CC BY
9
№4(121)_*** 1ьхничь1киь науки_апрель. 2024 г.
РАДИОТЕХНИКА И СВЯЗЬ
DOI - 10.32743/UniTech.2024.121.4.17316
ОБЗОР СИСТЕМ РАДИОЧАСТОТНОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ (RFID): АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ И ОБЛАСТЕЙ ПРИМЕНЕНИЯ
Гаврилов Егор Васильевич
руководитель компании "Apple 33" Владимирский Государственный Университет, Российская Федерация, г. Владимир, E-mail: [email protected]
OVERVIEW OF RADIO FREQUENCY IDENTIFICATION (RFID) SYSTEMS: ANALYSIS OF TECHNOLOGICAL SOLUTIONS AND APPLICATIONS
Egor Gavrilov
Head of Apple 33 Vladimir State University, Russia, Vladimir
АННОТАЦИЯ
Технология радиочастотной идентификации (RFID) представляет собой передовой метод автоматической идентификации объектов, использующий радиочастотные волны для передачи данных между электронной меткой и считывающим устройством. Несмотря на свою эффективность, RFID сталкивается с рядом проблем, включая высокие затраты на метки и оборудование, необходимость в развитии ИТ-инфраструктуры и влияние металлических и жидких материалов на точность считывания. В данной работе рассматриваются технологические решения, направленные на преодоление этих ограничений, а также анализируются различные сферы применения RFID, демонстрируя её многообещающий потенциал в упрощении и усовершенствовании процессов идентификации и отслеживания.
ABSTRACT
Radio frequency identification (RFID) technology is an advanced method of automatic identification of objects using radio frequency waves to transmit data between an electronic tag and a reader. Despite its effectiveness, RFID faces a number of challenges, including high tag and equipment costs, the need to develop an OT infrastructure, and the impact of metallic and liquid materials on reading accuracy. This paper examines technological solutions aimed at overcoming these limitations, as well as analyzes various applications of RFID, demonstrating its promising potential in simplifying and improving identification and tracking processes.
Ключевые слова: радиочастотная метка, радиочастотная идентификация, классификация радиочастотных меток, технологии радиочастотной идентификации, стандарты радиочастотной идентификации, устройство опроса.
Keywords: radio frequency tag, radio frequency identification, classification of radio frequency tags, radio frequency identification technologies, radio frequency identification standards, polling device.
Введение
Технология радиочастотной идентификации RFID (Radio Frequency Identification), представляет собой методологию беспроводной автоматической идентификации объектов, которая оперирует с использованием радиочастотных волн для передачи данных между меткой, закрепленной на объекте, и считывающим устройством. Система RFID состоит из двух основных компонентов: электронной метки, хранящей уникальные данные об объекте, и считывателя, который интерпретирует и передает эту информацию на вычислительные устройства для дальнейшей обработки [1].
Впрочем, технология RFШ сталкивается с рядом ограничений, среди которых особо стоит выделить влияние металлических материалов и жидкостей, которые могут существенно снижать надежность и точность считывания данных.
Кроме того, широкое внедрение RFШ-технологий осложняется рядом проблем: высокой стоимостью меток и оборудования, необходимостью развития ИТ-инфраструктуры, а также проблемами, связанными со стандартизацией и адаптацией к разнообразным условиям окружающей среды. Эти вызовы требуют комплексного подхода к решению, включая оптимизацию производственных процессов, разработку
Библиографическое описание: Гаврилов Е.В. ОБЗОР СИСТЕМ РАДИОЧАСТОТНОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ (RFID): АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ И ОБЛАСТЕЙ ПРИМЕНЕНИЯ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2024. 4(121). URL: https://7universum. com/ru/tech/archive/item/17316
новых материалов для меток и совершенствование технологического оборудования, что в итоге способствует повышению эффективности и расширению областей применения радиочастотной идентификации.
Материалом для исследования послужили публикации в научных журналах, статьи и отчеты по теме RFID, а также официальные документы международных организаций по стандартизации. Методы исследования включали аналитический обзор существующих технологических решений и проблем RFID, а также синтез информации, полученной из разнообразных источников, включая исследования, для разработки улучшенных и экономически эффективных RFID-систем. В рамках данного анализа были исследованы как технические аспекты RFID-технологии, так и её потенциальные применения в различных областях, включая логистику, промышленность, транспорт и розничную торговлю.
