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

Сразу хотелось бы оговориться.

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

По традиции начнём с некоторой вводной части.

RFID

История технологии радиочастотного распознавания – пожалуй, именно так можно назвать все мыслимые и немыслимые варианты RFID (radio-frequency identification) – уходит своими корнями в 40-ые года XX века, когда в СССР, Европе и США активно велись разработки вообще любых видов электронной техники.

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

К сожалению, стоимость RFID-меток по сравнению с другими видами идентификации довольно высока, поэтому, например, продукты питания и прочие «ходовые» товары мы по-прежнему покупаем с помощью баркодов (или штрих-кодов), иногда QR-кодов, а защиту от краж обеспечивают так называемые противокражные метки (или EAS – electronic article surveillance)

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

Итак, какие метки удалось найти в окружающем нас мире:

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

Сначала вымачиваем карту в обычной воде, чтобы удалить бумажные слои, скрывающие самое сердце данной «метки».

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

Как-то раз, решил я одной своей знакомой показать статьи и фотографии на Хабрахабре. После чего спросил, а есть ли у неё какая-нибудь ненужная карта для следующей статьи про RFID. Она к тому времени как раз перебралась учиться в EPFL и подарила мне карточку, по которой осуществляется проход в одно из зданий МГУ. Карта, соответственно, без какой-либо маркировки, и я даже не уверен, что на ней записано хоть что-то, кроме обычно ключа для прохода в здание.
Карточка полностью пластиковая, поэтому сразу кладём её в ацетон буквально на пару десятков минут:

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

Далее я хочу рассмотреть две метки, представленные на выставке РосНаноФорум 2011. Первую из них представили с большим пафосом, сказав, что это чуть ли не панацея от воров и краж в магазинах. Да и вообще, данная метка позволит полностью перевести магазины на самообслуживание. К сожалению, эффективный менеджер оказался чуть более, чем полностью некомпетентен в вопросах школьной физики. И после предложение проверить эффективность его и метки с помощью сильного магнита, приложенного к метке, быстро замял тему…

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.

16.01.2014

Аббревиатура RFID расшифровывается как Radio Frequency Identification (в переводе с английского: радиочастотная идентификация). RFID (метод радиочастотной идентификации) – технология, которая для автоматической идентификации объектов использует радиоволны. Она может распознавать не только живые существа, но и неодушевленные предметы, к примеру, транспортные средства, контейнеры, одежду и многое другое. Другим примером Auto-ID являются штрих коды или биометрические методы (сканирование сетчатки глаза, использование отпечатков пальцев), а также система оптического распознавания символов и идентификация голоса.

Технология RFID широко применялась еще во времена Великой Отечественной войны. Тогда на самолетах только появились первые системы опознавания, которые позволяли распознавать и отличать свои воздушные войска от войск противника. После окончания войны технология больше не имела коммерческого успеха, но за последние годы все круто изменилось. Ею заинтересовались транспортные и логистические компании, что вывело стандарт на новый уровень.

Где используется технология RFID?

Решения на основе RFID можно использовать:

• В сфере розничной торговли: для контроля за перемещением товара между складом и магазином, предотвращения краж, удобства проведения инвентаризации.
• В отрасли производства и продажи меховых изделий: для обязательной маркировки шуб и меховых изделий контрольным идентификационным знаком.
• В складских и логистических комплексах: для отслеживания перемещения товаров, увеличения скорости приемки и отгрузки, снижения влияния человеческого фактора.
• На производствах: для контроля за персоналом и транспортом, обеспечения безопасности и предотвращения нештатных ситуаций, учета сырья.
• В системах контроля доступа и платежных системах: для реализации бесконтактного автоматического доступа, оплаты услуг с помощью терминалов.

Применение технологии RFID:

• приложения контроля доступа;
• приложения контроля и учета рабочего времени ;
• идентификация транспортных средств;
• автоматизация производства;
• автоматизация складской обработки.

