Технология радиочастотной идентификации

Радиочастотная идентификация (англ. - Radio Frequency Identification, сокр. RFID) основана на четырех элементах:

  1. метка, содержащая в памяти чипа уникальную информацию
  2. передача информации с помощью радиоволн
  3. приемо-передающее оборудование: считыватели, антенны
  4. программное обеспечение.

Все элементы всегда объединены и функционируют в RFID-системе.

RFID-система включает несколько аппаратных компонентов: метка, приемо-передающее оборудование и сеть.

RFID-система 

Приемо-передающее оборудование включает:

  • Считыватель (reader) – устройство, позволяющее выполнять чтение или запись информации в метку.
  • Антенна - устройство, которое преобразует сигнал от считывателя в модулированное электромагнитное поле, необходимое для чтения информации из метки, находящейся в этом поле.
  • Хост-компьютер выполняет несколько функций: а) к нему подключается считыватель или считыватели, б) на нем функционирует программное обеспечение (middleware), формирующее запросы на чтение или запись меток, в) конфигурирует и управляет считывателями, г) накапливает полученную с меток информацию, а также передает эту информацию в учетную систему.

RFID-метки: устройство

RFID-метки: разновидности

Разработано много RFID-меток самого различного исполнения для того, чтобы RFID-система эффективно работала в любой среде. Радиочастотные метки условно можно разделить по следующим признакам

1. Наличие источника питания

  • Активные – в метке имеется элемент питания, энергия которого используются для передачи данных
  • Пассивные – в метке нет встроенного источника питания, чип использует энергию наведенного электромагнитного поля
  • Полупассивные – в метки есть небольшой элемент питания, его энергия используется только для питания микросхемы и не используется для связи со считывателем, что существенно продлевает его срок жизни.

2. Возможность чтения и записи информации

  • 'R/O' (Read Only – «только чтение») – информация в метку записываются только один раз при ее изготовлении. Метки пригодны для идентификации, но никакую новую информацию в них записать нельзя, и их практически невозможно подделать. Это обеспечивает им максимальную подлинность.
  • 'WORM' (Write Once Read Many – «запись один раз, чтение много раз») – метка содержит уникальный идентификатор, а также блок однократно записываемой памяти, которую можно читать многократно.
  • 'R/W' (Read and Write – «чтение и запись») – метка содержат уникальный идентификатор и блок памяти для чтения/записи информации. Информация в метке может быть перезаписаны большое число раз.

3. Исполнение меток

Инлей (Inlay) без клеевого слоя

Инлей

С клеевым слоем без поверхности для печати

С клеевым слоем и с поверхностью для печати

метка с печатью

Пластиковые карты, к примеру в качестве бэджа

бэдж

Метки в стеклянной ампуле

ампула в чипе

Различные виды браслетов и брелоков

RFID-браслет

В специальном корпусе для особых условий эксплуатации

rfid метка

Теория радиочастотной идентификации

На схеме показаны последовательные процессы, происходящие в RFID-системе:

  1. наведение считывателем и антенной модулированного электромагнитного поля
  2. ответная передача из метки цифровой информации
  3. прием цифровой информации из модулированного сигнала
  4. получение цифровой информации после демодуляции.

RFID-теория

RFID-считыватели: устройство

RFID-cчитыватель представляет собой сложное радиотехническое устройство.

В состав считывателя входят:

  • приемо-передатчик,
  • модулятор
  • демодулятор.

RFID-cчитыватели: разновидности

Приборы для чтения и записи данных в метках(RFID-считыватели) можно разделить на:

  • Ручные – позволяющие выполнять все действия (чтение, запись), держа его в руке
  • Мобильные – установленные и функционирующие на транспортных средствах
  • Стационарные – установленные и функционирующие на неподвижных объектах

Ручные считыватели

Ручной RFID-считыватель

Ручной считыватель представляют собой терминал сбора данных или КПК со встроенной антенной и считывателем. Ручные RFID-считыватели имеют дальность чтения и записи меньше стационарных, потому что устройства ограничены мощностью, которую можно выработать, используя имеющийся в устройстве источник питания. Ручной считыватель, имеющий модуль беспроводной связи, может работать в он-лайне, как при чтении, так и при записи меток. 

Мобильные считыватели

Мобильные RFID-считыватели

Мобильный считыватель имеет возможность подключения к более мощному источнику питания, поскольку чаще всего питается от бортовой сети грузоподъемного устройства. Поэтому дальность чтения таких устройств больше, чем у ручных. Мобильные считыватели могут оснащаться модулями беспроводной связью, обеспечивая работу в режиме реального времени. Мобильные считыватели помимо интегрированной антенны имеют разъемы для подключения внешней дополнительной антенны.

