講演概要

RFIDの技術動向

1．RFIDの動作原理
2．RFIDの技術と特徴
3. RFIDのコード
4. RFIDの技術動向

佐藤一郎
国立情報学研究所

E-mail: ichiro@nii.ac.jp
Ichiro SatohIchiro Satoh

RFIDとはRFIDの動作原理

RFID (Radio Frequency IDentification system) 媒体に電波･電磁波を用いたＩＤシステム
 非接触でデータの読み出し、読み書きが可能
c.f. 非接触ICカード
 パッシブタグ、セミパッシブタグ、アクティブタグ

佐藤一郎
国立情報学研究所
市場予測：RFIDは2006年には世界規模で約6,000億円程度まで拡大

E-mail: ichiro@nii.ac.jp
Ichiro SatohIchiro Satoh1

RFIDシステム

RFIDシステム（全体）システム構成 リーダ（+アンテナ)
 タグ (RFIDタグ、無線ICタグ、無線タグ、電子タグ、ICタグ、transponder)

システム構成Antenna

Antenna
RFID Tag

wired-line

Reader

RFID Tag

ReaderEthernet/
RS232ccommandid

id

interrogationidquery: id

radio signal

操作
 データベースに品物に関する情報をその品物に貼られたタグの識別子とともに蓄積
 リーダを制御して通信範囲内のタグの識別子を取得
 タグ識別子よりそのタグが貼られた品物の情報をデータベースから取得
Ichiro SatohIchiro Satoh

