Радіочастотне кодування

Відмінності RFID-технології.

У сучасному світі при постійному зростанні транспортних і вантажних потоків, величезному збільшенні кількості товарних позицій питання транспортної й складської логістики відіграють усе більшу, а часом вирішальну роль при виборі клієнтами тієї або іншої логістичної компанії. Донедавна з питаннями обліку вантажних потоків непогано справлялася система штрихового кодування товарів. На жаль, технологія штрихового кодування має низку істотних недоліків, таких як:

• – зображення штрих-коду не довговічно;
• – при зчитуванні вимагає прямої видимості та чутлива до орієнтації у просторі;
• – боїться бруду, води, механічного ушкодження;
• – вимагається близький контакт для зчитування;
• – не здатна розрізняти одночасно кілька товарів, і т. д.

У зв'язку із цим останнім часом в усьому світі усе більший інтерес проявляється до технології радіочастотної ідентифікації товарів (RFID – Radio- frequency-identification), коли будь-який товар у процесі виробництва або складської обробки можна позначити радіочастотною міткою. У рамках системи GSI існують міжнародні вимоги до радіочастотної ідентифікації – стандарти GSI EPSglobal.

Технологія RFID – технологія безконтактної ідентифікації об'єктів за допомогою радіочастотного каналу зв'язку. Вона використовується, щоб ідентифікувати, прослідкувати, розсортувати й виявити необмежену кількість предметів, включаючи людей, транспортні засоби, одяг, контейнери, транспортну тару й піддони. Історія RFID починається ще з 1945-0 року, коли С. В. Тернер зробив пристрій (жучок), який модулював відбиту радіохвилю. Вона може бути використана у таких напрямах, як контроль доступу, контроль та облік робочого часу, ідентифікація транспортного засобу, відслідковування активів, контроль матеріально-виробничих запасів, автоматизація виробництва, контроль над переміщенням потоків вантажів і транспорту, автоматизація складської обробки, автоматизація завантаження й розвантаження. RFID у галузі автоматичної ідентифікації зараз розглядається як унікальний засіб керування даними, який має низку переваг порівнянно з технологією штрихового кодування.

RFID грунтується на радіочастоті та є технологією, що не вимагає ні контакту зі зчитувачем, ні прямої видимості (як у технології штрих-кодів). Загальна швидкість гарного прочитання інформації на товарі або упаковках – від 30 до 100 мілісекунд для прочитання мітки. RFID може практично одночасно зчитувати сотні міток без прямої відомості.

Будова системи RFID.

Система безконтактної ідентифікації складається із трьох основних елементів (рис. 7.3):

Рисунок 7.3 – Структурна схема RFID-системи: М – модулятор сигналів

• – транспондера (радіочастотної мітки);
• – зчитувача інформації (рідера);
• – комп'ютера для подальшої обробки інформації.

RFID-мітка складається з двох частин. Перша – інтегральна мікросхема, де зберігається і обробляється інформація, відбувається модулювання і демодулювання радіочастотного сигналу. Друга частина антена для прийому та передачі сигналу.

Рідер умішує генератор, який випромінює через антену певний частотний код, що відповідає частоті мітки. Сигнал із мітки через антену надходить на декодер для дешифровки та після підсилення – на мікроконтролер і комп'ютер для зчитування.

Мітки можуть бути різного типу, залежно від галузі застосування й завдань підприємства: від невеликих гнучких міток, якими маркуються окремі товари, до корпусованих пластикових міток.

Мітки можуть вирізнятися розмірами, формою, матеріалами, з яких вони виготовлені, способом кріплення, обсягом пам'яті, робочою частотою, дальністю зчитування.

Існують мітки, що мають убудоване джерело живлення (активні мітки), але основна маса міток, які на сьогодні використовуються, не має вбудованого джерела живлення (пасивні). Джерелом напруги для цих міток є напруга, випромінювана суміжними антенами (рис. 7.4).

Пасивні мітки діапазону UHF 860 ~ 960 МГц стандарту ЕРС Class 1 Generation 2 (ISO / ІЕС 18000-63), скорочено Gen2, створені у вигляді тонкого листа-етикетки, що містить на паперовій або пластиковій основі металізований шар антени спеціальної форми і закріплений за допомогою спеціального клею на контактних зонах антени електронний чіп. Мітка може мати самоклеющийся шар для закріплення на предмети ("wet inlay") або бути без клейкого шару ("dry inlay").

