Как это работает

RFID карта представляет из себя колебательный контур (LC) параллельно которому включена микросхема. Резонансная частота - 13,56 МГц (ISO 14443), хотя бывают варианты на 125 КГц (брелоки). В общем и целом принцип работы можно пояснить на следующей схеме:

(иллюстрация из книги RFID Handbook, 2nd ed - K Finkenzeller (Wiley, 2003))

Считыватель создает переменное магнитное поле заданной частоты. Когда в это магнитное поле попадает RFID метка - ее контур, настроенный в резонанс, начинает работать и через контур начинает протекать ток. Этот ток выпрямляется диодом и накапливается конденсатором С2. Накопленная на конденсаторе С2 энергия используется для питания чипа.

Чип имеет в себе различные блоки, например такие как криптопроцессор, память и т.д. Теперь допустим метка хочет передать считывателю данные о себе - свой номер. Чип подает сигнал на транзистор, который замыкает накоротко контур - это вызывает колебания амплитуды напряжения в катушке считывателя (накоротко замкнутый контур увеличивает потери), которые и обнаруживает считыватель. Порядок замыкания контура такой, что бы заряд на конденсаторе С2 не падал ниже критического.

Запись информации на rfid-метки

Способы записи информации на RFID-метки могут быть разными в зависимости от типа метки.

Read Only - метки, что работают только на передачу данных. Информация записывается единоразово изготовителем и не может быть изменена в дальнейшем использовании метки.

WORM - метки ('Write Once Read Many’) используются для многократной записи/считывания информации. Производителя предоставляет метки без каких-либо данных пользователя в устройстве памяти. Необходимая информация записывается пользователем только один раз. При необходимости изменить данные потребуется новая метка.

R/W - метки позволяют неограниченное количество раз вносить в память метки данные и считывать их.

