RFID Речник

Електронният продуктов код (EPC) е глобално уникален идентификационен номер, съхраняван на RFID етикет — аналогичен на GTIN (глобален номер на търговска стока) в баркодовете, но с допълнителен уникален сериен номер. Докато баркодът идентифицира вида на продукта (например „това е кутия Coca-Cola 330 ml“), EPC идентифицира конкретна отделна стока (например „това е 47 832-ата кутия Coca-Cola 330 ml, произведена в дадено съоръжение на дадена дата“). EPC са структурирани според стандартите на GS1 и могат да кодират GTIN, GLN, SSCC и други GS1 идентификатори. EPC се съхранява в EPC паметта на чипа и се предава при стандартни Gen2 операции за четене. EPC е в основата на визията на GS1 за напълно сериализирана глобална верига на доставки.

EPC Gen2 (официално GS1 EPC UHF Gen2 Air Interface Protocol, стандартизиран като ISO/IEC 18000-63) е спецификацията, регулираща комуникацията между UHF RFID четци и етикети. Публикуван през 2004 г. и значително обновен през 2015 г. (Gen2v2), той дефинира радиопротокола, алгоритъма за предотвратяване на колизии (позволяващ масово четене на стотици етикети едновременно), структурата на паметта и набора от команди. Gen2v2 добавя криптографско удостоверяване, разширена памет и подобрена производителност при висока плътност на четците. Всички водещи производители на RFID оборудване — Zebra, Impinj, NXP, Alien Technology, Feig, Invengo — са напълно съвместими с Gen2v2, което гарантира оперативна съвместимост. EPC Gen2 се изисква от Walmart, Metro, Target и Министерството на отбраната на САЩ за RFID внедрявания в техните вериги на доставки.

HF RFID работи на 13,56 MHz и обхваща няколко стандарта: ISO 14443 (използван за карти за достъп и безконтактни плащания), ISO 15693 (използван за библиотечни книги и индустриално проследяване) и FeliCa (използван в транспортни системи в Азия). Обхватът на четене е типично 1–15 cm, което го прави подходящ за приложения, изискващи целенасочени транзакции от близко разстояние. HF RFID е значително по-устойчив на смущения от метал и течности в сравнение с UHF, което го прави по-надежден в определени среди. Технологията, залегнала в основата на повечето карти за достъп до сгради, хотелски ключ-карти и безконтактни банкови карти, е HF RFID на 13,56 MHz.

ISO 14443 е международният стандарт, дефиниращ комуникационния протокол за безконтактни смарт карти (известни още като proximity карти), работещи на 13,56 MHz. Той определя физическите характеристики на картата, радиочестотното захранване и сигналния интерфейс, процедурата за инициализация и предотвратяване на колизии, и протокола за предаване. ISO 14443 обхваща два типа карти: тип A (използван от MIFARE — най-широко внедрената технология за безконтактни карти) и тип B (използван от някои банкови и правителствени системи за идентификация). NFC е изграден върху ISO 14443 тип A и B. Това е стандартът зад безконтактната функционалност в карти за достъп до сгради, хотелски ключ-карти, карти за обществен транспорт и банкови платежни карти в целия свят.

ISO 15693 е международен стандарт за HF RFID етикети (известни понякога като „vicinity карти“), работещи на 13,56 MHz. За разлика от ISO 14443 (proximity карти с максимален обхват ~10 cm), ISO 15693 е оптимизиран за по-голямо разстояние на четене — до 1,5 метра при идеални условия. Това го прави подходящ за приложения, при които четецът и етикетът не са в непосредствен контакт. ISO 15693 е доминиращият стандарт за проследяване на библиотечни книги (RFID чипът в библиотечен стикер е типично ISO 15693) и се използва в индустриалното проследяване на активи и системи за продажба на билети. Поддържа предотвратяване на колизии, позволявайки едновременно четене на множество етикети, макар и с по-ниска пропускателна способност в сравнение с UHF системите.

LF RFID работи в диапазона 125–134 kHz. Това е най-старата RFID технология и до голяма степен е изместена от HF и UHF в повечето приложения, но продължава да се използва широко за идентификация на животни (ISO 11784/11785 обхваща имплантируеми чипове за домашни любимци и добитък), остарели системи за контрол на достъп (карти EM4100 и HID Prox) и определени индустриални среди, в които другите честоти са непрактични. LF сигналите проникват изключително добре през вода и тъкани, поради което се използват за подкожни имплантати при животни. Обхватът на четене е ограничен до 10–30 cm. Скоростта на пренос на данни е много ниска в сравнение с HF и UHF.

