1 Introduzione

L'identificazione a radiofrequenza (RFID) è una tecnologia emergente che memorizza i dati sui portatori di dati elettronici (come i circuiti integrati) e comunica wireless tra transponder/tag e interrogatori/lettori attraverso campi magnetici o campi elettromagnetici per ottenere i dati di identificazione e scambio Questa tecnologia può realizzare l'identificazione multi-target e l'identificazione del bersaglio in movimento; Ha molti vantaggi come la resistenza ad ambienti difficili, alta precisione, sicurezza, flessibilità e scalabilità; È conveniente per il monitoraggio degli articoli e la gestione della logistica attraverso Internet e quindi ha ricevuto un'attenzione diffusa Pertanto, RFID è riconosciuto come una delle 10 tecnologie più promettenti in questo secolo

Sistemi RFID sono effettivamente esistiti e sviluppati per decenni Dal punto di vista dello stato di alimentazione, possono essere divisi in due categorie principali: "attivo" e "passivo"; Dal punto di vista della frequenza operativa, possono essere divisi in diverse categorie principali come bassa frequenza (125kHz ~ 135kHz), alta frequenza (13 56MHz), frequenza ultra-alta e microonde (2 45 GHz, 5 8GHz) I prezzi hardware di diversi sistemi RFID variano notevolmente e anche le caratteristiche dei sistemi stessi sono diversi e anche la maturità dei sistemi è diversa Molte domande non possono essere facilmente risposte dagli addetti ai lavori del settore, quindi gli utenti spesso si sentono in perdita quando scelgono la tecnologia RFID Sulla base della mia esperienza di sviluppo e applicazione e sulla base del riferimento a materiali per applicazioni pertinenti e dati tecnici, cerco di offrire ai lettori una comprensione più completa e obiettiva attraverso questo articolo, sperando di fornire aiuto agli utenti nella scelta di un sistema RFID con una frequenza adeguata

2 Breve descrizione delle caratteristiche della tecnologia RFID in diverse bande di frequenza

2 1 bassa frequenza:

La banda di frequenza utilizzata è 10kHz ~ 1 MHz e le specifiche principali comuni sono 125kHz, 135kHz, ecc In generale, i tag elettronici in questa banda di frequenza sono passivi e l'approvvigionamento di energia e la trasmissione dei dati vengono effettuate attraverso l'accoppiamento induttivo Il più grande vantaggio della bassa frequenza è che il tag è meno influenzato quando è vicino a oggetti metallici o liquidi Allo stesso tempo, il sistema a bassa frequenza è molto maturo e il prezzo delle apparecchiature di lettura e scrittura è basso Tuttavia, gli svantaggi sono la breve distanza di lettura, l'incapacità di leggere più tag contemporaneamente (antico-collisione) e un basso volume di informazioni La capacità di archiviazione generale è da 128 bit a 512 bit È utilizzato principalmente nei sistemi di controllo degli accessi, nei chip animali, nei dispositivi antifurti e nei giocattoli Sebbene il sistema a bassa frequenza sia maturo e l'attrezzatura di lettura e scrittura sia economica, a causa della sua bassa frequenza di risonanza, il tag deve fare un induttore di avvolgimento con un grande valore di induttanza e spesso deve incapsulare il condensatore di risonanza off-chip Il costo del tag è superiore a quello di altre bande di frequenza

2 2 alta frequenza:

La banda di frequenza utilizzata è 1 MHz ~ 400MHz e la specifica principale comune è la banda ISM di 13 156MHz I tag in questa banda di frequenza sono ancora principalmente passivi e anche l'approvvigionamento di energia e la trasmissione dei dati vengono effettuati attraverso l'accoppiamento induttivo La più grande applicazione in questa banda di frequenza è la smart card senza contatto che abbiamo familiarità Rispetto alla bassa frequenza, la sua velocità di trasmissione è più veloce, di solito al di sopra di 100 kbps e può identificare più tag (ogni standard internazionale ha un meccanismo antico-collisione maturo) Il sistema in questa banda di frequenza beneficia dell'applicazione e della popolarità delle smart card senza contatto e il sistema è anche relativamente maturo e il prezzo delle apparecchiature di lettura e scrittura è relativamente basso I prodotti sono i più abbondanti, con capacità di archiviazione che va da 128 bit a oltre 8k byte e possono supportare funzionalità di sicurezza molto elevate, dal blocco di scrittura più semplice alla crittografia in streaming e persino i coprocessori di crittografia sono integrati Viene generalmente utilizzato per il riconoscimento dell'identità, la gestione delle biblioteche, la gestione dei prodotti, ecc Per applicazioni RFID con elevati requisiti di sicurezza, questa banda di frequenza è attualmente l'unica scelta

2 3 Ultra High Frequency:

La banda di frequenza utilizzata è di 400 MHz ~ 1GHz e le specifiche principali comuni sono 433 MHz, 868 ~ 950MHz Questa banda di frequenza trasmette energia e informazioni attraverso onde elettromagnetiche Le applicazioni sia attive che passive sono comuni in questa banda di frequenza La distanza di lettura dei tag passivi è di circa 3 ~ 10 m, la velocità di trasmissione è rapida e può generalmente raggiungere circa 100 kbps Inoltre, poiché l'antenna può essere prodotta mediante incisione o stampa, il costo è relativamente basso A causa della lunga distanza di lettura, della velocità di trasmissione delle informazioni rapide e della capacità di leggere e identificare un gran numero di tag contemporaneamente, è particolarmente adatto per campi come la logistica e la gestione della catena di approvvigionamento Tuttavia, lo svantaggio di questa banda di frequenza è che la sua applicazione su oggetti metallici e liquidi non è l'ideale e il sistema non è maturo Il prezzo delle apparecchiature di lettura e scrittura è molto costoso e anche il costo dell'applicazione e della manutenzione è elevato Inoltre, le caratteristiche di sicurezza di questa banda di frequenza sono nella media e non sono adatte per applicazioni con elevati requisiti di sicurezza