Аналитический обзор
В публикации, размещенной в журнале "International Journal of Radio Frequency Identification Technology and Applications", представлен новаторский подход к снижению издержек производства RFID-меток через применение метода теплового испарения. Этот процесс позволяет существенно уменьшить количество используемого металла, делая производство меток экономически более выгодным. Исследователи выдвинули гипотезу о том, что внедрение алюминия в производственный процесс может привести к сокращению стоимости RFID-меток на впечатляющие 80%. Данный аналитический обзор посвящен не только технологическим аспектам производства, но также охватывает сферы применения и потенциальные рынки для RFID-систем, предлагая также решения для их использования в условиях, неблагоприятных для традиционных технологий.
Основное внимание в работе уделяется комплексному анализу структуры систем радиочастотной
идентификации, которые традиционно состоят из следующих элементов: радиометок, используемых для маркировки объектов; устройств чтения и записи данных с этих меток (считывателей); а также серверного оборудования и программного обеспечения, задача которых заключается в декодировании информации, получаемой считывателями, и представлении ее в удобном для анализа и управления формате. В ходе исследования особое внимание уделяется потенциалу технологии в адаптации к сложным условиям эксплуатации, что открывает новые перспективы для расширения областей применения RFШ-меток [2].
В свою очередь в рамках данной статьи последующие разделы будут глубоко погружаться в технологические решения и области применения систем RFID, подчеркивая инновации и универсальность, которые определяют эту область. Внимание будет распространяться на оценку эффективности, проблем и будущие перспективы технологии RFID в различных операционных средах с целью внести всесторонний анализ в академический дискурс о системах RFID.
1. Классификация КРГО меток
Технология радиочастотной идентификации (RFID) продолжает активно интегрироваться в различные сферы нашей жизни, становясь неотъемлемым инструментом во многих отраслях экономики. Её применение охватывает широкий спектр направлений — от логистики и складского хозяйства до розничной торговли и управления доступом, демонстрируя значительные преимущества по сравнению с традиционными методами идентификации [1].
Если же говорить о классификации RFID-меток, то данные метки в системе RFID классифицируются по различным критериям, включая источник питания, тип используемой памяти и конструктивные особенности [3].
Таблица 1.
Классификации RFID-меток
Категория Тип Описание
Источник питания Пассивные метки Работают без внешнего источника питания, отражая сигнал считывателя.
Активные метки Содержат встроенную батарею, что позволяет им отправлять сигналы на большие расстояния.
Полупассивные метки Обладают собственной батареей, но их действие зависит от мощности считывателя.
Тип памяти Read Only Метки содержат данные, записанные на этапе производства, которые не могут быть изменены.
Write Once Read Many (WORM) Метки позволяют записать данные однократно, с последующей возможностью многократного чтения.
Read and Write Метки поддерживают многократную запись и чтение данных.
Категория Тип Описание
Форма исполнения Наклейки Тонкие стикеры на бумажной или пластиковой основе.
Корпусированные метки Имеют защитный пластиковый или стеклянный корпус.
Этикетки и бирки Могут интегрироваться в продукцию или материалы.
Инлей Используются для изготовления карточек и пропусков.
Специальные транспондеры Разрабатываются для конкретных целей, например, в виде браслетов для учета посетителей.
2. Применение RFID
В промышленной сфере RFID способствует автоматизации процессов управления, позволяя осуществлять точную маркировку и отслеживание материалов и оборудования.
В транспорте технология используется для создания бесконтактных систем оплаты в общественном транспорте, а также для автоматизации сбора платы на платных дорогах.
Если же говорить о логистике, то RFID упрощает процессы отслеживания перемещения транспорта
и грузов, обеспечивая высокую точность и оперативность логистических операций.
В розничной торговле RFШ-метки способствуют автоматизации учета товаров, предотвращению краж и подделок, а также оптимизации складского хозяйства.
Таким образом, RFID представляет собой многофункциональную технологию, оказывающую значительное влияние на упрощение и усовершенствование процессов идентификации и отслеживания в различных сферах деятельности (рис.1.) [4].
