...
...

RFID: спорная технология будущего

Вряд ли хоть кто-то из людей, следящих за техническими новшествами, еще не встречал аббревиатуру RFID. Сегодня RFID-технологии проникают в самые различные сферы нашей жизни. Они открывают огромные возможности, но и таят в себе множество неведомых опасностей. Между тем, даже многие инженеры-радиоэлектронщики оказываются в затруднительном положении, когда их просят объяснить принципы работы RFID-чипов. Давайте разбираться вместе.

Определение


RFID (от английского Radio Frequency IDentification, радиочастотная идентификация) – метод автоматической идентификации объектов, в котором посредством радиосигналов считываются и/или записываются данные, хранящиеся в так называемых RFID-метках. Любая RFID-система состоит из считывающего устройства (ридер, он же считыватель) и RFID-метки. RFID-метка состоит из двух частей:

- интегральной схемы (микрочипа) для хранения и обработки информации, модулирования и демодулирования радиочастотного сигнала;
- антенны для приема и передачи сигнала.

История

В 1948 году теоретические основы RFID-технологии изложил Гарри Стокман в своей работе "Коммуникации посредством отраженного сигнала" (Communication by Means of Reflected Power). Теория воплотилась в практику в 1973-м, когда в США Марио Кардулло получил патент на "Пассивный радиопередатчик с памятью" – в патенте была, по сути, описана современная RFID-технология. Патент Кардулло предусматривает использование в качестве средства передачи информации радиоволн, света и звука.

Первая демонстрация действующих прототипов современных RFID-чипов (на эффекте обратного рассеяния), как пассивных, так и активных, была проведена в Исследовательской лаборатории Лос-Аламоса в 1973 году. Портативная система работала на частоте 915 МГц и использовала 12-битные метки. Первый патент, в котором уже прямо упоминалась аббревиатура RFID, был выдан Чарльзу Уолтону в 1983 году.

Сложилось несколько способов систематизации RFID-меток и систем – по рабочей частоте, источнику питания, типу памяти и форм-фактору. К примеру, по типу используемой памяти различают следующие RFID-метки:
- RW (Read and Write) – такие метки содержат идентификатор и блок памяти для чтения/записи информации. Данные в них могут быть перезаписаны многократно;
- WORM (Write Once Read Many) – кроме уникального идентификатора такие метки содержат блок однократно записываемой памяти, которую в дальнейшем можно многократно читать;
- RO (Read Only) – данные записываются лишь один раз, при изготовлении. Такие метки пригодны только для идентификации. Никакую новую информацию в них записать нельзя, и их практически невозможно подделать.

Активные и пассивные RFID-метки

Сегодня наиболее широко распространены пассивные RFID-метки, не имеющие встроенного источника энергии. Работа кремниевого CMOS-чипа метки и передачи ответного сигнала обеспечиваются за счет электротока, индуцируемого в антенне электромагнитным сигналом от считывателя. Пассивные низкочастотные RFID-метки обычно встраиваются в стикер (наклейку на товар в магазине) или имплантируются под кожу. Максимальная дистанция считывания пассивных меток – от 10 см до нескольких метров, в зависимости от выбранной частоты и размеров антенны.

Пассивные RFID-метки могут быть очень малы: в 2006 году компания Hitachi разработала пассивный µ-Chip (мю-чип), размерами 0,15х0,15 мм (без учета антенны) и тоньше бумажного листа (7,5 мкм). Такого уровня интеграции позволила достичь технология "кремний-на-изоляторе" (SOI). µ-Chip может передавать 128-битный уникальный идентификационный номер, записанный в микросхему по время производства. Номер не может быть изменен в дальнейшем, то есть он жестко привязан к объекту, в который встраивается этот чип. Радиус считывания µ-Chip от Hitachi – 30 см.

Другое их преимущество – дешевизна. Минимальная стоимость RFID-меток, ставших стандартом для торговых сетей, – примерно 5 центов за метку SmartCode (при покупке от 100 млн штук).