  Пионером в области меток RFID можно считать компанию Philips, разработавшую метку типа I-Code 1,а затем I-Code SLI.    Первым стандартом в области меток RFID стал стандарт ISO 15693, разработанный специально для приложений в области идентификации различных товаров и продукции. Стандарт базируется на частоте 13,56 МГц. Рабочее расстояние между считывателем и меткой составляет около метра, максимальный объем памяти метки составляет 8 кбайт. Метки поддерживаю функцию защиты от краж.    Следующим этапом развития технологии RFID стало применение сверх высокочастотных частотных диапазонов для меток , так в Европе применяются метки диапазона 869,4-869,65 МГц и 2,400-2,4835 ГГц, в Америке 902-928 МГц и 2,400-2,4835 ГГц., в Израиле 433MГЦ , 915 МГц , 2.45 ГГц.    В этих диапазонах действует стандарт ISO 18000 части 4 и 6, ISO 18185 и др. в зависимости от области применения.    Применение этих диапазонов позволило увеличить рабочее расстояние между считывателем и метками до 10 и более метров, значительно увеличило скорость считывания информации с метки.    Самым современным стандартом в области меток RFID в ближайшее время станет стандарт EPC (Electronic Product Code)- электронный код продукта. Благодаря уменьшению объема памяти удалось существенно снизить стоимость меток ( до 5 центов) , в метках появилась команда самоуничтожения (destroy) , которая после использования метки по назначению выводит её из строя, тем самым решается насущная проблема неприкосновенности частной жизни, т.к. сохранившаяся в одеже, обуви или другом предмете метка RFID потенциально позволяет отслеживать перемещение человека.Сеть ЕРС – это технология, предоставляющая широкие возможности. Она позволяет более эффективно наладить работу организации посредством прозрачности информации об изделиях в цепочке поставок. Этот новый открытый глобальный стандарт сочетает в себе недорогую RFID технологию, существующую инфраструктуру коммуникационной сети, Электронный Код продукции (число, которое идентифицирует каждый предмет), всё это позволяет собрать точную информацию в режиме реального времени, которая позволяет определить местонахождение предмета, дату его изготовления, количество предметов, имеющихся в цепи поставки. Эта система работает на базе системы поиска, который проводится через центр Auto-ID и поддерживается более чем 100 ведущими компаниями.  Как функционирует сеть ЕРС?    Сеть ЕРС использует радио частотную идентификацию, чтобы собрать полную информацию о продукции, в цепочке поставок. Сеть состоит из 5 основных элементов: Электронный Код Изделия (ЕРС), Система ID (метки и считыватели ЕРС), служба Наименования предмета (ONS), Физический Язык метки (PML) и Savant-система распределения потоков информации.   Изначально ЕРС – это число, разработанное для идентификации каждого изделия в цепочки поставок. Число ЕРС находится в метке, которая включает в себя кремниевую микросхему и антенну, и прикрепляется к изделию.    Используя технологию радиочастотной идентификации, метка передаёт своё число на считыватель. Затем считыватель передаёт число на компьютер, или в локальные прикладные программы, которые известны как служба Наименования предмета (ONS). ONS сообщает системам компьютера, где находится информация о предмете, который имеет данный ЕРС, например когда был изготовлен данный предмет.  Служба Наименования Предмета (ONS).    C технической точки зрения для открытой, глобальной сети по отслеживанию товаров требуется особая сетевая архитектура. Коль скоро только ЕРС хранится на метке, компьютерам необходим какой-то способ для соотнесения ЕРС с информацией о соответствующем предмете. Эту функцию выполняет Служба Наименования Предмета (ONS), автоматическое сетевое обслуживание, аналогичное Службе Наименования области-Domain (DNS) для компьютеров, которая указывает компьютерам места во Всемирной сети Web.  Физический Язык метки(PML).    Физический Язык метки (PML) – это новый язык стандарта для описания физических предметов. В окончательном варианте он будет основываться на обще принятом eXtensible Markup Language- языке метки (XML). Вместе с ЕРС и ONS PML завершает фундаментальные компоненты, необходимые для автоматической связи информации с физическими предметами. ЕРС идентифицирует продукт, PML описывает продукт, ONS соединяет их вместе. Стандартизация этих компонентов обеспечит «универсальную соединимость» между предметами в физическом мире.  Savant.    Savant – технология программного обеспечения, разработанная для управления и передвижения информации таким образом, чтобы не перегрузить существующую корпоративную и общественные сети.    Savant использует архитектуру распределения, это значит, что программное обеспечение запущено на разных компьютерах организации, а не управляет всей системой с одного центрального компьютера.    Savant организован иерархически, и является нервной системой новой сети ЕРС, контролируя и управляя потоком информации.  Обзор сети ЕРС.    Сеть ЕРС даст возможность организациям более чётко работать с потребителями, предоставляя информацию и данные о кодированной продукции в цепочке поставки в сеть пользователей. Это, в свою очередь, увеличивает товарооборот, уменьшает стоимость и увеличивает использование активов.    Сеть ЕРС увеличивает наличие продукции на магазинах розничной торговли, сокращая запасы и более гибко отвечая нуждам потребителей. Технология позволяет продавцам розничной торговли рациональнее разместить продукцию на складе, улучшить процесс пополнения запаса, улучшить процесс управления запасами, сделать взаимодействие продавцов розничной торговли и производителей более эффективным.    Складирование и распространение.Сеть ЕРС снижает затраты на хранение на складе и распространение, ускоряет доставку, обеспечивает при этом более точную и быструю транспортировку, ускоряет процесс приёма товара. Ускоряются процессы сортировки и упаковывания продукции.    Здравоохранение.Сеть ЕРС позволяет снизить процент подделки медикаментов. Возможности сети позволяют точно отслеживать оборот медицинских препаратов.    Правительство.Сеть ЕРС можно применить и в правительственном секторе, который получит возможность расширить идентификацию каких-либо предметов, а так же проследить путь объемных активов. В сфере национальной безопасности, в частности, появляется возможность сбора необходимых материалов и товаров и их отправка в район, где выше потребность в этих товарах.  Как сеть ЕРС автоматизирует цепочку поставки.    При наличии сети ЕРС компьютеры смогут видеть предметы «физически», что позволяет производителям проследить движение товара автоматически по всей цепочке поставок. Эта технология коренным образом изменит способ продажи и покупки продукции, существующий на данный момент.  ЕРС – Электронный Код Продукции.    Центр Auto-ID предложил использовать новый Электронный Код Продукции в качестве стандарта идентификации продукции. Центр Auto-ID не намерен заменить существующий сейчас штрих-код, а создать для компаний путь для постепенного перехода от установленных стандартов штрих-кода на новый ЕРС. Для успешного развития нововведения центр Auto-ID принял основополагающие элементы «Номера продукции Глобальной Торговли (GTIN), при которой существующие штрих-коды будут заменены постепенно. Нет гарантии, что Мир примет ЕРС, но центр Auto-ID уже заручился поддержкой Uniform Code Council и EAN International, двух главных структур, которые пересматривают международные стандарты штрих-кода. Центр Auto-ID работает с другими национальными и международными торговыми группами и комитетами по стандартизации.  Как он работает?    ЕРС – это номер, состоящий из заголовка и трёх наборов данных. Заголовок определяет номер версии ЕРС. Позже это позволит учитывать различную длину и типы ЕРС. Вторая часть номера идентифицирует управляющую программу ЕРС, вероятнее всего, это будет производитель продукции, к которой прикреплён ЕРС. Например, компания “Coca-Cola Company”.      Третья, так называемый класс предмета, обозначает точный тип продукции, как единицу хранения на складе. Например, «Диетическая Кола, 330 мл, банка, произведено для US». Четвёртая – порядковый номер, уникальный для каждого предмета, он сообщает, какую именно банку диетической колы мы держит в руках. Это позволит быстро найти продукцию, срок годности которой истекает.  Типы ЕРС.   Центр Auto-ID предложил ЕРС, объёмом 64 bit и 96 bit. Возможно, объём можно увеличить. Номер ЕРС , объёмом 96 bit, по мнению центра Auto-ID, будет самым распространённым. Центр выбрал 96 bit, как компромиссное решение в ситуации, когда необходима гарантия, что все предметы имеют уникальный ЕРС, и необходимо удерживать низкую стоимость меток. ЕРС, объёмом 96 bit, обеспечит уникальными идентификаторами 268 миллионов компаний. Каждый производитель может рассчитывать на 16 миллионов классов предметов и 68 миллиардов порядковых номеров в каждом классе. Это более чем достаточно, чтобы охватить всю продукцию во всём мире на многие годы вперёд. Коль скоро на данный момент нет необходимости в большом количестве порядковых номеров, центр предлагает использовать промежуточный код, объёмом 64 bit. Первоначально меньший код будет обеспечивать низкую цену на микросхемы RFID, в то же время , предоставляя достаточное количество уникальных ЕРС для нужд, существующих на данный момент.  Метки RFID.    Карты и метки RFID выпускаются разного размера и различной формы, но они содержат следующие общие элементы

