Задание по курсовому проекту

2 Устройство и принцип работы RFID-системы

Технология радиочастотной идентификации использует энергию электромагнитного поля для чтения и записи информации на небольшое устройство - RFID-метку.

Объект, оснащенный RFID-меткой, идентифицируется по уникальному цифровому коду, хранящемуся в памяти электронной метки.
Транспондер (RFID-метка) состоит из чипа (интегральной микросхемы) и антенны. Антенна осуществляет прием/передачу сигнала от/к считывателю. Чип служит для обработки принятых/передаваемых сигналов и хранения информации.



Рисунок 1 - Устройство RFID-метки

Система RFID устроена просто и состоит из трех составляющих:

. считывателя информации (ридер)
. транспондера (RFID-метки)
. ПО (программное обеспечение, обрабатывающее данные).
Ридер генерирует и распространяет электромагнитные волны в окружающее пространство. В тот момент, когда RFID-метка попала в зону электромагнитных волн считывающего устройства, происходит считывание информации и передачи ее на программное обеспечение, т. е. на компьютер для последующей обработки данных.



Рисунок 2 - Принцип действия системы RFID

Важно отметить, что каждый идентификатор (объект) должен иметь свой уникальный номер, по которому и будет происходить его опознавание. Без такого механизма сигналы идентификаторов наложились бы друг на друга и вся информация бы перемешалась.

3 Разновидности RFID-меток

Рассмотрим подробную классификацию RFID-меток и их отличительные особенности.

По типу используемой памяти различают:
a. 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. Важно, что их практически невозможно подделать.
b. 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 типу источника питания RFID-метки делятся на:
a. Пассивные RFID-метки не оснащенные собственным источником питания. Они получают необходимый для обработки информации заряд энергии из электромагнитного сигнала, исходящего от сканирующего устройства. Поэтому дальность считывания пассивных RFID-меток определяется исключительно параметрами ридера. К их преимуществам относятся относительно низкая стоимость и длительный эксплуатационный период;
b. Активные RFID-метки содержат источник питания в собственной конструкции. Расстояние их считывания не зависит энергетических параметров сканирующего устройства. Таким образом, дальность сканирования активных меток больше примерно в 2-3 раза, чем у пассивных. Еще одним важным их преимуществом является высокая допустимая скорость, с которой RFID метка движется рядом с ридером. Это особенно актуально для противокражных систем. Однако при этом активные метки значительно дороже и габаритнее пассивных;. 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 способу интерпретации выделяют следующие RFID-метки:. Самоклеящиеся бумажные или полимерные этикетки



Рисунок 3 - Пример самоклеющихся бумажных этикеток
. Метки в специальном исполнении для жестких условий эксплуатации

Рисунок 4 - Пример RFID-меток в специальных защищенных корпусах
. RFID-метки в виде браслетов, брелков

Рисунок 5 - RFID-метки в виде браслетов и брелков
. Стандартные пластиковые карты или смарт-карты



Рисунок 6 - Пример смарт-карт со встроенными смарт-чипам

1.4 Классификация радиочастот, используемых RFID-технологией

Сегодня RFID-системы используют четыре частотных диапазона:

1. 125-150 кГц;
2. 13,56 МГц;
. 862-950 МГц;
. 2,4-5 ГГц.
Чем объясняется выбор этих диапазонов частот? Как определиться с выбором системы RFID?
Каждая система RFID применяется для различных целей. В зависимости от этого и будет определяться тот или иной диапазон частоты. Каждому из упомянутых частотных диапазонов соответствуют свои степени проработки и благодаря этому выбирают, либо активные, либо пассивные метки. Наиболее полная характеристика частот представлена в таблице 1 ниже.
Таблица 1. Классификация радиочастот, используемых RFID

