RFID: революция в системах идентификации

Г. Фролова

Компания Wal-Mart уже давно советовала своим покупателям внимательно следить за снижением цен на реализуемую ею продукцию, а сегодня эта крупнейшая в мире компания розничной торговли сама следит за снижением цен... на системы радиочастотной идентификации (RFID). В конце прошлого года она объявила об обязательном переходе своих магазинов на систему RFID. С тех пор цена на бирки RFID снизилась вдвое, что, по мнению специалистов компании, приведет к революции в мире розничной торговли и полному изменению цепочек поставок. Ста крупнейшим поставщикам Wal-Mart было предложено уже к январю следующего года перейти на использование в своих упаковках бирок RFID. Поставщики этого крупнейшего предприятия розничной торговли стремятся успеть к сроку, создавая настоящий бум на рынке RFID. По оценкам некоторых аналитиков, одной только Wal-Mart вскоре в год потребуется миллиард микросхем RFID, и спрос на эти крошечные устройства будет только расти. Другие крупные предприятия розничной торговли и некоторые государственные учреждения теперь требуют от своих партнеров прикреплять бирки RFID ко всем видам упаковки. Так, в ноябре прошлого года Министерство обороны США одобрило новую систему идентификации на федеральном уровне, потребовав от своих поставщиков установить ярлыки RFID на промышленные детали и поддоны к 2005 г.

В течение многих лет продвижением технологии RFID и сенсорных систем и созданием соответствующей инфраструктуры занималась корпорация Intel. Intel разрабатывает устройства считывания идентификаторов RFID, детекторы перемещения бирок RFID и новые модели использования, например домашние медицинские системы, а также работает над повышением эффективности работы цепочки поставок. Хорошим примером той активности, которую корпорация проявляет в развитии новой технологии, стала одна из последних разработок сотрудников исследовательского центра Intel в Сиэттле – карманное устройство считывания бирок RFID и специальная перчатка для считывания. Карманный сканер RFID, позволяющий пользователям легко и просто работать с бирками RFID, вызвал огромный интерес во всем мире, и в настоящее время исследователи Intel тесно сотрудничают с рядом компаний, производящих электронные компоненты, в области разработки дочерних плат RFID и недорогих комплектов для считывания.

Существует не так много технологий, которые несут с собой кардинальные изменения, но RFID и электронные товарные коды, по единодушному мнению специалистов, несомненно относятся к этой категории. Их использование затронет все бизнес-процессы вне зависимости от места в стоимостной цепочке и неизбежно заменит традиционную технологию штрих-кодов. С помощью RFID поставщики и предприятия розничной и оптовой торговли, складские комплексы и терминалы смогут получать более полную и своевременную информацию о всех этапах процесса движения материальных, информационных и транспортных потоков.

RFID – говорящий штрих-код

Технологии бесконтактной идентификации наиболее полно соответствуют всем требованиям компьютерной системы управления, где требуется распознавание и регистрация объектов и прав в режиме реального времени. Строятся они обычно на оптическом принципе (это всем известные штрих-коды) или радиочастотном. Радиочастотное распознавание осуществляется с помощью закрепленных за объектом специальных меток, несущих идентификационную и другую информацию. Об этом методе, который уже стал основой построения современных бесконтактных информационных систем и имеет устоявшееся название «RFID-технологии» (сокращение от Radio Frequency Identification, что в переводе и означает «радиочастотная идентификация»), и пойдет речь.

Микросхема RFID – это что-то вроде говорящего штрих-кода, передающего информацию на устройство считывания или сканер. Традиционные печатные штрих-коды обычно считываются лазерным сканером, которому для определения и извлечения информации требуется прямая видимость. При использовании технологии RFID сканер может считать закодированную информацию, даже когда бирка с ней скрыта, например встроена в корпус изделия или вшита в одежду. Крошечная бирка RFID может содержать намного больше информации, чем обычный штрих-код. Более того, бирки RFID в отличие от штрих-кодов могут передавать данные от различных упаковок, находящихся в тележке покупателя, на поддоне, или даже из коробок в закрытом контейнере с товарами.

