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.

RFID (радиочастотная идентификация) использует электромагнитные поля для автоматической идентификации и отслеживания тегов, прикрепленных к объектам. Теги содержат электронно сохраненную информацию. Пассивные метки собирают энергию от радиосигналов соседнего RFID-считывателя. Активные теги имеют локальный источник питания (например, аккумулятор) и могут работать в сотнях метров от считывающего устройства. В отличие от штрих-кода, тег не должен находиться в пределах видимости прибора, поэтому он может быть встроен в отслеживаемый объект. RFID - это один из методов автоматической идентификации и сбора данных.

Применение

RFID-метки используются во многих отраслях промышленности. Например, считыватель RFID, прикрепленный к автомобилю во время производства, может использоваться для отслеживания прогресса по конвейерной линии. Фармацевтические препараты с маркировкой можно отслеживать через склады. Имплантация RFID-микрочипов в домашний скот позволяет идентифицировать животных.

Поскольку метки RFID могут быть прикреплены к деньгам, одежде и имуществу или имплантированы в животных и людей, возможность читать личную информацию без согласия пользователя вызывает серьезную проблему конфиденциальности. Эти риски привели к разработке стандартных спецификаций, касающихся вопросов безопасности личных данных. Теги также могут использоваться в магазинах для ускорения оформления заказа и предотвращения краж.

История

В 1945 году Леон Термен изобрел прослушивающее устройство для Советского Союза, которое повторно передавало радиоволны с добавленной аудиоинформацией. Звуковые колебания при вибрации влияли на диафрагму, которая слегка меняла форму резонатора, модулировавшего отраженную радиочастоту. Несмотря на то что это устройство было скрытым прибором для прослушивания, а не идентификационным тегом, оно считается предшественником USB RFID-считывателя, поскольку активировалось аудиоволнами из внешнего источника. Транспондеры по-прежнему используются большинством работающих самолетов. А раньше подобная технология, такая как считыватель RFID-меток, регулярно использовалась союзниками и Германией во Второй мировой войне для идентификации самолетов.

Устройство Марио Кардулло, запатентованное 23 января 1973 года, было первым истинным предшественником современной RFID, поскольку это был пассивный радиоприемник с памятью. Первоначальное устройство было пассивным, с питанием от опросного сигнала. Оно было продемонстрировано в 1971 году администрации Нью-Йорка и другим потенциальным пользователям и состояло из транспондера с 16-разрядной памятью для использования в качестве платного устройства. Основной патент Cardullo охватывает использование радиочастот, звука и света в качестве среды передачи.

Область использования

Первоначальный бизнес-план, представленный инвесторам в 1969 году, демонстрировал следующие сферы применения считывателя RFID:

• использование в транспорте (идентификация автомобильных транспортных средств, автоматическая система оплаты, электронный номерной знак, электронный манифест, маршрутизация транспортного средства, мониторинг эффективности транспортных средств);
• банковское дело (электронная чековая книжка, электронная кредитная карта);
• персонала, автоматические ворота, наблюдение); медицинская отрасль (идентификация, история пациентов).

Ранняя демонстрация отраженной мощности (модулированного обратного рассеяния) RFID-меток, как пассивных, так и полупассивных, была выполнена Стивеном Деппом, Альфредом Коелле и Робертом Фрайманом в Национальной лаборатории Лос-Аламоса в 1973 году. Портативная система работала на частоте 915 МГц и использовала 12-битные теги. Этот метод применяется большинством современных UHFID и микроволновых RFID-считывателей. В современной жизни такие устройства очень востребованы.

Спецификация

Система радиочастотной идентификации использует метки, прикрепленные к идентифицируемым объектам. При изготовлении RFID-считывателя своими руками следует учитывать, что двусторонние радиопередатчики-приемники, называемые запросчиками или считывателями, посылают сигнал тегу и считывают его ответ. Метки RFID могут быть пассивными, активными или пассивными. Активный тег имеет встроенный аккумулятор и периодически передает его ID-сигнал. Пассивный аккумулятор (BAP) имеет небольшую батарею на борту и активируется при наличии считывателя RFID. Пассивная бирка дешевле и меньше, потому что у нее нет батареи. Вместо этого тег использует радиоволну, переданную считывателем. Однако для работы пассивного тега он должен быть освещен уровнем мощности примерно в тысячу раз сильнее, чем для передачи сигнала. Это влияет на интерференцию и облучение.

