CC BY
58
Алексей Макаревич
заведующий сектором разработки
Национального центра информационных ресурсов и технологий
Автоматическая идентификация — фаворит мировой торговли
Автоматическая бесконтактная идентификация объектов используется в мировой практике более 60-ти лет. Все большее распространение эти методы получают и в нашей стране. В первую очередь они нашли приложение в торговле — практически в каждом крупном магазине используется технология, основанная на распознавании штриховых кодов. Однако сегодня им на смену приходит новый способ, созданный на основе радиоволн, что позволяет уникально идентифицировать объекты блоками (до 500 единиц в секунду) вне зоны видимости и с меньшей вероятностью операционных ошибок.
Под автоматической идентификацией понимают совокупность технологий, в которых с помощью электронных средств выявляются уникальная характеристика или последовательность данных, связанных с материальным объектом, и на основе обработки этой информации производится его распознавание. Среди множества технологий автоматической идентификации выделяются штриховое и радиочастотное кодирование и идентификация.
Штриховое кодирование
Штриховое кодирование основано на представлении информации в виде напечатанных формализованных комбинаций
элементов установленной конфигурации, размера, цвета, отражающей способности и ориентации для последующего оптического считывания и преобразования в форму, необходимую для ее автоматического ввода в вычислительную машину.
Штрих-коды — самая известная из всех технологий автоматической идентификации. Штриховой код символики EAN/UPC, представленный семейством символов EAN-8, EAN-13, UPC-A, UPC-E, предназначен для кодирования цифровой информации и является одним из основных машиночитаемых носителей данных в рамках международной системы EAN^UCC. Символики штрихового кода Code 128 (код 128) и Code 39 (код 39) наряду с
EAN/UPC и Interleaved 2 of 5 (2 из 5-ти чередующихся) в настоящее время являются самыми распространенными в мире среди линейных символик, в которых символ представлен последовательностью знаков, выстроенных в одну линию. Но в отличие от EAN/UPC и Interleaved 2 of 5 эти символики позволяют кодировать не только цифровую информацию, но и данные, содержащие латинские буквы и специальные графические знаки.
Двумерные штрих-коды
Новой разновидностью штрих-кодов являются двумерные коды. Символ с многострочной символикой состоит из двух и более смежных по вертикали строк знаков. В отличие от традиционных линейных символик штрихового кода, которые представляют собой короткую последовательность данных, являющуюся, как правило, ключом к записи во внешней базе данных, многострочные символики позволяют кодировать информацию в полном объеме. Кроме того, они включают в себя специальные механизмы по сжатию данных, представленных в нескольких символах,
защите их от повреждения, связыванию информации в один большой файл; представлению различных наборов знаков в одном сообщении. Примерами таких кодов являются PDF 417, MaxiCode, Data Matrix, Aztec Code и др.
Основными преимуществами штрих-кодов являются:
• 100%-ная идентификация объектов учета;
• возможность автоматизации процессов учета готовой продукции, изделий, основных средств и имущества;
• экономия времени;
• уменьшение ошибок.
Таким образом, с помощью штрих-кодов сбор и запись информации становятся более быстрыми и точными, что дает возможность снижать цены, сводить к нулю вероятность ошибок, а также упрощать все процессы товарооборота.
Радиочастотная идентификация (RFID)
В настоящее время наряду со штриховым кодированием все чаще применяется радиочастотная идентификация, или RFID (Radio Frequency Identification). Данная технология позволяет получать информацию о предмете без прямого контакта, причем дистанции, на которых может проходить считывание и запись информации, варьируются от нескольких миллиметров до десятков метров в зависимости от применяемой технологии. Сами радиочастотные метки тоже различны по размерам — от совсем крошечных, вживляемых животным для отслеживания их перемещения, до больших, которые прикрепляются к контейнерам, железнодорожному подвижному составу. Частота, на которой работают метки и считывающие устройства, также неодинакова, от 126 кГц до 5,8 ГГц.
Типичная система RFID состоит из радиочастотной метки или транспондера, считывателя информации и устройства для обработки информации — компьютера (см. рис.).
