Aplicación y desarrollo de las tecnologías clave de las etiquetas electrónicas RFID

Partiendo del principio básico de la RFID, este documento presenta las tecnologías clave de la etiqueta electrónica, incluidos el chip, el diseño de la antena, el envasado y la aplicación de la tecnología de la etiqueta. De acuerdo con los puntos calientes del diseño y el estado de la investigación en el país y en el extranjero, este documento resume la tendencia de desarrollo de Etiquetas electrónicas RFIDy plantea las contramedidas básicas para la aplicación y el desarrollo actuales de las etiquetas electrónicas RFID en China.

Qué es la RFID?

RFID es el nombre general de la tecnología de identificación por radiofrecuencia. Es igual que otros métodos de identificación como el código de barras y la Tarjeta IC. Su función básica es identificar el identificador único (UID) del artículo objetivo. La diferencia es que utiliza la transmisión por radiofrecuencia para completar la identificación automática sin contacto y realizar la identificación de objetivos móviles y objetivos múltiples. La RFID es también una tecnología de comunicación de datos. Tiene las funciones básicas de los componentes básicos del sistema de comunicación, como enviar, recibir, canalizar y transmitir información. La diferencia es que la información que transmite es artificial y fija. Con sus ventajas y potencial de desarrollo de gran capacidad de almacenamiento, múltiples objetivos de reconocimiento, larga distancia de lectura y encriptación de datos, la RFID es conocida como una de las tecnologías más importantes en la actualidad. La clave para la aplicación y el desarrollo de Sistema RFID es la etiqueta electrónica. Este documento se centra en la tecnología clave de Etiqueta electrónica RFID y el estado de la investigación en el país y en el extranjero, y plantea las contramedidas básicas para la aplicación y el desarrollo de la etiqueta electrónica en China en esta fase.

1. Tecnología de etiquetas electrónicas y estado de la investigación en el país y en el extranjero

En la literatura de investigación nacional y extranjera, la investigación actual sobre etiquetas electrónicas se centra principalmente en los seis aspectos siguientes.

1.1 Tecnología de chips

La tecnología de chip es una tecnología central en la tecnología RFID. Un chip de etiqueta es un sistema que integra todos los circuitos excepto la antena de la etiqueta y la línea de adaptación, incluyendo el front-end de RF, el front-end analógico, la banda base digital y la unidad de memoria y otros módulos. Los requisitos básicos de los chips son que sean ligeros, finos, pequeños, bajos y baratos.
En el extranjero, fabricantes de circuitos integrados como TI, Intel, Philips, ST Micro electronics, Infineon, NXP, Atmel han conseguido logros sobresalientes en el desarrollo de chips RFID de pequeño tamaño, bajo consumo y bajo precio. Por ejemplo, la potencia mínima de entrada de RF de la etiqueta pasiva UHF desarrollada por Atmel puede ser tan baja como 16,7 μW. El Instituto Federal Suizo de Tecnología ha diseñado un modelo con una potencia de entrada mínima de sólo 2,7 μ W, un chip tag de 2,45 GB con una distancia de lectura y escritura de hasta 12 m. En la reunión de la ISSCC de 2006, Hitachi Japón propuso un producto con un área de 0,15 mm × 0,15 mm y un grosor de sólo 7,5 μM de chip tag. En China, los fabricantes chinos de circuitos integrados han sido capaces de desarrollar y producir por sí mismos chips de banda de baja y alta frecuencia, que se acercan al nivel avanzado internacional. Los chips de la serie QR de banda UHF desarrollados por Shanghai Kunrui Company han superado la certificación de autorización oficial de EPCglobal. En general, el diseño de chips RFID de banda UHF y microondas en China aún se enfrenta a grandes retos, principalmente en el duro límite de consumo de energía. Tecnología de adaptación con antena. Problemas de embalaje posteriores. Sensibilidad. Fiabilidad y coste.
La tendencia de desarrollo de la tecnología de diseño y fabricación de chips RFID es que el consumo de energía del chip es menor, la distancia de acción es mayor, la velocidad de lectura y escritura es más rápida, la fiabilidad es mayor y el coste se reduce continuamente. Además de aumentar la capacidad de almacenamiento de la etiqueta para transportar más información, reducir el tamaño de la etiqueta para reducir costes y mejorar la sensibilidad de la etiqueta para aumentar la distancia de lectura, el enfoque actual de la investigación también incluye: circuito de potencia ultrabaja; tecnología de seguridad y privacidad, función de contraseña e implementación; tecnología de diseño y fabricación de chips de bajo coste; nueva tecnología de almacenamiento; algoritmo anticolisión y tecnología de implementación; tecnología de integración con sensores; la solución global estrechamente integrada con el sistema de aplicación.

