Aplikace a vývoj klíčových technologií elektronických štítků RFID

Tento článek vychází ze základního principu RFID a představuje klíčové technologie elektronického tagu, včetně čipu, konstrukce antény, balení a použití technologie tagu. Podle horkých míst v oblasti designu a stavu výzkumu doma i v zahraničí shrnuje tento článek vývojové trendy v oblasti čipů. RFID electronic labels, and puts forward the basic countermeasures for the current application and development of RFID electronic labels in China.

Co je RFID?

RFID je obecný název technologie radiofrekvenční identifikace. Je stejná jako ostatní metody identifikace, jako jsou čárové kódy a jiné. IC karta. Its basic function is to identify the unique identifier (UID) of the target item. The difference is that it uses radio frequency transmission to complete non-contact automatic identification and realize the identification of moving targets and multiple targets. RFID is also a data communication technology. It has the basic functions of the basic components of the communication system, such as sending, receiving, channel and transmitting information. The difference is that the information it transmits is artificial and fixed. With its advantages and development potential of large storage capacity, multiple recognition targets, long reading distance, and data encryption, RFID is known as one of the most important technologies today. The key to the application and development of Systém RFID je elektronická značka. Tento článek se zaměřuje na klíčovou technologii Elektronický štítek RFID a stav výzkumu doma i v zahraničí a předkládá základní protiopatření pro aplikaci a rozvoj elektronické značky v Číně v této fázi.

1. Technologie elektronických štítků a stav výzkumu doma i v zahraničí

V domácí i zahraniční odborné literatuře je současný výzkum na téma elektronické štítky se zaměřuje především na následujících šest aspektů.

1.1 Technologie čipů

Čipová technologie je základní technologií technologie RFID. Čip tagu je systém, který integruje všechny obvody kromě antény tagu a přizpůsobovacího vedení, včetně RF front-endu, analogového front-endu, digitálního základního pásma a paměťové jednotky a dalších modulů. Základní požadavky na čipy jsou lehké, tenké, malé, nízké a levné.
In foreign countries, integrated circuit manufacturers such as TI, Intel, Philips, ST Micro electronics, Infineon, NXP, Atmel have made outstanding achievements in developing RFID chips with small size, low power consumption and low price. For example, the minimum RF input power of UHF passive tag developed by Atmel can be as low as 16.7 μW. The Swiss Federal Institute of Technology has designed a model with a minimum input power of only 2.7 μ W, 2.45GB tag chip with reading and writing distance up to 12m. At the 2006 ISSCC meeting, Hitachi Japan proposed a product with an area of 0.15mm × 0.15 mm, thickness only 7.5 μM tag chip. In China, Chinese integrated circuit manufacturers have been able to develop and produce low frequency and high frequency band chips by themselves, which are close to the international advanced level. The UHF band QR series chips developed by Shanghai Kunrui Company have passed the official authorization certification of EPCglobal. In general, the design of UHF and microwave band RFID chips in China still faces huge challenges, mainly in the harsh power consumption limit. Adaptation technology with antenna. Subsequent packaging problems. Sensitivity. Reliability and cost.
Vývojový trend v oblasti konstrukce a výroby čipů RFID spočívá v tom, že spotřeba energie čipu je nižší, akční vzdálenost delší, rychlost čtení a zápisu vyšší, spolehlivost vyšší a náklady se neustále snižují. Kromě zvyšování úložné kapacity čipu, aby bylo možné přenášet více informací, zmenšování velikosti čipu, aby se snížily náklady, a zlepšování citlivosti čipu, aby se zvýšila čtecí vzdálenost, se současný výzkum zaměřuje také na: obvody s velmi nízkou spotřebou energie; technologii zabezpečení a ochrany soukromí, funkci a implementaci hesla; nízkonákladový návrh čipu a výrobní technologii; novou technologii ukládání; algoritmus proti kolizi a implementační technologii; technologii integrace se senzory; celkové řešení úzce integrované s aplikačním systémem.

1.2 Technologie návrhu antén

Při navrhování Anténa tagu RFID, miniaturizace byla vždy problémem. V zájmu rozšíření rozsahu použití jsou důležitými směry výzkumu také miniaturizovaná šířka pásma a charakteristiky zisku a příčné polarizace antény. V současné době se u tagů RFID stále používají nezávislé antény mimo čip, jejichž výhodou je vysoká hodnota Q, snadná výroba a mírné náklady, ale velké rozměry a snadné rozbití, a nejsou způsobilé pro ochranu proti padělání nebo pro implantaci do zvířat v podobě biologických tagů. Pokud lze anténu integrovat do čipu štítku, může fungovat bez jakýchkoli externích zařízení, což může zmenšit objem celého štítku, zjednodušit výrobní proces štítku a snížit náklady, což podnítilo výzkum technologie antény na čipu. Kromě toho se v současné době výzkum antény na čipu zaměřuje také na technologii přizpůsobení antény, technologii optimalizace struktury, širokopásmový návrh antény pokrývající více frekvenčních pásem, technologii optimalizace distribuce antény pro více tagů, technologii antikovového návrhu, technologii konzistence a ochrany proti rušení atd.