Дешевые некремниевые пассивные метки изготавливаются из полимерных полупроводников. Метки, работающие на частотах 13,56 МГц, были продемонстрированы в 2005 году компаниями PolyIC (Германия) и Philips (Голландия). В промышленных условиях полимерные метки изготавливаются методом прокатной печати (технология напоминает полиграфию). Благодаря этому в скором будущем для большинства сфер применения метки будут печатать так же просто и дешево, как и штрих-коды.

Активные RFID-метки имеют собственный источник питания, то есть не зависят от энергии считывателя. Соответственно, сигнал с них считывается на большом расстоянии, а сами чипы имеют большие размеры и могут оснащаться дополнительной электроникой.

Активные метки более надежны, чем пассивные, так как в них используются особые сессии связи между меткой и считывателем. Кроме того, активные метки, имея собственный источник питания, дают выходной сигнал большего уровня, чем пассивные. Это позволяет применять их в воде, теле людей и животных, металлах (корабельные контейнеры, автомобили), для больших расстояний на воздухе.

При этом активные метки более дороги в производстве ($3-15 за штуку) и имеют большие размеры – обычно как у таблетки.

Преимущества и недостатки RFID

Преимущества:


- Возможность перезаписи. Хранящиеся в RFID-чипах данные могут многократно перезаписываться и дополняться, тем самым сохраняя свою актуальность. - Большой объем хранимых данных. RFID-метка может хранить во много раз больше информации, чем штрих-код. На чипе площадью в 1 см2 может храниться до 10.000 байт информации, в то время как штриховые коды могут вместить единицы байт.

- Нет нужды в прямой видимости. В отличие от штрих-кода, взаимная ориентация метки и считывателя не играет роли – метке достаточно ненадолго попасть в зону регистрации, перемещаясь в том числе и на довольно большой скорости. Метки могут считываться сквозь упаковку, что позволяет размещать их скрытно.

- Большое расстояние чтения. RFID-метка может считываться на значительно большем расстоянии, чем штрих-код. В зависимости от модели метки и считывателя, радиус считывания может составлять до нескольких сотен метров.

- Устойчивость к воздействию внешних факторов. Специальные RFID-метки обладают значительной прочностью и сопротивляемостью жестким условиям рабочей среды. В тех сферах применения, где один и тот же объект может использоваться множество раз (например, при идентификации контейнеров), радиочастотная метка оказывается экономически самым выгодным средством идентификации. А пассивные RFID-метки и вовсе имеют практически неограниченный срок эксплуатации.

- Интеллектуальность. RFID-метка может не только переносить данные, но и выполнять другие задачи. Данные на метке могут шифроваться. Радиочастотная метка может закрывать паролем операции записи и считывания данных, а также зашифровывать их передачу. В одной метке можно одновременно хранить открытые и закрытые данные.

Недостатки:

- Сравнительно высокая стоимость системы.
- Уязвимость к воздействию электромагнитных помех.
- Возможность использования RFID для незаконного сбора информации о людях.
- Недостаточная открытость существующих стандартов.

Применение

RFID используется для связи некоторого физического объекта с его цифровыми атрибутами. В этом смысле RFID похож по функциям на штрих-код, но обладает существенными преимуществами в эксплуатации и позволяет использовать более сложные, криптографически защищенные протоколы. По оценке аналитиков Deutche Bank Research, к 2010 году емкость мирового рынка RFID-систем составит 22 млрд евро. Один из источников роста – применение RFID-технологий в паспортах и иных персональных документах, а также в медицине и ветеринарии. Кроме того, уже началось массовое применение RFID-технологий в розничных торговых сетях.

Логистика

Применение RFID-систем позволяет оптимизировать исходящую и входящую логистику. В логистике существуют примеры комплексных разработок с использованием RFID – для морских контейнерных перевозок. Каждый контейнер оснащается меткой RFID, содержащей информацию о грузе и скомбинированной с датчиками (например, открытия, содержания кислорода и т.п.) и передающей данные на центральную станцию сбора данных на борту контейнеровоза, которая в свою очередь передает данные через спутниковую связь. Так владелец груза получает возможность отслеживать местоположение и сохранность груза.

