают всем вышеперечисленным требованиям. Чипы SL3S1202 и SL3FCS1002 выполнены в стандарте EPC Gen 2.0 , но отличаются от своих предшественников тем, что поле памяти TID (Tag ID ), в которое при производстве обычно записывается код типа метки (и он в рамках одного артикула не отличается от метки до метки), разбито на две части. Первые 32 ​​бита отведены под код производителя метки и ее марку, а вторые 32 ​​бита – под уникальный номер самого чипа. Поле TID – неизменное, и, таким образом, каждая метка уникальна. Новые чипы имеют все преимущества меток стандарта Gen 2.0 . Каждый банк памяти может быть защищен от чтения или записи паролем, EPC-номер может быть записан производителем товара в момент маркировки.

В UHF RFID-системах по сравнению с LF и HF ниже стоимость меток, при этом выше стоимость другого оборудования.

Преимущества радиочастотной идентификации по сравнению с другими популярными системами

• Возможность перезаписи. Данные RFID-метки могут перезаписываться и дополняться много раз;
• Отсутствие необходимости в прямой видимости. RFID-считыватель не требует прямой видимости метки, чтобы считать ее данные. Ориентация метки и считывателя часто не играет роли. Метки могут читаться через упаковку, что делает возможным их скрытое размещение. Для считывания данных метке достаточно хотя бы ненадолго попасть в зону регистрации, перемещаясь, в том числе, и на достаточно большой скорости. В отличие от считывания штрих-кода, где всегда необходима прямая видимость штрих-кода для его считывания;
• 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 не всегда нужны;
• Возможность хранения большего количества данных. RFID-метка может хранить значительно больше информации, чем штрих-код;
• Поддержка считывания нескольких меток. Промышленные считыватели могут одновременно считывать множество (более тысячи) RFID-меток в секунду, используя так называемые антиколлизионные функции. Устройство считывания штрих-кода может единовременно сканировать только один штрих-код;
• Считывание данных метки при любом ее расположении. В целях обеспечения автоматического считывания штрихового кода, комитеты по стандартам (в том числе EAN International) разработали правила размещения штрих-меток на товарной и транспортной упаковке. К радиочастотных меток эти требования не относятся. Единственное условие – нахождение метки в зоне действия считывателя;
• 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 областях 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 как ее не нужно размещать на внешней стороне упаковки. Пассивные RFID-метки имеют практически неограниченный срок эксплуатации;
• Интеллектуальная поведение. RFID-метка может использоваться для выполнения других задач, помимо функции носителя данных. Штрих-код не может быть самозапрограмованим и является лишь средством хранения данных;
• Высокая степень безопасности. Уникальное неизменное 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.

Недостатки радиочастотной идентификации

• Работоспособность метки теряется при частичном механическом повреждении;
• Стоимость системы выше стоимости системы учета, основанной на штрих-кодах;
• Сложность самостоятельного изготовления. Штрих-код можно напечатать на любом принтере;
• Чувствительность к помехам в виде электромагнитных полей;
• Недоверие пользователей через возможность использования ее для сбора информации о людях;
• Установленная техническая база для считывания штрих-кодов существенно превосходит по объему решения на основе RFID ;
• Недостаточная открытость выработанными стандартами.

Как работает RFID система с пассивными тегами

Пассивные RFID-теги не имеют источника питания. Они используют энергию излучения антенны считывателя.

Считыватель излучает электромагнитное поле определенной частоты. Когда RFID-тег попадает в поле действия этого излучения, в антенне RFID-тега индуцируется электрический ток, мощности которого достаточно для работы чипа. Таким образом питаются пассивные RFID-теги .

RFID-тег с помощью своей электроники может вызвать больший отток энергии от антенны. Это искажает магнитное поле и вызывает падение напряжения на антенне считывателя. Этот эффект используется для передачи данных от RFID-метки .