Рисунок 1. Сферы применения RFID технологий [5]
В свою очередь RFID-технология предоставляет значительные преимущества для автоматизации процессов, включая высокую степень защиты от подделки, способность к многократному считыванию данных с одного или нескольких объектов без прямого контакта, а также устойчивость к внешним воздействиям и длительный срок службы. Технология позволяет достичь высокой эффективности в различных сферах применения, значительно повышая
уровень безопасности, упрощая процессы учета и контроля, а также оптимизируя логистические и производственные операции [4,5].
3. Этапы работы систем радиочастотной идентификации RFID
Принцип работы технологии радиочастотной идентификации (RFID) предполагает взаимодействие между двумя ключевыми элементами системы:
идентификационным тегом, прикрепленным к объекту, и устройством для чтения и передачи данных, известным как интеррогатор или считыватель.
1. На начальном этапе, используя специализированное оборудование, такое как принтеры для ИРГО-тегов или дубликаторы, на радиочастотную метку записываются уникальные идентификационные данные.
2. После записи данных, тег фиксируется на объекте, который предполагается идентифицировать с помощью системы.
3. Когда RFID-считыватель начинает взаимодействие с меткой, он создает электромагнитное поле. Это поле активизирует метку, пропуская электроны через ее антенну и обеспечивая необходимое питание микрочипу.
4. "Пробужденный" тег реагирует на запрос считывателя, отправляя обратно сигнал через антенну. Данный процесс передачи информации от тега к считывателю, основанный на явлении обратного рассеяния (backscatter), позволяет микрочипу транслировать запрограммированные данные обратно к считывающему устройству в форме радиоволн.
и
апрель, 2024 г.
5. Считыватель, в свою очередь, захватывает и анализирует пришедший радиосигнал, определяя изменения в электромагнитном поле, вызванные ответной реакцией метки.
6. Обработка полученных данных происходит при помощи встроенного программного обеспечения считывателя, которое анализирует и преобразует радиосигналы в цифровую информацию.
7. Завершающий этап предусматривает передачу собранных и обработанных данных на компьютер или другое устройство с установленным программным обеспечением, специально разработанным для работы с ЯРГО-метками, обеспечивая тем самым возможность дальнейшей их интерпретации и использования [6].
В совокупности, описанный механизм ЯРГО-технологии демонстрирует эффективный способ автоматизированной идентификации объектов посредством уникальных кодов, встроенных в микрочипы тегов, что обеспечивает высокую точность и скорость обработки информации (рис. 2.).
Рисунок 2. Схема работы RFID [7]
RFID метка
Системы, базирующиеся на технологии радиочастотной идентификации (RFID), организовываются вокруг двух фундаментальных компонентов: идентификационного тега, аффилированного с определенным объектом, и устройства для обмена данными, известного как интеррогатор или считыватель.
4. Стандарты и протоколы RFID
RFID-метки функционируют в строгом соответствии с установленными международными стандартами, регламентирующими частотные диапазоны и протоколы обмена данными, под эгидой международных организаций ISO и IEC, занимающихся стандартизацией в области электротехники и смежных технологий.
Стандарты ISO/IEC 18000. Эта серия стандартов охватывает частотный спектр от 125 кГц до 2,45 ГГц, предусматривая использование как пассивных, так и активных меток. Она включает в себя ряд частей,
каждая из которых описывает радиоинтерфейсные параметры для различных диапазонов частот.
ISO 11784/11785. Эти стандарты ориентированы на использование RFID-тегов в области животноводства, предписывая уникальную структуру данных и принципы обмена между тегами и считывателями.
ISO/IEC 14443. Международный стандарт, регулирующий параметры бесконтактных идентификационных карт, работающих на частоте 13,56 МГц, обеспечивает безопасный и надежный обмен данными на коротких расстояниях.
ISO/IEC 15693. Широко используемый стандарт для HF-меток и чипов, предназначенных для бесконтактных платежных систем и идентификационных карт, поддерживает эффективный обмен данными на расстоянии до нескольких метров.
EPC Gen2 (UHF RFID). Стандарт, разработанный для ультравысокочастотных (UHF) меток, обеспечивает передачу данных на средние и дальние расстояния, поддерживая высокий уровень защиты
и возможность многократной перезаписи информации [8].
