Основные принципы работы RFID систем

Идея возможной замены штрих-кодов и магнитных карточек (из-за ограниченного объема хранящейся в них информации) на микрочип, привела к созданию так называемых "транспондеров" (термин transponder образовался в результате сокращенного слияния двух слов: transmitter - передатчик и responder - ответчик), внешне зачастую принимающих вид тех же самых карточек или навесных ярлычков. Для связи с внешним миром микрочип соединен с плоской антенной, закрученной в несколько витков и служащей инструментом преобразования электромагнитных сигналов.

В транспондере удачно объединились новейшие достижения микроэлектроники с эффектами, известными еще с девятнадцатого века. 130 лет назад (1873 год) шотландский физик Джеймс Клерк Максвелл сформулировал закон электромагнитной индукции (открытый экспериментально в 1831 году другим выдающимся физиком, англичанином Майклом Фарадеем), который гласит: если магнитный поток, проходящий сквозь поверхность, ограниченную некоторым контуром, изменяется во времени, в контуре индуцируется электродвижущая сила, равная скорости изменения потока (е = - dФ/dt). Если контур образован катушкой с числом витков w, то e = -w(dФ/dt). Используя этот эффект можно превратить антенну и в источник питания микрочипа (при наведении на нее переменного магнитного потока).

Таким образом, транспондер представляет собой компактное автономное (не требующее батареек и проводов) информационное устройство, связь с которым может устанавливаться на значительном расстоянии и даже через преграды из тех или иных материалов (не являющихся электромагнитными экранами). Ярлык или этикетка с транспондером делают предмет (товар, объект, которому придан этот атрибут) распознаваемым даже в массе таких же (или иных) предметов, перемещаемых через контрольный пост.

Например, посетитель магазина, выходя из торгового зала с корзинкой покупок, получает счет после пересечения зоны сканирующего устройства, которое считывает информацию со всех интеллектуальных этикеток предметов, лежащих в корзине. Можно представить схожую ситуацию в производственных условиях, когда через зону контроля провозятся, к примеру, стеллажи печатной продукции.

Технология использования транспондеров может оказаться полезной при контроле материальных потоков, производственной логистике, складировании, архивации, хранении продукции, ее транспортировке и отгрузке.

Примечателен в этом плане еще один пример на полиграфическую тему, связанный с учетом расхода рулонов бумаги. Штрих-код, нанесенный на упаковку рулона, срывается вместе с амбалажем при установке в ролевое зарядное устройство и рулон при этом мгновенно обезличивается. Транспондер же может быть закреплен на втулке рулона и сохранит информацию о нем до полного срабатывания (и даже дольше, что можно использовать для учета остатков бумаги на втулке).

Производство этикеток с транспондерами уже поставлено на поток, поэтому стоимость этого атрибута достаточно умеренна. Наиболее весомой составляющей его цены являются расходы на микрочип, которые в настоящее время составляют сумму порядка 0,5 евро. Однако, с развитием сфер применения и росте выпуска транспондеров, что вполне ожидаемо, судя по широкому спектру областей, где изделия (полиграфического исполнения) с транспондерами уже нашли применение, затраты на их производство окупятся, а полиграфия приобщается к новому сектору рынка высоких технологий.

Радиочастотная идентификация, это самостоятельное направление, входящее в группу автоматической идентификации и регистрации объектов при помощи радиочастотного канала связи. Идентификация объектов (субъектов) производится по уникальному цифровому коду, считываемому из памяти специализированной микросхемы-транспондера (transmitter/responder – передатчик-приемник) – электронной метки, прикрепляемой к объекту идентификации. Передача цифрового кода производится при помощи антенны, вмонтированной в корпус транспондера (так же как и специализированная микросхема) и представляющей с ним одно целое. Считывание уникального кода из памяти транспондера производится по запросу другого устройства – ридера или приемопередающего устройства, формирующего через определенные промежутки времени (как правило, доли секунды) запросного радиочастотного сигнала-посылки, при попадании в поле действия которого, транспондер, передает ответный цифровой код.

В основе работы RFID системы лежит физика радиоволн. Существует несколько основных диапазонов частот:

· LW (low wave) - низкочастотный диапазон;

· HF (high frequency) - высокочастотный диапазон;

· UHF (Ultra high frequency) - ультравысокочастотный диапазон;

· Microwave - микроволновый диапазон.

Характеристики RFID систем в различных диапазонах радиоволн и их применение представлены в табл. 4.4.

Ниже рассматриваются, в основном, только принципы работы HF и UHF пассивных меток, как активно применяющихся на сегодняшний день RFID систем.

Таблица 4.4

Характеристики RFID систем в различных диапазонах радиоволн

Наименование	LW (НЧ)	HF(ВЧ)	UHF (УВЧ)	Microwave (СВЧ)
Используемые частоты	125-135 кГц	13,56 МГц	860-930 МГц	2,45 ГГц
Стандартные спецификации	ISOMEC 18000-2 ISO 14223 ISO 11784 ISO 11785	ISOMEC 18000-3 Auto ID Class 1 ISO 15693, IS014443(A\B)	ISOMEC 18000-6 Auto ID Class 1, Class 0 ISO 15961 ISO 15962 ISO 15963	ISOMEC 18000-4 ISO 15961 ISO 15962 ISO 15963
Типичная дальность	0,5 м	1 м	4-5 м	1 м
Источник энергии метки	В основном пас­сивные, используют индуктивную связь	В основном пас­сивные, используют индуктивную связь	Активные и пассивные. Используют Е-поле (обратное рассеивание в дальнем поле)	Активные и пассивные. Используют Е-поле (обратное рассеивание в дальнем поле)
Типичные применения	Контроль доступа, отслеживание животных, иммобилайзеры машин (устройство для фиксации)	Умные карты, контроль доступа, платежи, размещение меток на предметах, транспорте, контроль багажа, биометрия, библиотеки, прачечные	Логистическая цепочка, размещение меток на паллетах, управление багажом, электронный сбор пошлины	Электронный сбор пошлины, местонахождение предметов в режиме реального времени.
Скорость считывания множественных меток	Очень медленно	Средняя	Быстро	Очень быстро
Способность считывать рядом с металлами и сырыми поверхностями	Лучше	Средняя	Ниже среднего	Ниже среднего

Дальность считывания пассивных меток определяется методом передачи данных считывателю.

Работа HF-системы осуществляется на основе «ближнего поля», которое использует индуктив­ную связь метки с магнитным полем, излучаемым антенной считывателя (принцип трансформатора). Дальность считывания пассивной HF-метки в среднем 1 метр.

UHF функционирует на основе «дальнего поля». Антенна считывателя излучает электромагнит­ную энергию (принцип радара), метка получает энергию, а микрочип использует энергию для заме­ны заряда антенны и обратно отражает сигнал (обратное рассеивание). Дальность считывания пас­сивной UHF-метки в среднем 5 метров.