RFID и права человека

Использование RFID-меток вызвало серьезную полемику, критику и даже бойкот товаров. Четыре основных проблемы этой технологии, связанные с неприкосновенностью частной жизни, следующие:

• Покупатель может даже не знать о наличии RFID-метки . Или не может ее удалить;
• Данные с метки могут быть считаны дистанционно без ведома владельца;
• Если обозначенный предмет оплачивается кредитной картой, то возможно однозначно связать уникальный идентификатор метки с покупателем;
• Система меток EPCGlobal создает или предусматривает создание уникальных серийных номеров для всех продуктов, несмотря на то, что это создает проблемы с неприкосновенностью частной жизни и совершенно не является необходимым для большинства приложений.

Главное беспокойство вызывает то, что иногда RFID-метки остаются в рабочем состоянии даже после того, как товар куплен и вынесен из магазина. И уже после этого они могут быть использованы для слежения и других неблаговидных целей, не связанных с инвентаризационной функцией меток. Считывание с небольших расстояний также может представлять опасность, если, например, считанная информация накапливается в базе данных, или грабитель использует карманный считыватель для оценки “богатства” проходя мимо потенциальной жертвы. Серийные номера на RFID-метках могут выдавать дополнительную информацию даже после отделения от товара. Например, метки в перепроданных или подаренных вещах могут быть использованы для установления круга общения человека.

Некоторые эксперты по безопасности настроены против использования технологии RFID для аутентификации людей, основываясь на риске кражи идентификатора. Например, атака «человек посередине» делает возможным атакующему в реальном времени украсть идентификатор личности. На данный момент, из за ограничений в ресурсах RFID-меток , теоретически не представляется возможным защитить их от таких атак, поскольку это требует сложных протоколов передачи данных.

Безопасность

Возможность незаметного дистанционного считывания RFID-метки вызывает опасения по поводу безопасности людей. Например, вор может незаметно для человека считать RFID-ключ от ее подъезда. Для этого ему даже не нужно брать ваш ключ в руки.

Считыватель вора может находиться в сумке, кармане или в элементах одежды, мебели и т.д.. Достаточно на долю секунды приблизить замаскированный считыватель к вашей сумочке или к карману, где находится RFID-ключ . Это может быть сделано в транспорте, на улице. Никто даже не прикоснется к вашим вещам, а ключ уже скопирован.

Воспроизвести точно такую ​​же метку достаточно сложно, если говорить о брелке или карточке. Но вора вид вашего ключа не интересует. А скопировать сигнал простой RFID метки (ключа) – дело не очень сложное. Если повторитель вашей метки будет размером пусть и с чемодан, он все равно откроет в ваш подъезд.

Относительно платежных систем, все будет не столь просто (данные на платежных карточках шифруются), но тоже можно получить неприятности.

В некоторых городах используют RFID карты для уплаты за проезд в городском транспорте. В этих системах с карты не только считывается, но и записывается на карту информация. То есть, есть возможность если не использовать, то хотя бы повредить информацию, хранящуюся на карте. Это может вызвать некоторый дискомфорт для одного человека, а может вызвать транспортный коллапс для всего города.

Для того, чтобы сделать невозможным или затруднить нелегальное считывания RFID-меток , нужно экранировать антенну RFID-меток . Мы знаем, что металлические предметы и металлизированные поверхности препятствуют прохождению электромагнитных волн. Также наличие воды, теоретически, может осложнить прохождение электромагнитных волн.

Для того, чтобы выяснить какие именно бытовые вещи помогут нам обезопасить себя от несанкционированного считывания RFID-меток, ключей, карт доступа или платежных карточ, проведем эксперимент.

Наиболее перспективная в области автоматической идентификации на настоящий момент для транспорта RFID-технология (Radio Frequency Identification) занимает пока не более четверти рынка.

Коммерческое использование этой технологии стало возможным с появлением в 1958 г. интегральной микросхемы, которая позволила существенно уменьшить размеры радиочастотной метки. Суть интегральной микросхемы заключается в интеграции нескольких электронных компонентов в монолитном кристалле полупроводника. Это позволяет заменить устройство, состоящее из корпуса со множеством электронных компонентов одной тонкой пластинкой. С 1970-х гг. радиочастотные метки стали применяться для идентификации текстильных товаров, животных, грузовых контейнеров, автомобилей и т.п.