Принцип работы RFID

Основа работы технологии: взаимодействие RFID-метки (RFID-тега) и RFID-считывателя (RFID-ридера). RFID-метка – миниатюрный чип, который хранит уникальный номер тега и информацию и обладает возможностью для передачи данных RFID-ридеру. Как только RFID-метка попадает в зону действия RFID-ридера, ридер фиксирует факт передачи данных, считывает информацию с метки и передает ее в учетную систему, которая анализирует данные по заранее заданным алгоритмам.

При этом между RFID-меткой и RFID-ридером может быть расстояние до 300 метров (системы, работающие на расстоянии от 5 до 300 метров относят к системам дальней идентификации, от 20 см до 5 м – идентификации средней дальности, до 20 см – системы ближней идентификации).

Преимущества технологии RFID

• Большое расстояние считывания
• Независимость от ориентации метки и ридера
• Скорость и точность идентификации
• Возможность работы через материалы, пропускающие радиоволны, нет необходимости в прямой видимости
• Возможность считывания метки с двигающегося объекта
• Возможность хранения дополнительной информации на метке и ее перезаписи
• Сложность подделки RFID-меток
• Одновременное чтение нескольких меток (при наличии антиколлизионной фунции)
• Устойчивость к воздействиям окружающей среды, длительный срок эксплуатации

Система RFID состоит из:

• RFID-Считыватель;
• RFID-Метка;
• Программное обеспечение.

Считыватель занимается генерированием и распространением электромагнитных волн в окружающее пространство. Данный сигнал принимается RFID-меткой, которая создает обратный сигнал, улавливающийся антенной считывающего устройства, затем полученная информация расшифровывается и обрабатывается электронным блоком. Объект, оснащенный RFID-меткой, идентифицируется с помощью уникального цифрового кода, который хранится в памяти электронной метки. К примеру, можно в считанные секунды получить индивидуальные данные пользователя или идентификационный номер того или иного товара.

RFID-метки: классификация

Источник питания

Основная используемая классификация RFID-меток основана на источнике питания – согласно ей, теги делятся на пассивные, активные и полупассивные.

Пассивные RFID-метки не имеют собственного источника питания и используют для работы энергию поля считывателя. В зависимости от архитектуры RFID-метки и типа ридера, пассивные теги работают только на небольшом расстоянии - до 8 метров, но при этом отличаются компактностью и доступной ценой.

Именно пассивные низкочастотные RFID-метки наиболее часто встречаются нам на товарах в магазинах – над повышением компактности тегов и снижением их стоимости работают представители ведущих мировых торговых сетей.

Активные RFID-метки оснащены собственным источником питания, поэтому могут получить дополнительные функции, работают на большем расстоянии и менее требовательны к считывателю. К их недостаткам, по сравнению с пассивными метками, можно отнести большой размер и ограниченное время работы источника питания (правда, на сегодняшний день речь идет о сроке жизни батареи до 10 лет), однако они незаменимы там, где необходим большой радиус работы (до 300 метров).

Активные RFID-метки по праву считаются более надежными, они могут передавать сигнал даже через воду или металл, а также их можно оснастить встроенными сенсорами для оценки температуры, влажности, уровня освещенности и других параметров окружающей среды. Таким образом, RFID-метки могут помочь отслеживать, к примеру, соблюдение условий хранения определенных категорий товаров.

Полупассивные RFID-метки работают по тому же принципу, что и пассивные, но оснащены батареей для питания чипа. Можно сказать, что такое решение является компромиссным в плане стоимости, размера и характеристик RFID-меток.

Исполнение

По исполнению RFID-метки могут представлять собой пластиковые карты, брелоки, корпусные метки, а также самоклеящиеся этикетки из бумаги или термопластика. Существует также формат «невидимой» этикетки, которая фактически вшивается в упаковку товара непосредственно на этапе производства.

Тип памяти

По типу памяти RFID-метки делятся на предназначенные только для идентификации (RO, Read Only), разработанные для считывания блока информации (WORM, Write Once Read Many) и перезаписываемые (RW, Read and Write).

RO RFID-метки используются исключительно для идентификации – данные уникального идентификатора записываются при изготовлении тега, поэтому скопировать их и подделать метку практически невозможно.

