Что такое метки RFID и как они связаны с Internet Of Things

RFID (от английского Radio Frequency IDentification, радиочастотная идентификация) — способ автоматической идентификации объектов, когда радиосигналы считывают или записывают данные, хранящиеся в RFID-метках (транспондерах) [1].

Как появилась технология RFID: немного истории

Предшественники современных RFID-меток появились в середине XX века в рамках разработки технологий передачи и распознавания сигналов в военной сфере [1]:

1937 год – исследовательская лаборатория ВМС США изобретает систему распознавания «свой-чужой», которая использовалась союзниками во время Второй мировой войны, чтобы определить принадлежность летающего объекта к своим войскам или флоту противника;
1945 год – советский ученый Лев Сергеевич Термен изобрёл пассивный передатчик – устройство для наложения аудиоинформации на случайные радиоволны. Колебание диффузора, вызванное звуком, незначительно изменяло форму резонатора и модулировало отражённую радиочастотную волну.
1948 год — работы Гарри Стокмана «Коммуникации посредством отражённого сигнала»;
1973 год — первая демонстрация современных RFID-чипов (частота частоте 915 МГц и 12-битные метки) в Исследовательской лаборатории Лос-Аламоса, США;
1983 год – в США выдан первый патент с названием RFID.

Как устроена технология RFID: принцип работы

RFID-метка – это миниатюрное запоминающее устройство из микрочипа, который хранит информацию, и антенны для передачи и получения данных. В памяти транспондера хранится уникальный номер (идентификатор) и информация [2]. Когда метка попадает в зону регистрации RFID-считывателя, этот прибор принимает данные и передает их на компьютер со специальным программным обеспечением для дальнейшей обработки и хранения.

Интернет вещей, Internet Of Things, IoT, RFID — Интернет вещей: принцип работы RFID-меток

Какие бывают радиочастотные метки: классификация

В зависимости от типа источника питания RFID-метки делятся на [1]:

Пассивные – транспондеры с идентификационным номером без встроенного источника энергии, передают сигнал методом модуляции отражённого сигнала несущей частоты. Антенна считывателя излучает сигнал несущей частоты и принимает отражённый от метки модулированный сигнал. Дальность действия высокочастотных меток составляет от 1 сантиметра до 2 метров, а ультравысокочастотных (860—960 МГц) и сверхвысокочастотных (2,4-2,5 ГГц) – от 1 до 10 метров. Срок эксплуатации меток этого типа практически неограничен.
Активные – транспондеры увеличенных размеров с собственным источником питания, которые не зависят от энергии считывателя и читаются на дальнем расстоянии (до 300 метров). Они могут оснащаться дополнительной электроникой, например, сенсорами для мониторинга температуры, влажности и прочих внешних факторов. Такие метки способны хранить больший объём информации для отправки приёмопередатчиком, они являются самыми надежными и высокоточными. Активные метки способны генерировать выходной сигнал большего уровня, чем пассивные, и могут использоваться не только в воздухе, но и в более агрессивных средах: воде, телах людей и животных, металлах (корабельные контейнеры, автомобили). В противовес всем этим достоинствам, для активных меток свойственны существенные недостатки, которые ограничивают их повсеместное применение: они достаточно дорогие, а у их собственных батарей ограничено время работы (до 10 лет).
Полупассивные (полуактивные) – чипы небольших размеров с собственным источником энергопитания (батареей). Дальность их действия зависит только от чувствительности приёмника считывателя.

По типу используемой памяти RFID-метки бывают [1]:

RO (Read Only), в которые информация записывается лишь единожды, сразу при изготовлении. Такие метки пригодны только для идентификации и их практически невозможно подделать;
WORM (Write Once Read Many) – помимо уникального идентификатора, такие транспондеры содержат блок однократно записываемой памяти, которую можно многократно читать;
RW (Read and Write) – транспондеры с идентификатором и блоком памяти для многократного чтения и записи данных.