Стационарные считыватели

Стационарный RFID-считыватель

Стационарные считыватели обеспечивают максимально возможную дальность чтения и записи. Такие считыватели могут реализовывать режим, так называемого "уплотненного" чтения, при котором считываются близко расположенные метки.

Функциональность любого считывателя определяется чипом, на котором он создан. Большинство производителей считывателей предпочитают чипы компании Impinj. Самые лучшие показатели по производительности показывают новый чип Indy R2000.

Благодаря использованию чипов семейства Indy компания Impinj выпускает считыватели с расширенным функционалом, недоступным другим производителям. В частности, в считывателях Impinj Speedway и не только

Считыватель speedway

имеется расширенная настройка параметров чтения, позволяющая точнее настроить область чтения и тем самым повысить вероятность чтения меток, в том числе в условиях затрудненного чтения.

Стационарные RFID-считыватели меток оснащаются следующими интерфейсами: COM, USB и Ethernet.

Эффективность работы стационарных считывателей в значительной степени зависит от применяемых антенн.

Антенны: устройство

Антенна - очень важный элемент RFID – системы. Главное назначение антенны - излучение и прием радиоволн. Основными элементами RFID-антенн являются: металлические и диэлектрические волноводы, а также различной формы рефлекторы, главная цель которых - повышение направленных свойств антенн.

Антенны: разновидности 

По рабочему диапазону:
-ближний, RFID-антенна Impinj
-средний, Антенна 200

-дальний.

 антенна MT24 200
По форм - фактору:
-настольные, Считыватель MR761 200
-стационарные Стационарная RFID-антенна

-портальные.

 Портальная RFID-антенна
По типу поляризации:
-линейная, RFID-антенна с линейной полиризацией

-круговая.

 RFID-антенна с круговой поляризацией

 Правильный подбор и настройка антенны обеспечивают надежную работу считывателя.

RFID-система: Функционирование

Подготовительная фаза:

Первый шаг - программирование RFID-меток, маркировка (нанесение метки) объекта, который необходимо контролировать.

Второй шаг - регистрация объекта с меткой в системе.

Третий шаг - размещение считывателя с антенной в контрольных точках учета объекта. 

Рабочая фаза:

Первый шаг - контроль за перемещением объекта. Для этого метки считываются в контрольных точках.

Второй шаг - передача информации из считывателя в систему управления и далее в учетную систему.

Третий шаг - создание учетного документа, фиксирующего перемещение объектов.

RFID-система: Частоты и стандарты RFID

Используется четыре частотных диапазона: 125-150 кГц, 13,56 МГц, 862-950 МГц и 2,4-5 ГГц. Для каждого из диапазонов действуют стандарты, регламентирующие все аспекты RFID-системы (построение, интерфейс и т.д). Наиболее общие их характеристики представлены в таблице.

Рабочая частота

Стандарт

Приложения
Низкие частоты (LF)

125-150 кГц

ISO 14223
ISO 11784 /11785
ISO 18000-2

Диапазон действия - ближний. Используется в системах контроля доступа (СКД), для идентификации животных, в автомобильных иммобилайзерах

Высокие частоты (HF)

13.56 МГц

ISO 14443
ISO 15693
ISO 10373
ISO 18000-3

Диапазон действия - средний. Используется в СКД, платежных системах (ПС), для идентификации книг в библиотечных системах

Сверхвысокие частоты (UHF)

860-960 МГц

2.4-5 ГГц

EPC Gen2, U-CODE
ISO 18000-6

ISO 18000-4

Диапазон действия - дальний. Применяются в системах логистики и учета движения товаров по цепочке поставок.

RFID-система: Области применения

Область применения RFID-технологии постоянно расширяется. Основными областями применения технологии радиочастотной идентификации сегодня являются: 

Более подробно области применения RFID-технологии описаны в разделе Решения

Программное обеспечение: назначение

Главная задача программного обеспечения состоит в интеграции RFID-оборудования в информационную систему предприятия.

Программное обеспеченрие: разновидности

Разновидность применяемого программного обеспечения определяется кругом задач и пользователей.

Для программистов - разработчиков производителями оборудования выпускаются различные пакеты библиотек (SDK), программируемые интерфейсы (API).

Для связи оборудования и управляющих информационных систем разрабатывается так называемое middleware, с помощью которого осуществляется настройка оборудования и передача данных из меток в информационную систему.

Компании - интеграторы разрабатывают такое программное обеспечение, как сервер оборудования, так и клиентских модулей для конкретных решений. Их разновидности существенно увеличились в связи с развитем интеренте вещей.(IoT).

И наконец, имеются глобальные информационные системы, в котрых RFID-технология уже интегрирована. К их числу можно отнести Microsoft BizTalk RFID.