NFC (Near Field Communication — Комуникация в близко поле) е стандартизиран комуникационен протокол, изграден върху HF RFID стандарта ISO 14443, работещ на 13,56 MHz с максимален обхват от приблизително 4 cm. За разлика от стандартния HF RFID, NFC поддържа три режима на работа: режим четец/запис (устройство чете или записва данни към пасивен NFC етикет), режим peer-to-peer (две NFC-устройства обменят данни) и режим емулация на карта (устройство функционира като NFC карта). Всеки съвременен смартфон разполага с NFC чип, което прави NFC единствената RFID технология, с която крайните потребители могат да взаимодействат чрез собствено устройство. Типичните приложения включват безконтактни плащания (Apple Pay, Google Pay), удостоверяване на автентичност на продукти, интелигентни опаковки и NFC маркетингови кампании.

RFID (Radio Frequency Identification — Радиочестотна идентификация) е технология, която използва електромагнитни полета за автоматично идентифициране и проследяване на етикети, прикрепени към обекти. RFID системата се състои от четец (излъчва радиовълни), антена (фокусира радиополето) и един или повече етикети (съдържат микрочип с уникален идентификатор). Когато даден етикет попадне в полето на четеца, той получава енергия от радиовълните, захранва чипа си и предава съхранените данни обратно към четеца. Процесът протича за милисекунди и не изисква физически контакт или пряка видимост. RFID се използва в различни сектори за управление на инвентар, контрол на достъпа, проследяване на активи, видимост на веригата на доставки и много други приложения.

Системата за локализация в реално време (RTLS) непрекъснато проследява местоположението на маркирани активи в дадено пространство, като актуализира данните за позицията в близко до реалното време (обикновено на всеки 1–30 секунди). За разлика от стандартния RFID — който показва, че даден актив е бил засечен при конкретен четец — RTLS изчислява позицията с помощта на сигнали от множество фиксирани референтни точки (котви) и алгоритми като Time of Flight (ToF), Time Difference of Arrival (TDoA), Angle of Arrival (AoA) или Received Signal Strength (RSSI). Технологиите, използвани за RTLS, включват UWB (Ultra-Wideband — свръхширокочестотна лента, точност под 30 cm), Bluetooth Low Energy (точност на ниво помещение) и специализирани UHF RFID системи. Типичните RTLS приложения включват проследяване на болнично оборудване, мониторинг на производствения процес и управление на логистични дворове.

UHF RFID работи в честотния диапазон 860–960 MHz (точният диапазон варира по региони: 865–868 MHz в Европа, 902–928 MHz в Северна Америка). Това е доминиращата технология за приложения в областта на веригата на доставки, търговията на дребно и логистиката. UHF етикетите могат да бъдат прочетени от разстояния 1–12 метра в зависимост от мощността на четеца и конструкцията на етикета. Един четец може да обработи стотици етикети в секунда, което позволява масово четене на цели палети без ръчно сканиране. Стандартът EPC Gen2 (ISO 18000-63) регулира глобалната оперативна съвместимост при UHF RFID. Ефективността на UHF може да намалее в близост до метал и течности, но специализираните етикети за метал и за среди с течности намаляват това влияние.

WORM (Write Once, Read Many — еднократно записван, многократно четим) RFID етикетите позволяват на потребителя или системата да запише уникален идентификатор на етикета еднократно — в момента на нанасяне — след което паметта се заключва постоянно и не може да бъде презаписана. Това осигурява средно положение между само за четене етикетите (предпрограмирани в завода с фиксиран ID) и напълно за четене-запис етикетите (позволяващи текущи актуализации на данни). WORM етикетите са подходящи за приложения по сериализация, при които уникален идентификатор трябва да бъде присвоен в конкретна точка от веригата на доставки (например на станция за печат или кодиране) и да остане непроменен за целия живот на етикета. Повечето UHF EPC Gen2 етикети прилагат EPC паметта ефективно като WORM — веднъж кодиран и заключен, EPC не може да бъде сменен.

