RFID

RFID (z ang. Radio-frequency identification) to ogólny termin używany, aby opisać technologię która umożliwia automatyczną identyfikację inaczej rozpoznanie obiektu przy użyciu fal radiowych.

W skład systemu wchodzi znacznik RFID (zwany też transponderem, etykietą RFID, chipem RFDI, tagiem RFID), oraz czytnik RFID z anteną. Typowy znacznik RFID to mikrochip (układ scalony) połączony z anteną, umocowany na nośniku (papierze, plastiku).

W mikrochipie wyposażonym w kilkaset bitów pamięci użytkownika można zapisywać dane, zwykle zapisuje się tylko numer, który odnosi się już do określonej bazy danych użytkownika. Aby odczytać te dane ze znacznika RFID potrzebny jest czytnik RFID wraz z anteną. Dane zawarte w znaczniku mogą być odczytane w każdym momencie. Gdy antena odbierze sygnał (energię elektromagnetyczną) od anteny czytnika, używając tej energii wysyła sygnał zwrotny w postaci fal radiowych do anteny czytnika zawierający informację o zawartości pamięci mikroczipu.

Jak to działa?

Czytnik wyłapuje fale radiowe i interpretuje je, odczytując określone dane. Czytnik jest w stanie odczytać ponad tysiąc tagów w czasie pojedynczych sekund, ta liczba zależy od modelu cztynika. Następnie czytnik może przesłać uzyskane dane do komputera, gdzie zostaną wykorzystane stosownie do potrzeb.

Część pamięci w mikrochipie stanowi TID (tag identification memory ) – unikalny numer seryjny identyfikujący taga, dostęp do pamięci jest zabezpieczony hasłem, jest ono wymagane do odczytu, zapisu i zmiany danych znacznika, odrębne hasło umożliwia zniszczenie znacznika.

Historia RFID

Korzeni radiowej identyfikacji można się dopatrzeć już w badaniach nad falami elektromagnetycznymi i radiowymi, prowadzonymi w XIX wieku. Koncepcja użycia częstotliwości radiowej do odbicia fali od obiektu sięga roku 1886, do eksperymentów przeprowadzanych przez Fredericka Hertza. Radar został wynaleziony w 1922 r. i znalazł swoje praktyczne zastosowanie w czasie II wojny światowej, kiedy to Brytyjczycy użyli systemu IFF (Identify Friend or Foe – rozpoznaj czy to przyjaciel czy wróg), aby odróżnić sprzymierzone samoloty wracające z misji od nieprzyjacielskich wkraczających na brytyjskie niebo.

W 1948 r, Harry Stockman opublikował pracę pod tytułem „Komunikacja przy pomocy mocy odbitej”, w której zarysował koncepcję tego czym ma szansę stać się RFID w przyszłości.

W 1973 r., badacz IBM, Charles Walton, który następnie stworzył własną firmę Proximity Devices, opatentował "pasywny transponder radiowy, umożliwiający otwieranie drzwi bez użycia klucza". We wniosku opisano system, które podstawą była karta z wbudowanym znacznikiem RFID oraz zamek w drzwiach, wyposażony w czytnik kart oraz system porównywania numeru identyfikacyjnego znacznika z karty z bazą wcześniej zdefiniowanych numerów. Jeśli dane autoryzacyjne do siebie pasowały, drzwi były automatycznie otwierane. Idea wykorzystywana do dziś. W tym samym roku Mario Cardullo uzyskał patent na aktywny znacznik RFID z wbudowaną pamięcią wielokrotnego zapisu.

Lata 80 to znaczny rozwój i zainteresowanie technologią RFID. W USA było to głównie wykorzystanie jej do transportu, systemów dostępu, znakowania zwierząt, w Europie zastosowania związane z przemysłem i biznesem, zainteresowano się także systemami opłat drogowych. Pierwszy komercyjny system naliczania opłat drogowych powstał w Norwegii w 1987 i szybko został zastosowany w Stanach (np. w Tunelu Lincolna).