    а). Катушку или катушки, которые работают как антенна;

    б). Кремниевая микросхема, которая содержит радио приёмопередатчик, аналого-цифровой преобразователь, компьютер и память;

    в). Стержень с воздушным или ферритовым сердечником.

  Метки бывают активными и пассивными.      Активные метки также содержат батарею, которая предоставляет дополнительное напряжение для функционирования интегральной микросхемы. Это позволяет активным меткам принимать и передавать данные на более значительном расстояния от считывателя, чем пассивным меткам. Кроме того, они функционируют гораздо лучше в насыщенном электромагнитном окружении.    Активные метки не требуют особых считывателей и, по этому, могут легко удовлетворить прикладные программы, функционирование которых подразумевает использование и активных, и пассивных меток. Срок службы активных меток, как правило, от 3 до 10 лет, ровно столько же составляет срок хранения батареи.    Пассивные метки не имеют внутреннего источника напряжения. Источником напряжения для этих меток является напряжение, излучаемое смежными антеннами.  Только прочтение или прочтение/запись.    Помимо классификации на активные и пассивные, метки и карты RFID могут быть разбиты на три категории:

    Только прочтение (RO);

    Прочтение/запись(RW);

    Множественное прочтение и однократная запись (WORM).

  Метки и карты, предназначенные только для прочтения, программируются в процессе изготовления, и не могут быть изменены. Множественное прочтение и однократная запись (WORM) программируются только один раз, будучи запрограммированы однажды, они не могут быть изменены. Множественное прочтение при однократной записи (WORM) предоставляют возможность программировать метки на месте. Отформатированные карты и метки множественного прочтения при однократной записи (WORM) преимущественно предназначены только для прочтения. Они могут быть запрограммированы только однажды после производства их пользователем.    Карты и метки прочтения/записи обладают различными типами памяти и операционной архитектурой, которые позволяют записать и считать содержание памяти пользователем. Так как содержание памяти метки может быть изменено по желанию пользователя, считыватель должен ещё быть и «записывающим устройством». Технология Прочтения/записи используется в таких прикладных программах, как смарт карты, карты предварительной оплаты, сбор пошлины и нанесение знаков в соответствии с индустриальной согласительной процедурой.  Применение Активных меток:

    Транспорт и распространение,

    Автоматизация производства,

    Железная Дорога,

    Отслеживание активов,

    Применение в различных областях промышленности.

Технические характеристики активных меток, поставляемых на Российский рынок компанией  ООО «Передовые охранные системы»:

Функциональные возможности.	Только прочтение/прочтение-запись.
Частота.	132KHz/433MHz/2.45 GHz прочтение-запись.
Расстояние прочтения.	30 м + (с установленной антенной).
Размеры.	Разные, до 4 см в диаметре.
Вес.	120 – 320 гр.
Память.	До 2 МВ.
Срок эксплуатации.	10 лет.
Температурный режим.	- 10 до + 50 по Цельсию.