RFID антената е пасивен хардуерен елемент, който преобразува електрическите сигнали от четеца в разпространяващо се електромагнитно поле и обратно. Конструкцията на антената определя формата, насочеността и поляризацията на зоната за четене. Кръговата поляризация (RHCP/LHCP) прави зоната за четене независима от ориентацията — етикетите могат да бъдат прочетени независимо от начина, по който са наредени, което е важно за общи инвентаризационни приложения. Линейната поляризация осигурява по-висок коефициент на усилване и по-голям обхват, но е чувствителна към ориентацията на етикета. Коефициентът на усилване на антената (измерван в dBi или dBiC) определя фокусираността и мощността на излъчваното поле. Изборът зависи от това дали е необходимо широко покритие (кругова поляризация, по-нисък коефициент) или четене на голямо разстояние в определена точка (линейна поляризация, по-висок коефициент). Антените са оценени за вътрешна или външна употреба и могат да имат клас на защита IP67 или IP68 за влажни среди.

Активните RFID етикети разполагат с вградена батерия и радиопредавател, което им позволява непрекъснато или на програмирани интервали да излъчват своя идентификатор, без да се нуждаят от захранване от полето на четеца. Това осигурява обхват на четене от 30 до над 100 метра и възможност за включване на сензори (температура, влажност, удар, движение), регистриращи условията с течение на времето. Активните етикети са значително по-скъпи от пасивните (15–80 € за бройка) и имат ограничен живот на батерията (обикновено 2–7 години). Използват се там, където са необходими голям обхват, локализация в реално време или мониторинг на околната среда — проследяване на активи с висока стойност, мониторинг на условията в студената верига или RTLS приложения. Инфраструктурните разходи също са по-високи, тъй като активният RFID изисква мрежа от фиксирани приемници в цялото съоръжение.

RFID етикетът (называн още транспондер) е компонентът, прикрепен към обекта, който се проследява. Той се състои от интегрална схема (чип), съхраняваща уникалния идентификатор на етикета и евентуално допълнителни данни, и антена, получаваща сигнала на четеца и предаваща данните на етикета обратно. Етикетите се предлагат в много физически форми: самозалепващи се стикери (инлей), твърди пластмасови корпуси за сурови среди, стъклени капсули за имплантати при животни, текстилно капсулирани версии за перално оборудване и версии с керамична подложка за метални повърхности. Паметта на чипа е организирана в банки: EPC банка (съхранява идентификатора), TID банка (програмирана от производителя, уникална и защитена от подправяне), User банка (по избор, за потребителски данни) и Reserved банка (пароли). Изборът на етикет зависи от работната среда, необходимия обхват на четене, метода на прикрепване и ценовите ограничения.

RFID инлеят е основният RFID компонент: микрочип, свързан с отпечатана антена, монтирана върху PET или хартиена подложка. Инлеите са градивните елементи, от които се изработват готовите RFID продукти. Мокрият инлей разполага с чувствително към натиск лепило и може да се нанася директно или да се ламинира в стикер. Сухият инлей няма лепило и се използва при производство на карти или се вгражда в твърди корпуси по време на формоване. Производителите на стикери вземат мокри инлеи, покриват ги с лицева хартия, отпечатват баркодове или текст и ги изрязват в готови RFID стикери. Производителите на карти вграждат сухи инлеи в PVC или PET-G корпуси на карти под топлина и налягане. Конструкцията на антената на инлея е един от най-съществените фактори, определящи обхвата на четене и производителността върху различни подложки — специализирани конструкции на инлеи съществуват за приложения върху метал, в близост до течности и при малки форм-фактори.

Колизия на етикети се получава, когато повече от един RFID етикет в полето на четеца отразява сигнал едновременно, създавайки застъпващи се предавания, които четецът не може да декодира. Това е едно от основните предизвикателства при RFID среди с голяма плътност на етикети. Алгоритмите за предотвратяване на колизии, вградени в протоколите за въздушен интерфейс — в частност алгоритъмът slotted Aloha, използван в EPC Gen2 — решават проблема, като разпределят етикетите в отделни времеви слотове, така че да отговарят поотделно. Процесът е достатъчно бърз (милисекунди за етикет), за да може четецът да обработи стотици етикети в секунда без забележимо закъснение. На практика, колизията на етикети се управлява чрез правилно проектиране на системата: подходяща мощност на четеца, позициониране на антените, ограничаващо ненужното припокриване на зоните за четене, и избор на протоколи с надеждни алгоритми за предотвратяване на колизии.