1.2 Tecnología de diseño de antenas

En el diseño de Antena de etiqueta RFID, la miniaturización siempre ha sido una preocupación. Con el fin de ampliar el campo de aplicación, el ancho de banda y las características de ganancia de la antena miniaturizada y las características de polarización cruzada son también importantes direcciones de investigación. En la actualidad, las etiquetas RFID siguen utilizando antenas independientes fuera del chip, que tienen las ventajas de un alto valor Q, facilidad de fabricación y un coste moderado, pero un gran tamaño y facilidad de rotura, y no son competentes para la lucha contra la falsificación o la implantación en animales en forma de etiquetas biológicas. Si la antena puede integrarse en el chip de la etiqueta, puede funcionar sin dispositivos externos, lo que puede reducir el volumen de toda la etiqueta, simplificar el proceso de fabricación de la etiqueta y reducir el coste, lo que ha impulsado la investigación de la tecnología de antena en chip. Además, en la actualidad, la investigación de la antena de la etiqueta también se centra en la tecnología de adaptación de la antena, la tecnología de optimización de la estructura, el diseño de antenas de banda ancha que cubren múltiples bandas de frecuencia, la tecnología de distribución de optimización de antenas multietiqueta, la tecnología de diseño antimetal, la tecnología de consistencia y antiinterferencias, etc.

1.3 Tecnología de envasado

El envasado de etiquetas electrónicas incluye principalmente el montaje de chips, la fabricación de antenas y otros eslabones importantes. Con el desarrollo de la nueva tecnología de envasado, han surgido nuevas tecnologías de procesamiento en la tecnología de envasado de etiquetas, como la generación de protuberancias de flip chip, la impresión de antenas, etc. En comparación con la conexión por cable tradicional o la conexión por soporte, la tecnología de flip chip tiene las ventajas de una alta densidad de envasado, un buen rendimiento eléctrico y térmico, una buena fiabilidad y un bajo coste. El uso de tinta conductora para imprimir la antena de la etiqueta en lugar del método tradicional de grabado para fabricar la antena de la etiqueta reduce en gran medida el coste de producción de la etiqueta electrónica. Además, el foco de investigación de la tecnología de envasado de etiquetas también incluye la tecnología de envasado por prensado en caliente a baja temperatura, la optimización del diseño de mecanismos de precisión, la detección y el control multifísicos, el control de movimiento de alta precisión y alta velocidad, la tecnología de detección en línea, etc.

1.4 Tecnología de aplicación de etiquetas

Basándose en las características únicas de las etiquetas RFID para la identificación de objetos, se ha desencadenado un auge de la investigación de diversas etiquetas funcionales. Además de la tradicional identificación, seguimiento y monitorización de artículos, los puntos calientes de la investigación también incluyen las etiquetas inteligentes interactivas, el posicionamiento y seguimiento espacial, la informática omnipresente, el pago móvil, la lucha contra la falsificación de artículos, etc.