1.3 Technologie balení

Balení elektronických štítků zahrnuje především montáž čipů, výrobu antén a další hlavní články. S rozvojem nových technologií balení se v technologii balení štítků objevily nové technologie zpracování, jako je generování nárazů flipového čipu, tisk antén atd. Ve srovnání s tradičním drátovým spojením nebo spojením s nosičem má technologie flip chip výhodu vysoké hustoty balení, dobrých elektrických a tepelných vlastností, dobré spolehlivosti a nízkých nákladů. Použití vodivého inkoustu k tisku antény štítku namísto tradiční metody leptání k výrobě antény štítku výrazně snižuje výrobní náklady elektronického štítku. Kromě toho výzkumné zaměření technologie balení štítků zahrnuje také technologii balení při nízkých teplotách lisování za tepla, optimalizaci přesného návrhu mechanismu, vícefyzikální detekci a řízení, vysoce přesné vysokorychlostní řízení pohybu, technologii online detekce atd.

1.4 Technologie aplikace štítků

Na základě jedinečných vlastností tagů RFID pro identifikaci objektů byl zahájen výzkum různých funkčních tagů. Kromě tradiční identifikace, sledování a monitorování předmětů patří mezi horké body výzkumu také interaktivní inteligentní tagy, prostorové určování polohy a sledování, pervazivní výpočetní technika, mobilní platby, ochrana předmětů proti padělání atd.

• (1) Interaktivní inteligentní značky. Struktura interaktivní inteligentní značky se stále skládá z jednočipového bezdrátového mikropřijímače a jednočipového počítače. V jednočipovém počítači předem napište různé požadované aplikační programy a v případě potřeby tyto programy volejte prostřednictvím bezdrátových instrukcí, takže štítek může provádět všechny druhy prací, které vyžadují aplikace internetu věcí., včetně identifikace, určení polohy, sběru dat atd. Značka nevysílá v běžných časech žádné signály směrem ven, ale pravidelně přijímá a zaznamenává signály vysílané koordinátorem v režimu vysílání na monitorovacím kanálu v pravidelných intervalech podle potřeby. Teprve po přijetí příkazu k probuzení může přejít na pracovní kanál čtečky a zapisovače, přijmout příkaz od koordinátora a vstoupit do stavu výměny informací s čtenář a spisovatel podle předem napsaného programu podle příkazu a dokončí zadaný pracovní úkol v určeném čase, Vraťte se do monitoru a spánku. Je vidět, že jádrem této technologie je dosažení ultranízkého výkonu bezdrátového přenosu tagů na dlouhé vzdálenosti rychlým odfiltrováním neplatných signálů za cenu použití dalšího koordinátoru. Protože interaktivní inteligentní tag řeší klíčové problémy nízkých nákladů, nízké spotřeby energie a bezdrátového dálkového přenosu při aplikaci internetu věcí, rozšiřuje rozsah použití elektronického tagu a může být široce používán v městském inteligentním dopravním systému, městském systému sběru základních dat a dalších oblastech, které vyžadují dálkovou identifikaci, určování polohy nebo sběr dat.
• (2) Určování polohy a sledování značek v reálném čase. Stávající systémy určování polohy zahrnují především satelitní systém určování polohy, infračervený nebo ultrazvukový systém určování polohy a systém určování polohy založený na mobilní síti. Vzhledem k omezením času určování polohy, přesnosti určování polohy a podmínek prostředí však neexistuje žádná technologie určování polohy, která by mohla lépe řešit takové problémy, jako je letištní hala, výstavní hala, sklad, supermarket, knihovna, podzemní parkoviště Problém informací o poloze zařízení a objektů ve složitém vnitřním prostředí, jako jsou podzemní doly. Technologie RFID poskytuje nové řešení pro služby určování polohy a sledování v prostoru, zejména pro určování polohy ve vnitřních prostorách, s nímž se satelitní systémy určování polohy obtížně vyrovnávají. Využívá především jedinečné identifikační charakteristiky tagu k objektu a měří prostorovou polohu objektu podle síly signálu radiofrekvenční komunikace mezi čtečkou a tagem instalovaným na objektu.
• (3) Univerzální výpočetní štítek. Kombinací se senzorovou technologií mohou štítky RFID také snímat teplotu, vlhkost, osvětlení a další informace o stavu objektu nebo prostředí v uzlu internetu věcí a pomocí bezdrátové komunikační technologie přenášet tyto informace a jejich změny do výpočetní jednotky, zlepšovat viditelnost prostředí pro výpočetní modul a budovat infrastrukturu budoucí všudypřítomné výpočetní techniky.
• (4) Mobilní platební značka. Mobilní platby RFID lze provádět prostřednictvím komunikace na krátkou vzdálenost mezi terminálem mobilního telefonu a POS terminálem. Může nejen zaplatit částku transakce prostřednictvím poplatku za mobilní telefon, ale také svázat bankovní účet se SIM kartou, aby banka mohla transakci zpracovat. Mobilní platba RFID je výsledkem integrace odvětví RFID a telekomunikací. V současné době existují čtyři hlavní způsoby použití: Felica, NFC, DISIM a RF-SIM. RF-SIM je bezdrátová komunikační technologie krátkého dosahu založená na SIM kartě. RF modul je zabudován do SIM karty. Karta SIM se používá pro běžnou mobilní komunikaci, ověřování a fyzické spojení s mobilním telefonem. Karta RF-SIM podporuje všechny mobilní telefony na trhu a představuje komplexní platformu služeb, která může nahradit peněženky, klíče a průkazy totožnosti.
• (5) Štítek proti padělání. Tradiční technologie proti padělání, jako je fyzická ochrana proti padělání, biologická ochrana proti padělání, strukturální ochrana proti padělání, čárový kód a digitální ochrana proti padělání, nemohou hrát skutečnou roli v boji proti padělání, protože nejsou jedinečné a výlučné. Technologie RFID má absolutní výhodu v boji proti padělání, protože každá etiketa má ve světě jedinečné identifikační číslo, které nelze upravit a zkopírovat. Kromě toho má technologie RFID proti padělání také ty vlastnosti, že nedochází k fyzickému opotřebení, vysoké zabezpečení fyzického rozhraní čtečky a zapisovače, šifrování dat štítku, vzájemné ověřování mezi čtečkou a zapisovačem atd., takže ji nelze zcela zkopírovat, a tím zabránit padělání. V současné době se RFID proti padělání postupně uplatňuje v oblasti správy dokumentů, správy vstupenek, elektronické poznávací značky, ochrany proti padělání alkoholu, ochrany proti padělání uměleckých pokladů a rozšiřuje se.