Таким образом, международные стандарты и протоколы играют ключевую роль в обеспечении совместимости и безопасности систем на основе ИЕГО-технологии, способствуя их широкому распространению в различных отраслях.
5. Перспективы развития
В современной транспортной отрасли, рынок предлагает обширный спектр решений для систем радиочастотной идентификации (RFID), предоставляемых как отечественными, так и иностранными производителями. Эффективность применения таких систем зависит от специфики поставленных задач, что позволяет использовать разнообразные типы ИРГО-меток, адаптированные к конкретным условиям эксплуатации.
В области логистики и производства внедрение ИРГО-технологии направлено на решение широкого круга задач, включая сокращение уровня потерь товаров, оптимизацию учета и контроля за перемещением продукции, а также на ускорение процессов бизнеса. Эффективность внедрения системы напрямую зависит от глубины понимания целей ее использования со стороны заказчика.
В контексте идентификации транспортных средств и управления производственными процессами, системы RFID могут демонстрировать значительные отличия. Важно осознавать, что не все продукты поддаются эффективной маркировке инлеями из-за их ограничений по считыванию на металлических поверхностях и через водные барьеры. Это ставит перед производителями определенные трудности
в адаптации RFID-технологии для маркировки широкого ассортимента товаров.
При работе с КРГО-системами в логистических и производственных процессах необходимо учитывать не только технические аспекты, но и организационную культуру внутри компании. Внедрение новой технологии может столкнуться с сопротивлением со стороны персонала, что существенно затрудняет процесс интеграции системы в существующие бизнес-процессы.
На российском рынке представлены различные категории поставщиков RFID-оборудования: дистрибуторы, интеграторы и производители. Отечественный сектор пока что ограничен в производстве собственных ЦОТ-чипов, что заставляет местных производителей меток опираться на импортные компоненты [9].
Заключение
Исследование систем радиочастотной идентификации (RFID) показало, что данная технология обладает значительным потенциалом в разнообразных сферах применения, от логистики до розничной торговли. Несмотря на проблемы с затратами и влиянием окружающей среды на эффективность считывания, развитие новых материалов для меток и оптимизация производственных процессов позволяют преодолевать эти ограничения. Международные стандарты и протоколы, а также инновационные исследования в области снижения издержек производства ИРГО-меток открывают новые возможности для расширения областей применения и повышения эффективности радиочастотной идентификации.
Список литературы:
1. Григорьев П.В. Особенности технологии RFID и ее применение // Молодой ученый. 2016. № 11 (115). С. 317-322.
2. Ramade C. et al. Thin film HF RFID tag deposited on paper by thermal evaporation //International Journal of Radio Frequency Identification Technology and Applications. - 2012. - Т. 4. - №. 1. - С. 49-66.
3. Омаров Д.Б. КЛАССИФИКАЦИЯ RFID-МЕТОК И ИХ ОБЗОР //Цифровизация: Россия и СНГ в контексте глобальной трансформации. - 2021. - С. 29-33.
4. Munoz-Ausecha C., Ruiz-Rosero J., Ramirez-Gonzalez G. RFID applications and security review //Computation. -2021. - Т. 9. - №. 6. - С. 69.
5. ТЕХНОЛОГИИ RFID ПРЕЗЕНТАЦИЯ - 89 ФОТО. 2024. [Электронный ресурс] Режим доступа: https://triptonkosti.ru/foto/tehnologii-rfid-prezentaciya-89-foto.html
6. Dastres R., Soori M., Asamel M. Radio Frequency Identification (RFID) based wireless manufacturing systems, a review //Independent Journal of Management & Production. - 2022. - Т. 13. - №. 1. - С. 258-290.
7. RFID технология — стандарты и протоколы, сферы применения, преимущества. 2021. [Электронный ресурс] Режим доступа: https://scanport.ru/blog/rfid-tehnologiya-standarty-i-protokoly-sfery-primeneniya-preimushhestva/
8. Phillips T., Karygiannis T., Kuhn R. Security standards for the RFID market //IEEE Security & Privacy. - 2005. -Т. 3. - №. 6. - С. 85-89.
9. Григорьева А. Перспективы развития RFID-технологии: возможности и угрозы //Склад и техника. - 2015. -№. 10. - С. 18-21.