• (1) Etiquetas inteligentes interactivas. La estructura de la etiqueta inteligente interactiva sigue estando compuesta por un microtransceptor inalámbrico de un solo chip y un ordenador de un solo chip. Escriba de antemano varios programas de aplicación necesarios en el ordenador de un solo chip, y llame a estos programas a través de instrucciones inalámbricas cuando sea necesario, de modo que la etiqueta puede realizar todo tipo de trabajos requeridos por las aplicaciones del Internet de las Cosas, incluyendo la identificación, el posicionamiento, la recogida de datos, etc. La etiqueta no transmite ninguna señal hacia el exterior en tiempos ordinarios, pero recibe y registra periódicamente las señales enviadas por el coordinador en modo de difusión en el canal de supervisión a intervalos regulares según sea necesario. Sólo después de recibir la orden de activación puede saltar al canal de trabajo del lector y del escritor, recibir la orden del coordinador y entrar en el estado de intercambio de información con el lector y escritor según el programa preescrito de acuerdo con el comando, y completar la tarea de trabajo especificada dentro del tiempo especificado, Volver a monitorizar y dormir. Puede verse que el núcleo de esta tecnología es conseguir una transmisión inalámbrica de etiquetas a larga distancia de consumo ultrabajo filtrando rápidamente las señales no válidas, a costa de utilizar un coordinador adicional. Dado que la etiqueta inteligente interactiva resuelve los problemas clave de bajo coste, bajo consumo y transmisión remota inalámbrica en la aplicación del Internet de las cosas, amplía el ámbito de aplicación de la etiqueta electrónica, y puede utilizarse ampliamente en el sistema de transporte inteligente urbano, el sistema de adquisición de datos básicos urbanos y otros campos que requieren identificación, posicionamiento o adquisición de datos a distancia.
• (2) Posicionamiento y seguimiento en tiempo real de las etiquetas. Los sistemas de posicionamiento existentes incluyen principalmente el sistema de posicionamiento por satélite, el sistema de posicionamiento por infrarrojos o ultrasonidos y el sistema de posicionamiento basado en la red móvil. Sin embargo, debido a las limitaciones del tiempo de posicionamiento, la precisión del posicionamiento y las condiciones ambientales, no existe una tecnología de posicionamiento que pueda resolver mejor problemas como el vestíbulo de un aeropuerto, una sala de exposiciones, un almacén, un supermercado, una biblioteca, un aparcamiento subterráneo El problema de la información de localización de instalaciones y objetos en entornos interiores complejos como las minas subterráneas. La tecnología RFID proporciona una nueva solución para los servicios de posicionamiento y seguimiento espacial, especialmente para el posicionamiento en interiores, al que los sistemas de posicionamiento por satélite tienen dificultades para hacer frente. Utiliza principalmente las características de identificación únicas de la etiqueta al objeto, y mide la posición espacial del objeto según la intensidad de la señal de la comunicación por radiofrecuencia entre el lector y la etiqueta instalada en el objeto.
• (3) Etiqueta informática universal. Al combinarse con la tecnología de sensores, las etiquetas RFID también pueden detectar la temperatura, la humedad, la iluminación y otra información sobre el estado del objeto o el entorno en el nodo de la Internet de los objetos, y utilizar la tecnología de comunicación inalámbrica para transmitir esta información y sus cambios a la unidad informática, mejorar la visibilidad del entorno para el módulo informático y construir la infraestructura de la futura informática omnipresente.
• (4) Etiqueta de pago móvil. El pago móvil RFID puede realizarse a través de una comunicación de corto alcance entre el terminal de telefonía móvil y el terminal de punto de venta. No sólo puede pagar el importe de la transacción con cargo al teléfono móvil, sino también vincular la cuenta bancaria con la tarjeta SIM para que el banco procese la transacción. El pago móvil RFID es el producto de la integración de la industria RFID y la industria de las telecomunicaciones. En la actualidad, existen cuatro modos de aplicación principales: Felica, NFC, DISIM y RF-SIM. Entre ellas, la RF-SIM es una tecnología de comunicación inalámbrica de corto alcance basada en la tarjeta SIM. El módulo RF está incrustado en la tarjeta SIM. La tarjeta SIM se utiliza para la comunicación móvil normal, la autenticación y la conexión física con el teléfono móvil. La tarjeta RF-SIM es compatible con todos los teléfonos móviles del mercado y es una plataforma de servicios integral que puede sustituir a las carteras, las llaves y los carnés de identidad.
• (5) Etiqueta antifalsificación. Las tecnologías antifalsificación tradicionales, como la antifalsificación física, la antifalsificación biológica, la antifalsificación estructural, el código de barras y la antifalsificación digital, no pueden desempeñar un papel antifalsificación real porque no son únicas y exclusivas. La tecnología RFID tiene la ventaja absoluta de la lucha contra la falsificación, porque cada etiqueta tiene un número de identificación único en el mundo, que no puede ser modificado ni copiado. Además, la tecnología RFID antifalsificación también tiene las características de no desgaste físico, alta seguridad de la interfaz física del lector y el escritor, encriptación de los datos de la etiqueta, autenticación mutua entre el lector y el escritor, etc., por lo que no puede copiarse completamente, evitando así la falsificación. En la actualidad, la lucha contra la falsificación mediante RFID se ha ido aplicando gradualmente en los campos de la gestión de documentos, la gestión de billetes, la matrícula electrónica, la lucha contra la falsificación de alcohol y la lucha contra la falsificación de tesoros artísticos, y se encuentra en fase de expansión.

1.5 Investigación sobre cuestiones normativas

En la actualidad, las normas internacionales de comunicación relacionadas con las etiquetas electrónicas incluyen principalmente:

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

Además, muchos países e instituciones están desarrollando activamente normas regionales, nacionales o de alianzas industriales relacionadas con la RFID, y esperan convertirse en normas internacionales a través de diferentes canales. Cada sistema estándar se divide en varias partes según la frecuencia de trabajo. Las principales diferencias entre ellos son el modo de comunicación, el protocolo anticolisión y el formato de los datos. En enero de 2008, el equipo del proyecto FP7 de la Unión Europea financió y patrocinó el Foro Global de Estándares Universales RFID (GRIFS), con el objetivo de lograr la máxima coherencia de los estándares RFID en el mundo mediante el fortalecimiento de la cooperación. Con el desarrollo de la tecnología RFID, existe una tendencia a la convergencia de diversos estándares de etiquetas electrónicas. Por ejemplo, la norma ISO/IEC15693 para alta frecuencia 13,56MHz se ha convertido en una parte de la norma ISO18000-3, y la norma EPCGEN2 también se ha convertido en la norma ISO18000-6C. En la actualidad, Estados Unidos, la Unión Europea y otros países han adoptado sus propias normas diferentes. Debido a la dificultad de coordinar intereses, la unificación de normas es urgente, pero el proceso es aún relativamente largo.

