СТРУКТУРА И ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ RFID МЕТКИ

АННОТАЦИЯ

В статье рассматриваются технические характеристики и структура принципа работы RFID метки. В исследовании показано, каким образом данное устройство сохраняет в себе и передает информацию, основные типы памяти, используемые в RFID метках. Также определено, какие материалы используются при производстве и для сохранения работоспособности метки, ее зависимость от внешних воздействий природы. А также рассматривается структура памяти микрочипа при записи и чтении информации.  

ABSTRACT

The article discusses the technical characteristics and structure of the operating principles of an RFID tag. How does it store and transmit information? The main types of memory used in RFID tags. What materials should be used in production to preserve the functionality of the tag against external influences of nature. The structure of the microchip’s memory when writing and reading information is also considered.

Ключевые слова: RFID метка, микрочип, радиоволны, Rider RFID считыватель, LF, HF, UHF, память метки, антенна, Reserved Memory, Electronic Product Code, Transponder ID, User Memory.

Keyword: RFID tag, microchip, radio waves, Rider RFID reader, LF, HF, UHF, tag memory, antenna, Reserved Memory, Electronic Product Code, Transponder ID, User Memory.

Введение. Любая RFID-метка содержит в себе антенну, приемник, передатчик, и память для хранения данных. Принцип работы RFID-метки заключается в следующем. Энергообеспечение чипа обеспечивается от радиосигнала антенны считывателя или от собственного источника питания. Возможно применение внешних RFID-антенн. Антенна нужна для улавливания электромагнитных волн считывателя. После того как внешний сигнал получен, радио чип отвечает обратным импульсом, который передает ID. Что касается источника питания, то пассивные RFID-метки не имеют встроенного источника энергии и работают за счет энергии магнитного поля, которое создает Rider (считыватель). 

Накопив необходимую энергию, метка начинает передачу / получение сигнала в пределах 0,20–10 метров. Дальность чтения зависит от технических характеристик считывателя. Преимуществом устройства является практически неограниченный срок эксплуатации и недорогая цена. Минус заключается в потребности более мощных RFID считывателей. Активные RFID-метки обладают собственным источником питания и не зависят от энергии RFID считывателя. Они читаются на дальнем расстоянии до 100 метров, но отличаются высокой стоимостью и более крупными габаритами, чем обычная пассивная метка. С помощью возможностей активной метки доступна дополнительная установка термостата и чипа навигатора для определения места положения и радиочастотной триангуляции. Память RFID метки может быть различной в зависимости от типа метки и ее применения. Основные типы памяти, которые могут использоваться в RFID метках, включают в себя: 1. ROM (Read-Only Memory) – память только для чтения, которая содержит предустановленную информацию, такую как уникальный идентификатор метки (EPC), который нельзя изменить после производства метки. 2. EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) – электрически стираемая программируемая постоянная память, которая позволяет изменять и перезаписывать данные на метке после ее производства. 3. FRAM (Ferroelectric Random Access Memory) – память с ферроэлектрическим случайным доступом, которая обладает высокой скоростью записи и высокой стоимостью операций чтения / записи. 4. SRAM (Static Random-Access Memory) – статический случайный доступ памяти, которая обеспечивает быстрый доступ к данным, но требует постоянного электрического питания. 5. Flash память, которая используется для хранения данных на длительный период времени, имеющая высокую скорость записи и отличающаяся от EEPROM тем, что операции записи происходят облачно. Память также может варьироваться от нескольких байт до нескольких килобайт, в зависимости от конкретной модели метки и ее предназначения. Конечный выбор типа и емкости памяти зависит от требований конкретного приложения. Чип сверхвысокой частоты (UHF) – это тип метки радиочастотной идентификации RFID, которая использует радиоволны для связи со считывателем или передатчиком. RFID-метка UHF (сверхвысокая частота), работает на частотах 860–960 МГц. При разработке меток используются четыре частотных диапазона: низкая частота (LF)– 125/134 кГц, высокая частота (HF) – 13,56 МГц, сверхвысокая частота (UHF) – 433 МГц (иногда называемая очень высокой), 860–960 МГц, частота UHF – 2,45 ГГц. На частотах UHF мы можем достичь гораздо большей дальности считывания, гораздо более высокой скорости передачи. Внутри чип UHF состоит из антенны и микрочипа, которые работают вместе, когда считыватель RFID или сканер излучает радиочастотные сигналы, чип УВЧ рассеивается обратно к считывателю с информацией, хранящейся внутри чипа. RFID-чипы – это интегральные схемы, инкапсулированные внутри RFID-меток или тегов, которые отвечают за хранение данных, а также за обработку логики процесса. В основном существует три компонента UHF RFID-меток. RFID-чип (интегральная схема): ответственное хранение данных, а также обработка логики обработки на основе соответствующего протокола. Антенна RFID метки. Антенна метки RFID (радиочастотная идентификация) является неотъемлемой частью системы RFID, которая используется для приема и передачи сигналов между считывателем RFID и меткой (Рис.1). RFID-метки обычно состоят из микрочипа, хранящего данные, и антенны, которая используется для связи со считывателем. В целом, антенна метки RFID играет решающую роль в функциональности и производительности системы RFID, облегчая связь между меткой и считывателем.