Общественный транспорт

Платежные T-money карты используются в общественном транспорте в Сеуле и прилегающих городах. В некоторых городах Южной Кореи система T-money заменена системой Upass с использованием MIFARE. Впервые эта система была применена для транспортных платежей в 1996 году. В Японии действует система Suica (Super Urban Intelligent Card – умная городская суперкарта) для оплаты проезда в железнодорожном транспорте. В Гонконге транспортные перевозки оплачиваются с использованием RFID-технологии, названной Octopus Card. Она была запущена в 1997 году для сбора оплаты за проезд, но "выросла" до масштабов обычной платежной карты, которая может использоваться в торговых автоматах и супермаркетах. Карта может быть пополнена в специальных автоматах или в магазинах. В Сингапуре автобусы и поезда общественного транспорта используют пассивные радиочастотные карточки, называемые EZ-Link. Трафик в многолюдные деловые районы регулируется с помощью переменных пошлин, взимаемых с помощью систем с активными метками и каточек с хранимой суммой (CashCard). В Малайзии RFID используется для оплаты проезда по системе скоростных шоссе (Malaysian Expressway System). Система называется Touch'nGo. В Московском метрополитене RFID-смарткарты были введены в 1998 году.

Торговля

В Германии радиочастотные метки внедряются во всех магазинах сети гипермаркетов Metro AG. В перспективе ручные считыватели у кассиров практически перестанут использоваться. В случае, когда товар маркирован RFID-метками, покупатель, набрав продукты в тележку, провозит ее через специальный турникет на расчетно-кассовом узле. Сканеры автоматически считывают по радиоканалу всю информацию о товаре в корзинке, сразу же печатается чек. Если покупатель рассчитывается с помощью платежной карты, то присутствие кассира и вовсе не требуется. Аналогичные системы внедряются и в других крупнейших торговых сетях мира (Wal-Mart, DoD, Target, Tesco).

Библиотеки

Внедрение RFID в библиотеках ускоряет инвентаризацию и поиск книг, автоматизирует книговыдачу и помогает бороться с кражами. Одно из самых крупных на сегодняшний день библиотечных применений RFID – библиотека Ватикана, которая насчитывает в своем фонде более двух миллионов экземпляров книг. А в целом в мире уже более 700 крупнейших библиотек используют или внедряют RFID-технологии.

Медицина

В родильных домах RFID-браслеты используют для отождествления младенца с матерью. В обычных больницах их применяют для быстрого поиска ушедшего из своей палаты пациента, требующего постоянного присмотра (например, при болезни Альцгеймера), или срочно требующегося врача.

В сами метки или в базу данных, ключом к которой является ID-номер метки, могут заноситься необходимые для лечения данные – группа крови, сведения об аллергии, прописанные лекарства и др. А концерн Siemens AG разработал чип RFID со встроенным датчиком температуры, выдерживающий стерилизацию и пастеризацию, а также ускорение до 5000 g, развиваемое на центрифуге. Чип предназначен, в частности, для использования в банках крови.

Паспорта

Во многих странах RFID-чипы используются в качестве элемента паспортов и водительских удостоверений. Первые RFID-паспорта (е-паспорта) были введены в Малайзии в 1998 году. Кроме информации, хранящейся на визуальной странице паспорта, в малайзийских е-паспортах также содержится история (время, дата и место) въезда и выезда в страну.
Стандарты на RFID-паспорта определены Международной Организацией Гражданской Авиации (англ. International Civil Aviation Organization, ICAO). В стандартах ICAO указано, что е-паспорта могут быть идентифицированы с помощью стандартного логотипа на его передней стороне.
RFID-метки также включены в новые паспорта Великобритании, Германии и некоторых других стран Европы. США произвели до 100 млн е-паспортов; встроенный в них чип содержит ту же информацию, что и печатный вариант, а также цифровую подпись владельца. Паспорта включают тонкую металлическую прокладку, которая затрудняет считывание, когда паспорт закрыт (металл экранирует радиосигнал).