Метка и считыватель связываются между собой радиочастотным каналом. Считыватель имеет в своем составе передатчик и антенну, посредством которых излучается
электромагнитное поле определенной частоты. Попавшие в зону действия считывающего поля радиочастотные метки «отвечают» собственным сигналом, содержащим полезную информацию (например код товара) на той же или другой частоте. Сигнал улавливается антенной считывателя, полезная информация расшифровывается и передается в компьютер для обработки.
Классификация RFID
Радиочастотная метка обычно включает в себя приемник, передатчик, антенну и блок памяти для хранения информации.
Метки с источниками питания называются активными. Дальность их считывания не зависит от энергии считывателя.
Пассивные метки не имеют собственного источника питания, а необходимую для работы энергию получают из поступающего от считывателя электромагнитного сигнала. Дальность чтения таких меток взаимосвязана с энергией считывателя.
Информация в устройство памяти радиочастотной метки может быть занесена различными способами. Они обусловлены конструктивными особенностями метки.
Различают следующие их типы:
1. Read Only — метки, работающие только на считывание информации. Необходимые для хранения данные заносятся в память метки изготовителем и не могут быть изменены в процессе эксплуатации.
2. WORM — метки для однократной записи и многократного считывания информации. Они поступают от изготовителя без каких-либо данных пользователя в устройстве памяти. Необходимая информация записывается самим пользователем, но только один раз. При желании изменить данные потребуется новая метка.
3. R/W — метки многократной записи и многократного считывания информации.
Частоты электромагнитного излучения считывателя и обратного сигнала, передаваемого меткой, значительно влияют на характеристики работы радиочастотной системы в целом. Как правило, чем выше диапазон рабочих частот системы RFID, тем больше дальности, на которых счи-тывается информация с радиочастотных меток.
Классификация меток по частоте представлена в табл.1.
К достоинствам RFID по сравнению со штриховым кодированием следует отнести то, что расположение радиочастотной метки не имеет особого значения для считывателя, ее данные могут дополняться и засекречиваться. Кроме того, метки лучше защищены от воздействия окружающей среды, а посему более долговечны.
Однако наряду с преимуществами радиочастотным меткам присущи и некоторые недостатки, например относительно высокая стоимость; невозможность размещения под металлическими и электро-
Таблица 1. Характеристики системы в зависимости от диапазона частоты
Диапазон частот Характеристики системы Примеры применения
Низкие 100-500 кГц Малая дальность считывания, низкая стоимость меток Контроль доступа, идентификация животных, системы инвентаризации
Промежуточные 10-15 МГц Средняя дальность считывания Контроль доступа, смарт-карты
Высокие 850-950 МГц 2,4-5,0 ГГц Большие дальность и скорость считывания, требуется точное нацеливание считывателя, высокая стоимость меток Наблюдение за перевозкой грузов железной дорогой, системы взимания платы с водителей автомобилей за пользование дорогой
64
НАУКА И ИННОВАЦИИ №10(44)_2006
проводными поверхностями; взаимные коллизии при попадании в поле действия считывателя одновременно нескольких радиочастотных меток; подверженность помехам в виде электромагнитных полей; влияние на здоровье человека.
Перечень использования RFID, приведенный в табл. 1, можно расширить. Это защита автомобильных прицепов от угонов (используется с 1998 г. в Великобритании); наблюдение за движением общественного транспорта, электронная маркировка товаров в торговле; контроль доступа (на турникетах при входе в здание, на дверях помещений с ограниченным доступом и др.).
Стандартизация в области RFID
Изначально для RFID использовался диапазон низких частот, поэтому LF (low frequency) — технология, принятая для самого старого варианта RFID, была востребо-
вана главным образом в производстве и сельском хозяйстве. ISO 11784 и ISO 11785 — два широко распространенных стандарта в области низких частот (125 кГц), которые в основном применялись для идентификации и слежения за животными. При этом ISO 11784 определял структуру данных признака животных (они могут быть помечены кодом страны и уникальным национальным удостоверением личности), а ISO 11785 был посвящен техническим аспектам коммуникации.
В скором времени развитие самой технологии (выход на новые частоты) и расширение сфер ее применения (структуры данных, протоколов обмена) настолько ускорило темп, что число стандартов ISO значительно выросло (табл. 2).