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 ) . 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).

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 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 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 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.

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 :

• RO (англ. 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 (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.

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 , людей и рыб. 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 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 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

• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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 как её не требуется размещать на внешней стороне упаковки. Пассивные RFID-метки имеют практически неограниченный срок эксплуатации.
• 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.
• 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

• 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

Составлена по материалам книги Сандип Лахири «RFID. Руководство по внедрению»

Характеристики технологии	RFID	Штрих-код
Необходимость в прямой видимости метки	Чтение даже скрытых меток	Чтение без прямой видимости невозможно
Объём памяти	От 10 до 10 000 байт	До 100 байт
Возможность перезаписи данных и многократного использования метки	Есть	Нет
Дальность регистрации	До 100 м	До 4 м
Одновременная идентификация нескольких объектов	До 200 меток в секунду	Невозможна
Устойчивость к воздействиям окружающей среды: механическому, температурному химическому, влаге	Повышенная прочность и сопротивляемость	Зависит от материала, на который наносится
Срок жизни метки	Более 10 лет	Зависит от способа печати и материала, из которого состоит отмечаемый объект
Безопасность и защита от подделки	Подделка практически невозможна	Подделать легко
Работа при повреждении метки	Невозможна	Затруднена
Идентификация движущихся объектов	Да	Затруднена
Подверженность помехам в виде электромагнитных полей	Есть	Нет
Идентификация металлических объектов	Возможна	Возможна
Использование как стационарных, так и ручных терминалов для идентификации	Да	Да
Возможность введения в тело человека или животного	Возможна	Затруднена
Габаритные характеристики	Средние и малые	Малые
Стоимость	Средняя и высокая	Низкая

Критика

RFID и права человека

Дебра Боуэн, сенатор штата Калифорния , на слушаниях 2003 года

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

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

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 по безопасности настроены против использования технологии RFID для аутентификации людей, основываясь на риске кражи идентификатора. Для примера, 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 успешно 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, утвержденными 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 еще 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, объем мирового рынка RFID продукции в 2008 году составил $5,29 млрд. Ожидается, что к 2018 году он вырастет более чем в 5 раз. Объем российского рынка RFID - чуть более одного процента от мирового рынка, и составляет $69 млн.

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 ) 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:

1. Медицина - мониторинг состояния пациентов, наблюдение за перемещением по зданию больницы.
2. Библиотеки - станции автоматической книговыдачи, быстрая инвентаризация.
3. Система управления багажом
4. Система Локализации Объектов в реальном режиме времени

В первую очередь, используется следующий функционал RFID:

• Информация об объекте, его свойствах, качествах и т. п.
• Информация о положении объекта.

RFID только начинают использовать в розничной торговле - в логистике и складском учёте, а также в торговом зале для предотвращения краж.

В апреле 2012 года ритейлер электроники и бытовой техники компания Media-Saturn Russia (сети Media Markt и Saturn) объявила о том, что совместно с Центром инноваций Metro Group (Германия) работает над пилотным проектом по внедрению технологии RFID в магазинах компании. Тестирование начнется в конце 2-го - начале 3-го квартала 2012 года и будет проходить на базе отдела «Мультимедиа» одного из московских магазинов Media Markt. Таким образом, компания Media-Saturn Russia станет первой розничной компанией в сегменте бытовой техники и электроники на российском рынке, начавшей тестирование RFID в логистике, складском учёте и на уровне торгового зала.

По аналогии с использованием RFID-меток в больницах в будущем возможно вживление такой метки человеку в определенном возрасте для однозначной идентификации. Это позволит заменить чипом небольшого размера множество бумажных документов, например: паспорт, индивидуальный налоговый номер, свидетельство о рождении, водительские права, медицинские противопоказания, группа крови, и другие. Преимущество такой технологии в компактности, надежности (потерять имплантат сложнее, чем документ), и удобству опознавания мертвого человека или человека, находящегося в бессознательном состоянии в случае ранения, аварии, несчастного случая, или других неблагоприятных для жизнедеятельности событий.

Кроме того, это позволит отказаться от бирок на теле в морге.