Рисунок 1. Система RFID

Подложки RFID (радиочастотная идентификация) – это специализированные материалы, используемые для изготовления RFID-меток. Эти подложки обычно изготавливаются из тонких пленок таких материалов, как пластик или бумага, покрытых проводящими основами, такими как алюминий или медь. Проводящий слой используется для создания антенны RFID-метки, которая является частью, которая взаимодействует со считывателем для передачи и получения информации. Подложка также используется в качестве базы для крепления других компонентов, таких как RFID-чип и клейкие слои. Выбор материала подложки зависит от конкретного применения и требований RFID-метки. Например, пластиковые подложки используются там, где важны долговечность и влагостойкость, тогда как бумажные аналоги часто используются в одноразовых или краткосрочных целях. В целом, подложки RFID играют решающую роль в производительности и функциональности RFID-меток, позволяя им надежно и эффективно работать в различных средах и приложениях. UHF (интегральная схема) дополнительно разделена на четыре банка памяти. Банк 00: зарезервированная память (Reserved Memory). Этот банк памяти хранит пароль для удаления и пароль доступа (каждый из них – 32 бита). Kill-пароль при ненулевом значении навсегда отключает тег, без восстановления, а access-пароль необходим для блокировки / разблокировки и доступен только для записи при знании пароля. Он включает в себя исключительно информацию о двух кодах и паролей для них. Большинство пользователей не используют данную область памяти, если отсутствует необходимость в конфиденциальности. Банк 01: память EPC (Electronic Product Code). Это банк памяти, который хранит электронный код продукта на RFID теге. По номеру метки устройства отличаются друг от друга при идентификации, по нему определяются исходные данные предмета учета. Минимальная длина идентификатора 96 бит записываемой памяти. Существуют теги, в которых выделено до 240 бит в память EPC из пользовательской памяти. EPC требуют перезаписи, чипы часто поставляются без идентификатора.  Банк 10: TID-память (Transponder ID) – это память используется только для хранения модели чипа и уникального идентификационного номера метки изготовителя (Рис. 2).

Рисунок 2. Банк 10: TID-память (Transponder ID)

В зависимости от метки доступен дополнительный ID каждой отдельной метки и ее серийного номера (Serialized TID), который используется как средство защиты тега от подделки. Как правило, эта часть памяти не изменяется, поскольку ID метки и банк ID защищен от перезаписи при производстве чипа и наличии Serialized TID.

Банк 11: Пользовательская память (User Memory). Не обязательный дополнительный банк памяти, если пользователю требуется больший объем данных, чем в секции EPC для хранения дополнительной информации. Как правило, расширенный объем составляет от 32–512 бит. Транспондеры с большим объемом (до 4–8 Кбайт) требуют дополнительной совместимости с ридерами.

