Raadiosagedustuvastus

Raadiosagedustuvastus (inglise keeles radio-frequency identification, RFID) on raadiolaineid kasutav tehnoloogia esemete (aga ka elusolendite) märgistamiseks ja nende automaatseks jälgimiseks.
RFID-tehnoloogia kuulub Auto-ID- (automatic identification) ehk automaatsete
identifitseerimissüsteemide kategooriasse, mis võimaldavad objektide automaatset tuvastamist ilma selleks inimressursilist kaasabi vajamata. Sellesse gruppi kuuluvad ka näiteks vöötkoodi-, kiipkaardi-, magnetriba- või hääletuvastussüsteem, biomeetrilised tuvastused nagu sõrmejälje või silma võrkkesta skaneerimine, näotuvastus ja optiline märgituvastus.
Selliste süsteemide puhul ese või objekt tuvastatakse selle visuaalsete omaduste järgi. Erinevalt nimetatud tehnoloogiatest on RFID abil võimalik esemeid ja objekte tuvastada väga erinevates ja keerulistes oludes, sealhulgas pole otsenähtavus lugeri ja kiibiga oluline.

RFID-tehnoloogia tööpõhimõte

RFID-tehnoloogia toimimise aluseks on raadiolainete levimine, sagedus ja nende füüsikalised omadused. Süsteemi põhilisteks komponentideks on elektronkiibid ehk märgised, luger ja selle antenn, mis võib ka olla integreeritud lugeri sisse.

Märgise mikrokiibi ehitus

Mikrokiip juhib kõiki märgises toimuvaid protsesse ja korraldab andmevahetust lugeriga. Signaali saabudes muudab kiibi toitehaldusüksus (power control) lugerist saabuva kiirguse ehk signaalist saadava vahelduvvoolu energia alalisvooluks. Kiibi elektroonika hakkab tööle ja modulaator saab lugeri signaali kätte, ning vastab kiibil oleva informatsiooniga. sideprotokollide eest vastutab kiibi loogikaüksus (logic unit). Kiibi mälu on jagatud adresseeritud segmentideks, mis on võimelised talletama eri tüüpi informatsiooni. Näiteks võib mälus paikneda infovahetuse kontrollsumma, mida kontrollitakse infovahetuse alguses ja lõpus, et vältida ülekandel tekkinud infokadusid.

Märgise antenni ehitus

Märgise antenni ülesandeks on lugerist tuleva energia püüdmine, andmete vastuvõtmine ja tagasi lugerisse saatmine. Antenni pikkus ja ehitus on suuresti seotud sellega, mis sagedusel märgis töötab. Antenn on tavaliselt tunduvalt suurem kui mikrokiip, seega märgise mõõtmed määrab suuresti ära see, kui suur antenn seal sees on.
Märgiste antennevalmistatakse väikestest vasest, hõbedast või alumiiniumist ribadest, kuid tulevikus loodetakse antenni tootmiseks printida see otse tootele või sildile kasutades vaske, süsinikku või niklit sisaldavat tinti.

Märgiste põhitüübid

RFID-märgiseid on kolme tüüpi: aktiivne märgis, passiivne märgis ja poolaktiivne märgis.

Poolaktiivne märgis

Sisaldavad patareid/akut tööks, aga mitte kommunikatsiooniks. Tema eeliseks passiivmärgise ees on lugemiskaugus (5–15 m). Nimelt on energiat vaja ainult andmete edastamiseks, mitte tema tööks. See asjaolu muudab poolaktiivmärgise paremini loetavaks ka liikumise pealt, kui märgis on lugemisalas lühikest aega, siis ei kulu märgisel aega selleks, et koguda energiat elektroonilisteks protsessideks, vaid ainult signaali edastamiseks. Eeliseks aktiivsete märgiste ees on toiteallika pikem eluiga.