Область применения системы определяется ее частотой. RFID-системы делятся на следующие группы, представленные в табл. 2.4.

Таблица 2.4

Области применения RFID

Как правило, стоимость радиочастотных меток возрастает с повышением рабочей частоты. Наименьшими размерами и стоимостью обладают низкочастотные пассивные метки класса read-only (только чтение).

Для считывания данных с радиочастотных меток могут использоваться стационарные считыватели, которые устанавливаются в определенных местах и считывают данные автоматически со всех меток, попадающих в их радиус действия или по команде оператора. В случае необходимости считывания данных на складах или терминалах могут использоваться переносные терминалы сбора данных, аналогичные сканерам штрихового кода.

RFID-терминал считывает информацию с радиочастотных меток, декодирует ее, выводит на экран и передает в информационную систему (рис. 2.16). При использовании соответствующих классов меток («чтение- запись») с помощью такого терминала можно редактировать или добавлять информацию, хранимую в метке.

Рис. 2.16.

Основные преимущества RFID-технологии заключаются в следующем:

• для считывания данных не нужен контакт или прямая видимость; данные могут считываться через грязь, краску, пар, воду, пластмассу, древесину и т.н.;
• высокое быстродействие и точность считывания данных большого объема с возможностью редактирования, удаления и добавления информации;
• пассивные транспондеры (без автономного питания) имеют фактически неограниченный срок эксплуатации;
• RFID-метки несут большой объем информации и могут быть интеллектуальными (например, сообщать определенным считывателям разные части записанных данных);
• записанная в радиочастотной метке информация может быть зашифрована и недоступна посторонним считывателям;
• радиочастотные метки надежно защищены от внешних воздействий;
• расположение метки может быть свободным относительно считывателя.

Наряду с неоспоримыми достоинствами радиочастотной идентификации присущи и следующие недостатки:

• относительно высокая стоимость по сравнению со штриховым кодированием;
• невозможность размещения под металлическими и электропроводными поверхностями;
• взаимное влияние разных меток, одновременно находящихся в зоне действия считывателя;
• подверженность помехам в виде электромагнитных полей;
• влияние на здоровье человека в виде электромагнитного излучения.

Принципиальная схема работы системы RFID представлена на рис. 2.17.

Процесс радиочастотной идентификации выполняется следующим образом:

• считыватель непрерывно или с заданным интервалом времени излучает радиосигнал на определенной частоте (синхроимпульсы);
• пассивный транспондер, попадая в зону действия радиосигнала, использует его энергию для электропитания (заряжает конденсатор), считывает код из запоминающего устройства и модулирует ответный радиосигнал (конденсатор разряжается); активный транспондер использует собственный источник энергии (батарейку);
• считыватель принимает данные от транспондера, при необходимости расшифровывает и проверяет их и передает в приложение, управляющее системой;
• компьютерное приложение анализирует полученные данные, заносит их в БД и при необходимости формирует управляющие воздействия в системе.

Рис. 2.17.

Наибольшее распространение в мире получили пассивные транспондеры благодаря небольшим размерам, отсутствию необходимости их обслуживания и дешевизне. В то же время активные транспондеры могут передавать данные на большее расстояние с более надежной связью, обладают широкими возможностями обработки записанных в них данных, но требуют периодической замены элемента питания.

Одной из основных проблем в системах радиочастотной идентификации является устранение ситуации, когда несколько транспондеров одновременно передают свои данные. В противном случае сигналы нескольких транспондеров появятся на входе считывателя и произойдет их взаимное искажение. Это явление называется коллизией. Для выделения и идентификации отдельного транспондера из группы аналогичных устройств применяют различные антиколлизионные методы доступа, характеристика которых приведена в табл. 2.5.