В заключение отметим, что в целом RFID метки могут сохранять информацию надежно и на долгий срок службы при любых природных условиях окружающей их среды. Это позволяет устройствам надежно и эффективно работать в различных приложениях.  Так как во время разработки микрочипов учитывается все выше указываемые в статье аспекты. При удалении информации учитывается безопасность памяти их хранения.

Список литературы:

1. Аскероватамилла А., Ганбарова С.И. Применение технологии радиочастотной идентификации (rfid) в современной системе образования // Colloquium-journal. – 2023. – №3 (162). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/primenenie-tehnologiya-radiochastotnoy-identifikatsii-rfid-v-sovremennoy-sisteme-obrazovaniya (дата обращения: 18.01.2024).
2. Бельский В. С., Грибоедова Е. С., Царегородцев К. Д., Чичаева А. А. «Безопасность Rfid-Систем» // International Journal of Open Information Technologies. – 2021. – № 9. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/bezopasnost-rfid-sistem (дата обращения: 08.02.2024).
3. Боброва Е.И. Программное и техническое обеспечение проекта «Библиотека нового поколения творческого вуза» в Кемеровском государственном институте культуры // Библиосфера. – 2022. – № 3 – С. 49–56. https://doi.org/10.20913/1815-3186-2022-3-49-56
4. Брагин Д. С., Поспелова И. В., Черепанова И. В., Серебрякова В. Н Радиочастотные технологии локального позиционирования в здравоохранении // Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. –  2020. – №3. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/radiochastotnye-tehnologii-lokalnogo-pozitsionirovaniya-v-zdravoohranenii (дата обращения: 06.01.2024).
5. Карякин А. Т., Жантуева А. В. Особенности использования в складской логистике RFID-технологий // Московский экономический журнал. – 2021. – №4. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/osobennosti-ispolzovaniya-v-skladskoy-logistike-rfid-tehnologiy (дата обращения: 04.02.2024).
6. Маниш Б., Шахрам М. RFID-технологии на службе вашего бизнеса – RFID Field Guide: Deploying Radio Frequency Identification Systems / пер. Н. Троицкий. – М.: «Альпина Паблишер», 2007. – 290 с.
7. Минуллина Л. А. Сложности внедрения системы RFID в розничной торговле // Проблемы науки. – 2019. – №5 (41). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/slozhnosti-vnedreniya-sistemy-rfid-v-roznichnoy-torgovle (дата обращения: 08.02.2024).
8. Потапова К.А. Идентификация данных с помощью RFID-Меток // Вестник науки. – 2023. – №10 (67). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/identifikatsiya-dannyh-s-pomoschyu-rfid-metok (дата обращения: 08.02.2024).
9. Сандип Лахири. RFID. Руководство по внедрению – The RFID Sourcebook / пер. С. Дудников. – М.: Кудиц-Пресс, 2007. – 312 с.
10. Финкенцеллер К. Справочник по RFID. – М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2008. – 496 с.
11. Хамзаев Д.И., Абдурахмонов С.М., Хамзаев И.Х. О процессе маркировки мешков готовой продукции на предприятие АО “Farg’onaazot” // Universum: технические науки. – 2023. – №7–1 (112). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/o-protsesse-markirovki-meshkov-gotovoy-produktsii-na-predpriyatie-ao-farg-onaazot (дата обращения: 08.02.2024).
12. Хамзаев Д.И., Абдурахмонов С.М., Хамзаев И.Х. О современных системах учета и маркировки продукции // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. – 2023. – 12 (117). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/16467 (дата обращения: 08.02.2024). 
13. Хамзаев Д.И., Хамзаев И.Х. Сравнительный анализ между RFID и NFC технологий // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. – 2024. –1 (118). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/16699 (дата обращения: 08.02.2024).
14. Шарфельд Т. Системы RFID низкой стоимости с Приложениями И. Девиля, Ж. Дамура, Н. Чаркани, С. Корнеева и А. Гуларии / пер. С. Корнеев. –  М., 2006. – 197 с.