Рисунок 7.4 – Митки із вбудованим джерелом живлення

Є також напівпасивні мітки, оснащені джерелом живлення, які можуть функціонувати на більшій відстані і з кращими характеристиками.

Крім класифікації на активні й пасивні, мітки й карти RFID можуть бути розбиті на три категорії за принципом зчитування та запису пам'яті:

• – тільки прочитування (RO – Read Only), у яких дані записуються при виготовлені і придатні такі мітки лише для ідентифікації об'єкта;
• – прочитування/запис (RW – Read and Write), які містять ідентифікатор і блок памя'ті для багаторазового прочитання/запису інформації;
• – одноразовий запис й численне прочитування (WORM – Write Once Read Many), у яких крім унікального ідентифікатора є блок одноразово записуваної пам'яті.

Численне прочитання й однократний запис (WORM) програмуються тільки один раз – будучи запрограмовані одного разу, вони не можуть бути змінені. Численне прочитування при однократному записі (WORM) надає можливість програмувати мітки на місці.

Карти й мітки прочитання/запису мають різні типи пам'яті й операційної архітектури для запису й зчитування пам'яті користувачем. Оскільки зміст пам'яті мітки може бути змінено за бажанням користувача, то зчитувач повинен ще бути й записуючим пристроєм. Технологія прочитання/запису використовується у таких прикладних програмах, як смарт-карти, карти попередньої оплати, збір мита.

Однак для великої кількості прикладних програм необхідний невеликий обсяг інформації, яка буде шифруватися й зберігатися на мітці. Більшість міток мають незмінний порядковий номер, який робить RFID-мітки потенційно корисними для відстежування їх у тих випадках, коли це необхідно, або особливо важлива безпека інформації.

Пристрої lnlay-RFlD-етикетки – це ультратонкі мітки, що базуються на основі з полімерної плівки (PVC, PC або PET-G). Поставляються ці мітки у котушках для зручності транспортування та використання. Ці мітки вкладаються між шарами ламінованого паперу або пластикової плівки і використовуються вони, як правило, для етикеток, недорогих квитків, ярликів для багажу в аеропортах.

Активні мітки містять батарею, яка надає напругу для функціонування інтегральної мікросхеми. Це дозволяє активним міткам приймати й передавати дані на значній відстані від зчитувача, ніж пасивним міткам. Крім того, вони функціонують набагато краще у насиченому електромагнітному оточенні. Активні мітки не вимагають особливих зчитувачів і тому можуть зчитуватись у програмному середовищі для пасивних міток.

Частотні характеристики транспондерів. Робоча частота – це визначальний чинник при виборі типу прикладної галузі, для якої система RFID оптимально підходить. Від частотного параметра залежить велика кількість робочих параметрів та умов використання (рис. 7.5).

Рисунок 7.5 – Залежність параметрів системи RFID від частоти

Як видно з наведеного графіку, зі збільшенням частоти зменшуються розміри антени, енергоспоживання та поглинання у воді. І навпаки – збільшується температурна залежність при збільшенні частоти, відбиття від поверхонь, ширина направленості сигналу.

За частотою RFID-системи розподіляють на:

• – високочастотні (ультрависокі 850-950 МГц і мікрохвильові 2,4–5 ГГц), які використовуються там, де потрібні велика відстань і висока швидкість читання, наприклад, контроль залізничних вагонів або автомобілів у русі. Більша дальність дії уможливлює безпечну установку ридерів поза межами досяжності людей;
• – проміжної частоти (10-15 МГц) – там, де повинні бути передані більші кількості даних. Галузь застосування: логістика відслідковування товарообігу, роздрібна торгівля, інвентаризація товарів, облік складських переміщень.
• – низькочастотні (100-500 кГц) використовуються там, де припустима невелика відстань між об'єктом та рідером. Звичайна відстань зчитування становить 0,5 метра, а для міток, убудованих у маленькі "брелоки", дальність читання, як правило, ще менша – близько 0,1 метра. Галузь застосування: системи керування доступом, безконтактні карти, керування складами й виробництвом.