1.5 Výzkum standardních otázek

V současné době mezinárodní komunikační normy týkající se elektronických štítků zahrnují zejména:

• (1) Norma ISO/IEC18000.
• (2) Standard EPC.
• (3) Standard DSRC.
• (4) Standard UID.

Kromě toho mnoho zemí a institucí aktivně vyvíjí regionální, národní nebo průmyslové alianční normy týkající se RFID a doufá, že se různými cestami dopracují k mezinárodním normám. Každý systém norem je rozdělen na několik částí podle pracovní frekvence. Hlavní rozdíly mezi nimi jsou v režimu komunikace, antikolizním protokolu a formátu dat. V lednu 2008 projektový tým 7. rámcového programu Evropské unie financoval a sponzoroval Globální fórum pro univerzální standardy RFID (GRIFS), jehož cílem je dosáhnout maximální jednotnosti standardů RFID ve světě posílením spolupráce. S rozvojem technologie RFID dochází ke sbližování různých standardů elektronických štítků. Například norma ISO/IEC15693 pro vysokofrekvenční 13,56MHz se stala součástí normy ISO18000-3 a norma EPCGEN2 se stala rovněž normou ISO18000-6C. V současné době přijaly Spojené státy, Evropská unie a další země své vlastní odlišné normy. Vzhledem k obtížné koordinaci zájmů je sjednocení norem naléhavé, ale proces je stále poměrně dlouhý.

1.6 Výzkum v oblasti bezpečnosti a ochrany soukromí

Studované a přijaté bezpečnostní mechanismy zahrnují především fyzické metody, kryptografické mechanismy a jejich kombinace. Fyzikální metody se obvykle používají u levných štítků k ochraně informací na štítku pomocí elektrostatického stínění nebo aktivního rušení. Ve srovnání s hardwarovým bezpečnostním mechanismem založeným na fyzikálních metodách je populárnější softwarový bezpečnostní mechanismus založený na kryptografické technologii. Využívá především různá vyspělá kryptografická schémata a mechanismy k návrhu kryptografických protokolů, které splňují bezpečnostní požadavky RFID.

2. Vývojové trendy a protiopatření elektronických štítků

The application and development of electronic labels are based on the development of RFID industry chain. Any backward link will affect the development of the entire industry. China lags behind countries such as Europe, America, South Korea and Japan in the research and development time in the RFID field, and lacks a complete industrial chain in the UHF and microwave frequency bands. To develop China’s electronic labels based on the existing technology and market of RFID in China, we must aim at the entire RFID industrial chain and formulate specific measures and strategies.