Антиколлизионные процедуры

В настоящее время достаточно большое количество компаний выпускают собственные устройства радиочастотной идентификации, при этом считыватели производства какой-либо фирмы могут считывать информацию только своих фирменных меток и не понимают метки других фирм. В отсутствие стандартов оборудование различается по рабочим частотам, по форматам хранимых данных, по алгоритмам работы и способам шифрования данных. Таким образом, в системе радиочастотной идентификации могут использоваться оборудование и метки производства только одной фирмы. Этот существенный недостаток RFID-технологии по сравнению со штриховым кодированием в настоящее время преодолевается путем разработки соответствующих стандартов. Стандарты помимо унификации интерфейсов передачи данных, частот и других технических параметров должны обеспечить единые форматы и структуры данных с используемыми системами штрихового кодирования и электронного обмена данными.

Разработкой международных стандартов занимаются рабочие группы технических комиссий ISO. Международным органом по стандартизации в области RFID является «Рабочая группа N4» (WG4), которая работает совместно с Европейской ассоциацией товарной нумерации EAN и Советом по единому коду UCC. Последними в 2003 г. была основана некоммерческая организация «EPCglobal» - международный консорциум, одной из целей которого является разработка единых стандартов для систем RFID и штрих-кодирования.

Практическое применение

Одной из существенных проблем, снижающих пропускную способность платных автомобильных дорог, является процедура взимания платы за проезд. Пункты оплаты на дорогах с интенсивным движением, несмотря на наличие нескольких пунктов оплаты, вызывают необходимость остановки автомобиля, и дальнейшее его движение возможно только после расчета, который может занять существенное время в случае необходимости размена крупных купюр и г.д.

На платной дороге в г. Санкт-Петербурге «Западный скоростной диаметр» для снижения времени задержек автотранспорта на пунктах оплаты внедрена RFID-технология.

Постоянные пользователи магистрали могут приобрести транспондеры, которые устанавливаются в автомобиле, и перевести на свой лицевой счет предварительную оплату. При проезде пункта оплаты транспондер передает на считыватель номер лицевого счета, и необходимая сумма автоматически списывается с лицевого счета пользователя и зачисляется на счет оператора.

Пользователь тем самым экономит время, ему нс надо думать о подготовке денег для оплаты, а оператор может сократить количество обслуживающего персонала, повысить пропускную способность пунктов оплаты и привлекательность использования магистрали.

Для стимулирования использования транспондеров, учитывая меньшую себестоимость процедуры взимания платы, оператор устанавливает для таких пользователей более низкие тарифы.

Компания «Benetton Group», занимающаяся продажей одежды, начала оснащать свои изделия и упаковки RFID-этикетками с 2003 г.

Идентификаторы RFID встраиваются непосредственно в ярлыки для одежды и этикетки на упаковочных коробках, куда впечатывается антенна и полупроводниковая микросхема толщиной около 1 мм. Компания торгует только собственными товарами, что ликвидирует проблему совместимости RFID-этикеток и считывающего оборудования. Новая система позволит существенно усовершенствовать логистику фирмы за счет того, что в процессе доставки товаров в 5 тыс. магазинов «Benetton», расположенных в 120 странах, в любом пункте можно за считанные минуты ввести самые подробные данные о поступившем товаре (цвете, размере, фасоне и т.п.). Это позволит существенно быстрее реагировать на спрос в различных магазинах, а в самих магазинах значительно сократит время па поиск и распаковывание нужного товара.

• Вейс Т. Электронные «интеллектуальные ярлыки» Benetton // Computerworld Россия.2003. № 3. С. 37.

Из всем полюбившейся (по крайней мере, я на это очень надеюсь) серии «Взгляд изнутри» - больше полугода. Не то, чтобы не было, о чём написать или рассказать, просто одолели дела, которые станут предметом одной из следующих моих статей на Хабре (надеюсь, что её не отправят в утиль, так как посвящена она будет не совсем ИТ-тематике). А пока есть свободная минуточка, давайте разберёмся, что же такое RFID (Radio-frequency identification) – к ним примкнут более простые метки – или как один небольшой шаг в технологиях круто изменил жизнь миллионов и даже миллиардов людей по всему миру.