Колизия на четци се получава, когато два RFID четеца предават сигнали едновременно в припокриващи се зони на покритие, причинявайки смущения, които пречат на етикетите в зоната на припокриване да отговорят на кой да е от четците. Явлението е най-разпространено при мащабни UHF RFID внедрявания, като складове с множество фиксирани четци или търговски обекти с гъста читателска инфраструктура. Решенията включват множествен достъп с времево разделяне (TDMA), при което четците се редуват при предаване; честотно превключване между наличните канали; физическо екраниране между съседни зони за четене; и софтуерна координация на времевото разпределение на четците. Стандартът EPC Gen2 включва специален режим за висока плътност на четците (Dense Reader Mode), предназначен за управление на колизии при внедрявания с висока плътност.

Микровълновият RFID работи на 2,45 GHz (понякога и на 5,8 GHz). Осигурява много висока скорост на пренос на данни и сравнително голям обхват на четене, но радиовълните на тази честота се поглъщат силно от вода и човешка тъкан, ограничавайки проникването им през материали. Микровълновият RFID се използва в конкретни приложения, при които тези характеристики са приемливи или дори полезни: системи за електронно събиране на пътни такси по магистрали, системи за идентификация на превозни средства и определени RTLS реализации. Значително по-рядко се прилага в сравнение с LF, HF или UHF RFID за общи приложения в областта на веригата на доставки и инвентаризацията. Диапазонът 2,45 GHz се използва и от Wi-Fi и Bluetooth, което може да причини смущения в среди с гъста безжична инфраструктура.

Обхватът на четене е максималното разстояние, на което RFID четецът може надеждно да засече и комуникира с даден етикет. Това е една от най-неправилно разбираните RFID спецификации, тъй като зависи от много взаимодействащи фактори. Честотата оказва най-голямо влияние: LF етикетите се четат на под 30 cm, HF — на 1–15 cm, а UHF — на 0,5–12 метра при идеални условия. Предавателната мощност на четеца (регулирана от страната — 2 W EIRP в Европа, 4 W EIRP в САЩ) определя горната граница. Коефициентът на усилване и поляризацията на антената оформят полето. Размерът и конструкцията на антената на етикета определят ефективността на събиране на енергия. Фактори на средата — близкостоящ метал, течности, радиочестотни смущения, други етикети — всички намаляват ефективния обхват на четене. Публикуваните от производителите стойности на обхвата представляват оптималните условия в открито пространство. Реалният обхват на четене при практическо внедряване е типично 50–80% от публикуваните стойности и трябва да бъде валидиран чрез тестване на място.

Обратното разсейване е комуникационният механизъм, използван от пасивните и полупасивните RFID етикети. Вместо да генерира собствен радиосигнал (което би изисквало захранващ източник), чипът на етикета модулира импеданса на антената си, за да поглъща или отразява входящото радиополе на четеца по контролиран модел. Тази модулирана рефлексия пренася данните на етикета обратно към четеца. Четецът засича фините вариации в отразения сигнал и декодира идентификатора на етикета. Обратното разсейване позволява на пасивните етикети да комуникират без батерия — цялата енергия идва от предавателното поле на четеца. Техниката е разработена първоначално от радарната технология и понякога се нарича „модулация на радарното напречно сечение“. UHF EPC Gen2 етикетите използват обратно разсейване като единствен метод за комуникация.

Пасивните RFID етикети нямат вътрешен захранващ източник. Те събират необходимата енергия от електромагнитното поле, излъчвано от четеца, използват тази набрана мощност за кратко активиране на чипа си и предават съхранения идентификатор обратно към четеца чрез обратно разсейване. Извън полето на четеца пасивният етикет е напълно неактивен и не консумира енергия. Това осигурява теоретично неограничен живот на пасивните етикети — няма батерия, която да се изтощи или подмени. Пасивните етикети обикновено са малки, тънки и евтини (0,05–2,00 € при голям обем), което ги прави подходящи за маркиране на голям брой артикули. Компромисът е ограниченият обхват на четене (определен от предавателната мощност на четеца и ефективността на антената на етикета) и невъзможността за проактивно докладване на местоположение.