RFIDの特徴

RFIDの特徴

非接触
通信距離は1cm〜数メートル

環境性
汚れ・振動・衝撃等に強い

移動中・高速移動していても読み書き可能
1秒以内に識別可能

耐久性
経年変化が少なく長期にも耐える

複数同時読取複数個同時読み取り可能

小型・薄型
貼付け可能な商品や製品が多様被覆可能
遮閉物（金属を除く）があっても認識可能

書換可能
新たな情報を加えたり、書換えが可能

Ichiro Satohinformation

Ichiro Satoh2

RFIDの有用性

RFIDの技術と特徴

バーコードとRFID
比較項目

バーコードRFID

データ量

約20バイト

8〜数Kバイト

読取距離〜10cm

〜数m

読取時間

非常に長い

短い(1秒以下)同時読み取り困難

可能

汚れ・振動・磨耗等

影響大

基本的に影響なし

障害物

不可

金属以外

価格

数銭

数十円〜数百円

運用コスト

人件費

設備

佐藤一郎
国立情報学研究所

E-mail: ichiro@nii.ac.jp
Ichiro SatohIchiro Satoh

動作原理

アクティブタグ

アクティブ方式
パッシブ方式
 電磁結合方式
 電磁誘導方式
 電波方式（マイクロ波方式）
 静電誘導方式
 セミパッシブ方式
 電磁誘導方式
 マイクロ波方式

アクティブタグ 内蔵された電池によりRF回路を駆動
 識別子を定期発信




レシバー

受信アンテナタグ
電波復調

注意：RFID分野では各方式の名称が混乱し、一貫性はない
例：RFID、RFタグ、無線ICタグ、無線タグ、ICタグ、電子タグ

送信
アンテナ

IC変調

参考：数秒毎の発信の場合、電池寿命は3年程度
Ichiro SatohIchiro Satoh3

パッシブRFIDの動作

パッシブタグの構造動作原理
 リーダから電力供給
 ICチップ内の識別子を返信

RFID tag

Antenna

RFID Tag
電波

Copper Coil Antenna

ReaderPolyethylene Media

電流

Ethernet/
RS232c

IC

識別子

副搬送波

Typical Tag Sizes

IC (Memory+RFID circuit)25mm x 25mm

45mm x 45mm

22.5mm x 38mm

45mm x 76mm

17mm x 93mm

アンテナ
RF回路

制御
回路

ROM

Ichiro Satoh

動作原理：伝送方式

RAM

Ichiro Satoh

伝送方式：誘導結合

伝送方式

静電誘導

電磁結合

電磁誘導

マイクロ波

動作原理

静電気の誘導作
用

密に結合した電磁誘導の相互誘導作用

電磁誘導作用マイクロ波帯の電波

数百kHz

125〜135kHz、13.56MHz

UHF、2.45GHz

周波数15mm x 45mm

変調方式：ASK

磁界

通信距離〜数mm〜数cm〜1m〜5m

通信速度〜500Kbps〜30Kbps〜10Kbps〜5Kbps

規格

ISO/IEC 10536

ISO/IEC 10536

SO/IEC 14443
ISO/IEC 15693

特徴

リーダライタのアンテナとタグとの距離が極めて密となるため、電気的なノイズや混信に強い

近距離の磁束結合のため、ノイズに強い 水、油や塵埃などの影響に強く、工場・道路などの環境でも利用可能 使用目的に応じてタグ形状を成型しやすい

誘導結合方式 リーダの発生する交流磁界エネルギーによる誘導結合
 ICチップ内の識別子を副搬送波で送信

通信距離が長く、離れた距離からIDを読み取れる

Ichiro Satoh

復調

復調

レシバー

IC

変調

タグ

Ichiro Satoh4

伝送方式：電磁誘導

伝送方式：電波

電磁誘導方式(inductively coupling)
リーダの発生する交流磁界エネルギーによる誘導結合
 ICチップ内の識別子を副搬送波で送信
タグ
レシバー

電波方式(UHF、2.45MHz)
 リーダからの照射電波でタグ上のICチップを駆動
 ICチップ内の識別子を副搬送波で送信
変調方式：ASKまたはFSK

送受信アンテナ

レシバー

復調

IC

復調

送受信
アンテナ

送受信
アンテナ

タグ

変調
復調

135kHzまたは13.56MHz

電波

復調

IC

変調

通信距離も波長が長い(例13.56MHz:22m)
なので交流磁界として扱われる

読取器とRFIDタグの通信はFSKまたはPSKを利用

コイル巻線数：135kHzでは100〜1000回、13.56MHzは3〜10回
Ichiro SatohIchiro Satoh

周波数

RFIDタグの利用周波数

RFIDは利用する電波周波数により特性が相違

代表的な周波数 135kHz以下（125 kHzまたは134 kHz）
電磁誘導方式、実質数センチ
 13.56MHz
電磁誘導方式、数十センチ、応用：スマートカード
 UHF(868MHz、915MHz)
電波方式、5メートル、応用：物流
 2.45GHz
電波方式、2メートル、応用：物流
 5GHz
電波方式、指向性大、応用：？？、標準化作業は停止状態

UHF-RFID:

RFID:

RFID:(800-900MHz)

13.56MHz<135kHz

DataTerminal
Data
Modem

10 kHzRadioToys

100 kHzMicrowave
Wireless LAN
BluetooshCell Phone

TVGarage
FM Door

AM

1 MHz

RFID:
2.45GHz

10 MHz

100 MHz

1000 MHz

2.45 GHz

300 GHz

Ichiro SatohIchiro Satoh5

125kHz & 134kHz-RFID

13.56MHz-RFID特徴
利点
 雨、氷、塵埃の影響が小さい アンテナ指向性が緩やかかつ回析が大きいの通信範囲が広い
 非導電体（人体、ガラス、木材）への透過性が良い
欠点
 通信距離が短い（実質数センチ、電波規制が弱いので延長可能）
 通信速度が遅い（実質4kbps）
Omron アンテナの巻数が多いために、タグが複雑かつ高価
応用範囲
 食堂精算、イモライザー、スキーゲート等特徴
利点 雨、氷、塵埃の影響が小さい アンテナ指向性が緩やかかつ回析が大きいの通信範囲が広い
 非導電体（人体、ガラス、木材）への透過性が良い アンテナ巻数が少ないので、薄型・小型化可能
欠点
I-code (Philips)
 通信速度が遅い（実質10kbps以下）
 通信距離が短い（実質数十センチ）
応用範囲
 、スキーゲート等

Ichiro SatohIchiro SatohUHF-RFID

2.45GHz-RFID特徴
利点
 通信距離が長い（実質1メートル）
 通信速度が速い（実質数十kbps）
 アンテナ指向性が高く、通信範囲の限定が可能
 小型化が可能
欠点
Metal-mountable Tags (Intertec)
 雨、氷、塵埃の影響が大きい 回析が小さいため通信範囲が限定
 無線LANや電子レンジと混信
応用範囲
 物流・在庫管理、製造物履歴管理等

Ichiro Satoh特徴
利点
 通信距離が長い（実質3メートル）
 通信速度が速い（実質数十kbps）
 回析がある程度あるため通信範囲が広い（c.f. 2.45GHz-RFID）
欠点
 タグサイズが大きい 電波法の規制
応用範囲
 物流・在庫管理、製造物履歴管理等
UHF-tag (Matrics)

Ichiro Satoh6周波数と特性周波数と通信距離

周波数帯とその特徴

通信距離は周波数（と出力）によって相違→ アプリケーションが大きく相違する

周波数125 or 134.2kHz

最大通信距離実質数センチ

通信速度

13.56MHzUHF

2.45GHz

実質数十センチ

実質3メートル

実質1メートル

非常に遅い(4kbps) 遅い(27kbps)

速い(20kbps??)

