Еще раз про RFID

В прошлом номере журнала была опубликована обзорная статья, касающаяся технологии proximity и ее использования в повседневной жизни. Сегодня мы продолжим эту тему, посвятив основную часть разговора международной системе идентификации товаров GTAG.

Терминология

В прошлой статье мы пользовались, в основном, термином proximity. В более широком смысле и с учетом множества новых областей применения всё чаще используется термин RFID — Radio Frequency IDentification, что дословно переводится как «радиочастотная идентификация». Данный термин является более корректным, так как при росте дальности считывания бесконтактных меток значение слова proximity (близкий) начинает терять свой первоначальный смысл.

Термин GTAG и вовсе пока знаком только специалистам. Его образована от словосочетания Global TAG, что можно перевести как «глобальная метка». Почему глобальная? Да потому, что над этим стандартом работают специалисты всего мира, и предлагается этот стандарт не как европейский или американский, а как всемирный. Основные положения стандарта уже выработаны, элементная база разработана и начато внедрение этой технологии в жизнь.

GTAG против штриховых кодов

Штриховое кодирование уже давно вошло в нашу повседневную жизнь. Мы привыкли, что в супермаркете набранную нами корзину быстро прогоняют через кассу за счет штриховых кодов, нанесенных на товарах. Штриховое кодирование используется в билетах на стадионы и в кинотеатры, для маркировки грузов, комплектующих для производства и так далее. На определенном уровне развития техники это стало панацеей от многих бед. Но прогресс неумолимо движется, и сегодня технология штриховых кодов уже во многом не устраивает, и её начинает вытеснять технология RFID.

Посмотрите на таблицу 1 для того, чтобы понять — у новой технологии преимуществ гораздо больше, чем недостатков! Главный из недостатков — цена, но массовость применения и совершенствование производства достаточно быстро уменьшат эту разницу в разы.

Обратим внимание на первую строку в таблице. Возможность работать одновременно с десятками меток — этого не обеспечивает ни одна другая система идентификации. Например, вы можете положить на стол, под которым установлен считыватель, пачку книг и журналов вместе со своим читательским билетом, в котором также имплантирована RFID метка. В течение секунды информация будет считана и записана в базу данных библиотеки. Как это получается? Давайте попробуем разобраться.
Таблица 1.

Механизм антиколлизий

В прошлой статье мы рассказали о принципе работы простого proximity считывателя, используемого в большинстве систем управления доступом. Считыватели RFID меток с возможностью перезаписи и механизмом антиколлизий устроены немного сложнее.

Если простейший proximity считыватель непрерывно излучает энергию, а попавшая в его поле карта так же непрерывно отвечает своим кодом, то в идентификаторах с перезаписью используется более сложный диалоговый режим, то есть считыватель путем модуляции излучаемой энергии может передавать метке команды. В список команд, как правило, входят команды типа «передать заводской номер», «передать байт из памяти с адресом Х», «записать байт в память по адресу Y», «перейти в режим молчания». Именно последняя команда используется для разрешения конфликтов при наличии в поле считывателя нескольких меток одновременно.

Для реализации диалогового режима работы «метка-считыватель» в считывателе появляется модулятор, который управляет потоком энергии, излучаемой считывателем. В метке соответственно добавляется декодер и схема управления модулятором.

Алгоритмов антиколлизий существует несколько, каждый имеет свои преимущества и недостатки по таким параметрам, как время распознавания заданного числа меток, сложность реализации и так далее. Самый простой в реализации алгоритм, называемый «free running». Он основан на том, что все метки генерируют ответы со случайным интервалом, за счет чего всегда наступит момент, когда считывателю отвечает только одна метка.

В моменты времени Т1, Т3 и Т6 имеется наложение откликов от меток 1 и 3, 1 и 2, 2 и 3 соответственно. Считыватель определяет это по тому, что за счет наложения сигналов не сходятся контрольные суммы ответов меток. В моменты времени Т2, Т4 и Т5 коллизий нет, и считыватель идентифицирует метки в следующем порядке: метка 2, метка 3, метка 1. К моменту времени Т6 все три метки считаны.