Предисловие

Перед началом работы над этой статьёй, я очень надеялся, что по микрофотографиям, а особенно по оптике, информации, найденной на просторах Интернета, и некоторому багажу знаний от прошлых публикаций удастся определить, где и какие элементы микросхемы находятся. Хотя бы на «бытовом» уровне: мол, вот это - память, вот это - схема питания, а вот тут происходит обработка информации. Действительно, казалось бы, RFID – простейшее устройство, самый простейший «компьютер», который только можно придумать…

Однако жизнь внесла свои коррективы и всё, что удалось мне найти: общая схема устройства нового поколения меток , фотографии того, как, например, должна выглядеть память – даже не знаю, почему я не уделил этому внимание (может быть ещё представится возможность исправиться?!), ну и скандалы-интриги-разоблачения процессоров A5 от chipworks .

Часть теоретическая

RFID

В то время, любое изделие, работающее на электричестве, было всё ещё в диковинку, так что перед учёными лежало не паханое поле: куда не ткни, как в Черноземье, черенок от лопаты – вырастет дерево. Судите сами: свои законы Максвелл предложил всего-навсего полвека назад (в 1884 году). А теории на основе этих уравнений стали появляться спустя 2-3 десятилетия (между 1900 и 1914), в том числе и теории радиоволн (от их открытия, до моделей модуляции сигнала и т.д.). Плюс подготовка и ведение второй мировой войны наложили свой отпечаток на данную область.

В результате к концу 40-х годов были разработаны системы распознавания «свой-чужой», которые были несколько побольше, чем описанные , но работали фактически по тому же принципу, что и современные RFID-метки.

Первая демонстрация близких к современных RFID была проведена в 1973 году в Исследовательской Лаборатории Лос Аламоса, а один из первых патентов на подобного рода систему идентификации получен спустя десятилетие – в 1983 году. Более подробно с историей RFID можно ознакомиться на Wiki и некоторых других сайтах ( и ).

Активные метки за счёт встроенной батарейки имеют существенно больший радиус работы, габариты, более сложную «начинку» (можно дополнить метку термометром, гигрометром, да хоть целый чип GPS-позиционирования) и соответствующую цену.

Классифицировать метки можно по-разному: по рабочей частоте (LF – низкочастотные ~130КГц, HF – высокочастотные ~14MГц и UHF – ультравысокочастотные ~900МГц), по типу памяти внутри метки (только чтение, однократно записываемая и многократно записываемая). Кстати, так любимый всеми производителями и продвигаемый NFC относится к HF диапазону, который имеет ряд хорошо известных проблем.

Прочие метки

Самых распространённых три вида (все фото взяты с Wiki):

Впереди нас ждёт много чудных открытий, подчас совершенно неожиданных и конечно же hard geek porn в формате HD !

Если кому-то показалось мало теории, добро пожаловать на данный англоязычный сайт .

Часть практическая

Левый столбец сверху вниз: карта московского метро, проездной аэроэкспресс, пластиковая карта для прохода в здание, RFID-метка, представленная компанией Перекрёсток на выставке РосНаноФорум-2011. Правый столбец сверху вниз: радиочастотная EAS-метка, акустомагнитная EAS-метка, бонусный билет на общественный транспорт Москвы с магнитной полосой, RFID-карта посетителя РосНаноФорума содержит даже две метки.

Первой заявлена карточка московского метрополитена – приступим.

В круге первом. Билет московского метрополитена

Раздетая карта московского метрополитена

Теперь аккуратненько посмотрим на неё при небольшом увеличении в оптический микроскоп:

Микрофотографии чипа карты для прохода в московский метрополитен

Чип закреплён довольно основательно и хочу обратить внимание, что все 4 «ноги» присоединены к антенне – это нам пригодится далее для сравнения с другой RFID-меткой. Сложив пластиковую основу пополам в месте, где находится чип, и слегка покачав из стороны в сторону, он легко высвобождается. В итоге имеем чип размером с игольчатое ушко:

Оптические микрофотографии чипа сразу после отделения от антенны

Что ж, поиграемся с фокусом:

Изменение положения фокуса с нижнего слоя на верхний

Теперь немного интриг.