速い(40kbps)

副搬送波134.2, 124.2kHz

423.75, 484.28MHz

UHF

2.45GHz

価格

高い（１ドル）

やや高い（１ドル）

安い(数十セント)

やや安い(数ドル)方式

電磁誘導
ASK/FSK or OOK

電磁誘導
OOK/FSK

電波（マイクロ波）

電波（マイクロ波）
OOK/OOK

規格ISO18000-2

ISO15693、ISO18000-3

ISO18000-6

ISO18000-4

備考

外来ノイズの影響

金属に弱い

電波法の規制水に吸収されやすい

レシバ→タグ/タグ→レシバ

通信距離5m

UHF-RFID
自動的な読み取り
2.45GHz-RFID1m

13.56MHz-RFID
明示的な読み取り作業が必要

10cm

135kHz-RFID

0

注意：特性は製品・電波出力によって異なるので参考データして見ること
Ichiro Satoh

動作原理：アクセス方式


衝突防止

シングルアクセス
アンテナ通信領域内に存在するタグは１個だけを認識
複数のタグが通信領域内に存在すると通信エラーとなる

複数タグの同時認識

タグ

ＦＩＦＯアクセス
アンテナ通信交信領域内に順番に入ってくるタグを順番に認識
通信を終了したタグは領域内に存在しても通信エラーにならない

マルチアクセス
アンテナ通信領域内に複数のタグが存在しても各タグを認識

セレクティブアクセス
アンテナ通信領域内にある複数のタグのうち、特定のタグを認識

Ichiro Satoh

リーダは通信範囲内のタグに識別子の返答要求を送信
アンテナ

タグ

リーダ

タグ
タグ
タグ

Ichiro SatohIchiro Satoh7

衝突防止

衝突防止策

複数タグの同時認識衝突防止（アンチコリジョン）機構が望まれる
 空間分割方式
 周波数分割多重方式
 時分割多重方式
ただし、RFIDメーカは具体的な機構を公開していない

多数のタグが同時に識別子を送信
タグ

アンテナ
タグ

リーダ

タグ
タグ
タグ

Ichiro Satoh

衝突防止策（空間・周波数分割）
空間分割方式

Ichiro Satoh

衝突防止策（時間分割）

周波数分割多重方式

返信タイミングを変更＆認識したタグの返信を抑制
Step 1

タグ

タグf1

アンテナ

タグ2

アンテナf2

タグ3タグf2

タグ

タグ1

アンテナf4＊ アンテナ＊＊＊Step 2

タグ1
タグ2
タグ3タグf3
タグ

アンテナ

34タグ4
タグ

衝突

タグ4

アンテナf１
タグf4

アンテナf3

Step 3

タグ1
タグ2
タグ3

Step 4＊-{3,4}

アンテナ
タグ2

タグ4

1

アンテナ

2

＊-{3,4}＊-{3,4}Ichiro Satoh

タグ1＊-{3,4}

タグ3
タグ4
Ichiro Satoh8

リーダ間干渉

タグ向きと重なりリーダの電波が隣接した他のリーダに影響解決策
 レシバー間距離を離す
 各リーダの認識タイミングを制御
 周波数ホッピング技術

タグとレシバーの角度にシビア○RFIDタグ（電波方向に垂直）

RFIDレシバー×RFIDタグ（電波方向に水平）RFIDタグ

RFIDリーダ

タグの重なりにシビア
RFIDレシバー
RFIDタグ

RFIDリーダ×RFIDタグ（電波方向に陰）Ichiro Satoh○RFIDタグ（電波方向の手前）

電波的問題

タグの形状(135kHz)

その他の電波的問題
 外的ノイズ
外界の電波によりタグからの信号を受信できない
 外部機器への影響
レシバーの発信電波により他の電波受信機器に影響 電波遮断物による減衰
金属や水などにより電波が弱まる<135kHzタグの主な形状
 スティック型
 コイン型

Ichiro SatohIchiro SatohIchiro Satoh9タグの形状(13.56MHz)

タグの形状(UHF)

13.56MHzタグの主な形状
 カード型（厚さが非常に薄く、柔軟性 が高い）

UHFタグの主な形状
 カード型（厚さが非常に薄く、柔軟性 が高い、ただし比較的大きい）

Ichiro SatohIchiro Satohタグの形状(2.45GHz)