Как работают RFID-системы

Системы состоят из трех основных компонентов: считывателя или сканера (ридера), транспондера (обычно называемого меткой, биркой или тагом от англ. tag) и компьютерной системы обработки данных. Сканеры подключаются к биркам по радиосвязи, считывают с бирок данные и отправляют полученную информацию в базы данных. Ридер имеет приемопередающее устройство и антенну, которые посылают сигнал к тагу и принимают ответный; микропроцессор, который проверяет и декодирует данные, а также память, сохраняющую данные для последующей передачи, если это необходимо. Основные компоненты тага – интегральная схема, управляющая связью со считывателем, и антенна. Интегральная схема (чип) имеет память, которая содержит идентификационный код или другие данные. Таг обнаруживает сигнал от ридера и начинает передавать данные, сохраненные в его памяти, обратно в ридер; при этом никакой потребности в контакте или прямой видимости между считывателем и тагом нет, поскольку радиосигнал легко проникает через неметаллические материалы. Таким образом, таги даже могут быть скрыты внутри тех объектов, которые подлежат идентификации. При увеличении числа бирок увеличивается и поток данных между компьютером и считывающими устройствами.

Таги бывают активными или пассивными. Активные таги работают от присоединенной или встроенной батареи, они требуют меньшей мощности считывателя и, как правило, имеют большую дальность чтения. Пассивная метка функционирует без источника питания, получая энергию из сигнала сканера, используя технологии индуктивной связи или электромагнитного захвата, и состоит из антенны, конденсатора и небольшой полупроводниковой микросхемы. Новейшие разработки позволяют объединять эти компоненты на акриловой подложке, уменьшая стоимость устройств RFID и позволяя производителям прикреплять к товарам бирки точно так же, как обычные этикетки. Пассивные метки меньше и легче активных, они дешевле, имеют фактически неограниченный срок службы, не нуждаются в батарейках и соответственно не требуют технического обслуживания. Активные и пассивные таги могут выполняться только для чтения, с чтением-записью или однократно записываемыми, данные в которые заносит пользователь. Область применения системы определяется ее частотой. По этому параметру RFID-системы подразделяются на следующие:

– высокочастотные (850...950 MГц и 2,4...5 ГГц), которые используются там, где требуется большое расстояние и высокая скорость чтения, например при контроле движения железнодорожных вагонов, автомобилей, систем сбора отходов. Такие ридеры устанавливают, например, на воротах или шлагбаумах склада, при этом транспондер закрепляется на ветровом или боковом стекле автомобиля, привозящего или отвозящего груз. Большая дальность действия делает возможной безопасную установку ридеров вне пределов досягаемости людей;

– промежуточной частоты (10...15 MГц), которые применяют там, где требуется передать большее количество данных;

– низкочастотные (100...500 кГц), которые используются там, где допустимо небольшое расстояние между объектом и ридером. Обычное расстояние считывания составляет 0,5 м, для самых маленьких тагов дальность чтения, как правило, еще меньше – около 0,1 м. Большая антенна ридера может в какой-то мере компенсировать такую дальность действия небольшого тага, но излучение высоковольтных линий, моторов, компьютеров, ламп и т. п. мешает ее работе. Большинство систем управления доступом, бесконтактные карты управления складами и производством используют низкую частоту.

Говоря об основных преимуществах новой технологии, надо отметить, что RFID-метки, помимо того, что не требуют контакта или прямой видимости объекта и сканера:

– читаются быстро и точно (приближаясь к 100%-ной передаче информации);

– могут использоваться даже в агрессивных средах, распознаются через слой грязи, краски, пар, воду, пластмассу, древесину;

– в пассивном исполнении имеют фактически неограниченный срок эксплуатации;

– несут большое количество информации и могут быть выполнены «интеллектуальными»;

– практически невозможно подделать;

– не только читаются, но и позволяют записывать на себе необходимую информацию.

Области применения

Если революция в области розничной торговли, которую произвела RFID-технология, и может быть новостью, сама по себе она отнюдь не нова, поскольку существует и используется с 1940-х годов. Уже во время Второй мировой войны ВВС США использовали радиопередатчики для идентификации самолетов. В настоящее время такие передатчики применяются на всех летательных аппаратах – от вертолетов до воздушных шаров.

Еще один пример, уже из сравнительно недавней истории. Обеспокоенные распространением коровьего бешенства в 1980-х годах, государственные органы стали требовать использования средств точной идентификации скота. В результате сегодня десятки миллионов коров носят бирки RFID в ушах. Микросхемы RFID встроены также в идентификационные жетоны систем безопасности, их устанавливают на ветровом стекле автомобилей для автоматической оплаты дорожных пошлин, надевают на домашних животных для их идентификации. В США RFID-этикетки, основанные на радиочастотной идентификации, сейчас находятся в самом начале пути полной коммерциализации. В сфере упаковки это означает широкое применение излучающих радиосигналов чипов на поддонах и контейнерах. В конечном итоге ожидается, что такие этикетки более широко будут прикреплять также и к первичной упаковке. Ярлыки позволят компаниям отслеживать путь упакованного товара, чтобы улучшить сбор данных, контроль за передвижением товара, усовершенствовать систему безопасности. В общем, эти системы применяются в тех довольно разнообразных случаях, когда требуется оперативный и точный контроль, отслеживание и учет многочисленных перемещений различных объектов.