Ходят слухи, что Микрон разрабатывает и производит чипы для московского метро собственного силам по сходной технологии Mifare (как минимум, различается крепление к антенне – ножки другой формы). 22 августа без объявления войны и вероломно направил обращение в Микрон за разъяснениями, можно ли где-то в принципе увидеть данный чип, к 3.11 ответа не поступило. Один из журналистов (а именно, Александр Эрлих) на форуме IXBT тоже собирался уточнить данную информацию у представителей Микрона, но на данный момент воз и ныне там, то есть официальные представители Микрон уклоняются от ответа на прямо поставленный вопрос.

Рассмотренный выше билет, по всей видимости, изготовлен (или только смонтирован на антенну?) на предприятии Микрон (г. Зеленоград) - см. ссылки ниже - по технологии известной в RFID-кругах фирмы NXP, о чём собственно недвусмысленно намекают 3 огромные буквы и год выпуска технологии (а может и год производства) на верхнем слое металлизации чипа. Если полагать, что 2009 относится к году запуска технологии, а аббревиатуру CUL1V2 расшифровать как Circuit ULtralite 1 Version 2 (данное предположение также подтверждается этой новостью), то на сайте NXP можно найти подробное описание данных чипов (последние две строки в списке)

Кстати, в прошлом году для участников Интернет-олимпиады по Нанотехнологиям была организована экскурсия на завод Микрон (фото- и видео отчёты), поэтому говорить, что там оборудование простаивает смысла нет, но и заявление «дядечки в белом халате», что производят они метки по стандартам 70 нм, я бы поставил под сомнение…

Согласно статистике, собранной после анализа чипов 109 билетов метро (довольно репрезентативная выборка), согласно нормальному распределению шансы найти «необычный» билет ~109^1/2 или около 10%, но они тают с каждым вскрытым билетиком…

Внимательный взгляд уже приметил главное отличие двух чипов Mifare – надпись Philips2001. В самом деле, в далёком 1998 году компания Philips купила американского производителя микроэлектроники – Mikron (не путать с нашим, зеленоградским Микроном). А в 2006 году от Philips отпочковалась компания NXP.

Также несложно заметить пометку CLU1V1C, что, исходя из вышеописанного, означает Circuit ULtralite 1 Version 1C. То есть эта метка является предшественницей Mifare, используемой московским метрополитеном, а, следовательно, совместима с ней по основным параметрам. Однако, как и в предыдущем случае 2001 – это указание на год разработки и внедрения технологии или год производства. Странно, что Аэроэкспресс использует устаревшие метки…

В круге третьем. Пластиковая карта

Принимаем ацетоновые ванны

Внутри всё довольно стандартно – антенна да чип, правда, он оказался на маленьком кусочке текстолита. К сожалению, без каких-либо опознавательных знаков – типичный китайский noname. Единственное, что можно узнать об этом чипе и карте, что они изготовлены/относятся к некоторому стандарту TK41. Таких карт полно на распродажах типа ali-baba и dealextreme.

В круге четвёртом. Перекрёсток

После пары покупок в SmartShop, у меня в распоряжении осталось несколько меток. Очистив одну из них от клея и белого защитного слоя видим следующее:

Новая метка сети магазинов «Перекрёсток»

Поступаем так же как и Mifare аккуратно отсоединяем от полимерной основы и антенны и кладём на столик оптического микроскопа:

Оптические микрофотографии метки, предполагаемой к использованию в SmartShop

По счастливой случайности (то ли клей подкачал, то ли так задумано), метку удалось оторвать от основы быстро, а поверхность её осталась без каких-либо следов клея. Хотелось бы обратить внимание, что если у Mifare все 4 контакта прикреплены к антенне (по 2 контакта на каждый её конец), то здесь мы видим, что два контакта присоединены к двум небольших площадкам, которые не контактирую с антенной.

Немножко поиграем с фокусом в разных частях метки:

Меняем фокусировку…

Максимальное увеличение оптического микроскопа

На последнем фото слева вверху, по всей видимости, запечатлён модуль EEPROM памяти, так как он занимает около трети поверхности чипа и имеет «регулярную» структуру.