パッシブタグ

2.45GHzタグの主な形状
 カード型、棒形他



Read-onlyタグ
固有識別子(64〜128bit)のROM領域
 Read/Writeタグ
ROM領域に加えて〜2KB程度のRAM領域を持つ

Ichiro Satohセキュリティ機能付きタグ
ただし、高度な機構は困難（パッシブタグで駆動可能なCPUは4〜8bit）

Ichiro Satoh10

特定用途向けRFID

価格

用途に応じてRFID技術は使い分けるべき 物流向け 段ボールなどの配送単位に貼付物流・在庫管理の自動化→長い通信距離 個々の商品に貼付購入者へのプライバシ考慮→短い通信距離または機能停止操作



パッシブRFIDタグ
現状：10セント〜数ドル（参考値）
制御ICよりもアンテナのコスト
将来：5セントアクティブタグ
現状：数ドル〜数十ドル（参考値）



リーダ＆アンテナ
現状：数百ドル〜数千ドル（参考値）
将来：百ドル



物品判別向け ブランド品・紙幣の真贋判定
明示的な操作により判別→非常に短い通信距離で十分読みとり作業の省力化を考慮するとバーコードよりもトータルコストは安いかもしれない
Ichiro SatohIchiro Satoh

RFIDとコードRFIDのコード

コード
モノに割り当てられる識別子の体系
注意：RFIDとコードは独立
国内ではRFID、コード、周波数問題が混同状態

佐藤一郎
国立情報学研究所

E-mail: ichiro@nii.ac.jp
Ichiro SatohIchiro Satoh11

コードへの要件

既存のコード体系

識別子に要求される技術項目
 識別子を割り当てる対象： 有形物、無形物
 識別子の有効範囲： 会社内、取引先、国内、世界
 識別子の有効期限： 永久（使い捨て）、期限付き（再利用） 識別子の長さ： 固定長（必要長は？）、可変長
 識別子の管理方法： 階層化、独立、重複
 識別子の可読性： 人間向き、機械向き

The Universal Product Code (UPC)
Japanese Article Number (JAN) International Standard Book Number (ISBN) License Plate Numbers
 Telephone Numbers
 IP Addresses, etc.
Ichiro SatohIchiro Satohバーコード

Auto-ID Center

JAN（UPC）コード
製造者コード、製品コード、チェックディジッドから構成
シリアル番号ではない（個々の商品には割り当てられない）

バーコードの25周年事業として次世代バーコードを研究・開発
次世代技術としてRFIDに注目 バーコードにかわる標準規格の提案
 RFID技術の評価
 実証実験の実施
MITを中心にWal-Mart、ジレット、P&G、コカコーラなどが参加

製造者コード
製品コード
ディジッド

次世代バーコード → Auto-IDセンター
Ichiro SatohIchiro Satoh

12

Auto-ID Center

Auto-ID：アーキテクチャ

Electronic Product Code (EPC)

処理の流れ
1. リーダが商品タグのEPC番号を取得
2. EPC番号に対応する商品情報サーバ(PMLサーバ）のアドレスを名前解決サーバ(ONS)から取得
3. PMLサーバから商品情報を取得

Header
コード体系＆バージョン番号
EPC Manager 製造会社
Object Class 製品名
Serial Number シリアル番号

EPC
RFID tag

96bitを提唱しているが、128bitまたはそれ以上に拡張予定

ONS ServerEPC
EPC
ReaderSavantServerNetwork AddressEPCProductProductDetail
Information
Ichiro SatohユビキタスIDフォーラム


PML Server

Ichiro SatohAuto-ID vs. ユビキタスID

モノに付与するID体系（ユビキタスID：uID）
128 bit長コード（拡張可能）

技術的な相違点 物流以外も対応（ユビキタスID）vs 物流に限定（Auto-ID） 128bit(ユビキタスID) vs. 96または128bit(Auto-ID) インターネットの利用を前提？（Auto-ID）
 RFID以外の識別子にも応用？（ユビキタスID）
政治的な相違点 省間対立の縮図？
 まとはずれな比較により混乱