Märgiste lugemiskaugused

Märgiste lugemiskaugused sõltuvad suuresti sellest, mis sagedusel nad töötavad ja milliste lugeritega on tegu, mis keskkonnas nad asetsevad. Seega on eelnevalt öeldud arvud aktiivmärgis (~50 m), passiivmärgis (~10 m), poolaktiivne märgis (~15 m) lihtsalt antud selleks, et saada aimu umbkaudsetest RFID-märgiste lugemise kaugustest.

Andmed märgisel

Aktiiv-, poolaktiiv- ja passiivmärgistel on võimalik kasutada kolme tüüpi mälu.

Ainult lugemisvõimalusega ehk RO-mälu

RO- (read only – kirjutuskaitsega) mäluga märgiseid saab üks kord programmeerida ja seda tehakse tootmistehases märgise tootmise käigus ja neid andmeid ei ole võimalik hiljem mingil moel võimalik muuta. Sellised märgised on sobilikud väikelahenduste jaoks, kuid ebapraktiline suurte süsteemide jaoks, sest tihti on vaja andmeid muuta või täiendada. Sellise mäluga märgised on aga odavamad kui korduvkirjutatavad.

Ühekordse kirjutamisvõimalusega ehk WORM-mälu

WORM- (write once, read many – kord kirjutatav, palju kordi loetav) mällu saab üks kord informatsiooni salvestada ja seda ei tee märgise tootja, vaid kasutaja. Seega saab WORM-mäluga märgist vastavalt enda vajadusele programmeerida. Osasid WORM-mälusid saab ka üle kirjutada rohkem kui ühe korra (~100 korda ).

Korduvalt programmeeritav ehk RW-mälu

RW- (read write – nii loetav kui ka kirjutatav) mäluga märgistel saab informatsiooni muuta väga palju kordi (10 000 – 100 000 korda ).
See annab tohutud eelised võrreldes kahe eelmise mäluliigiga. RW-mäluga kaasnevad aga olulised turvariskid, seega tuleb valida sobivad turvalahendused, et informatsiooni ei oleks võimalik pahatahtlikult muuta. Ja teiseks oluliseks miinuseks on hind, nimelt RW-mäluga märgised on tunduvalt kallimad kui RO- ja WORM-mäluga märgised.

Töösagedused ja -raadius

RFID-süsteemide üks põhilisteks eristajaks on sagedus, mida märgis ja luger omavahel suhtlemiseks kasutavad. Sagedusest sõltub, millistes tingimustes on võimalik seadmeid kasutada ning kui suur saab lugemiskaugus olla. Kasutusel on neli sagedust.

Mikrolainesagedus

RFID-süsteemid, mille töösagedus algab alates 1 GHz. Üldiselt on omadused sarnased detsimeetersageduse omadega.

Lemmikloomade kiibistamine

Lemmikloomadele on võimalik panna passiivne RFID-kiip, mis võimaldab kaduma läinud lemmiklooma leidmisel tema omanikku tuvastada. Selleks on igal RFID-kiibil unikaalne tunnusväärtus, mis kantakse koos omaniku kontaktandmetega lemmikloomade registrisse. RFID-kiip sisestatakse spetsiaalse süstla abil kaela piirkonda.

Logistika

RFID-kiipe kasutatakse kaubasaadetiste kui ka üksikute toodete automaatsel tuvastamisel. Kauplusse või lattu on saabuvat kaupa lihtne vastu võtta, kuna jääb ära vajadus koguseid üle lugeda ja võrrelda saatelehel märgituga. Kui alusetäis erinevaid tooteid, mis on varustatud märgistega, läbib spetsiaalse raadioskanneritega värava, loetakse arvutiprogrammi ühekorraga kõik tooted, mis paiknevad kaubaalusel.
Sellel valdkonnal nähakse väga suurt tulevikku, sest see aitab kaubavahetust kiirendada ja tööjõukulusid vähendada. Esialgu on tehnoloogia suhteliselt kallis ja enamasti kasutatakse kaupade identifitseerimiseks siiski vöötkoodi.

Inimeste jälgimine

Paljudes USA osariikides (nt Michigani, California, Arizona) kasutatakse RFID-jälgimissüsteeme vanglates, et jälgida vangide liikumist.