Вот еще несколько областей интересного для нас типичного применения RFID:

– электронный контроль за доступом и перемещениями персонала на территории предприятий и складов;

– управление производством, товарными и таможенными складами (в особенности крупными), магазинами, выдачей и перемещением товаров и материальных ценностей;

– автоматический сбор данных и при необходимости начисление оплаты на железных дорогах, платных автомобильных дорогах, на грузовых станциях и терминалах;

– контроль, планирование и управление движением, интенсивностью графика и выбором оптимальных маршрутов автотранспорта;

– управление движением общественного транспорта и оптимизация пассажиропотоков;

– системы электронных платежей для всех видов транспорта, включая организацию платных дорог, автоматический сбор платы за проезд и транзит, платные автостоянки;

– защита дорогих изделий на складах и в магазинах (в том числе предоставляющих услуги по прокату видеокассет, снаряжения и т. п.);

– защита и сигнализация на транспортных средствах;

– обеспечение безопасности и защиты от краж в казино (идентификация фишек и игральных карт).

Скоро в ваш мобильник будет встроен личный сканер

Хотя технология RFID существует уже давно, начало ее массового использования в сетях поставщиков неизбежно приведет к значительным изменениям. По мере распространения технологии RFID в этой области из-за объективных факторов экономики массового производства стоимость бирок и сканеров будет постоянно снижаться. Более того, коммерческие предприятия, вкладывающие средства в инфраструктуры управления товарами, смогут использовать ее в комплексе с другими приложениями без дополнительных расходов. Революция в области управления сетями поставщиков предприятий розничной торговли выльется в новые решения для конечных потребителей. Например, посмотрим на недавнее объявление компании Nokia. Эта фирма – производитель мобильных телефонов представляет набор, позволяющий превратить обычный телефон в сканер RFID. Уже через несколько лет мобильные телефоны и карманные ПК, способные сканировать бирки RFID на товарах, дадут потребителям возможность автоматического доступа к содержащейся в компьютерных сетях информации без необходимости набирать URL или адрес в Интернете. Каждому владельцу считывающего устройства надо будет лишь просканировать бирку RFID любого физического объекта, чтобы сразу же получить доступ к текстовой и аудиовизуальной информации о нем, например, к описанию продукции, подробным указаниям по эксплуатации и ремонту, перечню экскурсий, образцам видеоматериалов и музыки и т. д.

Хотя системы RFID уже сегодня облегчают жизнь многим людям, не все спешат их принять. Так, в США и Европе защитники прав потребителей обеспокоены использованием бирок RFID на товарах розничной торговли, опасаясь, что с их помощью компании смогут отслеживать все пристрастия потребителей: от их любимого сорта колбасы до размера, стиля и цвета одежды. Большинство аналитиков, работающих в отрасли, считают, что преимущества от использования технологии RFID, связанные с повышением качества обслуживания, перевесят любые беспокойства о конфиденциальности. Они убеждены, что «плюсов» здесь намного больше, чем «минусов». К тому же центр Auto-ID (исследовательский консорциум RFID, размещающийся в Массачусетском технологическом институте) предложил дать предприятиям розничной торговли возможность отключать бирки RFID на выходе из магазинов. Хотя единого стандарта RFID пока не существует, некоторые производители уже начали выпускать бирки с такой функцией.

RFID-приемники уже могут считывать метки в радиусе 11 метров

Не так давно южноафриканская компания Trolleyscan объявила о создании высокочувствительного скрытого унифицированного УВЧ-чипа, который может работать в радиусе 11 м, даже если он закреплен на металлической поверхности. Расположенная в Йоханнесбурге компания, специализирующаяся в области RFID, сосредоточила свои усилия на разработке нового считывателя, чтобы увеличить радиус действия меток Ecochip. Большинство ридеров при сканировании используют отраженный сигнал пассивной RFID-метки. Разработчики Trolleyscan утверждают, что при использовании метки Ecochip требования к мощности радиочастотной энергии существенно ниже, но отраженный сигнал от транспондера становится слишком слабым. Его невозможно считать уже с дистанции 10 м при использовании стандартных приемников в присутствии активизирующего сигнала на той же частоте. Новый приемник Trolleyscan способен сканировать транспондер с расстояния от 2 см до 11 м без дополнительных регулировок.