from Ubiquitous ID
forum’s web page

概念レベルの情報だけで技術詳細は不明
Ichiro SatohIchiro Satoh13

ユビキタスコンピューティング

RFIDの技術動向物理世界と仮想世界（IT）をつなげる技術
 ITは物理世界を扱うのは不得意 ITという閉じた世界では限界がある

仮想世界

情報・サービス

情報・サービス佐藤一郎
RFID

国立情報学研究所

E-mail: ichiro@nii.ac.jp

物理世界

Ichiro SatohIchiro Satoh

Networkとの融合

RFIDの標準化

ネットワーク（IP）アドレスとしてRFID
プルグアンドプレイネットワークの応用（MACアドレス→RFID）



電波的特性に関する標準化
 ISO18000-1（規格化パラメータ）
 ISO18000-2（135kHz以下）
 ISO18000-3（13.56MHz）
 ISO18000-4（2.45GHz）
 ISO18000-5（5.8GHz）
 ISO18000-6（860−930MHz）
 ISO18000-7（433.92MHz）
 ISO15961/15962（データシンタックス）ＩＤ（識別子）に関する標準化
Auto-IDセンタ
ユビキタスIDフォーラム

Antenna
RFID TagReader

登録network address + id

idquery: idnetworknetwork address + id

answer: network address

IDだけをIDだけを知っている

Ichiro SatohIchiro Satoh14

RFIDの標準化（ISO18000-1）

RFIDの標準化（ISO18000-2）

ISO18000-1（規格化パラメータ） タグとリーダの通信（周波数、出力、変調、符号化、通信速度、他）
 プロトコル（データサイズ、エラー処理、他）
 アンチコリジョン（方式、処理タグ数、他）

ISO18000-2（135kHz以下）
 タイプA リーダ→タグ 周波数：125kHz、 通信速度：3.7-5.7kbps
 タグ→リーダ 周波数：125kHz(62kHz)、通信速度：4kbps
 タイプB リーダ→タグ 周波数： 134.2kHz、通信速度：0.5-40Kbps
 タグ→リーダ 周波数： 134.2kHzまたは124.2kHz、通信速度： 9Kbps

Ichiro SatohIchiro Satoh

RFIDの標準化（ISO18000-4）

動向

ISO18000-4（2.45GHz）
 モード１：パッシブ方式（電池なし）
 リーダ→タグ 周波数：2.45GHz、通信速度：20-40kbps
 タグ→リーダ 周波数： 2.45GHz、通信速度：20-40kbps
 モード２：セミパッシブ方式（電池付き）
 リーダ→タグ 周波数： 13.56MHz、通信速度： 384kbps
 タグ→リーダ 周波数： ？
 通信速度： 384kbp

各省が独立に実証試験や研究会の立ち上げ
 経済産業省 ISOを管轄
UHF帯○
 総務省
電波規制
UHF帯×
 国交省
物流システムUHF帯○ 農水省
食品のトレーサビリティ UHF帯？
意思統一どころか名称も不一致

Ichiro SatohIchiro Satoh15

動向

動向

IT戦略本部 e-Japan戦略Ⅱ(案) 5月15日

総務省の動向 4月にRFID周波数ＷＧ委員会を設置
7月までに答申書（UHF-MCA通信用帯域の一部開放？） 2.45GHzタグの出力規制緩和?
国土交通省
 米国テロ対策用UHF帯RFIDシールへの対応
 成田空港で実証実験
経済産業省
 物流用にUHFタグの推進 e-Japan答申書に800-900MHzの実証実験の必要性を明記

Ichiro SatohIchiro Satoh

RFIDに対する誤解

RFIDの理想と現実

アンテナがないと使えないチップだけ小さくても意味がない ICタグとの混同（Suicaのイメージ）
ICカード機能とRFID機能は必ずしも一致しない
 RFIDのＩＣチップメーカとタグメーカは一致しない
チップメーカは一握り（TI、Philips、ベンチャー） 特許との戦い
初期の基本特許が2000年前後に失効
アプリケーションに関する特許が増加中



信頼性
実務に耐えるにはタグ認識率は99.9〜99.99%が必要
 金属には貼れない
何でも貼れるわけではない 電波干渉に弱い
理屈ではなく試行錯誤で解決
 認識可能距離
電波方式、周波数、アンテナサイズに依存 電波規制
国によって利用可能な周波数帯域は相違

Ichiro SatohIchiro Satoh16

RFIDに対する誤解


まとめ

省力化・経費削減
 初期投資と実地実験Suicaは8年以上の実地実験と百億単位の設備投資
故障対応
タグやシステム故障時の対応コストが大きい

二重投資
レガシーシステムと共存が必要

Ichiro Satoh

RFIDはITの世界と現実世界をつなぐ技術
 業務にもITシステムに影響 新しいアプリケーションの登場



UHFや2.45GHzの次世代RFID技術が登場



個々の企業内インフラから企業間のインフラへ

実地実験などノウハウ蓄積が急務



プライバシーやセキュリティ問題

Ichiro Satoh17