Lata 90 to dalszy rozwój automatycznych systemów opłat drogowych, ale także odkrywanie nowych zastosowań dla RFID – skipassy, kontrola dostępu samochodów, i wiele innych komercyjnych zastosowań. Wraz z sukcesem automatycznego systemu naliczania opłat drogowych RFID znalazło zastosowanie w kartach podróżnych, dostępie do obszarów należących do wspólnot i kampusów. Potem RFID rozszerzyło swój zasięg na zarządzanie produkcją, występując często obok kodów kreskowych, technologia stała się szczególnie przydatna w zarządzaniu łańcuchem dostaw, kontroli i przyspieszeniu produkcji, zarządzaniu i inwentaryzacji środków trwałych, ułatwiła funkcjonowanie branży odzieżowej, dzięki niej poprawiła się obsługa klienta, umożliwiła lepszy dostęp do informacji biznesowych, lepsze zrozumienie procesów firmowych. Stała się częścią naszego życia i nieodłącznym elementem funkcjonowania coraz większej liczby firm.

W początkowym etapie działania technologii RFID brak było jednolitych rozwiązań. W pierwszych fazach rozwoju powstały 4 różne protokoły komunikacyjne, po dwa opracowane przez Międzynarodową Organizację Standaryzacyjną ISO (ISO/IEC 18000-6A i B) oraz organizację EPCglobal i standardy serii EPC (EPC klasa 0 generacja 1 i EPC klasa 1 generacja 1). Różne standardy, różne protokoły komunikacyjne oraz brak między nimi kompatybilności przysparzały wiele problemów, które mogły być rozwiązane jedynie przez użycie czytnika wielo-protokołowego, co wiązało się z dodatkowymi kosztami. Dlatego też organizacja EPCglobal w 2005 roku wprowadziła w użycie nowy standard EPC klasy 1 generacji 2, który ma na celu ujednolicenie protokołów komunikacyjnych tak, aby technika RFID mogła być stosowana globalnie w całym zakresie częstotliwości od 860 do 960 MHz. Standard ten został również przyjęty przez organizację ISO i zapisany w dokumencie ISO/IEC 18000-6 C. Jest to międzynarodowy standard, który opisuje szereg różnorodnych technologii RFID, z wykorzystaniem dla każdej z nich - unikalnych pasm częstotliwości. Największą różnicę pomiędzy EPC Gen 1 i EPC Gen 2 jest to, że w EPC Gen 2 jest jeden globalny protokół.

EPC (Electronic Product Code, Elektroniczny Kod Produktu) - jest swego rodzaju numerem seryjnym, unikatowym na skalę globalną, który można określić mianem następcy standardowego kodu kreskowego. EPC znajduje swoje zastosowanie w połączeniu z systemem RFID. Dzięki oznakowaniu produktu takim numerem możliwe jest identyfikowanie położenia każdego produktu w obrębie łańcucha dostaw.

Rodzaje znaczników RFID

Znaczniki (tagi) RFID możemy podzielić w zależności od tego czy posiadają własne źródło zasilania, wyróżniamy tutaj znaczniki aktywne, semipasywne i pasywne.

Tagi aktywne i semipasywne używają zewnętrznego źródła zasilania (np. baterii) do zasilania układu scalonego. Tagi aktywne używają także baterii do wysyłania fal radiowych do czytnika, podczas gdy tag semipasywny do wysyłania sygnału używa mocy dostarczonej z czytnika. Dodatkowego źródła zasilania używa natomiast to innych dodatkowych funkcji np. w tagach mierzących temperaturę bateria jest wykorzystywana do funkcji mierzenia temperatury i rejestrowania danych o pobieranych próbkach.