Якщо змінити частоту, то не тільки побільшає відстань пасивного прочитання, але й збільшиться швидкість роботи пристрою. Відстань зчитування для міток з обсягом сотні МГц і ГГц вимірюється метрами і сотнями метрів. Відстань зчитування для низькочастотних міток, частотою 125 кГц і 13.56 МГц, вимірюється сантиметрами і метрами. Мінімальна відстань прочитування, необхідна для прикладної програми, вартість, швидкість операцій і складність комунікації допоможуть визначити, яку частоту використовувати (табл. 7.1).

Таблиця 7.1 – Частотні характеристики активних міток

Відстань прочитування, або максимальна відстань від зчитувача, на якому карта/мітка може бути прочитана, залежить від розміру антени, яка перебуває всередині зчитувача або мітки для даної робочої частоти. Більші за розміром зчитувачі або більші мітки мають, як правило, більшу відстань зчитування.

Зчитувачі й антени. Зчитувачі (рідери) містить у своєму складі передавач та антену, за допомогою яких випромінюється електромагнітне поле певної частоти. Радіочастотні мітки, що потрапили до зони дії зчитувального поля, "відповідають" власним сигналом, що містить корисну інформацію (наприклад, код товару). Сигнал уловлюється антеною зчитувача, інформація розшифровується й передається до комп'ютера для обробки.

Ручні зчитувачі дозволяють зчитувати й записувати інформацію на радіочастотні мітки. RFID-принтери використовуються для запису інформації, нанесення графічних або текстових зображень на мітки (рис. 7.6).

Зчитувач, що працює на частоті 13.56 МГц, має максимальну відстань зчитування/записування інформації до 1,2 метра залежно від підключеної антени. Він застосовується у торгівлі, промисловості, логістиці. Можливе зчитування кількох міток одночасно (до 50 міток за секунду). Зчитувачі будуть отримувати дані з міток, які знаходяться у людей або у речах, які проходять через зону дії антени. Крім того, зчитувачі можна встановити у пунктах оплати мита при переїзді з однієї зони до іншої, щоб контролювати дорожній рух на автостраді.

Антени використовуються як складові зчитувачів RFID-систем і призначені для випромінювання радіосигналів, які повинні активувати RFID- мітку й записати або зчитати дані з неї. Антени для кожного зчитувача можуть складатися з декількох антен. Ворота дозволяють швидко й надійно зчитувати значні обсяги даних, навіть коли об'єкт із товаром перебуває в русі (рис. 7.6в).

Рисунок 7.6 – Загальний вигляд конструкцій зчитувачів

Основні характеристики: вартість, відстань зчитування, схема, спектр напруги, захист від впливів навколишнього середовища, інтерфейс (табл. 7.2).

Таблиця 7.2 – Технічні характеристики RFID зчитувачів.

Зчитувачі можуть підтримувати зв'язок із локальною мережею підприємства за допомогою різних інтерфейсів. Це може бути або мережний комп'ютер, або мережний пристрій, що працює за протоколом RS-232. Зчитувачі підтримують зв'язок з існуючими протоколами мережі, що працюють на базі ІТ-інфрастандарту. Зчитувачі мають багатофункціональну, доступну за ціною операційну систему для задоволення всіх потреб, у яких можна використовувати RFID-технології.

Механізми автоколізії. На відміну від штрих-кодів RFID дає можливість автоматичної ідентифікації предметів, не розмішуючи предмет поруч зі зчитувачем. Автоматичний збір даних систематизує дані у системі, швидко роблячи інформацію доступною. Технологія RFID розвязує цю проблему за допомогою бездротової передачі ідентифікаційної інформації з предметів на зчитувач завдяки механізму антиколізій. Не потрібна пряма видимість зчитувача. На відміну від штрих-коду, RFID може зчитувати кілька міток одночасно, сприймаючи до сотень предметів за одне прочитування.

При зчитуванні міток зчитувач постійно випромінює енергію, у полі якої пасивна мітка відповідає своїм кодом і змістом пам'яті. При роботі з перезаписуваними мітками система використовує діалоговий режим, при якому зчитувач шляхом модуляції енергії передає мітці певні команди.