• (1) Zvýšit úsilí v oblasti výzkumu a vývoje a usilovat o technické průlomy. V současné době mají elektronické štítky stále mnoho nedostatků, jako je nízká spolehlivost čtení jednotlivých štítků v důsledku směrovosti antény, která snadno způsobuje chybějící čtení, radiofrekvenční identifikační signál je snadno ovlivnitelný vodivými látkami, jako je kov a voda, a rozpoznávací vzdálenost je snížena, a systém RFID a jiné bezdrátové komunikační systémy s blízkým frekvenčním pásmem mohou při současné práci vytvářet elektromagnetické rušení, které může vzájemně ovlivňovat jejich výkonnost Při umístění velkého počtu tagů RFID dohromady může soustava antén tagů vykazovat jiné vlastnosti než anténa jednoho tagu, což představuje výzvu pro vývoj elektronických tagů.
• (2) Co nejdříve formulovat příslušné normy pro elektronické štítky.
• (3) Nalezení průlomu v aplikaci a zlepšení rozsahu aplikace v průmyslu. Protože aplikace elektronických štítků RFID v Číně je stále poměrně rozptýlená, mnoho podniků dokonce zůstává na povrchu, s jednoduchými obchodními procesy, jednoduchou logikou, nedostatečnou integrací back-end systémů a ve skutečnosti nehrály roli elektronických štítků v řízení dodavatelského řetězce a budování podnikových informací. Proto je naléhavým problémem, který je třeba vyřešit, jak integrovat RFID se stávajícími podnikovými informačními systémy, jako jsou ERP, SCM, MIS atd., inovovat obchodní procesy, plně využít výhod elektronických štítků, zlepšit rozsah průmyslových aplikací a vytvořit kompletní průmyslový řetězec.
• (4) Strengthen technology integration and realize cross-regional and cross-industry applications. With the development and expansion of RFID, it has been applied in the fields of Expo ticket management, intelligent transportation, logistics, food safety, commodity anti-counterfeiting, electricity, etc. in recent years. China’s RFID industry has shifted from government demand to market demand. In the process of RFID development, we should not only see the development potential of the RFID industry, but also see the problems in this development process, and use more scientific methods to continuously deepen the application of RFID, so as to promote the development of the domestic RFID industry.

3. Závěr

Tento článek popisuje základní funkce, výhody a vývojové trendy RFID. Uvádí také klíčové technologie elektronických štítků a analyzuje a studuje normy a otázky bezpečnosti a ochrany osobních údajů doma i v zahraničí. Nakonec předkládá základní politiky a vývojové trendy pro aplikaci a rozvoj elektronických štítků v současné fázi v Číně. To hraje klíčovou roli v rozvoji RFID.

Autor: Mgr: Li Xiangjun, Guo Guanqi

Zdroj:: Čína Výrobce elektronických štítků - Aktivita Technologie Společnost s ručením omezeným (www.tractility.com)

Společnost Actility poskytuje výkonná bezpečnostní řešení pro správu maloobchodních prodejen, která zabraňují ztrátám majetku a nemovitostí, zlepšují zabezpečení transakcí a poskytují inteligentní analýzu. Vyrábíme systémy AM/EM/RFID, štítky EAS, měkké štítky EAS, bezpečnější EAS, šňůrky, odpojovače a všechny druhy příslušenství EAS. K dispozici je infračervené počítadlo osob a kamerové počítadlo osob.
Pokud chcete získat více informací o článku nebo se s námi podělit o svůj názor, kontaktujte nás na adrese [email protected]
Všimněte si, že by vás mohly zajímat i další technické články, které jsme publikovali:

• Co je technologie RFID
• V éře internetu věcí může technologie RFID přinést to, co pomůže
• Co je elektronická značka

Odkaz:

• [1] CHAO C C,YANG J M,JEN W Y. Určení technologických trendů a prognóz RFID pomocí historického přehledu a bib-liometrické analýzy v letech 1991 až 2005[J].Technovation,2007,27(5):268-279.
• [2] Zhang Hui, Wang Donghui. Výzkum technologie RFID a její aplikace [J]. Microcomputer Information, 2007,23 (4z): 252-254
• [3] Yi Lu, Wang Rulong Mobilní RFID Typická technologie a aplikace [J]. Computer and Information Technology, 2009 (6): 25-28
• [4] Zou Liming, Fan Kefeng a Dai Kui. Návrh čtečky a zapisovače RFID založené na technologii DSP [J]. Electronic Science and Technology, 2008,21 (8): 35-38
• [5] Liu Jing, Yang Xiaodong Výzkum protiopatření vlády v procesu realizace internetu věcí [J] Journal of Amine University of Posts and Telecommunications, 2010 (4): 51-55
• [6] Wang Jie, Shi Hongli, Qu Xiaoling, et al. Research on wireless sensor network node design based on RFID [J]. Electronic Design Engineering, 2011 (5): 180-182