Диалоговый алгоритм «switch off». Он основан на том принципе, что уже считанной метке посылается команда «выключись», которая выполняется меткой вплоть до пропадания питания (то есть до момента, пока метка не будет удалена из поля считывателя). Видно, что коллизия имеет место только в момент времени Т1. Затем считывается метка 2, ей посылается команда «выключись», и в моменты времени Т3 и Т6 она уже не является источником коллизий. В момент времени Т3 считывается метка 1, ей также посылается команда выключения, и последней считывается в момент времени Т4 метка 3.

Как видно, «switch off» работает быстрее, чем «free running», поскольку с течением времени в поле считывателя остается все меньше и меньше меток. Огромное преимущество алгоритма «switch off» в том, что при определенном условии мы можем подсчитывать даже метки с одинаковым кодом. Промежуточное положение между «free running» и «switch off» занимает алгоритм «slow down», при котором метки не выключаются из опроса, а переводятся в режим более редких ответов.

Есть еще группа так называемых быстрых (или ускоренных) алгоритмов предусматривающих выключение ненужных меток до окончания принятия кода от одной из меток, но мы не будем утяжелять изложение техническими деталями. Просто ниже приведем зависимость времени считывания заданного количества идентификаторов для разных алгоритмов антиколлизии.

Глобальный учет и контроль = GTAG

Итак, проект GTAG. В его развитии активно участвуют Международная ассоциация товарной нумерации EAN International и Совет по единому коду США и Канады Uniform Code Council, Inc. (UCC) — ведущие организации в области автоматической идентификации. На сегодняшний день базовым стандартом является ISO 15693, который определяет интерфейс между считывателем и меткой. Соответствие этому стандарту позволит различным производителям меток и считывателей обеспечить взаимную совместимость продукции, что само по себе является мощным стимулом для широкого распространения технологии.

Сейчас для GTAG выделено три частотных диапазона: традиционный 13,56 МГц, 860-930 МГц и 2,45 ГГц. Заметим, что диапазон 125 кГц для перспективных применений уже не рассматривается ввиду низкой скорости обмена, не обеспечивающей передачу больших количеств информации за малое время. Предполагается использовать не один, а сразу три частотных диапазона. Каждый из них в определенных условиях имеет свои преимущества и недостатки перед другими.

Вместо абстрактного перечисления возможных областей применения мы сегодня расскажем о некоторых уже реализованных проектах, основанных на RFID метках.

