Реферат RFID мітка

RFID(англ.RadioFrequencyIDentification, радіочастотна ідентифікація) - метод автоматичної ідентифікації об'єктів, в якому за допомогою радіосигналів зчитуються або записуються дані, що зберігаються в так званих транспондерах або RFID-мітках.

Будь-яка RFID-система складається зі зчитувального пристрою (зчитувач, рідер або Інтеррогатор) і транспондера (він же RFID-мітка, іноді також застосовується термін RFID-тег).

За дальністю зчитування RFID-системи можна поділити на системи:

  • ближню ідентифікацію (зчитування проводиться на відстані до 20 см);
  • ідентифікації середньої дальності (від 20 см до 5 м);
  • дальньої ідентифікації (від 5 м до 100 м)

Більшість RFID-міток складається з двох частин. Перша - інтегральна схема (ІВ) для зберігання та обробки інформації, модулювання та демодулювання радіочастотного (RF) сигналу та деяких інших функцій. Друга - антена для прийому та передачі сигналу.

З введенням RFID-міток у повсякденне життя пов'язана низка проблем. Наприклад, споживачі, які не володіють зчитувачами, не завжди можуть виявити мітки, прикріплені до товару на етапі виробництва та упаковки, та позбутися їх. Хоча при продажі зазвичай такі мітки знищуються, сам факт їх наявності викликає побоювання у правозахисних [1] і релігійних [2] організацій.

Вже відомі додатки RFID (безконтактні картки в системах контролю та управління доступом, системах дальньої ідентифікації та в платіжних системах) набувають додаткової популярності з розвитком інтернет-послуг.

1. Історія RFID міток

1945 року Лев Сергійович Термен винайшов для Радянського Союзу пристрій, який дозволив накладати аудіоінформацію на випадкові радіохвилі.Звук викликав коливання дифузора, яке трохи змінювало форму резонатора, модулюючи відбиту радіочастотну хвилю. І хоча пристрій представляв лише пасивний передавач (т.з. «жучок»), цей винахід зараховують до перших попередників RFID-технології. [3]

Технологія, найбільш близька до цієї системи розпізнавання «свій-чужий» IFF (Identification Friend or Foe), винайдена Дослідницькою лабораторією ВМС США в 1937 році. Вона активно застосовувалася союзниками під час Другої світової війни, щоб визначити, чи своїм чи чужим є об'єкт у небі. Подібні системи досі використовуються як у військовій, так і цивільній авіації. [4]

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

Перший патент, пов'язаний власне з назвою RFID, був виданий Чарльзу Волтону (Charles Walton) у 1983 році (патент США за № 4,384,288). [7]

2. Класифікація RFID-міток

Існує кілька способів систематизації RFID-міток та систем [8] :

  • За робочою частотою
  • За джерелом живлення
  • За типом пам'яті
  • За виконанням [9]

2.1. За джерелом живлення

За типом джерела живлення RFID-мітки поділяються на [8] :

2.1.1. Пасивні

Пасивні RFID-мітки немає вбудованого джерела енергії [8] . Електричний струм, індукований в антені електромагнітним сигналом від зчитувача, забезпечує достатню потужність для функціонування кремнієвого КМОП-чіпа, розміщеного в мітці, і передачі сигналу у відповідь.

Комерційні реалізації низькочастотних RFID-міток можуть бути вбудовані в наклейку [10] або імплантовані під шкіру (див. VeriChip).

Компактність RFID-міток залежить від розмірів зовнішніх антен, які за розмірами перевершують чіп у багато разів і зазвичай визначають габарити міток. [13] Найменша вартість RFID-міток, які стали стандартом для таких компаній, як Wal-Mart, Target, Tesco у Великобританії, Metro AG у Німеччині та Міністерства оборони США, становить приблизно 5 центів за мітку фірмиSmartCode(При купівлі від 100 млн штук) [14] . До того ж через розкид розмірів антен і мітки мають різні розміри — від поштової марки до листівки. На практиці максимальна дистанція зчитування пасивних міток варіюється від 10 см (4 дюйми) (відповідно до стандарту ISO 14443) до декількох метрів (стандарти EPC та ISO 18000-6), залежно від обраної частоти та розмірів антени. У деяких випадках антена може бути виготовлена ​​друкованим способом.