Протоколът за въздушен интерфейс дефинира всеки аспект на комуникацията между RFID четец и етикет: схемата за радиомодулация, кодирането на битовете, структурата на командите и отговорите, алгоритъма за предотвратяване на колизии и управлението на сесии. Различните RFID честоти използват различни протоколи за въздушен интерфейс. За UHF RFID универсален стандарт е EPC Gen2 (ISO 18000-63). За HF RFID, ISO 14443 обхваща proximity карти и NFC устройства, докато ISO 15693 обхваща vicinity карти, използвани в библиотеки и индустриални приложения. За LF RFID типични са EM4100 и ISO 11784/11785. Компонентът за предотвратяване на колизии е особено важен: той определя как четецът едновременно запитва множество етикети, без техните отговори да се застъпват и да стават нечетими. UHF Gen2 използва алгоритъм за предотвратяване на колизии с разпределени слотове (slotted Aloha), позволяващ на един четец да обработва стотици етикети в секунда дори в среди с голяма плътност на етикети.

Полупасивните RFID етикети (известни още като пасивни с батерийна поддръжка, BAP) заемат средно положение между пасивния и активния RFID. Те съдържат малка батерия, захранваща непрекъснато микрочипа и всички вградени сензори, което премахва необходимостта от събиране на мощност от полето на четеца. Въпреки това, те продължават да комуникират чрез обратно разсейване на сигнала на четеца, а не чрез активно предаване — следователно четецът трябва да присъства, за да бъде прочетен етикетът. Подходът с батерийна поддръжка разширява ефективния обхват на четене в сравнение с обичайните пасивни етикети и позволява непрекъснато регистриране на данни от сензори (например запис на температура по цялото протежение на пътуване в студена верига) дори когато етикетът е извън полето на четеца. Цените са по-високи от тези на пасивните, но по-ниски от изцяло активните етикети.

RFID етикетите без чип идентифицират себе си чрез радиочестотно отражение, без да съдържат традиционен силициев микрочип. Някои използват проводящи полимери вместо силиций; други — метални влакна или специално структурирани повърхности, отразяващи радиовълни в уникален модел на пръстов отпечатък. Четецът анализира отразения сигнал, за да определи идентичността на етикета. Тъй като не съдържат чип, RFID етикетите без чип потенциално са по-евтини за производство и могат да бъдат отпечатани или вградени директно в хартия и опаковки. Въпреки това, съвременните технологии без чип имат съществени ограничения в сравнение с чипираните RFID: значително по-нисък капацитет за данни, по-малък обхват на четене, по-ниска надеждност при четене и невъзможност за записване или актуализиране в полеви условия. Приложенията включват защита на документи (RF-отразяващи влакна в банкноти или сертификати) и някои специализирани идентификационни задачи.

Режимът за висока плътност на четци (Dense Reader Mode, DRM) е функция на стандарта EPC Gen2 за UHF RFID, която позволява на множество четци да работят едновременно в едно физическо пространство без колизии между тях. Без DRM четци, предаващи на един и същи или съседни честотни канали, могат да си пречат взаимно при четене на етикети. DRM решава проблема, като задава планове за честотни канали, разделящи предавателните честоти на четците от честотите на отговор на етикетите, и като координира работните цикли на четците така, че техните предавания да не се застъпват по начини, влошаващи четенето на етикетите. DRM е от съществено значение при внедрявания с висока плътност — например при складови докове, конвейерни линии с множество четящи станции и портали в задните помещения на търговски обекти, където няколко четеца обхващат съседни зони.

RFID четецът (называн още интерогатор) е активният компонент на RFID системата, който генерира радиочестотното поле, засича и декодира сигналите от етикетите и препраща данните към хост системата. Четците биват стационарни (монтирани на ключови точки като докове, конвейерни линии или входове) или преносими (ръчни устройства, носени от персонала за мобилно инвентаризиране или одит на активи). Четецът се свързва с една или повече антени, които фокусират и насочват радиополето. Съвременните корпоративни RFID четци могат да управляват едновременно 4–8 антени, което позволява конфигурируеми зони за четене. Четците се свързват с хост системите чрез Ethernet, Wi-Fi, USB или GPIO интерфейси и предоставят данни чрез LLRP (Low Level Reader Protocol) или собствени API.