RFID-технологии. Кто, как, где и зачем их использует?

Из каких компонентов состоит и как работает RFID-технология

RFID – это технология радиочастотной идентификации, аббревиатура расшифровывается как Radio-frequency identification. В основе этой системы, состоящей из метки (идентификатора, транспондера, тега) и считывателя, лежит радиочастотная запись и обмен информацией между меткой и считывателем. Проще говоря, радиоволновым способом конфиденциальные данные записываются на идентификаторе, сохраняются на нем и при необходимости считываются с помощью считывателя.

Мощность излучения метки и считывателя обычно одинаковая. Но иногда в теге предусмотрен сигнал, мощность которого гораздо ниже, по сравнению с сигналом, поступающим от считывателя.

Устройство и принцип работы RFID-меток

В схему RFID-метки входят следующие основные компоненты:

• Чип с памятью. На нем хранится записанная информация, требуемая для идентификации определенного человека, животного или объекта.
• Антенна. Служит для обмена сигналами идентификатора со считывателем.
• Интегральная схема. Полупроводник, для которого требуется питание от мини-батарейки или от RFID-считывателя посредством радиоволн.
• Корпус. Предназначен для объединения и защиты компонентов от наружных воздействий.

RFID-метки нужны для записи: уникального кода объекта, дополнительной информации, пароля для доступа к памяти чипа и его сброса. На метках, расположенных на товаре, могут быть указаны номер сопроводительного документа, дата изготовления, серийный номер продукции, срок хранения и другие полезные сведения о товаре.

Как работает RFID-метка:

1. Считыватель генерирует магнитное поле, при попадании в которое тег активизируется и принимает сигнал.
2. Метка передает сигнал считывателю.
3. Встроенный приемопередатчик считывателя принимает сигнал от тега и осуществляет запрограммированные действия.

Классификация RFID-меток

Все транспондеры можно классифицировать по нескольким признакам: типу питания, виду памяти, частоте, конструктивному исполнению.

По типу питания

По этому критерию различают следующие виды меток:

• Пассивные. Не оснащены собственным источником питания. Это самые дешевые и популярные устройства. Энергию, необходимую для функционирования, они получают от считывателя посредством радиоволн.
• Активные. Имеют в конструкции собственную аккумуляторную батарею, которая позволяет самостоятельно, с определенным периодом, транслировать идентифицирующую информацию.
• Пассивные с интегрированной батарейкой. Иначе их называют промежуточными, полуактивными или полупассивными. Такие RFID-метки передают сигнал только при поступлении запроса от считывателя.

По типу памяти

В зависимости от типа памяти, RFID-метки могут быть доступны для записи данных или только для их считывания:

• RW. Допускает многократную запись и стирание идентифицирующих сведений.
• WORM. На такой чип можно записать данные и многократно их считывать. Сделать перезапись невозможно.
• RO. Сведения на чип записываются один раз во время производственного процесса. Такие транспондеры используются для идентификации товаров.

По частоте, на которой транслируется информация

• Сверхчастотные – 860-960 МГц. Такие RFID-системы, широко востребованные в складском деле, имеют наибольший радиус действия и высокую скорость трансляции данных. UNF-транспондеры изготавливаются в основном из фольги. Минусы такого решения – высокая стоимость работы в некоторых высокочастотных полосах и возможность попадания некоторых частот под действия ограничений.
• Высокочастотные – 13,56 Гц. Недорогие, часто используемые устройства. Применяются в складском хозяйстве, картах для оплаты проезда, различных платежных системах. Ветвью высокочастотной RFID является технология NFC, ее отличие – работа только на малых расстояниях. NFC лежит в основе бесконтактных платежей, которые осуществляются с использованием смартфонов. Короткая длина волны высокочастотной RFID требует всего несколько витков антенны, что позволяет применять вытравленные или печатные антенны.
• Низкочастотные – 125-164 кГц. Служат для считывания информации на малом расстоянии. Для них характерна низкая скорость обмена информацией. Часто применяются для чипирования животных. Устойчивы к металлам и жидкостям.

По конструктивному исполнению

Внешний вид РФИД-меток зависит от области применения:

• Круглые. Диаметр – 3-10 мм. Корпус, изготовленный из ударопрочного АБС-пластика, эпоксидной смолы или полистирола, позволяет использовать метку в широком температурном диапазоне – от -40 до +90 ̊C.
• В виде брелоков. Чаще всего такие идентификаторы используются для обеспечения доступа в производственные, складские, офисные здания, реже – в частные домовладения.
• Прямоугольные. Прочный противоударный корпус надежно защищает компоненты от повреждений, даже при падении с высоты. Востребованы для маркировки инструмента, складских ячеек, газовых и кислородных баллонов.
• Стеклянные или пластиковые колбы. Востребованы для идентификации людей и животных, а также на объектах, изготовленных из металла.
• Бесконтактные пластиковые карты – проездные, банковские, обеспечивающие доступ на объект.
• Самоклеящиеся этикетки. Производятся из полимерных материалов или бумаги. На этикетки наносится штрих-код или другие сведения. Их наклеивают только на гладкие поверхности предметов интерьера и инвентаря.
• RFID-браслеты. Метки располагаются в пластиковом корпусе браслета. Такие идентификаторы востребованы в качестве пропусков на объект или в его определенные секторы, для контроля посетителей в спортивных, медицинских и других учреждениях. Востребованы для интеграции в СКУД.
• «Невидимые». Вшиваются в ткань текстильных изделий, мех. Для маркировки различного инвентаря востребованы радиометки, способные выдержать высокотемпературные и влажные условия.

Классификация считывателей

Эти устройства разделяют на два вида: мобильные и стационарные.

Мобильные

Такие считыватели не связаны постоянно с персональным компьютером или облачным хранилищем. Все сведения они хранят в памяти и при соединении с ПК сбрасывают данные на жесткий диск. Радиус действия – небольшой.

Стационарные

Такие устройства – мощные, быстродействующие. Они могут фиксироваться на столах, полках, стенах, в транспортных средствах. Работают с антеннами разных видов. Работают совместно с программируемыми контроллерами, ПК, единой системой управления предприятием.

Как работают считыватели в RFID-технологии

Считыватели могут работать с одной или несколькими антеннами, расположенными в антенном блоке. Он может находиться в едином корпусе с RFID-считывателем или располагаться отдельно. При отдельном расположении антенного блока для его взаимодействия со считывателем понадобится кабель. Приемник функционирует в одном или нескольких частотных диапазонах. Второй вариант обеспечивает ряд преимуществ:

• Идентификация объектов осуществляется с помощью сверхчастотных и высокочастотных сигналов.
• Запись сведений осуществляется на низких частотах, что обеспечивает защиту данных от утечки.

Задачи RFID-считывателей:

• Получить и выполнить команды контроллеров или поступающие от программного обеспечения ПК.
• Предотвратить пересечение нескольких сигналов.
• Получить ответ от RFID-меток и совершить соответствующее действие.
• Записать информацию на RFID-устройства.
• Выполнить дополнительные команды, например, деактивировать RFID-метку.

Области использования RFID-меток

RFID-технология применяется во многих сферах экономики и повседневной жизни, области ее использования постоянно расширяются благодаря простоте использования и относительно невысокой стоимости RFID-устройств.

Маркировка текстильных изделий и других товаров

Использование RFID-технологии позволяет упростить ряд действий в торговой сфере:

• учет товаров;
• сбор сведений для анализа;
• контроль над остатками товаров на централизованных складах и торговых точках;
• идентификация товаров в госреестре;
• борьба с воровством и контрафактом.

Транспортная сфера

Бесконтактные карты с интегрированными RFID-метками востребованы для электронной оплаты проезда. Их применение сокращает расходы на обслуживающий персонал и повышает эффективность функционирования транспортных компаний. Радиочастотная технология применяется для контроля за перемещением багажа, его выдачей владельцу.

Складские хозяйства

RFID-технология позволяет:

• контролировать складские запасы;
• следить за перемещением товаров на транспортных средствах;
• получать и сохранять данные о маршруте следования транспортных средств с товарами, их техническом состоянии.

Производственная сфера

Использование транспондеров позволяет отслеживать перемещение сырья, полуфабрикатов, готовой продукции, исключать случаи воровства, контролировать соблюдение правил производственных технологий.

Библиотечное дело

RFID-метки, используемые для печатных изданий, обеспечивают их безопасность. Книгу с электронной маркировкой без совершения определенных действий работником библиотеки вынести за ее пределы невозможно.

Медицина

В медицинских учреждениях RFID-метки обеспечивают возможность:

• управлять запасами медицинских препаратов;
• отслеживать место нахождения медоборудования;
• обнаруживать выход из постели больных, их падение;
• отслеживать нахождение медперсонала;
• контролировать выполнение предписаний врача младшим персоналом;
• предоставлять данные для заполнения электронных медкарт.

При использовании этой технологии в медицине необходимо исключить даже малейшую вероятность влияния электромагнитных помех от устройств RFID на медицинское оборудование.

Преимущества использования RFID-технологии

Плюсы применения транспондеров и считывателей:

• Каждой микросхеме присваивается уникальный номер, назначаемый одноразово.
• Информация на носителе (не во всех моделях) может быть изменена в режиме онлайн, что является большим преимуществом RFID-меток перед штрихкодами. Штрихкоды наносятся на стадиях производства и упаковки продуктов и в дальнейшем их информацию изменить нельзя. Еще один плюс тегов – сохранность информации даже при небольших повреждениях физического носителя памяти.
• Возможность связи между идентификатором и считывателем без прямого визуального контакта. Это позволяет размещать товар в месте, защищенном от пыли, грязи, прямых солнечных лучей.
• Высокая скорость трансляции данных, особенно в сверхчастотных и высокочастотных моделях.
• Возможность массового захвата – одновременного считывания нескольких тегов за один рабочий ход. Можно считывать информацию даже с движущихся объектов.