Стандарты

Основная статья: Стандарты RFID

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

• Смарт-магазин

Примечания

1. Раздел сайта, посвящённый RFID (англ.) . EFF . Архивировано
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.). Архивировано из первоисточника 29 января 2011. Проверено 14 октября 2008.
3. Hacking Exposed Linux: Linux Security Secrets & Solutions (third ed.). McGraw-Hill Osborne Media. 2008. pp. 298. ISBN 978-0-07-226257-5 .
4. RFID-технологии на службе вашего бизнеса = RFID Field Guide: Deploying Radio Frequency Identification Systems / Троицкий Н.. - Москва: «Альпина Паблишер», 2007. - С. 47. - 290 с. - ISBN 5-9614-0421-8
5. google books - ссылки на работу Стокмана
6. История технологии (рус.) . Scale Company. Архивировано из первоисточника 29 января 2011. Проверено 14 октября 2008.
7. google books - поиск по номеру патента
8. ISBN 5-91136-025-X глава 1, параграф 1.2.1 «Метка» и его подпараграфы
9. Клаус Финкенцеллер, Справочник по RFID, 2008, 496 стр, иллюстрирована, ISBN 978-5-94120-151-8 , Издательский дом «Додэка-XXI», 2008
10. rfid-news.ru
11. Hitachi Unveils Smallest RFID Chip (англ.) . Архивировано из первоисточника 23 августа 2011. Проверено 30 января 2011.
12. Hitachi разработала самые маленькие чипы RFID (рус.) . CNews (21 февраля 2007). Архивировано из первоисточника 29 января 2011. Проверено 14 октября 2008.
13. 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
14. Mark Roberti A 5-Cent Breakthrough (англ.) . RFID Journal. Архивировано из первоисточника 29 января 2011. Проверено 14 октября 2008.
15. Polymer technology opens up new fields of application for RFID in logistics (англ.) . PRISMA press release (26 января 2006). Архивировано
16. 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). Архивировано из первоисточника 23 августа 2011. Проверено 5 февраля 2010.
17. 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. 65. - 290 с. - ISBN 5-9614-0421-8
18. Locating, Responding, Optimizing in Real Time. RFID System for the Locating (англ.) . Siemens . - при этом данная система по мощности является скорее радиопередатчиком с нетипичной для активных RFID-меток мощностью излучения. В обычном случае активные метки излучают до 10мВт, работают на расстоянии порядка 100 м. На это же расстояние работает упомянутая система в здании. Архивировано из первоисточника 23 августа 2011. Проверено 26 ноября 2008.
19. Киви Берд Маленькие секреты больших технологий (рус.) . Компьютерра (17 февраля 2008 года). Проверено 13 февраля 2009.
20. Киви Берд Ясно, что небезопасно (рус.) . Компьютерра (30 марта 2008 года). Проверено 13 февраля 2009.
21. Киви Берд И грянул гром (рус.) . Компьютерра (28 марта 2008 года). Проверено 13 февраля 2009.
22. Tao Cheng, Li Jin Analysis and Simulation of RFID Anti-collision Algorithms (англ.) (pdf). School of Electronics and Information Engineering, Beijing Jiaotong University. Архивировано из первоисточника 29 января 2011. Проверено 5 февраля 2010.
23. Иван Боенко Уникальность или универсальность? (рус.) . журнал "Information Security" №3 за апрель-май 2008. Архивировано
24. 28 апреля под председательством Министра информационных технологий и связи Российской Федерации Л.Д. Реймана прошло заседание Государственной комиссии по радиочастотам (ГКРЧ) (рус.) . Архивировано
25. Министерство связи и массовых коммуникаций Российской Федерации Государственная комиссия по радиочастотам (ГКРЧ) (рус.) . - О внесении изменений в решение ГКРЧ от 07.05.2007 № 07-20-03-001 «О выделении полос радиочастот устройствам малого радиуса действия» (решение ГКРЧ № 08-24-01-001). Архивировано из первоисточника 29 января 2011. Проверено 16 февраля 2009.
26. Claire Swedberg A Shift to UHF Near-Field Predicted for Pharma (англ.) . RFID Journal. Архивировано из первоисточника 29 января 2011. Проверено 13 февраля 2009.
27. Подтверждена эффективность EPCIS и RFID для европейской фармацевтики (рус.) . ЮНИСКАН/ГС1 РУС (09.02.2009). Архивировано из первоисточника 29 января 2011. Проверено 13 февраля 2009.
28. Сандип Лахири. RFID. Руководство по внедрению = The RFID Sourcebook / Дудников С. - Москва: Кудиц-Пресс, 2007. - 312 с. - ISBN 5-91136-025-X глава 1, параграф 1.2.2 и его подпараграфы
29. ideas international 2/2007 pp.12-13. ISSN 1619-5043 Publisher: Siemens AG
30. Alorie Gilbert, Staff Writer Privacy advocates call for RFID regulation (англ.) . CNET News. Архивировано из первоисточника 29 января 2011. Проверено 26 ноября 2008.
31. "Антивор" . Архивировано из первоисточника 29 января 2011. Проверено 13 февраля 2009.
32. Открытое письмо . Архивировано из первоисточника 29 января 2011. Проверено 13 февраля 2009.
33. В кризис.ру - вся правда о жертвах
34. Леонид Волчанинов ИТ в торговле: RFID все-таки станет мейнстримом . CNews . Архивировано из первоисточника 29 января 2011. Проверено 13 февраля 2009.