• Пользователи Итальянской почтовой системы могут ожидать существенных улучшений в скорости и точности доставки корреспонденции благодаря использованию RFID технологии — меток I-Code, которыми маркируют мешки с почтой. При сортировке почты на транспортере все происходит автоматически в реальном времени за счет того, что считывание меток происходит практически мгновенно при любой ориентации мешков, даже если метки расположены внутри мешка с почтой.
  Система, названная FastTrack, является одним из первых крупных проектов в области доставки корреспонденции, основанном на технологии RFID.
• Новая крупнейшая библиотека Сингапура Woodland, открытая в апреле 2001 года, использует RFID метки для идентификации своего более полумиллионного фонда книг, кассет и CD. Система ELiMS™ (Electronic Library Management System), разработанная компанией ST LogiTrack, позволяет вести on-line учет всех изданий из фонда библиотеки, осуществлять их поиск на стеллажах с использованием ручных считывателей, мгновенно оформлять выдачу и прием изданий, поскольку с использованием технологии RFID можно считывать одновременно до 30 меток в секунду. Одновременно RFID метки служат целям безопасности. Данная система «разрешит» вынести взятые в пользование книги или диски, но не даст вынести другие издания, картины и прочие предметы.
  Более того, автоматизированные пункты сдачи полученной литературы или кассет, расположенные на станциях метро, обеспечивают прием и списание с абонента полученных изданий без захода в библиотеку.
• RFID метки производят революцию в технологии обработки багажа авиапассажиров. Первая в мире широкомасштабная экспериментальная система такого плана с конца прошлого года испытывается компанией British Airways на рейсах, летающих из Хитроу в Мюнхен и Манчестер.
  Каждое место багажа метится похожей на используемую сегодня бумажной меткой, в которой между слоями бумаги расположен кристалл и антенна RFID метки. Поскольку содержимое метки перепрограммируется по радиоканалу, в нее заносится вся необходимая информация — номер рейса, дата вылета, дополнительная информация о пассажире. При необходимости дополнительная информация (например, при транзитных рейсах) также заносится «на лету». Сортировка багажа на конвейере производится автоматически, что ускоряет процесс и полностью исключает ошибки.
  С учетом ежегодного роста авиаперевозок на 6%, использование новой технологии является единственным решением ускорения процессов и повышения надежности обработки багажа. Кроме того, в целях безопасности полетов, технология RFID, используемая одновременно и в авиабилетах, позволяет за кратчайшее время определить соответствие между прибывшими на борт пассажирами и погруженным в самолет багажом.
• В апреле текущего года в Германии RFID метками начали оснащать все малые суда. Из 660000 эксплуатирующихся катеров и яхт только 560000 зарегистрированы и застрахованы, остальные 100000 эксплуатируются без регистрации. Старая система регистрации (надпись на борту судна) малонадежна, поскольку может быть легко подделана. Кроме того, она сама по себе не несет информации о состоянии судна, его владельце и так далее.
  Имплантация RFID меток в конструкцию катера или яхты позволяет полиции с помощью ручного считывателя не только идентифицировать судно, но и получить дополнительную информацию о его состоянии и владельце, причем подделка такой метки практически невозможна.
• Крупнейший германский производитель деревянных дверей фирма Nickel весной этого 2002 года внедрила систему автоматизации процесса производства, складирования и отгрузки продукции, используя метки I-Code. Технические решения разработаны и внедрены фирмой MOBA, специализирующейся в области идентификации.
  До внедрения I-Code в производственном процессе применялись наклейки со штриховым кодом, которые в течение производственного процесса стирались, сдирались, царапались, что приводило к невозможности их использования. Имплантированные на начальной стадии производства в полость двери RFID метки, читающиеся дистанционно, не подвержены этим факторам, и обеспечивают стопроцентную надежность системы автоматизированного управления.
• Музей изобразительных искусств в Роттердаме, коллекция которого включает полотна Рембрандта, Ренуара, Пикассо и других известных мастеров, в апреле 2002 года ввел систему маркировки всех полотен с помощью меток, основанных на технологии
• I-Code. При этом сотрудники музея решили несколько проблем сразу:
• достоверная идентификация произведений искусства, выполненная скрытым методом;
• защита от краж, поскольку защищенная меткой картина, даже будучи спрятанной, будет обнаружена при попытке выноса;
• простоту работы с фондом, поскольку отбор нужных картин из запасников, например, для направления на выставки, легко автоматизируется.

Разработку и инсталляцию системы провела фирма HELICON Conservation Support b.v.

Сообщения о все новых и новых применениях RFID технологии в различных крупных проектах появляются регулярно.

Вместо заключения

Тема RFID безгранична. Для тех, кто хочет получить более подробную информацию о положении дел на рынке RFID, можно порекомендовать ознакомиться с подборкой материалов электронного журнала id.Magazine (http://www.idpress.ru). Специалисты почерпнут достаточно информации и на сайте лидера в области производства компонентов систем RFID — Philips Semicondactors (http://www.semiconductors.Philips.com/markets/identification). Также интересные материалы можно найти на сайте российских компаний МикроЭМ (http://www.microem.ru) и Группы компаний НКТ (http://www.smartcard.ru/rfid).