По рабочей частоте RFID-метки делят на [1]:

низкочастотные LF (125-134 кГц, стандарт ISO/IEC 18000-2:2009) – пассивные системы этого диапазона дешевы и часто используются для подкожного чипирования животных и людей. Достаточно хорошо работают на небольшом расстоянии. Для транспондеров этого диапазона свойственны коллизии – ошибки одномоментной передачи информации в среде коллективного доступа.
высокочастотные HF (13,56 МГц, стандарт ISO/IEC 18000-3:2010) – дешевы, без экологических и лицензионных проблем, поддержаны стандартом ISO 14443, имеют широкую линейку решений. Используются в платежных системах, логистике, идентификации личности. Для систем этого диапазона характерны коллизии и проблемы со считыванием на большие расстояния, в условиях высокой влажности и наличия металла.
ультравысокочастотные UHF (860—960 МГц, стандарт ISO/IEC 18000-63(C)) – снабжены антиколлизионными механизмами, позволяют работать с большими расстояниями, используются в складской и производственной логистике.
радиочастотные UHF-метки ближнего поля – работают в магнитном поле антенны в условиях высокой влажности, присутствия воды и металла. Используются в розничной торговле фармацевтическими товарами и учете, где необходим контроль подлинности, за продукцией, содержащий воду и металлические детали.

По материалу объекта маркировки различают метки [2]:

для металлических объектов;
для объектов, не содержащих металл;
универсальные.

По исполнению RFID-метка может быть в виде [2]:

наклейки;
интегрированной в объект чипирования (бирка, этикетка);
корпусированная – для использования в экстремальных условиях (очень низкие или высокие температуры, защита от горения и т.д.)

Как связаны интернет вещей и радиочастотные метки

RFID автоматически, в беспроводном режиме, позволяет передавать информацию об объекте на компьютер в реальном времени. Поэтому данную технологию относят к стеку интернета вещей (Internet Of Things, IoT). Сегодня на рынке программного обеспечения существует множество RFID-решений для различных платформ и устройств: Microsoft BizTalk RFID, 123RFID, RapidRead, SessionOne и пр. [3]

Где используются RFID-метки: сферы применения IoT

Технология RFID используется там, где требуется автоматизированный контроль перемещения объектов, интеллектуальный учет большого количества продукции, безошибочность, скорость и надежность эксплуатации в жестких условиях окружающей среды [2]:

автоматизация технологических процессов на производстве;
мониторинг перемещения товаров в складской логистике ускоряет процессы приема и отгрузки, повышает надежность и прозрачность операций;
защита от воровства и хищений продукции;
в индустрии потребительских товаров и розничных продаж радиочастотные системы отслеживают путь товара от производителя до прилавка, чтобы вовремя выставить его на полку в том магазине, где на него высокий спрос;
в библиотеках RFID помогает быстро найти и выдать читателю нужные книги, предотвратить хищения, сократить очереди и упростить инвентаризацию;
в производстве одежды, в частности, для маркировки шуб и других меховых изделий – каждый товар идентифицируется контрольным знаком со встроенной RFID-меткой.

О конкретных кейсах применения технологий радиочастотной идентификации в прикладных отраслях читайте в наших статьях:

Логистика высокой частоты: 5 примеров успешного использования IoT в России и за рубежом;
Радиочастотный интернет вещей в промышленности: нефтегазовая отрасль, машиностроение, сфера безопасности.

Чем хороша и чем плоха технология RFID: преимущества и недостатки

Преимущества радиочастотной технологии [1]:

возможность перезаписи информации;
независимость от ориентации транспондера относительно считывателя;
отсутствие требований к прямой видимости;
возможности считывания на большом расстоянии (до 300 метров);
больший объём хранения данных;
считыватели могут одновременно считывать более тысячи меток в секунду, избегая коллизий;
устойчивость к влаге и загрязнениям;
длительный срок эксплуатации;
многоцелевое использование;
высокая степень безопасности за счет уникального идентификатора и алгоритмов шифрования данных.

Недостатки радиочастотной технологии [1]:

чувствительность к механическим повреждениям;
высокая стоимость;
сложность самостоятельного изготовления;
возникновение помех при электромагнитном воздействии;
небольшой объем технических решений;
недостаточная открытость выработанных стандартов.

Интернет вещей, Internet Of Things, IoT, радиочастотная метка — Типичная радиочастотная метка — транспондер

Источники