Название диапазона	Рабочая частота	Использование активной метки	Использование пассивной метки	Общая хар-ка	Область применения
Низкие частоты	125-150 кГц	не используются	+	низкая скорость передачи данных	Применяются для идентификации животных, а также широко используются, например, в автомобильных иммобилайзерах
Высокие частоты	13.56 МГц	не используются	+	низкая скорость передачи, но хорошие рабочие хар-ки в присутствии металлов и жидкостей	Применяются в системах контроля доступа, платежных системах, в складских и библиотечных системах
Сверхвысокие частоты	от 300 МГц до 1 ГГц.	работает на частотах от 315 до 433 МГц.	работает на частотах 915 МГц в США и 868 МГц в Европе.	высокая скорость передачи, но не при металлах и жидкостях	Применяется в системах розничной торговли
Микроволновые частоты	2.4-5 ГГц	+	+	самая высокая скорость передачи данных, повышенная дальность	Применяется в системах логистики и в учете движения транспорта.

Следует помнить, что существуют различные источники помех для радиоволн, например такие, как:

 погодные условия - дождь, снег и другие виды осадков. Однако, они не создают проблем для низких и высоких частот;
 присутствие других источников радиоизлучения - сотовых телефонов, мобильных радиостанций и т.д;
 электростатические разряды, представляющие собой внезапный электрический ток в материале, являющемся изолятором в нормальных условиях;
 размещение под металлическими и экранирующими поверхностями.

.5 Преимущества и недостатки технологии радиочастотной идентификации RFID

Рассмотрим основные преимущества и недостатки RFID-технологии.

Основными достоинствами технологии RFID являются:
1. Возможность уникальной идентификации объекта;
2. Считывание метки без прямой видимости: достаточно только ненадолго попасть в зону регистрации, перемещаясь, в том числе, и на довольно большой скорости. Метки могут считываться сквозь упаковку, что позволяет размещать их скрытно.
3. Возможность мгновенного считывания большого количества меток;
4. Объем хранимых на метке данных может достигать нескольких мегабайт и обновляться в режиме реального времени.
. RFID-метка может считываться на значительно большом расстоянии.
. Скорость считывания информации велика, увеличивается скорость принятия оперативного решения.
. Вероятность допущения ошибки отсутствует.
Однако с введением RFID-меток в повседневную жизнь связан и ряд проблем. Например, потребители, не обладающие считывателями, не всегда могут обнаружить метки, прикреплённые к товару на этапе производства и упаковки, и избавиться от них. Первый опыт практического применения показал узкие места этой технологии: оказалось, что на длительных рейсах больше половины меток успевали размагнититься. Ограничением для использования RFID также является:
. металлическая упаковка и жидкости, которые не позволяют гарантировать качество считывания данных с метки.
. сравнительно высокая стоимость системы.
. возможность использования RFID для незаконного сбора информации о людях, о фирмах, а также возможность считывания каких-либо секретных данных.
. недостаточная открытость существующих стандартов.
Для наиболее полного осознания всех преимуществ и недостатков радиочастотной идентификации объектов RFID, сравним ее с самой широкоизвестной технологией в мире - штрихового кодирования.

Таблица 2. Сравнительная характеристика RFID-меток и штрих-кодов

Характеристики технологии	RFID	Штрих-код
Необходимость в прямой видимости метки	Чтение даже скрытых меток	Чтение без прямой видимости невозможно
Объём памяти	От 10 до 512000 байт	До 100 байт
Возможность перезаписи данных и многократного использования метки	Есть	Нет
Дальность регистрации	До 100 метров	До 4 метров
Одновременная идентификация нескольких объектов	До 200 меток в секунду	Невозможно
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	Незначительная	Нет
Идентификация металлических объектов	Возможна	Возможна
Характеристики технологии	RFID	Штрих-код
Использование как стационарных так и ручных терминалов для идентификации	Да	Да
Возможность введения в тело человека или животных	Возможна	Затруднена

Очевидно, что при всех видимых преимуществах технологии RFID, в нашей стране она пока не стала стандартом де-факто. Хотя потенциальные заказчики проявляют большой интерес к данной технологии. Многие из них продолжают сохранять осторожность в ее освоении. тный идентификация грузопоток логистика