Технология радиочастотной идентификации в интеллектуальных зданиях

УДК 621.396.96

Технология радиочастотной идентификации в интеллектуальных зданиях

А. В. Куюн

Рассмотрены принципы построения систем, основанных на технологии бесконтактной идентификации объектов при помощи радиочастотного канала связи.

The principles of Radio Frequency Identification systems building, the technology of objects proximity identification with the use of radio frequency channel are considered.

Технология RFID (от англ. Radio Frequency Identification) появилась достаточно давно - более тридцати лет назад. Если судить по патентам в этой области, первый из них, US 3713148, описывающий пассивный транспондер RFID (радиометку), был зарегистрирован в 1973 г. Развитие и широкое внедрение радиочастотной идентификации долго сдерживалось отсутствием стандартизации. Это было «вавилонское столпотворение» рабочих частот, протоколов передачи информации, форматов данных радиометок, но в 90-x годах прошлого века Международная Организация Стандартизации (ISO) приняла ряд основополагающих стандартов в области RFID, которые были широко поддержаны производителями считывающей аппаратуры и радиометок, что подстегнуло индустрию к активному внедрению этой безусловно важной и удобной технологии.

Общий принцип работы любой RFID-системы достаточно прост. В системе всегда есть три основных компонента: считыватель (ридер), идентификатор (карта, метка, брелок, тег) и компьютер. Считыватель излучает в окружающее пространство электромагнитную энергию. Идентификатор получает сигнал от считывателя и формирует ответный сигнал, который принимается

антенной считывателя, обрабатывается его электронным блоком и по интерфейсу направляется в компьютер (рис. 1).

Основные компоненты транспондера (тега) это интегральная схема, управляющая связью со считывателем, и антенна. Чип имеет память, которая хранит идентификационный код или другие данные. Тег обнаруживает сигнал от ридера и начинает передавать данные, сохраненные в его памяти, обратно в ридер. Нет никакой обязательной потребности в контакте или прямой видимости между считывателем и тегом, поскольку радиосигнал легко проникает через неметаллические материалы и теги могут быть даже скрыты внутри объектов идентификации.

Теги бывают активными или пассивными. Активные метки имеют в составе своей конструкции источник питания. Дальность считывания активных меток не зависит от энергии считывателя. Пассивные метки не имеют собственного источника питания, а необходимую для работы энергию получают из поступающего от считывателя электромагнитного сигнала. Дальность чтения пассивных меток зависит от энергии считывателя. Преимуществом активных меток по сравнению с пассивными является значительно большая

дальность считывания информации и высокая допустимая скорость движения активной метки относительно считывателя, но при этом они крайне дороги и достаточно громоздки. Преимуществом пассивных меток является практически неограниченный срок

Рис. 1. Принцип работы RFID-системы

ИНФОРМАЦИОННЫЕ КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫ

их службы (не требуют замены батареек) и относительная дешевизна. Недостаток пассивных меток состоит в необходимости использования более мощных устройств считывания информации.

Ниже в таблице представлены диапазоны частот, в которых работают ЯТЮ-технологии.

Способы записи информации на RFID-метки зависят от конструктивных особенностей метки. В зависимости от этого различают следующие типы меток.

Read Only-метки, которые работают только на считывание информации. Необходимые для хранения данные заносятся в память метки изготовителем и не могут быть изменены или удалены в процессе эксплуатации.

WORM-метки (Write Once Read Many) для однократной записи и многократного считывания информации. Они поступают от производителя без каких-либо данных пользователя в устройстве памяти. Необходимая информация записывается самим пользователем, но только один раз. При необходимости изменить данные потребуется новая метка.

R/W-метки (Read/Write) для многократной записи и многократного считывания информации.

В состав систем, использующих RFID-технологию, входят электронные ярлыки (микросхемы, содержащие идентификационные данные и другую информацию) и считыватели (устройства,

которые автоматически считывают данные с ярлыков и декодируют их). Электронный ярлык, состоящий из кремниевой микросхемы и плоской антенны, черпает энергию из радиоволн, излучаемых считывающим устройством. Получив электропитание, идентификационный чип начинает обмениваться информацией со считывателем. Получаемая от считывателя энергия может также питать встроенные датчики, измеряющие, например, параметры окружающей среды. Одним из первых применений RFID-тexнoлoгии для персональной идентификации стали Ргохішіїу-картьі. Более подробно принцип работы высокочастотной RFID-системы представлен на рис. 2.