WORM RFID-метки позволяют однократно записать какие-либо данные, которые впоследствии можно будет многократно считывать и использовать. Это позволяет пользователю при получении дополнить метку своей информацией, которая затем будет использоваться при считывании.

RW RFID-метки содержат блок памяти, который позволяет многократно записывать и считывать информацию. Идентификатор RFID-метки при этом остается неизменным.

Рабочая частота

Классификация RFID-меток по рабочей частоте выглядит следующим образом:

• Метки диапазона LF (125-134 кГц)

Характеризуются доступными ценами и определенными физическими характеристиками, которые позволяют использовать такие RFID-метки для чипирования животных. Обычно это – пассивные системы, которые работают только на маленьких расстояниях.

• Метки диапазона HF (13,56 МГц)

RFID-метки такой частоты используются в основном для идентификации личности, в платежных системах, для решения простых бизнес-задач (например, для идентификации продукции на складе). Большинство RFID-систем, работающих на частоте 13,56 МГц, работает в соответствии со стандартом ISO 14443 (A/B) – именно на этом стандарте работает, к примеру, система оплаты проезда в общественном транспорте Парижа.

К недостаткам RFID-систем описанного диапазона можно отнести отсутствие достойного уровня безопасности, а также возможные проблемы со считыванием на большом расстоянии, в условиях высокой влажности, через металлические проводники.

• Метки диапазона UHF (860-960 МГц)

Разработанные специально для работы с товарами на складах и в логистических системах, RFID-метки этого диапазона изначально не имели собственного уникального идентификатора. Предполагалось, что в качестве него будет использоваться EPC-номер товара, однако это не позволило бы контролировать подлинность метки, поэтому развитие систем на базе UHF-диапазона позволило усовершенствовать систему.

При этом к особенностям RFID-меток указанного диапазона относится высокая дальность и скорость работы и наличие антиколлизионных механизмов. Сегодня стоимость RFID-меток диапазона UHF является минимальной, однако цена прочего оборудования для работки в обозначенном диапазоне достаточно велика.

К отдельной категории UHF RFID-меток можно отнести теги ближнего поля. Используя магнитное поле антенны, технически они не относятся к радиометкам и могут считываться при высокой влажности и в присутствии металла. Массовое применение меток ближнего поля ожидается, например, в работе с фармацевтическими товарами, нуждающимися в контроле подлинности и строгом учете.

Разновидности RFID меток

Электронные метки бывают активными и пассивными. Активные идентификаторы снабжены собственным источником питания, дальность считывания таких устройств не зависит от энергии ридера. Пассивные метки не имеют своего источника питания, потому питаются от энергии электромагнитного сигнала, который распространяет считыватель. Дальность идентификации данных меток напрямую зависит от энергии, которую излучает ридер.

Каждый из этих видов устройств характеризуется своими преимуществами и недостатками. Пассивные метки хороши своим большим сроком эксплуатации, а также дешевизной в сравнении со своим активным аналогом. К тому же, пассивные идентифицирующие устройства не нуждаются в замене элементов питания. Недостатком устройства является необходимость в использовании более мощных считывателей.

Активные идентифицирующие устройства характеризуются высокой дальностью считывания информации в отличие от пассивных меток, а также возможностью распознавать и считывать данные при движении электронной метки на высокой скорости относительно считывающего устройства. Недостатком активных меток является высокая цена и громоздкость.

Типы RFID-идентификаторов в зависимости от рабочей частоты:

• (ВЧ) Высокочастотные RFID-метки, работающие на частоте 13,56 МГц;
• (УВЧ) Ультравысокочастотные RFID-метки, работающие в диапазоне частот 860-960 МГц. Данный диапазон используется в России, в Европе RFID-метки работают в диапазоне 863-868 МГц.

Способы записи информации на идентификатор (метку):

• ReadOnly-устройства - идентификаторы, на которые можно записать информацию лишь единожды, дальнейшее изменение или удаление информации невозможно;
• WORM-устройства - RFID-метки, которые позволяют однократно записывать и многократно считывать данные. Изначально в памяти устройства не хранится никакой информации, все необходимые данные вносит пользователь, но после записи перезаписать или удалить информацию невозможно;
• R/W-устройства – идентификаторы, которые позволяют многократно считывать и записывать информацию. Это наиболее прогрессивная группа устройств, так как подобные метки позволяют перезаписывать и удалять ненужную информацию.