Пассивные метки.      Для большинства прикладных программ пассивные метки являются наиболее выгодными. Метки, могут быть выполнены из различных материалов, представлены в различных размерах и формах.    Долговечные пластиковые метки защищают сферу розничной торговли от краж, плоские тонкие метки используются в «смарт» этикетках, сделанных из бумаги. Крошечные метки отслеживания вживляются в шкуру животных. В США существует практика вживления RFID меток людям. Метки, размером с кредитную карту используются для контроля доступа. В большинстве случаев хранение данных на пассивных метках явно ограничено: как правило, объем памяти исчисляется байтами. Однако для большого числа прикладных программ необходим небольшой объем информации которая будет шифроваться и храниться на метке.    Так же большинство меток имеют неизменяемый порядковый номер, который делает RFID метки потенциально полезными для отслеживания в тех случаях, когда это необходимо, или особенно важна безопасность.  Технические характеристики пассивных меток, поставляемых на Российский рынок компанией  ООО «Передовые охранные системы»:

Функциональные возможности.	Только прочтение/прочтение-запись.
Частота.	125KHz / 13.56MHz / 915 МHz / 2.45GHz прочтение-запись.
Расстояние прочтения.	До 6 м + (с установленной антенной).
Размеры.	Разные, до 0,8 мм в диаметре.
Вес.	6 - 54 гр.
Память.	До 16 Kbit.
Срок эксплуатации.	10 лет.
Температурный режим.	- 40 до + 70 по Цельсию.

Устройства Inlay- RFID этикетки.      RFID этикетки - это ультра тонкие метки, базирующиеся на основе из полимерной плёнки (PVC, РС или PET-G). Поставляются эти устройства, как правило, в катушках. Эти устройства вкладываются между слоями ламинированной бумаги или пластиковой пленки, используются они, как правило, для этикеток, недорогих билетов, ярлыков для багажа в аэропортах.  RFID этикетки с легкостью используются в таких приложениях как:

    Библиотечное дело,

    Прикрепление Электронного ярлыка,

    Отслеживание багаж,

    Отслеживание документов,

    Контроль доступа,

    Обще-приемлемые логистические решения.

  Ультра тонкие, гибкие устройства RFID этикетки легко интегрируются. При минимальной стоимости они гарантируют точное считывание на максимально возможном расстоянии. Используются, как правило, в ламинированных и бумажных картах, или же покрываются слоем клея, а сверху ламинируются.  Технические характеристики RFID этикеток , поставляемых на Российский рынок компанией  ООО «Передовые охранные системы»:

Функциональные возможности.	Только прочтение/прочтение-запись.
Частота.	13.56MHz /902-915 МHz.
Расстояние прочтения.	До 6 м + (с установленной антенной).
Размеры.	Разные, минимум 30 мм х 30 мм.
Вес.	80-200 гр.
Память.	До 256 bit.
Срок эксплуатации.	10 лет.
Температурный режим.	-25 до +80 по Цельсию.

Считыватели и антенны.      Антенны предназначены для излучения радио сигналов, которые должны активировать RFID метку и записать или считать данные с неё.    Антенны могут быть встроены в дверь, ими может быть оборудован проезд, ворота склада, фургон грузового автомобиля и т.д. Считыватели будут получать данные с меток, которые находятся у людей или вещей, которые проходят через зону действия антенны. Кроме того, считыватели можно установить в пунктах оплаты пошлины при переезде из одной зоны в другую, чтобы контролировать дорожное движение на автостраде.    Когда метка проходит сквозь созданную электромагнитную зону, она обнаруживает сигнал активации считывателя. Считыватель расшифровывает данные, и отправляет их на хост-компьютер для обработки.    Считыватели могут поддерживать связь посредством различных интерфейсов. Это может быть либо сетевой компьютер, либо сетевое устройство, работающее по протоколу RS-232. Антенны для каждого считывателя могут состоять из нескольких антенн. Можно установить несколько антенн на отдельной зоне охвата, тогда считыватели будет гарантированно выполнять функции на всей области охвата.    Считыватели поддерживают связь с существующими протоколами сети, работающими на базе IT инфра стандарта.    Считыватели имеют многофункциональную, доступную по цене операционную систему для удовлетворения всех потребностей, в которых можно использовать RFID технологии.  Основные характеристики:

    Низкая стоимость,

    Большое расстояние считывания,

    Компактная схема,

    Широкий спектр напряжения,

    Герметичный корпус защищает от воздействий окружающей среды,

    Интерфейс, программируемый с внешних устройств,

    Устойчивы к неблагоприятным погодным условиям.