Виробничі процеси відAlien Technologyпід назвоюFluidic Self Assembly, відSmartCode—Flexible Area Synchronized Transfer (FAST)та відSymbol Technologies-PICAспрямовані на подальше зменшення вартості міток за рахунок застосування масового паралельного виробництва.Alien Technologyв даний час використовує процеси FSA і HiSam для виготовлення міток, в той час як PICA - процес відSymbol Technologies- знаходиться ще на стадії розробки. Процес FSA дозволяє виробляти понад 2 мільйони ІС пластин на годину, а PICA процес – понад 70 мільярдів міток на рік (якщо його доопрацюють). У цих технічних процесах ІС приєднуються до пластин міток, які у свою чергу приєднуються до антен, утворюючи закінчений чіп.Приєднання ІС до пластин і надалі пластин до антени — найпростірночутливіші елементи процесу виробництва. Це означає, що при зменшенні розмірів ІС монтаж (Pick and place ) стане найдорожчою операцією. Альтернативні методи виробництва, такі як FSA та HiSam, можуть значно зменшити собівартість міток. Стандартизація виробництва (англ.Industry benchmarks) в кінцевому рахунку призведе до подальшого падіння цін на мітки при їх широкомасштабному впровадженні.

Некремнієві мітки можуть виготовлятися із полімерних напівпровідників [15] . Нині їх розробкою займаються кілька компаній у світі. Мітки, що виготовляються в лабораторних умовах і працюють на частотах 13.56 МГц, були продемонстровані в 2005 році компаніями PolyIC (Німеччина) іPhilips(Голландія). У промислових умовах полімерні мітки виготовлятимуться методом прокатного друку (технологія нагадує друк журналів та газет), внаслідок чого вони будуть дешевшими, ніж мітки на основі ІС. В кінцевому рахунку це може закінчитися тим, що для більшості сфер застосування мітки друкуватимуть так само просто, як і штрих-коди, і вони стануть такими ж дешевими.

Пасивні мітки УВЧ і НВЧ діапазонів (860-960 МГц і 2,4-2,5 ГГц) передають сигнал методом модуляції відбитого сигналу несучої частоти (англ. Backscattering Modulation - модуляція зворотного розсіювання) [16] . Антена зчитувача випромінює сигнал несучої частоти і приймає відбитий від мітки модульований сигнал. Пасивні мітки ВЧ діапазону передають сигнал методом модуляції навантаження сигналу несучої частоти (англ. Load Modulation - навантажувальна модуляція). Кожна позначка має ідентифікаційний номер. Пасивні мітки можуть містити перезаписуєтьсяенергонезалежну пам'ять EEPROM-типу. Дальність дії міток становить 1-200 см (ВЧ-мітки) та 1-10 метрів (УВЧ та НВЧ-мітки).

2.1.2. Активні

Активні RFID-мітки мають власне джерело живлення і не залежать від енергії зчитувача, внаслідок чого вони читаються на дальній відстані, мають більші розміри і можуть бути оснащені додатковою електронікою. Однак, такі мітки найдорожчі, а у батарей обмежений час роботи.

Активні мітки здебільшого надійніші та забезпечують найвищу точність зчитування на максимальній відстані [17] . Активні мітки, володіючи власним джерелом живлення, також можуть генерувати вихідний сигнал більшого рівня, ніж пасивні, дозволяючи застосовувати їх у більш агресивних для радіочастотного сигналу середовищах: воді (включаючи людей та тварин, які в основному складаються з води), металах (корабельні контейнери, автомобілі) для великих відстаней на повітрі. Більшість активних міток дозволяє передати сигнал на відстані сотні метрів за життя батареї живлення до 10 років. Деякі RFID-мітки мають вбудовані сенсори, наприклад, для моніторингу температури швидкопсувних товарів. Інші типи сенсорів разом з активними мітками можуть застосовуватися для вимірювання вологості, реєстрації поштовхів/вібрації, світла, радіації, температури та газів в атмосфері (наприклад, етилену).

Активні мітки зазвичай мають набагато більший радіус зчитування (до 300 м) [18] та обсяг пам'яті, ніж пасивні, і здатні зберігати більший обсяг інформації для відправки приймачем.

2.1.3. Напівпасивні

Напівпасивні RFID-мітки, також звані напівактивними, дуже схожі на пасивні мітки, але оснащені батареєю, яка забезпечує чіп енергоживленням [8] . При цьомуДальність дії цих міток залежить тільки від чутливості приймача зчитувача і вони можуть функціонувати на більшій відстані та з кращими характеристиками.

2.2. За типом використовуваної пам'яті

За типом використовуваної пам'яті RFID-мітки поділяються на [8] :

2.3. За робочою частотою

2.3.1. Мітки діапазону LF (125-134 кГц)

Пасивні системи даного діапазону мають низькі ціни, і у зв'язку з фізичними характеристиками використовуються для підшкірних міток при чіпуванні тварин, людей та риб. Однак у зв'язку з довжиною хвилі існують проблеми зі зчитуванням на великі відстані, а також проблеми, пов'язані з появою колізій при зчитуванні.