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.

IT-инфраструктура ,

Стандарты связи

RFID-метка для пациентов, чтобы их было видно на карте больницы

- А можете каждому строителю чип в голову вшить?
- Теоретически да, но, может быть, объясните, зачем вам это нужно?
- Они у нас стройматериалы воруют. Прямо во время работ. А так каждого будет видно, куда он там зашёл, куда не надо.

Проект решился вшиванием в форменную одежду RFID-метки, разделением стройки на зоны и дальше тем, что делается в сети при построении периметра. То есть построением профиля «белого» трафика - кто, куда и когда ходит. А потом - как на файрволле - запретили строителям всё остальное. Кражи сразу сократились. Прораб получил потустороннюю силу и видел почти каждый косяк.

А дальше каждый чёртов раз, когда я рассказываю про RFID-решение, люди начинают махать руками и путать эти метки с Wi-Fi, Bluetooth и пассивными резонирующими контурами. Одна из причин - некоторые RFID-метки действительно работают по Wi-Fi 802.11. Давайте расскажу, как это используется на практике в разных странах.

Пассивные и активные RFID

Есть два вида RFID-меток. Первые - те, которые не имеют собственного бортового питания и просто резонируют в магнитном поле. Такие вы чаще всего видите в магазинах от книжного до одежды, и даже на колбасе в продуктовом. Они очень дешёвые, маленькие и надёжные, если у злоумышленника нет сумки, сплётённой из проволоки по принципу клетки Фарадея.

Пассивные метки

Активные радиометки - это уже не резонирующий, а самостоятельно излучающий контур. Трансляция сигнала идёт постоянно и на существенно большее расстояние. Активные метки дороже, больше, но зато могут отдавать большее количество данных. Активные метки, очевидно, куда проще считывать - соответственно, сами считыватели будут на два порядка меньше и на порядок менее требовательными к питанию.

Активные метки

Обычная дальность сработки для пассивной метки - 3 метра, для активной - 100–500 метров.

«Большие» активные метки, чтобы два раза не вставать, снабжают и разными сенсорами. Возможность непрерывного мониторинга и передачи в радиоэфир сигнала даёт возможность вещать уровень температуры, влажности, оповещать о толчках и ударах, уровне вибрации, показывать уровень освещённости, загазованности (в том числе качественно, например, только по углекислоте), вещать уровень радиации. И писать логи во внутреннюю память - 512 килобайт уже не кажутся фантастикой.

Перечисленные метки очень активно применяются на разных производствах.

RFID over Wi-Fi 802.11

Теперь мы добрались до самых интересных и крупных RFID-меток. Это 802.11-совместимые радиоустройства, которые вещают на частотах от 2,4 до 2,4835 ГГц или 5,8 ГГц до 5,825 - в тех самых «бытовых» диапазонах. А прелесть их в в том, что они «из коробки» являются полноценными частями Wi-Fi-инфраструктуры и не требуют никаких промежуточных протоколов или интерфейсов для общения.