В отличие от штриховых кодов RFID-дaтчики могут встраиваться в контролируемые объекты (продуктовую оболочку, под кожу животных и людей и т.п.) и допускают применение шифрования и других средств, затрудняющих подделку. Кроме того, некоторые ярлыки оснащены памятью, в которую считыватели могут записывать новые данные, например, время, дату, свой уникальный номер. В качестве интеллектуальных объектов, использующих RFID-тexнoлoгию, сегодня могут выступать такие объекты, как предприятие, дом, офис, магазин, коттедж, автомобиль и др. RFID-ceть (например, в офисном здании) способна решать множество задач. Получая информацию от считывателей, опрашивающих датчики в разных помещениях, центральный компьютер будет поддерживать требуемую температуру и влажность во всем здании, на каком-то одном этаже или в определенной группе комнат. Другие считыватели будут сканировать жетоны персонала и распознавать ярлыки на портативных компьютерах, чтобы обеспечить сотрудникам безопасный доступ к внутренней вычислительной сети и связать их с коллегами в других частях здания.

Таблица. Диапазоны частот работы RFID-технологии

Диапазон частот Дальность считывания, м Эквивалентная излучаемая мощность, Вт

НЧ 125...134,2 кГц 0,5 —

ВЧ 13,56 МГц 1,2 10

УВЧ 865.868 МГц 10 от 0,1 до 4

Рис. 2. Схема взаимодействия элементов в высокочастотной RFID-системе

Технология радиочастотной идентификации в интеллектуальных зданиях

По принципу действия RFIL-системы можно разделить на пассивные и интерактивные. В более простой пассивной системе излучение считывателя постоянно во времени (не модулировано) и служит только источником питания для идентификатора. Получив требуемый уровень энергии, идентификатор включается и модулирует излучение считывателя своим кодом, который считывателем и принимается. По такому принципу работают большинство систем управления доступом, где требуется только получить серийный номер идентификатора.

В интерактивном режиме работают системы, используемые, например, в логистике. Считыватель в такой системе излучает модулированные колебания, т.е. формирует запрос. Идентификатор дешифрирует запрос и при необходимости формирует соответствующий ответ. Необходимость в интерактивных системах появилась в связи с потребностью одновременно работать более чем с одним идентификатором. Например, если на складе необходимо прочитать все метки в упаковке с товаром. В подобных ситуациях не обойтись без механизма антиколлизии, который обеспечивает выборочную поочередную работу с несколькими идентификаторами, одновременно находящимися в поле считывателя. Без такого механизма сигналы идентификаторов наложились бы друг на друга. В процессе антиколлизии считыватель определяет все идентификаторы по их уникальным серийным номерам, а затем поочередно обрабатывает.

Для принятия решения о допуске человека в помещение или для подсчета числа коробок на поддоне достаточно, чтобы каждый идентификатор имел свой уникальный номер. Однако есть большой класс задач, когда в метку необходимо помещать дополнительную информацию, отражающую ход технологического процесса. В этом случае используют перезаписываемые идентификаторы с дополнительной энергонезависимой памятью, в которой информация сохраняется и после пропадания питания. Объем такой памяти может колебаться от нескольких десятков бит до десятков килобайт, в зависимости от прикладной задачи.

За управление и манипулирование данными, пересылаемыми по каналам «метка - считыватель» и «считыватель - компьютер», отвечает программное обеспечение приложения RFID.

RFID -технологию можно использовать там, где применение других технологий идентификации невозможно или нецелесообразно, поскольку она обладает следующими неоспоримыми преимуществами:

♦ сама RFID -метка может находиться внутри объекта идентификации и быть невидимой снаружи;

♦ на RFID-метку можно дистанционно записывать информацию;

♦ технология позволяет считывать сотни меток одновременно за счет использования встроенных алгоритмов разрешения коллизий;

♦ практически неограниченный срок эксплуатации (для пассивных меток);

♦ высокая защищенность от условий окружающей среды;

♦ отсутствие необходимости контакта и прямой видимости;

♦ возможность скрытой установки электронной метки;

♦ возможность чтения/записи информации;

♦ высокая скорость считывания данных;

♦ работа в сложных климатических условиях и вредных средах;

♦ невозможность подделки.

Таким образом, особенности RFID-технологии позволяют распространить область ее практического применения на такие сферы, как контроль доступа, защита от краж, архивное и библиотечное дело, платежные системы, промышленность, складская логистика и транспортная логистика, розничная торговля, системы защиты от подделок, отслеживание местоположение объектов, идентификация животных, медицина, дистанционное управление, спорт, автоматические парковки.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ла Хири С. RFID. Руководство по внедрению: Пер. с англ. - М.: Кудиц-Образ, 2007.

2. Бхуптани М., Морадпур Ш. RFID-технологии на службе вашего бизнеса: Пер. с англ. - М.: Альпина Бизнес Букс, 2007.

3. http://www.rfid-handbook.com.

4. http://www.rfid-info.ru.

5. http://www.biblio-rfid.ru.

Поступила 20. 12. 2007 г.