Технология RFID широко используется в производстве, розничной торговле , системах управления и контроля доступом, системах защиты от подделки документов и других областях. Она позволяет экономить время и сводит к минимуму использование ручного труда.

Особенности

Несмотря на достаточно высокую стоимость использования RFID-систем, их внедрение целесообразно везде, где важен высокий уровень безопасности и быстрая идентификация объектов. При этом особое внимание следует уделить выбору конкретного решения, который будет зависеть от множества факторов:

Расстояние между RFID-метками и ридерами

Наличие экранирующих поверхностей (например, металлических)

Необходимость одновременного считывания данных с нескольких меток (защиты от коллизий)

Необходимость защищенного исполнения меток, скрытого размещения меток

Высокие требования к безопасности меток

Хранение и перезапись данных

Простота интеграции с используемой инфраструктурой

Please enable JavaScript to view the

RFID (Radio Frequency Identification) — это способ обеспечения хранения и передачи информации из удобного носителя-метки в нужное место, с помощью специальных устройств. Такие метки-идентификаторы позволяют облегчить распознавание различных объектов: товаров в магазине, подвижных средств при транспортировке, помогают определять их местоположение, могут идентифицировать людей и животных, не говоря уже о широких возможностях идентификации документов и имущества.

Что такое RFID-метка

Принимаемая RFID-меткой от антенны электромагнитная волна активизирует ее, и становятся возможными как запись данных на метку, так и считывание данных с метки. Антенна служит таким образом многофункциональным каналом связи между приемопередатчиком и меткой, полностью обеспечивающим процессы передачи и получения данных.

Антенны различных форм и размеров могут встраиваться в сканеры, ворота, турникеты, - в разные средства для работы с RFID-метками, с целью обеспечения доступа к информации, хранящейся в метках товаров, предметов, людей, транспорта и т. д. - всего, что перемещается через зону действия антенны сканера, и имеет на себе RFID-метку.

Антенна может непрерывно работать и постоянно считывать метки в большом количестве, все время опрашивая их, либо может включаться на некоторое время по сигналу от оператора. Антенна с приемопередатчиком и декодером часто находятся в одном общем корпусе, чтобы сигнал от антенны сразу бы демодулировался, расшифровывался и передавался бы через стандартный интерфейс на ПК для дальнейшей обработки полученных данных.

Сама метка обычно содержит в себе антенну, приемник, передатчик, и память для хранения данных. Энергию метка получает из радиосигнала антенны считывателя или от собственного источника питания, после получения внешнего сигнала, метка отвечает собственным сигналом, в котором содержится определенная идентификационная информация. Таким образом RFID-метки — это своего рода этикетки, только более умные.

Запись информации на RFID-метку

На метку информация может быть записана разными способами, в зависимости от конструкции метки. Так, RFID-метки могут быть следующих типов:

R/O - метки только для считывания (Read Only), когда данные заносятся на стадии изготовления метки, и больше не изменяются;

WORM - метки для однократной записи и последующего многократного считывания (Write Once Read Many), в такие метки на производстве не заносят никаких данных, информация записывается пользователем единожды, затем может многократно считываться;

R/W - метки для многократной записи и последующего многократного считывания информации (Read/Write).

Пассивные и активные RFID-метки

Пассивная RFID-метка способна работать без собственного источника энергии, она получает энергию для питания только от сигнала сканера. Такие метки меньше по размеру чем активные, легче по весу, дешевле в производстве, и отличаются неограниченным сроком эксплуатации — это их главное достоинство.

Условный недостаток пассивной RFID-метки — необходимо устройство считывания достаточно большой мощности. Активная метка отличается наличием встроенной батареи или потребностью в присоединяемой батареи.