Ponieważ tagi te zawierają więcej komponentów niż tagi pasywne są kilkanaście razy droższe. Aktywnych znaczników używa się zwykle do znakowania przedmiotów, które muszą być czytane na dystansie ponad kilkanaście metrów, gdyż mogą one być czytane na odległość 30 i więcej metrów. Jeśli to konieczne aby odczytać taga z bardzo daleka, dodatkowa bateria może wydłużyć zasięg odczytu nawet ponad 100 metrów. Źródłem mocy dla tagów pasywnych jest czytnik, odpowiadają swoim sygnałem dopiero na sygnał wywoławczy wysyłany z czytnika. Kilka lat temu zasięgi odczytu tagów pasywnych były znacznie krótsze od zasięgów odczytu znaczników aktywnych – około 6 metrów, w tej chwili najnowsze tagi pasywne mają zasięg odczytu nawet ponad 30 metrów.

Koszty produkcji tagów pasywnych są znacznie niższe, znaczniki są więc tańsze i mogą być one wykorzystane w większej liczbie zastosowań, w sytuacjach gdy istotny jest stosunek ceny znakowanego obiektu do ceny znacznika.

Kolejne kryterium podziału znaczników RFID to częstotliwość w jakiej działają.

Systemy niskiej częstotliwości operuje zasadniczo w 124 kHz, 125 kHz lub 135 kHz. Systemy wysokiej częstotliwości używają częstotliwości 13,56 MHz a systemy UHF w Europie używają pasma pomiędzy 865 a 868 MHz.

Porównanie zasięgów działania i cen tagów działających w różnych częstotliwościach

Fale radiowe zachowują się różnie w tych częstotliwościach, co oznacza że różne częstotliwości są odpowiednie dla różnego rodzaju zastosowań. Fale LF mogą przenikać ściany ale nie przenikają przez metal. Znaczniki LF RFID są idealne do zastosowań, w których tagi muszą być czytane przez materiały lub wodę w bliskim zasięgu, kilku centymetrów.

Gdy podnosisz częstotliwość fal radiowych zaczynają się zachowywać bardziej jak światło. Nie przenikają przez tworzywa tak dobrze i mają tendencję do odbijania się od wielu obiektów. Fale w paśmie UHF mogą być także absorbowane przez wodę. Wielkim wyzwaniem firm używających pasma UHF było czytanie tagów RFID na pudełkach umieszczonych na środku palety albo na przedmiotach metalowych, lub mających dużą zawartość wody. Obecnie problem został rozwiązany. Rozwijająca się technika umożliwiła powstanie tagów pasywnych UHF RFID, które doskonale działają w obecności metalu, cieczy i nie mają problemu z odczytem taga znajdującego się pośród innych przedmiotów na środku palety. Wiele firm stawia na użycie tagów UHR RFID w zarządzaniu łańcuchem dostaw, (nie używając HF ani LF). Jedną z przyczyn jest to że tagi UHF są znacznie tańsze – kilkanaście groszy za pojedynczą etykietę, od tagów innych częstotliwości. Drugą przyczyną jest dłuższy zasięg odczytu. Firmy chcą czytać znaczniki z odległości co najmniej 3 metrów aby móc używać technologii RFID w magazynie. Czytnik umieszczony w bliższej odległości zakłócałby normalne operacje wózkiem widłowym i innym sprzętem magazynowym. Znaczniki LF mogą być czytane na odległość kliku centymetrów, znaczniki HF na maksymalnie 1 metr, tagi UHF mają średni zasięg odczytu około 8-10 metrów.

W ciągu ostatnich 5 lat nastąpił znaczny rozwój technologii RFID. Została ona udoskonalona, a wszystkie ograniczenia, które uniemożliwiały jej zastosowanie w niektórych branżach zostały przełamane. Technologia UHF RFID zdominowała rynek RFID, ze względu na swoje zalety: większą szybkość odczytu, więcej tagów czytanych jednocześnie, dużo większe zasięgi odczytu, wcześniejsze jej braki – słabe odczyty w obecności płynów i kiepskie wyniki w obecności metalu – to już przeszłość. Wiodące w branży RFID firmy wynalazły nowe znaczniki działające szczególnie dobrze na metalu, i znaczniki zupełnie niewrażliwe na obecność płynów.

Naszym zdaniem przyszłość RFID należy do technologii UHF RFID, stąd znajduje się ona w głównym kręgu naszych zainteresowań.

Więcej o technologii RFID na stronie http://rfid.zone/