Радіочастотна ідентифікація

RFID () — радіочастотна ідентифікація.

Радіочастотне розпізнавання здійснюється за допомогою закріплених за об'єктом спеціальних міток, що несуть ідентифікаційну та іншу інформацію. Цей метод вже став основою побудови сучасних безконтактних інформаційних систем, і має стійку назву RFID-технології.

Особливості технології RFID-міткам не потрібен контакт або пряма видимість, дані з мітки можуть бути отримані на відстані. RFID-мітки читаються швидко і точно, що дозволяє виконувати велику кількість сканувань. RFID-мітки можна використовувати навіть в агресивних середовищах, через бруд, фарбу, пар, воду, пластмасу, деревину, а також використовувати імплантацію в тіло.  Пасивні RFID-мітки мають фактично необмежений термін експлуатації, мають низьку собівартість. RFID-мітки можуть нести велику кількість інформації. RFID-мітки легко відстежити на порівняно невеликій відстані — метро, офіси, банки, магазини, зупинки. RFID-мітки можуть бути використані як для читання, так і для запису великого обсягу інформації.

Історія RFID-міток

У 1946 році Лев Сергійович Термен винайшов у Радянському Союзі шпигунський пристрій, який дозволив накладати аудіоінформацію на випадкові радіохвилі. Звук викликав коливання діафрагми, яка трохи змінювала форму резонатора, модулюючи відбиту радіочастотну хвилю. І хоча пристрій представляв лише пасивний передавач (т.з. «жучок»), цей винахід зараховують до перших попередників RFID-технології.

Технологія, найближча до даної — система розпізнавання «свій — чужий», винайдена британцями в 1939 році. Вона активно застосовувалася союзниками під час Другої світової війни, щоб визначити, своїм або чужим є об'єкт в небі. Подібні системи досі використовуються як у військовій, так і в цивільній авіації. Ще однією віхою у використанні RFID-технології є робота Гарі Стокмана (Harry Stockman) під назвою «Комунікації за допомогою відбитого сигналу» (англ. «Communication by Means of Reflected Power») (доповіді IRE, стор. 1196–1204, жовтень 1948). Стокман відзначає, що «значні роботи з дослідження й розробки були зроблені до того, як були вирішені основні проблеми в зв'язку за допомогою відбитого сигналу, а також до того, як були знайдені сфери застосування даної технології».

Патент США Маріо Кардулло (Mario Cardullo) № 3,713,148 від 1973 («Пасивний радіопередавач з пам'яттю»), був, по суті, прабатьком сучасної RFID-технології. Вперше пасивний пристрій на відбитій енергії був продемонстрований в 1971 році владі Нью-Йорка і іншим потенційним покупцям як пристрій з 16 бітами пам'яті для стягування мита на дорогах. Патент Кардулла покриває використання радіохвиль, світла і звуку як засіб передачі інформації.

Оригінальний бізнес-план був представлений інвесторам в 1969 для використання у сфері транспорту (ідентифікація самохідних машин, автоматична платіжна система (система стягування мита), електронні номерні знаки, електронні платіжні відомості, водіння машин, моніторинг стану транспортних засобів), в банківській справі (електронні книги перевірок, електронні кредитні картки), у сфері безпеки (персональна ідентифікація, автоматичні ворота, спостереження) і в медицині (ідентифікація пацієнта, історії хвороби).

Перша демонстрація сучасних RFID-чипів (на ефекті зворотного розсіювання), як пасивних, так і активних, була проведена в Дослідницькій Лабораторії Лос Аламоса () в 1973 році. Портативна система працювала на частоті 915 Мгц і використовувала 12 бітових міток.

Перший патент, пов'язаний власне з назвою RFID, був виданий Чарльзу Валтону (Charles Walton) в 1983 році (патент США за № 4,384,288).

Класифікація RFID-міток Існує декілька способів систематизації RFID-міток і систем: за робочою частотою; за джерелом живлення; за типом пам'яті.