Такие метки взаимодействуют с антенной сканера на большем расстоянии чем пассивные метки, поскольку им требуется меньше мощности от антенны в процессе работы — это главное достоинство активных меток, они отличаются дальностью считывания в 2-3 раза большей, чем пассивные метки, к тому же активная метка может двигаться с высокой скоростью через зону действия сканера, и все равно успеет сработать.

Как пассивные, так и активные метки по возможностям записи/считывания, однократной/многократной, - могут широко различаться независимо от способа питания.

Приемник, передатчик, антенна и блок памяти — вот основные части RFID-метки. Все кроме антенны помещается в корпус маленькой микросхемы — чипа, поэтому с виду может показаться что метка состоит лишь из многовитковой антенны и чипа. В активных метках есть еще одна часть — источник питания, литиевая батарейка например.

Преимущества RFID-меток перед графическими идентификаторами

Штрих-код печатается всего один раз на стадии производства и упаковки, а информация на RFID-метке может быть не только полностью изменена, но и дополнена. Метки могут считываться сразу в большом количестве благодаря механизму антиколлозии, чего сложно достичь для графических кодов.

Несмотря на то что матричные коды способны вмещать относительно большие объемы данных, им требуются большие площади для нанесения кодов, например чтобы штрих-кодом записать 50 байт, потребуется лист формата А4, в то время как RFID-метка с чипом площадью всего 1 квадратный сантиметр легко вместит 1000 байт.

Запись на метку достаточно быстра, а графические коды нужно сначала набирать, затем печатать и наклеивать, да еще и сохранить целостность изображения.

С RFID-идентификаторами все проще, достаточно на стадии производства «имплантировать» метку в упаковку (не обязательно снаружи), затем бесконтактным способом записать данные, и метка будет вечной (не менее 1000000 взаимодействий с антенной сканера), скрытой внутри изделия метке не страшны ни грязь, ни пыль.

К тому же данные записанные на метку, целиком или частично, можно при необходимости защитить от считывания или перезаписи паролем — это надежный способ защиты от подделок. При этом считывание происходит при любом положении метки в зоне действия сканера — это удобнее чем графический код, который нужно ровно поднести к сканеру.

Частоты в зависимости от области применения

Там где требуется высокая скорость считывания, к примеру для контроля автомобилей в движении, вагонов на железной дороге, в системах сбора отходов — используют высокие частоты 850-950 МГц и 2,4-5 ГГц. Высокочастотные сканеры монтируются в ворота или шлагбаумы, а RFID-метка (транспондер) устанавливается, например, на лобовом стекле автомобиля. Дальность взаимодействия метки со сканером составляет от 4 до 8 метров, что создает благоприятные условия для людей, поскольку считывающее устройство располагается вне их досягаемости.

В настоящее время очень популярен среднечастотный диапазон 10-15 МГц. Он используется в транспортных и других аналогичных приложениях, где требуется работа с перезаписываемыми картами, смарт-картами и т. д. Многие нынешние смарт-карты работают как раз как RFID-метки средневолнового диапазона.

Диапазон низких частот 100-500 Кгц действует на небольшом расстоянии между сканером и объектом, не более 50 см, иногда меньше 10 см.

Большая антенна компенсирует небольшую дальность взаимодействия, однако помехи от высоковольтных линий, компьютеров и даже энергосберегающих ламп могут помешать работе системы. Но все равно во многих системах управления доступом (склады, проходные) низкие частоты для работы с бесконтактными RFID-картами применяются. Кроме того низкочастотный диапазон используется для бесконтактной идентификации животных и металлических предметов, таких например как пивные кеги.

По рабочей частоте - по типу памяти

По типу источника питания - по исполнению

В зависимости от используемой рабочей частоты RFID метки делятся на:

Низкочастотные - LF, рабочая частота: 125 - 134 Кгц - ультра высокочастотные - UHF, рабочая частота: 860 - 960 Мгц

Высокочастотные - HF, рабочая частота: 13,56 Мгц - микроволновые - рабочая частота 2,45 Ггц.