Не все поддерживают 5GHz - например, эта 802.11 b/g/n, 2.4GHz

Пациенты далеко не уйдут

Метка как на картинке сверху поста внедрялась в иностранном госпитале. Её цепляли пациентам на пояс. Она передаёт базовую телеметрию без дополнительных примочек - просто положение пациента (в случае больницы - ближайший излучатель, соответствующий палате или коридору). Если на неё надавить пальцем по углублению, то можно вызвать сестру, если надавить сильно или упасть лицом в пол вместе с меткой - вместо сестры прибежит сразу врач.

Она 802.11 b/g/n, мощность сигнала омниантенны +11.5dBm, 2.4 - 2.4835 GHz, протокол - UDP/IP или DHCP, заявлено 16 Мбит/с на 40 метров, 6 Мбит/c на 100 метров. Защита Open/WPA2, батарейка не извлекается, на морозе умирает через сутки-двое, есть некий класс защиты от дождя. Размер - примерно как таракан из «Пятого элемента», 3х5 сантиметров и чуть меньше сантиметра в высоту. Весит 2 грамма (столько крови в мышке-полёвке). Сзади клипса или липучка.

Больница в Канаде поставила эти метки и на персонал тоже - просто посмотреть, что можно сделать дальше. Выяснилось, что с помощью таких вещей можно очень повысить безопасность выполнения разных процедур, оптимизировать потоки пациентов, упростить работу по ведению журнала для охраны, мониторить всякие разные параметры с внешних датчков. Лучшая история - противный писк, если не вымыть руки, когда пришёл из «грязной» зоны.

Финал - внедрение меток на всё ценное оборудование. Начали просто с быстрого поиска предметов вроде коек, носилок и инвалидных кресел, но потом поняли, что можно снимать телеметрию с приборов. И подключили к уведомлениям а-ля Zabbix все медицинские мониторы, аппараты ИВЛ и т. п.

Поиск халявщиков на производстве

Ещё одно интересное внедрение делалось на американском производственном комплексе. Для начала каждый контейнер и каждая отдельная учётная единица (палета или ящик) снабжались пассивной RFID-меткой, для того чтобы вести точный учёт продукции и знать, что и как расходуется. Уже одно это несколько уменьшило, как написали в отчёте, «непроизводственные потери» - похоже, у них в Америке так же весело воруют, как и на привычных нам заводах.

Затем метки повесили на форму рабочих - это сделано по требованиям безопасности труда. На части меток - функция «одинокий рабочий», когда нужно двигаться или теребить метку раз в 5–10 минут. Не сделал - она противно пищит, а через 15 секунд отправляется SOS.

Затем, отслеживая потоки рабочих и материалов, аналитики производства стали искать проблемы. Нашли пару ручных процедур, которые совершенно не нужны были на заводе, автоматизировали часть процессов, разгрузили внутреннюю логистику за счёт правильного расположения складов и правильного учёта смен. В общем, смогли сделать так, чтобы рабочие не простаивали и не ждали чего-то, а постоянно работали. На последней стадии собирались делать интеграцию для автоматического назначения задач работникам в реальном времени (на момент внедрения это делалось в начале смены).

И финал - автоматизация журналов учёта транспорта и материалов, быстрые инвентаризации и контроль остатков.

В школе

Для одной американской же школы внедряли RFID+Wi-Fi весьма оригинальным способом. У каждого ученика - обычная Wi-Fi-совместимая метка, а у учителей - небольшие Wi-Fi-терминалы с возможностью отправки и приёма сообщений.

На базе ARiSTA Flow

Директор школы может отправлять сообщения учителям, а учителя могут реагировать записанными шаблонами вроде «понял», «срочно подойдите» и т. п. Эта же система включается по пожарной тревоге и другим ЧС - учителя получают информацию о том, куда надо выводить класс, то есть фактически маршрут эвакуации.

В каждом классе стоит считыватель (точка доступа Wi-Fi), который «видит» и пересчитывает учеников. Журнал посещаемости формируется автоматически. Школьный интранет подключён к серверу, который смотрит в большой Интернет, и родители могут логиниться с приложения или прямо через web-форму и смотреть, в каком месте школы сидят их дети, и заодно - дневники.

Самое интересное сделано в школьном автобусе, который собирает детей по району. Дети с метками садятся в автобус, а там установлена почти такая же функциональная инфраструктура, и родители могут убедиться, что ребёнок нормально сел, и видеть автобус на карте (он отдаёт координаты своего GPS-датчика).