2.3.2. Мітки діапазону HF (13,56 МГц)

Системи 13МГц дешеві, не мають екологічних та ліцензійних проблем, добре стандартизовані, мають широку лінійку рішень. Застосовуються у платіжних системах, логістиці, ідентифікації особи. Для частоти 13,56 МГц розроблено стандарт ISO 14443 (види A/B). На відміну від Mifare 1К у цьому стандарті забезпечено систему диверсифікації ключів, що дозволяє створювати відкриті системи. Використовуються стандартизовані алгоритми шифрування.

На основі стандарту 14443 розроблено кілька десятків систем, наприклад, система оплати проїзду громадського транспорту Паризького регіону.

Для частот стандартів, що існували в даному діапазоні, були знайдені серйозні проблеми в безпеці: зовсім була відсутня криптографія у дешевих чіпів картиMifare Ultralight, введена в використання в Нідерландах для системи оплати проїзду в міському громадському транспортіOV-chipkaart, [19] пізніше була зламана вважалася більш надійною картаMifare Classic. [20] [21]

Як і для діапазону LF, у системах,побудованих у HF-діапазоні, існують проблеми зі зчитуванням на великі відстані, зчитування в умовах високої вологості, наявності металу, а також проблеми, пов'язані з появою колізій при зчитуванні.

2.3.3. Мітки діапазону UHF (860-960 МГц)

Мітки даного діапазону мають найбільшу дальність реєстрації, у багатьох стандартах даного діапазону присутні антиколізійні механізми [22] . Орієнтовані спочатку для потреб складської та виробничої логістики, позначки діапазону UHF не мали унікального ідентифікатора. Передбачалося, що ідентифікатором для мітки буде EPC-номер (Electronic Product Code) товару, який кожен виробник заноситиме в мітку самостійно при виробництві. Однак незабаром стало зрозуміло, що крім функції носія EPC-номера товару добре покласти на мітку ще й функцію контролю справжності. Тобто виникла вимога, яка суперечить самому собі: одночасно забезпечити унікальність мітки та дозволити виробнику записувати довільний EPC-номер.

Тривалий час немає чіпів, які б задовольняли цим вимогам повністю. Випущений компанієюPhilipsчіп Gen 1.19 мав незмінний ідентифікатор, але не мав жодних вбудованих функцій з паролювання банків пам'яті мітки, і дані з мітки міг вважати будь-хто, що має відповідне обладнання. Розроблені згодом чіпи стандарту Gen 2.0 мали функції паролювання банків пам'яті (пароль на читання, на запис), але не мали унікального ідентифікатора мітки, що дозволяло за бажання створювати ідентичні клони міток.

Нарешті, в 2008 році компанія NXP випустила два нові чіпи [23] , які на сьогоднішній день відповідають усім вище перерахованим вимогам. Чіпи SL3S1202 та SL3FCS1002 виконаніу стандарті EPC Gen 2.0, але відрізняються від усіх своїх попередників тим, що поле пам'яті TID (Tag ID), в яке при виробництві зазвичай пишеться код типу мітки (і він в рамках одного артикула не відрізняється від мітки до мітці), розбито на дві частини. Перші 32 біти відведені під код виробника мітки та її марку, а другі 32 біти - під унікальний номер самого чіпа. Поле TID є незмінним, і, таким чином, кожна мітка є унікальною. Нові чіпи мають усі переваги міток стандарту Gen 2.0. Кожен банк пам'яті може бути захищений від читання чи запису паролем, EPC-номер може бути записаний виробником товару у момент маркування [23] .

У UHF RFID-системах порівняно з LF та HF нижча вартість міток, при цьому вища вартість іншого обладнання.

В даний час частотний діапазон УВЧ відкритий для вільного використання в Україні в так званому «європейському» діапазоні - 863-868 МГЦ. [24] [25]

2.3.3.1. Радіочастотні UHF-мітки ближнього поля

Мітки ближнього поля (англ.UHF Near-Field), не будучи безпосередньо радіомітками, а використовуючи магнітне поле антени, дозволяють вирішити проблему зчитування в умовах високої вологості, присутності води та металу. За допомогою даної технології очікується початок масового застосування RFID-міток у роздрібній торгівлі фармацевтичними товарами (що потребують контролю автентичності, обліку, але при цьому часто містять воду і металеві деталі в упаковці). [26] [27]

3. Рідери (Зчитувачі)

Прилади, які читають інформацію з міток та записують у них дані. Ці пристрої можуть бути постійно підключеними до облікової системи або працювати автономно.