Широкий спектр рабочих частот RFID меток обусловлен существенными отличиями распространения электромагнитных волн в различных средах в зависимости от частоты сигнала. Чем выше частота, тем большее расстояние идентификации метки в системе радиочастотной идентификации. Низкочастотные метки хорошо работают на металлических поверхностях, применяются также для идентификации животных, рыб и человека путем вживления транспондеров под кожу. HF метки сравнительно дешевы, хорошо стандартизованы (ISO 14443, ISO 15693), имеют широкую линейку решений. Применяются в платежных системах, логистике, идентификации личности. В них используются стандартизованные алгоритмы шифрования. Метки данного диапазона обладают наибольшей дальностью регистрации, в стандартах данного диапазона присутствуют антиколизионные механизмы. UHF транспондеры как правило дешевле чем метки LF и HF. Частотный диапазон UHF открыт для использования в России в так называемом «европейском» диапазоне: 863 - 868 МГЦ.

По типу источника питания RFID-метки делятся на:

1. пассивные
2. активные
3. полупассивные

1. Пассивные RFID-метки не имеют встроенного источника энергии. Электрический ток, индуцированный в антенне метки электромагнитным сигналом от считывателя, обеспечивает необходимую энергию для функционирования RFID чипа, размещённого в метке, и передачи ответного сигнала. Максимальное расстояние считывания пассивных меток в зависимости от выбранной частоты и размеров антенны варьируется от 10 см (для стандарта ISO 14443) до нескольких метров (стандарты EPC и ISO 18000-6).
2. Активные RFID-метки обладают собственным источником питания и не зависят от энергии считывателя, вследствие чего они читаются на большем расстоянии, чем пассивные, имеют бо льшие размеры и могут быть оснащены дополнительной электроникой. Активные метки обеспечивают более надёжное чтение/запись данных, чем пассивные, благодаря особой сессии связи между транспондером и ридером. Активные RFID метки за счет собственного источника питания генерируют более мощный выходной сигнал по сравнению с пассивными метками. Это позволяет применять эти транспондеры 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 RFID меток позволяют передавать сигнал на расстояния в сотни метров при жизни батареи питания до 10 лет. Некоторые активные RFID метки имеют встроенные датчики, например, для мониторинга температуры скоропортящихся товаров, влажности, вибрации и т.д. Такие транспондеры способны хранить больший объём информации, но они дороже пассивных, а у их батарей ограничено время работы.
3. Полупассивные (полуактивные) RFID-метки оснащены собственным источником питания, который запитывает чип только после получения сигнала от считывателя. Таким образом такие метки могут считываться на таких же расстояниях, что и активные.

По типу используемой памяти RFID-метки делятся на:

RO (Read Only ) - данные записываются только один раз, сразу при изготовлении. Такие метки пригодны только для чтения. Никакую новую информацию в них записать нельзя, и их практически невозможно подделать.

WORM (Write Once Read Many ) - кроме уникального идентификатора такие метки содержат блок однократно записываемой памяти, которую в дальнейшем можно многократно читать.

RW (Read&Write ) - такие метки содержат идентификатор и блок памяти для чтения/записи информации. Данные в них могут быть перезаписаны многократно.

По конструктивному исполнению RFID метки делятся на:

1. корпусные транспондеры
2. RFID этикетки (смарт этикетки)
3. RFID карты (бесконтактные смарт карты)
4. RFID бирки
5. другие исполнения (браслеты, брелоки и т.д.)

1. Транспондеры , у которых RFID чип и RFID антенна помещены в жесткий корпус, называются корпусными RFID метками. Корпус транспондера защищает чип и антенну от механического повреждения, температурного воздействия, влаги, пыли и электростатики. Корпусные RFID метки используются в промышленных RFID системах..
2. RFID этикетки представляют собой транспондер в виде «Inlay», с лицевой стороной в виде бумаги или синтетической пленки. Смарт этикетки бывают как самоклеящимися, так и с сухой обратной стороной (Dry Inlay). RFID этикетки, как правило, дешевле корпусных транспондеров, но не могут работать в столь жестких условиях как последние. Они являются основой RFID технологий, применяемых в складском учете, торговле, библиотеках и т.д..
3. RFID карты представляют собой RFID чип и RFID антенну, помещенные в пластиковый корпус в виде карты размером, как правило, 86?54 мм. Бесконтактные смарт карты используются для идентификации личности, транспортного средства и в качестве защищенного носителя информации (спецификации и т.д.).
4. RFID бирки представляют собой RFID чип и RFID антенну, помещенные в пластиковый корпус в виде пластиковой бирки, используемой для маркировки живых деревьев (см. «Маркировка и учет древесины »).