Преимущества электронных замков с RFID-устройствами

Электронные замки с метками и считывателями входят в стандартное оборудование гостиниц, офисов, спа-центров, фитнес-клубов. Они позволяют ограничивать и контролировать доступ людей на объект или отдельные его помещения. Типы RFID-ключей, которые могут использоваться в этом случае: магнитные карты, браслеты, брелоки.

Преимущества такого решения:

• Замки с устройствами RFID могут устанавливаться на входные и внутренние двери любого типа открывания, дверцы шкафов, сейфы, выдвижные ящики.
• Монтаж таких замочных систем, особенно накладных и с автономным электропитанием, не занимает много времени.
• Надежность RFID-замков, удобное и безопасное использование.

Дополнительные возможности, которые предоставляют электронные замки для гостиниц с RFID-метками:

• посетители имеют возможность открывать и закрывать замки в запрограммированный промежуток времени;
• в идентификатор можно внести дополнительную информацию, позволяющую получать доступ в несколько зон, связанных с дверными электронными замками;
• для персонала можно запрограммировать карту доступа для каждого замка и на определенное время;
• при утере идентификатора в течение нескольких минут можно с помощью считывателя электронных замков запрограммировать новую метку и стереть информацию с утерянного носителя;
• формирование звукового сигнала при неплотно закрытой двери или неправильной установке защелки.

Безопасное использование RFID-устройств

При использовании RFID-технологии необходимо соблюдать следующие требования:

• При использовании меток должна обеспечиваться конфиденциальность информации.
• Должна отсутствовать возможность создания длительных ассоциаций между транспондерами и их владельцами. Выходные данные тегов, находящиеся в общем доступе, должны быть случайными и легко изменяемыми.
• Для предотвращения вероятности отслеживания владельцы RFID-меток должны иметь возможность отключать теги.
• Информацию в частном теге необходимо защитить контролем доступа, при необходимости – зашифровать.
• Метки и считыватели должны быть устойчивы к копированию информации.

Способы обеспечения безопасности при использовании RFID-технологии

Один из вариантов безопасного использования технологии – удаление уникальных серийных номеров в точках продажи. В бирках, которые сопровождали товар и «ушли» к потребителю, содержатся сведения только о коде продукции, но не ее уникальный идентификационный номер.

Для реализации контроля доступа и аутентификации в каждый тег встраивается определенный открытый ключ считывателя и уникальный закрытый ключ. При взаимодействии метки и считывателя устройства опознают друг друга с помощью этих ключей по принятым протоколам. Поддержка криптографии с открытым ключом из-за высокой стоимости используется только в дорогих метках.

В критически важных областях используется система, в которой присутствует физический контакт между меткой и считывателем. При потере питания или прерывания передачи информации транспондеры по умолчанию переходят в заблокированное состояние. Разблокировать их может только авторизованный пользователь. Требование в наличии физического контакта предотвращает ситуации, в которых возможен саботаж беспроводной сети.

Одно из основных направлений безопасной эксплуатации RFID-технологии – развитие и внедрение криптографических функций: хэш-функций, генераторов случайных чисел, систем с открытым и закрытым ключом. Протоколы с криптографическими функциями должны быть устойчивы к прекращению электропитания и поломкам.

Основные плюсы и минусы RFID-технологии – краткие выводы

Преимущества этой технологии:

• высокая скорость и точность процесса идентификации;
• длительный, а иногда неограниченный эксплуатационный период;
• обширный объем информации, который можно хранить на малогабаритном носителе;
• возможность перезаписи данных (поддерживают не все модификации RFID-устройств).

Положительные результаты применения RFID-технологии:

• устраняются ошибки, связанные с человеческим фактором;
• повышается скорость производственных, логистических и других важных процессов;
• улучшается контроль качества операций;
• сводится к минимуму или полностью ликвидируется вероятность кражи товаров и ценных библиографических изданий, музейных экспонатов.

Ограничения, которые могут повлиять на расширение областей применения RFID-технологии: создание электромагнитных помех, которые теоретически могут повлиять на здоровье человека и функциональность медицинского и другого оборудования, угроза конфиденциальности считываемой информации.

Все минусы устраняются соблюдением мер безопасности при использовании технологии радиочастотной идентификации. Постоянное совершенствование RFID и исследования, проводимые в этой области, обеспечивают повсеместное распространение технологии, создание надежной и безопасной инфраструктуры, в которой могут использоваться перспективные и интересные приложения.