Pääslasüsteemid

Pääslasüsteemid töötavad üldiselt järgmisel põhimõttel: ustel on RFID-kaartide lugerid, mille juures on keskselt juhitav ja uuendatav andmebaas RFID-kaartide ID-numbritest, millega on õigus ust avada. Kasutajatele väljastatakse RFID-kaardid ja registreeritakse nende isik andmebaasi koos väljastatud RFID-kaardi ID-numbriga. Seejärel määratakse, mis ustest/ustekategooriatest mis aegadel isik tohib läbi pääseda. Uuendatud info kantakse ustel asuvatesse lugeritesse.

Korduvkasutatav pilet

Näiteks Inglismaal Londonis kasutatakse avalikus transporditeenuses korduvkasutatavaid pileteid RFID-kiibiga, mida nimetatakse Oyster Cardiks. Need võimaldavad piletile raha peale laadida ja nii piletit palju kordi kasutada.

Biomeetriline pass

Alates 2007. aastast on Eesti Vabariigi passid varustatud RFID-kiibiga, kus hoitakse biomeetrilisi andmeid nagu pilt ja 2009. aastast ka sõrmejäljed.

Ajalugu

Tänapäevase RFID-tehnoloogiaga sarnane lahendus arenes välja 1935. aastal leiutatud radarisüsteemist. Teise maailmasõja ajal kasutasid radarit nii sakslased, britid, jaapanlased kui ka ameeriklased. Probleemiks oli, et ei suudetud eristada vaenlase lennukit enda omadest.
Sakslased avastasid, et kui lennukit kõigutada, siis on seda võimalik teistest eristada. Seega anti kõikidele Saksa lenduritele käsk enda lennukit baasi naastes kõigutada.
Seda nimetatakse esimeseks passiivse RFID-tehnoloogia kasutuseks, kusjuures RFID-märgiseks oli seejuures terve lennuk.
Britid aga töötasid välja esimese aktiivmärgisega süsteemi. 1939. aastal töötati välja IFF- (identification friend or foe) identifitseerimissüsteem. Igasse Briti lennukisse paigaldati saatja, mis hakkas siis tööle, kui lennuk sattus radari kiirgusvälja, ning hakkas edastama signaali, et tegemist on "sõbraliku" lennukiga.
Tehnoloogiat arendasid edasi teadlased Euroopas, Ameerikas ja Jaapanis ning 1960. aastatel pandi alus elektroonilisele vargusvastasele süsteemile, mille märgised omasid väärtust 0 või 1 ehk siis andsid teada, kas kauba eest on makstud või mitte.
RFID-lugeriteks olid turvaväravad, mis suutsid tuvastada märgise väärtust. Sellist süsteemi kasutatakse tänapäevani kaubanduses.
1973. aastal võeti RFID-tehnoloogiale esimene patent Ameerika Ühendriikides. Mario W. Cardullo patenteeris korduvkirjutatava mäluga aktiivse RFID-kiibi. Samal aastal patenteeris Charles Walton passiivse märgise, mille ta oli välja töötanud uste avamiseks, mis võtmena kasutab passiivset märgist.
1999. aastal loodi Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi juurde Auto-ID keskus. Varem suure maksumusega RFID-lahendust lihtsustati ja otsustati et selle asemel, et kogu informatsiooni kiibis hoidmise asemel on mõistlikum hoida kiibil ainult unikaalset tunnuskoodi ning kogu muu info asuks andmebaasides. 
Aastaks 2003 oli Auto-ID keskus saavutanud enam kui 100 ettevõtte, USA Kaitseministeeriumi ja paljude RFID-seadmete tootjate toetuse. Keskuse allüksustena avati uurimislaborid Austraalias, Suurbritannias, Šveitsis, Jaapanis ja Hiinas.

Kaupade ostmine

Kui tulevikus oleks kõik kaubad juba tehases varustatud RFID-kiipidega, siis kassa teaks automaatselt, millised kaubad kärus on. See muudaks ostmise lihtsaks, kaotaks pikkades järjekordades seismise vajaduse ja aitaks kokku hoida inimtööjõudu.