   Существует много других специализированных конструктивных исполнений

5. RFID меток в виде различных браслетов, брелоков и т.д., используемых: для идентификации личности в больницах, фитнес-центрах, на горнолыжных курортах, в системах контроля доступа и для решения многих других задач.

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.

RFID — это современная технология идентификации, предоставляющая существенно больше возможностей по сравнению с традиционными системами маркировки.

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.

Классификация RFID-меток

Существует несколько показателей классификации RFID-меток и систем:

 По рабочей частоте

 По источнику питания

 По типу памяти

 По исполнению

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

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

Полупассивные RFID-метки , также называемые полуактивными, очень похожи на пассивные метки, но оснащены батарей, 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.

Активные RFID-метки обладают собственным источником питания и не зависят от энергии считывателя, вследствие чего они читаются на дальнем расстоянии, имеют большие размеры и могут быть оснащены дополнительной электроникой. Однако, такие метки являются наиболее дорогими, а имеет ограниченное время работы батарей.

Активные метки в большинстве случаев обеспечивают большую точность считывания, чем пассивные. Обладая собственным источником питания, активные метки могут генерировать выходной сигал большего уровня, что позволяет применять их в агрессивных средах: в воде, металлах (корабельные контейнеры, автомобили) и на больших расстояниях вне помещения. Активных метки позволяют передавать сигнал на расстояния в сотни метров, а срок службы батареи такой метки может достигать 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 наличия газов в атмосфере.

Радиус считывания для активных меток составляет до 300 м. Они имеют больший объем памяти, чем у пассивных меток и, и способны хранить больший объем информации. В настоящее время активные метки делают размером не больше обычной пилюли и продают по цене в несколько долларов.

По типу используемой памяти RFID-метки классифицируют на следующие типы:

 RO (Read Only) — данные записываются только один раз, сразу при изготовлении. Такие метки пригодны только для идентификации. Никакую новую информацию в них записать нельзя, и их практически невозможно подделать.

 WORM (Write Once Read Many) — кроме уникального идентификатора такие метки содержат блок однократно записываемой памяти, которую в дальнейшем можно многократно читать.

 RW (Read and Write) — такие метки содержат идентификатор и блок памяти для чтения/записи информации. Данные в них могут быть перезаписаны многократно.

По рабочей частоте RFID-метки выделяют следующих диапазонов:

Метки диапазона LF 125-134 кГц

Пассивные системы данного диапазона имеют низкую стоимость и по своим физическим характеристикам используются для вживления подкожных меток животным, людям и рыбам. Имеют существенные ограничения по радиусу действия и точности (коллизии при считывании).

Метки диапазона HF 13.56 МГц

Системы 13МГц являются достаточно дешевыми, не имеют экологических проблем, хорошо стандартизованы и 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 ISO 14443 В разработаны десятки систем, например, система оплаты проезда общественного транспорта в Париже и пригородах.

Распространенность систем данного диапазона показала наличие проблем, связанных с безопасностью. Отмечены случаи взлома таких систем, например, системы оплаты в городском и общественном транспорте в Нидерландах.

Так же, как и в диапазоне LF, в HF-системах, существуют проблемы, связанные со считыванием на больших расстояниях, в условиях высокой влажности, в окружении металла и появление коллизий.

Метки диапазона UHF (860-960 МГц)

Метки диапазона UHF обладают наибольшей дальностью действия. Многими стандартами меток данного диапазона разработаны антиколизионные механизмы. Изначально ориентированные на использование в складской и производственной логистике, UHF-метки 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 еще 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 было легко считать, имея соответствующее оборудование. Позднее разработанные чипы стандарта Gen 2.0 уже имели функции защиты банков памяти (пароль на чтение, на запись), но не имели уникального идентификатора метки, что позволяло при желании создавать идентичные клоны меток.