За джерелом живлення За типом джерела живлення RFID-мітки діляться на: Пасивні Активні Напівпасивні

Пасивні Пасивні RFID-мітки не мають вбудованого джерела енергії. Електричний струм, що індукується в антені електромагнітним сигналом від зчитувача, забезпечує достатню потужність для функціонування кремнієвого CMOS-чипа, розміщеного в мітці, і передачі у відповідь сигналу. У пасивних УВЧ- та НВЧ-мітках антена разом із високочастотним випрямлячем утворює ректену, яка перетворює енергію сигналу зчитувача на постійний струм для живлення мікросхеми.

Комерційні реалізації низькочастотних RFID-міток можуть бути вбудовані в стикер (наклейку) або імплантовані під шкіру.

У 2006 Hitachi виготовила пасивний пристрій, названий µ-Chip (мю-чип), розмірами 0,15×0.15 мм (не включаючи антену) і тонше за паперовий лист (7.5 мкм). Такого рівня інтеграції дозволяє досягти технологія «кремній-на-ізоляторі» (SOI). µ-Chip може передавати 128-бітовий унікальний ідентифікаційний номер, записаний в мікросхему на етапі виробництва. Цей номер не може бути змінений надалі, що гарантує високий рівень достовірності і означає, що цей номер буде жорстко прив'язаний (асоційований) з тим об'єктом, до якого приєднується або в який вбудовується цей чип. µ-Chip від Hitachi має типовий радіус зчитування 30 см (1 фут). У лютому 2007 року Hitachi представила RFID-пристрій, що має розміри 0,05×0,05 мм, і завтовшки, достатньою для вбудовування в лист паперу.

У наш час основна проблема RFID-пристроїв полягає в тому, що для них потрібна зовнішня антена, яка за розмірами перевершує чип у найкращому разі в 80 разів. Найменша вартість RFID-міток, які стали стандартом для таких компаній, як Wal-Mart, DOD, Target, Tesco у Великій Британії і Metro AG в Німеччині, становить приблизно 5 центів за мітку фірми SmartCode. 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 дюймів) (згідно зі стандартом ISO 14443) до декількох метрів (стандарти EPC і ISO 18000-6), залежно від вибраної частоти і розмірів антени. В деяких випадках антена може бути виготовлена друкарським способом.

Виробничі процеси від Alien Technology під назвою Fluidic Self Assembly, від SmartCode — Flexible Area Synchronized Transfer (FAST) і від Symbol Technologies PICA направлені на подальше зменшення вартості міток за рахунок застосування масового паралельного виробництва. «Alien Technology» в наш час використовує процеси FSA і HiSam для виготовлення міток, тоді як PICA процес від «Symbol Technologies» знаходиться ще на стадії розробки. Процес FSA дозволяє проводити понад 2 мільйони ІС пластин в годину, а PICA процес — понад 70 мільярдів міток в рік (якщо його допрацюють). У цих технічних процесах ІС приєднуються до пластин міток, які у свою чергу приєднуються до антен, утворюючи готовий чип. Приєднання ІС до пластин і надалі пластин до антен — просторово найчутливіші елементи процесу виробництва. Це означає, що при зменшенні розмірів ІС монтаж () стане найдорожчою операцією. Альтернативні методи виробництва, такі як FSA і HiSam, можуть значно зменшити собівартість міток. Стандартизація виробництва () приведе до подальшого падіння цін на мітки при їхньому широкомасштабному впровадженні.

Некремнієві мітки виготовляються з полімерних напівпровідників. В наш час їхньою розробкою займаються декілька компаній в усьому світі. Мітки, що виготовляються в лабораторних умовах і працюють на частотах 13.56 Мгц. були продемонстровані в 2005 році компаніями «POLYIC» (Німеччина) і «Philips» (Голландія). У промислових умовах полімерні мітки виготовлятимуться методом прокатного друку (технологія нагадує друк журналів і газет), внаслідок чого вони будуть дешевші, ніж мітки на основі ІС. Це може закінчиться тим, як гадають, що для більшості сфер застосування мітки почнуть друкувати так само просто, як і штрих-коди, і вони стануть такими ж дешевими.