Стандарты EPC Global
Кроме известных стандартов ISO широкое применение и популярность получили
стандарты компании EPC Global, которая занимается стандартизацией в области сверхвысоких частот (UHF). Чтобы завоевать рынок и быть понятной потребителям RFID, компания выделила определенные функциональные группы меток, назвав их классами:
• класс 0. Группа пассивных меток для идентификации объекта, содержащих только так называемый электронный код продукта в неизменном виде и использующий проверку CRC для обнаружения ошибок;
• класс 1. Группа пассивных меток с функциональными возможностями, включающая в себя все метки, имеющие какие-либо дополнительные функции, отличающие их от первой группы. Примером таких функций могут быть перезаписываемый EPC, шифрование данных и т.п.;
• класс 2. Группа «полупассивных» меток, использующих дополнительно источник
Таблица 2. Стандарты ISO в области RFID
Стандарт ISO/IEC Название Статус
ISO 11784 ISO 11785 ISO/IEC 14443 Радиочастотная идентификация животных. Структура информации Радиочастотная идентификация животных. Техническая концепция Карты идентификации. Бесконтактные карты с интегральной схемой. Ргахт^-карты Изданный стандарт-1996 Изданный стандарт-1996 Изданный стандарт-2000
ISO/IEC 15693 ISO/IEC 18001 Карты идентификации. Бесконтактные карты с интегральной схемой. Vicinity-карты Информационная технология. Технология АЮС. RFID для управления объектами. Требования к приложениям Изданный стандарт-2000 Изданный стандарт-2004
ISO/IEC 18000-1 Интерфейс радиосвязи (часть 1). Общие параметры каналов связи для разрешенных частотных диапазонов Изданный стандарт-2004
ISO/IEC 18000-2 Интерфейс радиосвязи (часть 2). Параметры интерфейса радиосвязи с частотой до 135 кГц Изданный стандарт-2004
ISO/IEC 18000-3 Интерфейс радиосвязи (часть 3). Параметры интерфейса радиосвязи на частоте 13,56 МГц Изданный стандарт-2004
ISO/IEC 18000-4 Интерфейс радиосвязи (часть 4). Параметры для интерфейса радиосвязи на частоте 2,45 ГГц Идет заключительное утверждение как мирового стандарта
ISO/IEC 18000-5 Интерфейс радиосвязи (часть 5). Параметры для интерфейса радиосвязи на частоте 5,8 ГГц Идет заключительное утверждение как мирового стандарта
ISO/IEC 18000-6 Интерфейс радиосвязи (часть 6). Параметры для интерфейса радиосвязи в диапазоне частот 860—930 МГц Изданный стандарт-2004
ISO/IEC 18000-6 Интерфейс радиосвязи (часть 6). Параметры для интерфейса радиосвязи на частоте 433,92 МГц Идет заключительное утверждение как мирового стандарта
ISO/IEC 15960 Синтаксис данных. Требования к прикладному сообщению Изданный стандарт-2004
ISO/IEC 15961 RFID для управления объектами. Протокол передачи данных — прикладной интерфейс Изданный стандарт-2004
ISO/IEC 15962 RFID для управления объектами. Протокол правил кодировки данных и логических функций памяти Изданный стандарт-2004
ISO/IEC 15963 RFlD для управления объектами. Уникальная идентификация радиочастотной метки Идет заключительное утверждение как мирового стандарта
Таблица 3. Использование стандартов EPC Global
Стандарт EPC Global Название, содержание
Стандарты данных метки EPC Определенные схемы шифрования номера объекта для версии EAN.UCC Global Trade (GTIN®), а также следующих стандартизованных данных: EAN.UCC Serial Shipping Container Code (SSCC®), EAN.UCC Global Location Number (GLN®), EAN.UCC Global Returnable Asset Identifier (GRAI®), EAN. UCC Global Individual Asset Identifier (GIAI®), General Identifier (GID) Коммуникационный протокол и интерфейс для класса 0 на частоте 900 МГц
Спецификации класса 0 UHF
Спецификации класса 1 UHF Коммуникационный протокол и интерфейс для класса 1 на частоте 860-930 МГц
Спецификации класса 1 UHF, второе поколение Коммуникационный протокол и интерфейс для класса 1 на частоте 860—930 МГц, основанный на первом поколении класса 1
Спецификации класса 1 HF Коммуникационный протокол и интерфейс для класса 1 на частоте 13,56 МГц
Протокол считывателя Обмен сообщениями и протокол между считывателями меток и поддерживающим EPC программным обеспечением
Спецификация Savant Спецификация для служб Savant, выполняющих запросы приложений в пределах сети EPC Global
Спецификация ONS Спецификация для использования ONS при извлечении информации, связанной с EPC
Спецификация ядра PML Спецификация для общего набора словарей, который используется в пределах глобальной сети EPC, обеспечивающая стандартизированный формат данных, полученных считывателями
питания. При этом основным источником должен являться считыватель, а точнее, излучаемая им энергия;
• класс 3. Группа активных меток со встроенным источником питания, полностью обеспечивающим метку необходимой энергией вне зависимости от считывателя;
• класс 4. Группа активных RFID-меток, содержащих не только встроенный источник питания, но и набор определенной логики, позволяющий метке обмениваться данными с такой же меткой или обычным считывателем.