Дистанционное управление

С 1990-х RFID используется в качестве автомобильного ключа. Многие автопроизводители используют ключи зажигания с RFID в качестве антиугонной системы. Если считыватель машины не "увидит" в своей зоне действия определенный идентификатор, мотор просто не заведется. Ключ содержит активную RFID-микросхему, позволяющей машине идентифицировать его с расстояния до 1 метра от антенны. Владелец может открыть дверь и завести машину, не вынимая ключ из кармана.

Сельское хозяйство

RFID-метки позволяют отслеживать животных на пути от фермы до потребителя, проверять своевременность обязательных вакцинаций и лечения. Подключив сканер к компьютеру, можно автоматизировать ведение записей о здоровье животного, применяемых процедурах, разведении и кормлении. Сейчас обычно применяются имплантируемые под кожу при помощи шприца микрочипы типа FDXB размером 12х2 мм, покрытые биологически инертным стеклом и не имеющие подвижных частей и батареи питания. Стационарные сканеры, расположенные в местах прохода скота, подключаются к компьютеру, управляющему перемещениями животных при помощи электрических ворот.

Идентификация животных

Идентификация животных при помощи имплантируемых микрочипов (или бирок с микрочипами) применяется для упрощения их учета, для перемещения через границу, страхования, исключения подмены при разведении.

Поголовное "чипирование" домашних животных в самом ближайшем будущем станет обязательной практикой в странах Европы, Америки и Австралии. Не так давно Евросоюз полностью запретил ввоз нечипированных животных. В России применение микрочипов при разведении племенных животных рекомендовано законом.

Имплантируемые RFID

Один из самых спорных моментов, связанных с RFID-технологиями, это то, что имплантируемые RFID-метки, разработанные для маркировки животных, начинают использоваться на людях. Много шума в 1998 году наделал британский профессор кибернетики Кевин Уорвик, который имплантировал метку в свою руку. Вскоре после этого культовые ночные клубы в Испании, Нидерландах и США стали использовать имплантируемую RFID-метку для идентификации своих посетителей, которые, в свою очередь, пользовались ими для оплаты в баре. В 2004 году министерство юстиции Мексики вживило своим сотрудникам VeriChip для контроля за доступом в комнаты с секретными данными.

Есть вероятность, что в будущем в разных странах будет введена обязательная и поголовная маркировка людей RFID-чипами с присвоением уникального личного номера в целях "борьбы с международным терроризмом" или "обеспечения безопасности личности". Это уже не досужие вымыслы фантастов: примеры "социальной рекламы" вживляемых RFID-чипов для контроля за людьми были показаны в нашумевшем документальном фильме "Дух времени". RFID-чипы вводятся под кожу один раз и на всю жизнь, так как их практически невозможно извлечь из тела без разрушения стеклянной защитной оболочки — это может привести к тяжелым последствиям. То есть человек практически не может избавиться от радиометки с идентификационным номером. У многих религиозных людей RFID-метки ассоциируются со "знаком Зверя" (Откр.13:16-17): "И он сделает то, что всем – малым и великим, богатым и нищим, свободным и рабам – положено будет начертание на правую руку их [имплантация метки] или на чело их [в отсутствие у человека правой руки или для "безопасности и долгосрочности" метки], и что никому нельзя будет ни покупать, ни продавать, кроме того, кто имеет это начертание, или имя Зверя или число имени его".

К счастью, тело человека содержит разные жидкости, что сильно экранирует радиосигнал. Поэтому дальность действия имплантированного RFID не превышает 5 см (для пассивных меток).

Денис Лавникевич

© Компьютерная газета

полезные ссылки
Купольные камеры видеонаблюдения