Пасивні мітки УВЧ (ультрависокочастотні дециметрові хвилі) і НВЧ (надвисокочастотні сантиметрові і міліметрові хвилі) діапазонів (860–960 МГц і 2,4-2,5 ГГц) передають сигнал методом модуляції відбитого сигналу частоти, що несе (англ. Backscattering Modulation модуляція зворотного розсіяння). Антена зчитувача випромінює сигнал частоти, що несе, і приймає відбитий від мітки модульований сигнал. Пасивні мітки ВЧ діапазону передають сигнал методом модуляції навантаження сигналу частоти, що несе (англ. Load Modulation модуляція навантаження). Кожна мітка має ідентифікаційний номер. Пасивні мітки можуть містити перезаписувану незалежну пам'ять EEPROM-типу. Дальність дії міток становить 1—200 см (ВЧ-МІТКИ) і 1-10 метрів (УВЧ і НВЧ-мітки).

Активні Активні RFID-мітки володіють власним джерелом живлення і не залежать від енергії зчитувача, унаслідок чого вони читаються на дальній відстані, мають великі розміри і можуть бути оснащені додатковою електронікою. Проте, такі мітки найдорожчі, а у батарей обмежений час роботи. Активні мітки в більшості випадків надійніші (наприклад, здійснюють меншу кількість помилок), ніж пасивні, завдяки особливій сесії зв'язку між міткою і пристроєм зчитування. Активні мітки, володіючи власним джерелом живлення, також можуть генерувати вихідний сигнал більшого рівня, ніж пасивні, дозволяючи застосовувати їх в агресивніших для радіочастотного сигналу середовищах: воді (включаючи людей і тварин, які в основному складаються з води), металах (корабельні контейнери, автомобілі), для великих відстаней на повітрі. Більшість активних міток дозволяють передати сигнал на відстані в сотні метрів при тривалості життя батареї живлення до 10 років. Деякі RFID-мітки мають вбудовані сенсори, наприклад, для моніторингу температури товарів, які швидко псуються. Інші типи сенсорів в сукупності з активними мітками можуть застосовуватися для вимірювання вологості, реєстрації поштовхів/вібрації, світла, радіації, температури і газів в атмосфері (наприклад, етилену).

Активні мітки зазвичай мають набагато більший радіус зчитування (до 300 м) і обсяг пам'яті, ніж пасивні, і здатні зберігати більший обсяг інформації для відправки приймачем. В даний час, активні мітки роблять розмірами не більше звичайної пілюлі і продають за ціною в декілька доларів.

Напівпасивні Напівпасивні RFID-мітки, також їх називають напівактивними, дуже схожі на пасивні мітки, але оснащені батареєю, яка забезпечує чип енергоживленням. При цьому дальність дії цих міток залежить тільки від чутливості приймача зчитувача і вони можуть функціонувати на більшій відстані і з кращими характеристиками.

За типом використовуваної пам'яті

За типом використовуваної пам'яті RFID-мітки діляться на: RO () дані записуються тільки один раз, відразу при виготовленні. Такі мітки придатні тільки для ідентифікації. Ніяку нову інформацію в них записати не можна, і їх практично неможливо підробляти. WORM () окрім унікального ідентифікатора такі мітки містять блок одноразово записуваної пам'яті, яку надалі можна багато разів читати. RW () такі мітки містять ідентифікатор і блок пам'яті для читання/запису інформації. Дані в них можуть бути перезаписані багаторазово.

Зчитувачі Прилади, які читають інформацію з міток і записують в них дані. Ці пристрої можуть бути постійно підключеними до облікової системи, або працювати автономно. Залежно від частотного діапазону мітки, дистанція стійкого зчитування і запису даних може бути різна. Розрізняють стаціонарні та мобільні.

Стаціонарні Стаціонарні зчитувачі кріпляться нерухомо на стінах, дверях, рухомих складських пристроях (штабеляторах, навантажувачах). Вони можуть бути виконані у вигляді замку, вмонтовані в стіл або закріплені поряд з конвеєром на шляху проходження виробів.

В порівнянні з мобільними, зчитувачі такого типу зазвичай мають більшу зону читання та потужність, і здатні одночасно обробляти значний потік інформації. Стаціонарні зчитувачі на виробництві інтегруються в інформаційну систему що дозволяє поетапно фіксувати переміщення маркованих об'єктів в реальному часі, або ідентифікувати положення мічених предметів в просторі.

Мобільні