В настоящее время существует два поколения стандартов EPC (Generation 1, Generation 2). В первом поколении были определены только метки классов 0 и 1.
Сеть EPC, или как ее еще называют UCCNET, отслеживает теговые объекты EPC в процессе их движения от поставки из источника к потребителю. Сеть EPC состоит из следующих используемых в системе стандартов:
• ONS — службы именования объектов, аналог DNS типичной компьютерной
сети. Каждый признак EPC привязан к детальной информации об объекте через локальную сеть или Web;
• Savant — технологии программного обеспечения, служащей «нервной системой» для сети, управляющей потоком данных между метками и считывателями;
• PML — языка физического обозначения, поднабора из XML-языка, который был определен как стандартная платформа развития для сети EPC.
Стандарты EPC Global охватывают следующие области, представленные в табл. 3.
Gen 2 — результат процесса стандартизации, управляемого EPC Global, дочерней компанией Uniform Code Council и EAN International, международных организаций по стандартизации, ответственных за широкое внедрение штрих-кода. Ожидается, что протокол EPC Global Gen 2 станет лидирующим стандартом для RFID с рабочей частотой систем в UHF диапазоне 900 МГц, который преодолевает многие ограничения решений EPC Global Class 0 и Class 1 первого поколения.
Gen 2 представляет собой концепцию с улучшенными качествами и стандартами работы, такими, как функционирование нескольких считывателей в непосредственной близости друг от друга, соответствие всем нормам мировых регулирующих органов, высокий уровень качества и большая скорость считываемости меток, возможность многоразовой записи информации и повышенный уровень безопасности.
Автоматическая идентификация в Беларуси
В нашей стране с 1999 г. ведется национальный депозитарий штриховых кодов (ДШК) некоммерческой негосударственной организацией EAN Беларуси, являющейся членом EAN Internaional. На данный момент в ДШК насчитывается более 1700 предприятий и свыше 800 тыс. товаров и услуг. Присвоены номера товарам из различных областей производства: продуктам питания; одежде и белью; бытовой технике; бытовой химии; автозапчастям; медпрепаратам; косметике; строительным материалам; мебели и др.
В области автоматической идентификации действуют международные стандарты ISO, межгосударственные стандарты ГОСТ и государственный стандарт Республики Беларусь — СТБ 1146-99 «Автоматическая идентификация. Штриховое кодирование. Общие положения». С 1 октября 2000 г. обязательно маркирование штриховыми идентификационными кодами товаров (продукции), производимых юридическими лицами и индивидуальными предпринимателями на территории нашей страны и поставляемых на экспорт, на которых технически возможно нанесение штриховых идентификационных кодов.
В целом, преимущества использования методов автоматической идентификации уже оценены. Их применение значительно повышает эффективность процессов производства, транспортирования, хранения и торговли, снижает вероятность административных ошибок при совершении различного рода операций, а также предоставляет дополнительные возможности идентификации товаров в агрессивных средах и труднодоступных местах.
ее
НАУКА И ИННОВАЦИИ №10(44)_2006