Учители стали вешать отдельные метки ещё на проекторы и другое оборудование, чтобы знать, где оно находится точно, поэтому в проекте ещё разметка инвентаря школы.

Как это выглядит

Один из примеров решения - RFID over Wi-Fi Cisco.

Mobility Services Engine (MSE) агрегирует данные об уровне сигнала от всех беспроводных устройств и отправляет их на приложение MobileViewс. MSE также предоставляет богатый набор функций, начиная с безопасности - Cisco CleanAir, обнаружение местоположения несанкционированных устройств, системы предотвращения вторжений через Wi-Fi (wIPS) и аналитика местоположения.

Или MobileView - это веб-приложение для отображения отслеживания перемещений активов, включая сообщения тревоги, основанные на перемещениях по заданным зонам.

RFID-метки с телеметрией, кнопками вызова, датчиками температуры и влажности.

Вот метки персонала:

Range Outdoor range: Up to 200m (650 feet) Indoor range: Up to 80m (260 feet)
Physical and Mechanical Dimensions (incl. Flange): 80mm x 40.6mm x 20mm (3.14in x 1.60in x 0.8in) Total Weight (Incl. Retractable reel): 53g (1.86oz). Radio 802.11 b/g/n compliant (2.4 GHz) Low frequency receiver for chokepoint detection (125kHz) Transmission power: up to +19dBm (~81mW) Patented clear channel sensing avoids interference with wireless networks. Ultrasound Receiver Frequency: 40KHz.

Работает до 2 лет без замены батареи. Зависит от конфигурации в системе.
Включает в себя ультразвуковой передатчик с частотой 40kHZ, данные сигналы распространяются только в пределах комнаты, что необходимо для точности работы системы обнаружения местонахождения. RFID-метка через ультразвук получает запрос от специального передатчика, который установлен в комнате, и отправляет ответ через Wi-Fi, определяя местоположение человека.

Метки активов:

45mm x 31mm x 18mm (1.7in x 1.2in x 0.7in) Weight: 26g (0.92oz), Radio 802.11 compliant (2.4 GHz) Low frequency receiver for chokepoint detection (125kHz) Transmission power: up to +19dBm (~81mW) Patented clear channel sensing avoids interference with wireless networks. Ultrasound Receiver (optional) Frequency 40KHz.

В данной метке установлена батарея 3.6V с возможностью замены. Продолжительность работы - до 4 лет. Метка посылает информацию о заряде на систему MobileView. Метка оснащена сенсором движения, и в случае движения она начинает посылать сигнал на систему мониторинга. Интервал передачи настраивается в диапазоне от 1 секунды до 3,5 часов. Включает в себя ультразвуковой передатчик с частотой 40kHZ, данные сигналы распространяются только в пределах комнаты, что необходимо для точности работы системы обнаружения местонахождения. RFID-метка через ультразвук получает запрос от специального передатчика, который установлен в комнате, и отправляет ответ через Wi-Fi, определяя местоположение актива.

Устройство настройки метки:

Radio Wi-Fi 802.11 (2.4 GHz); b/g/n compliant* Bluetooth 4. 1 (2.4 GHz)* Low Frequency receiver (LF) 125kHz Transmission power: Up to +19dBm (~81mW). Это сенсор, данное устройство позволяет оперативно проводить конфигурацию RFID-меток.

Ультразвуковой LF-передатчик (разные варианты):

Ультразвуковой передатчик подключается к ЛВС и питается по PoE. Он постоянно отправляет запрос на частоте 40 KHz. На данной частоте сигнал распространяется только в пределах помещения, где установлен передатчик. Когда в помещении появляется активная RFID-метка, то она получает сигнал и производит передачу по Wi-Fi своих данных на систему мониторинга MobileView. Есть несколько видов LF-передатчиков, они отличаются дальностью передачи сигнала и возможностями для монтажа.

Благодаря данным устройствам получается сохранить заряд на активных метках, потому что метка при выходе из зоны работы LF-передатчика может отключаться и перестать передавать информацию через Wi-Fi.

В целом, надеюсь, стало чуть понятнее, как это работает. В России использование таких меток пока крайне мало распространено, но мы сейчас уже готовим первые крупные внедрения. Если есть вопросы не для публичного обсуждения, то моя почта - [email protected].