Технические характеристики RFID считывателей , поставляемых на Российский рынок компанией  ООО «Передовые охранные системы»:  Считыватель UHF.

Модуль	Коэффициент усиления(dBI)	Направленность луча(градусы)	Размер(дюйм)	Характеристика
SR-800.	7.0	51 х 100.	4 х 12 х 1.	868,3 МHz, низкая стоимость, диполь полной волны.
SR-820.	7.0	51 х 100.	4 х 12 х 1.	902,8 МHz, низкая стоимость, диполь полной волны.

Считыватель UHF (оптимизируется при 902, 8 МHz).

Модуль	Коэффициент усиления(dBI)	Направленность луча(градусы)	Размер(дюйм)	Характеристика
SR-818.	16,0	16 х 60	18 х 39 х 2.	Встроенная антенная решетка NEMA.
SR-822.	15,0	22 х 60	18 х 39 х 2.	Встроенная антенная решетка NEMA.
SR-818.	14,5	30 х 60	18 х 39 х 2.	Встроенная антенная решетка NEMA.
SR-818.	13,0	35 х 60	18 х 39 х 2.	Встроенная антенная решетка NEMA.
SR-818.	12,0	41 х 60	18 х 39 х 2.	Встроенная антенная решетка NEMA.

Считыватели 2,45 GHz.

Модуль	Коэффициент усиления(dBI)	Направленность луча(градусы)	Размер(дюйм)	Характеристика
SR-860.	7.0	51 х 100	3 х 3 х 0,5.	Низкая стоимость, шаблон полной волны.
SR-861.	12.0	34 х 34	7 х 7 х 0,1.	Антенная решётка типа Заплатка.

Сравнение высокой частоты и низкой частоты.    Рабочая частота – это определяющий фактор при выборе типа прикладной программы, для которой система RFID оптимально подходит. Эти частоты включают в себя высокую частоту (850-950 МГц и 2,4-5 ГГц), среднюю частоту (10-15 МГц) и низкую частоту (100-500 кГц).  Высокая частота.    Системы RFID походят для прикладных программ, для которых необходимо большое расстояние прочтения, таких как, цепочки поставок, инвентаризация, линии сборки, линии комплектации, системы сбора пошлины, отслеживание железнодорожных вагонов и контейнеров.  Средние частоты.    Системы RFID только начинают использоваться в областях обработки финансовых транзакций при использовании смарт карт.  Низкая частота.    Системы RFID используются для прикладных программ, где требуется небольшое расстояние прочтения. Сюда входят контроль доступа, работа по отслеживанию процесса и управление активами.    Системы RFID используются для прикладных программ, где требуется небольшое расстояние прочтения. Сюда входят контроль доступа, работа по отслеживанию процесса и управление активами.    Если Вы измените частоту, Вы не только увеличите расстояние пассивного прочтения, но и увеличите скорость работы устройства. Расстояние считывания для меток с объёмом в сотни МГц и ГГц измеряется ярдами (91,5 см) и милями (1 609 м). Расстояние считывания для Низкочастотных меток, объёмом 125 кГц и 13.56 МГц, измеряется дюймами (2,5 см) и футами (30,5 см).    Минимальное расстояние прочтения, необходимое для прикладной программы, стоимость, скорость операций и сложность коммуникации помогут Вам определить, какую частоту использовать.  Расстояние прочтения RFID.    Расстояние прочтения, или максимальное расстояние от считывателя, на котором карта/метка может быть прочитана, зависит от размера антенны, которая находится внутри считывателя или метки для данной рабочей частоты. Большие по размеру считыватели или большие метки имеют, как правило, большее расстояние считывания.    Активные метки, те которые питаются от напряжения батареи, выгодно использовать в тех прикладных программах, при которых ограничена область считывателя на фоне высокой скорости передвижения метки. Так как активные метки начинают передавать, находясь на значительном расстоянии от считывателя, чем пассивные метки, использование активных меток значительно увеличивает размер зоны прочтения. 

Частота	Расстояние прочтения	Основные прикладные программы	Скорость данных
Высокая частота 13.56 MHz.	~ 1 м.	- Цепочка поставок.  - Беспроводные платежи.  - Отслеживание багажа.  - ID книг в библиотеке.	Медленнее.
Ультравысокая частота 860-915 MHz.	~ 6 м.	- Цепочка поставок.  - Отслеживание багажа.  - Сенсоры.  - Библиотеки.
Микроволновая 2.45 GHz (активная).	До 200 м	- Цепочки поставок.  - Электронные оплаты пошлины.  - Сенсоры.	Быстрее