Еще позже 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 своих предшественников тем, что поле памяти TID (Tag ID), в которое при производстве обычно пишется код типа метки, который в рамках одного артикула не отличается от метки к метке, разбито на две части. Первые 32 бита отведены под код производителя и марку, а вторые 32 бита — под уникальный номер самого чипа. Поле TID — неизменяемое и, таким образом, каждая метка является уникальной. Каждый банк памяти меток может быть защищен от чтения или записи паролем, а EPC-номер может быть записан производителем товара в момент маркировки.

Что касается стоимости, то UHF-метки дешевле, чем их собратья диапазонов LF и HF, но в целом RFID-система UHF дороже за счет стоимости остального оборудования.

В настоящее время частотный диапазон UHF (СВЧ) открыт для свободного использования в Российской Федерации в так называемом «европейском» диапазоне — 863—868 МГЦ.

О стандартизации

Негативное отношение к технологии RFID усугубляется пробелами, существующими во всех нынешних стандартах. Хотя процесс развития стандартов не закончился, во многих прослеживается тенденция скрывать от общественности часть команд меток. Например, команда «Аутентификация» в 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.

Настороженное отношение к RFID может быть изменено, если будут разработаны полные и открытые стандарты.

Применение меток диапазона UHF (СВЧ) в Российской Федерации в настоящее время регулируется СанПиН 2.1.8/2.2.4.1383-03, утвержденными Постановлением Главного государственного санитарного врача РФ № 135 от 09.06.2003 г.

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

Международные организации-разработчики стандартов

EPCglobal

Объединяет организации GS1 и GS1 US и работает по разработке международных стандартов RFID и EPC, с целью создания международной системы идентификации любого объекта в цепочке поставок по всему миру. EPCglobal объявила своей миссией упорядочение большого количества RFID-протоколов, появившихся в мире начиная с 90-х годов и создании единого протокола RFID для использования коммерческими организациями.

AIM global

AIM Global активно работает над промышленными стандартами с 1972 года. Это 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 участием в промышленных, национальных (ANSI) и международных (ISO) группах.

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

Стандарты

ISO 15693 - международный стандарт в области RFID. Описывает принцип передачи информации, временные параметры передачи сигналов в RFID-системах и т. д.

EPC Gen2 (EPCglobal Generation 2)

В 2004 г. ISO/IEC приняла единый международный стандарт ISO 18000, описывающий протоколы обмена (радиоинтерфейсы, air interface) во всех частотных диапазонах RFID от 135 кГц до 2,45 ГГц. Диапазону УВЧ (860—960) МГц соответствует стандарт ISO 18000-6А/В. Чтобы решить технические проблемы, имеющие место при считывании меток классов 0 и 1 первого поколения, в 2004 г. специалисты Hardware Action Group EPCglobal создали новый протокол обмена между считывателем и меткой UHF-диапазона — Class 1 Generation 2. В 2006 г. предложение EPC Gen2 с незначительными изменениями было принято ISO/IEC в качестве дополнения С к существующим вариантам А и В стандарта ISO 18000-6, и на данный момент стандарт ISO/IEC 18000-6C является наиболее распространённым стандартом технологии RFID в UHF-диапазоне.

Метки Gen 2 выпускаются как с записанным производителем номером, так и без него. Записанный производителем товара номер можно заблокировать так же, как и изначально встроенный. Современные метки стандарта Gen 2 используют эффективный антиколлизионный механизм, основанный на развитой технологии «слотов» — многосессионном управлении состоянием меток во время считывания в зоне действия. Данный механизм позволяет увеличить скорость считывания до 1500 меток/сек (запись — до 16 меток/сек). Кроме того, Gen 2 метки позволяют эффективно использовать в перекрывающихся и близких зонах несколько считывателей одновременно (технология Dense Reader Mode) за счет разнесения друг от друга частотных каналов считывателей.