1.6 Investigación sobre cuestiones de seguridad y privacidad

Los mecanismos de seguridad estudiados y adoptados incluyen principalmente métodos físicos, mecanismos criptográficos y su combinación. Los métodos físicos suelen utilizarse en etiquetas de bajo coste para proteger la información de la etiqueta mediante blindaje electrostático o interferencia activa. En comparación con el mecanismo de seguridad de hardware basado en métodos físicos, el mecanismo de seguridad de software basado en tecnología criptográfica es más popular. Utiliza principalmente varios esquemas y mecanismos criptográficos maduros para diseñar protocolos criptográficos que cumplan los requisitos de seguridad de la RFID.

2. Tendencia de desarrollo y contramedidas de las etiquetas electrónicas

La aplicación y el desarrollo de las etiquetas electrónicas se basan en el desarrollo de la cadena industrial de la RFID. Cualquier eslabón atrasado afectará al desarrollo de toda la industria. China va por detrás de países como Europa, América, Corea del Sur y Japón en el tiempo de investigación y desarrollo en el campo de la RFID, y carece de una cadena industrial completa en las bandas de frecuencia UHF y microondas. Para desarrollar las etiquetas electrónicas de China basándonos en la tecnología y el mercado existentes de la RFID en China, debemos apuntar a toda la cadena industrial de la RFID y formular medidas y estrategias específicas.

• (1) Aumentar los esfuerzos de investigación y desarrollo y buscar avances técnicos. En la actualidad, las etiquetas electrónicas siguen teniendo muchos defectos, como la baja fiabilidad de lectura de una sola etiqueta debido a la direccionalidad de la antena, que es fácil que provoque una falta de lectura, la señal de identificación por radiofrecuencia es fácil que se vea afectada por sustancias conductoras como el metal y el agua, y la distancia de reconocimiento es reducida, y el sistema RFID y otros sistemas de comunicación inalámbrica con banda de frecuencia cercana pueden producir interferencias electromagnéticas cuando trabajan al mismo tiempo, lo que puede afectar al rendimiento de unos y otros Cuando se colocan juntas un gran número de etiquetas RFID, el efecto de matriz de la antena de la etiqueta puede mostrar características diferentes a las de la antena de una sola etiqueta, lo que supone un reto para el desarrollo de las etiquetas electrónicas.
• (2) Formular normas pertinentes para las etiquetas electrónicas lo antes posible.
• (3) Encontrar el avance de la aplicación y mejorar la escala de aplicación de la industria. Debido a que la aplicación de las etiquetas electrónicas RFID en China es todavía relativamente dispersa, muchas empresas se quedan incluso en la superficie, con procesos empresariales simples, lógica simple, falta de integración de los sistemas back-end, y no han desempeñado realmente el papel de las etiquetas electrónicas en la gestión de la cadena de suministro y la construcción de la información empresarial. Por lo tanto, cómo integrar la RFID con los sistemas de información empresarial existentes, como ERP, SCM, MIS, etc., innovar los procesos empresariales, aprovechar al máximo las ventajas de las etiquetas electrónicas, mejorar la escala de las aplicaciones industriales y formar una cadena industrial completa es un problema urgente que hay que resolver.
• (4) Reforzar la integración tecnológica y realizar aplicaciones interregionales e intersectoriales. Con el desarrollo y la expansión de la RFID, en los últimos años se ha aplicado en los campos de la gestión de billetes de la Expo, el transporte inteligente, la logística, la seguridad alimentaria, la lucha contra la falsificación de mercancías, la electricidad, etc. La industria china de la RFID ha pasado de la demanda gubernamental a la demanda del mercado. En el proceso de desarrollo de la RFID, no sólo debemos ver el potencial de desarrollo de la industria de la RFID, sino también los problemas en este proceso de desarrollo, y utilizar métodos más científicos para profundizar continuamente en la aplicación de la RFID, con el fin de promover el desarrollo de la industria nacional de la RFID.

3. Conclusión

Este documento describe las funciones básicas, las ventajas y la tendencia de desarrollo de la RFID. También presenta las tecnologías clave de las etiquetas electrónicas y analiza y estudia las normas y los problemas de seguridad y privacidad en el país y en el extranjero. Por último, el documento expone las políticas básicas y las tendencias de desarrollo para la aplicación y el desarrollo de las etiquetas electrónicas en la fase actual en China. Esto ha desempeñado un papel clave en el desarrollo de la RFID.

Autor: Li Xiangjun, Guo Guanqi

Fuente: China Fabricante de etiquetas electrónicas - Actilidad Tecnologías Sociedad Limitada (www.tractility.com)

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Referencia:

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