2 4 Microonde: La banda di frequenza utilizzata è superiore a 1 GHz e le specifiche comuni sono 2 45 GHz e 5 8GHz Le caratteristiche e le applicazioni della banda a microonde sono simili a quelle della banda UHF, con una distanza di lettura di circa 2 metri, ma è più sensibile all'ambiente Poiché la sua frequenza è superiore a quella di UHF, la dimensione del tag può essere resa inferiore a quella di UHF, ma l'attenuazione del segnale di questa banda di frequenza da parte dell'acqua è superiore a quella di UHF e la distanza di lavoro è anche inferiore a quella di UHF

Viene generalmente utilizzato per il monitoraggio dei bagagli, la gestione degli articoli, la gestione della catena di approvvigionamento, ecc

2 5 Selezionare la tecnologia RFID della banda di frequenza appropriata in base all'applicazione

Nella parte precedente, abbiamo brevemente introdotto le caratteristiche della tecnologia RFID in ciascuna banda di frequenza In questa parte, ci concentreremo su come selezionare la tecnologia RFID appropriata

Innanzitutto, il costo di un sistema RFID include i costi hardware, il costo del software e il costo di integrazione Il costo dell'hardware non include solo il costo del lettore e del tag, ma anche il costo di installazione In molti casi, il software e l'integrazione dell'applicazione e della gestione dei dati sono i principali costi dell'intera applicazione Se si considera il costo, è necessario considerare il costo complessivo del sistema, non solo l'hardware, come il prezzo del tag Qui non discuteremo e analizzeremo ulteriormente questa parte del problema, ma i lettori devono avere una comprensione e comprensione di esso Di seguito discutiamo principalmente come scegliere la banda di frequenza appropriata da una prospettiva tecnica

In secondo luogo, sappiamo che anche per i sistemi RFID nella stessa banda di frequenza, le loro distanze di comunicazione sono molto diverse Poiché la distanza di comunicazione di solito dipende dal design dell'antenna, dalla potenza di uscita del lettore, dal consumo di energia del chip tag e dalla sensibilità ricevente del lettore, ecc Non possiamo semplicemente supporre che la distanza di lavoro di un sistema RFID in una certa banda di frequenza sia maggiore di quella di un sistema RFID in un'altra banda di frequenza

In terzo luogo, sebbene il sistema RFID ideale abbia una lunga distanza di lavoro, una velocità di trasmissione elevata e un basso consumo energetico Tuttavia, in realtà, non esiste un sistema RF così ideale e un elevato tasso di trasmissione dei dati può essere raggiunto solo a una distanza relativamente ravvicinata Al contrario, se si desidera aumentare la distanza di comunicazione, è necessario ridurre la velocità di trasmissione dei dati Quindi, se vogliamo scegliere la tecnologia RFID con una lunga distanza di comunicazione, dobbiamo sacrificare il tasso di comunicazione Il processo di selezione di una banda di frequenza è spesso un processo di compromesso

In quarto luogo, oltre a considerare la distanza di comunicazione, quando scegliamo un sistema RF, di solito consideriamo anche fattori come la capacità di memoria e le caratteristiche di sicurezza Secondo questi requisiti di applicazione, è possibile determinare la banda e la soluzione di frequenza RFID appropriate Dalle soluzioni esistenti, i sistemi RFID UHF e a microonde hanno la più grande distanza operativa (può raggiungere i 3-10 metri) e hanno un tasso di comunicazione più rapido, ma al fine di ridurre il consumo di energia e la complessità del chip tag, non implementano meccanismi di sicurezza complessi e si limitano a semplici meccanismi di sicurezza come la serratura della scrittura e la protezione della password Inoltre, l'energia delle onde elettromagnetiche in questa banda di frequenza è gravemente attenuata in acqua, quindi non è adatta per il monitoraggio degli animali (contenente più del 50% di acqua nel corpo) e medicine contenenti liquidi La distanza di lettura e scrittura di sistemi a bassa frequenza e ad alta frequenza è piccola, di solito non più di un metro La banda ad alta frequenza viene utilizzata da smart card mature senza contatto, che possono supportare grandi capacità di memoria e algoritmi di sicurezza complessi Come accennato in precedenza, a causa del tasso di comunicazione e dei requisiti di sicurezza, la distanza di lavoro delle smart card senza contatto è generalmente di circa 10 cm La specifica ISO15693 nella banda ad alta frequenza aumenta la distanza di comunicazione riducendo il tasso di comunicazione Con antenne di grandi dimensioni e lettori e scrittori ad alta potenza, la distanza di lavoro può raggiungere più di 1 metro La banda a bassa frequenza ha il tasso di comunicazione più basso a causa della sua bassa frequenza portante, che è più di 100 volte inferiore alla frequenza ad alta frequenza 13 56MHz e di solito non supporta la lettura di più tag

3 analisi del caso

3 1 Gestione del monitoraggio degli animali

Tradizionalmente, il monitoraggio e la gestione degli animali utilizzano la tecnologia RFID a bassa frequenza e ci sono standard internazionali per la codifica e l'interfaccia del segnale spaziale Gli standard internazionali corrispondenti sono ISO11784 e ISO11785 Poiché le tecnologie RFID ad alta frequenza e a bassa frequenza hanno i loro vantaggi e svantaggi, attualmente c'è un dibattito sulla banda di frequenza per il monitoraggio e la gestione degli animali I motivi principali per supportare l'uso di soluzioni tecnologiche a bassa frequenza sono:

(1) In realtà esistono standard internazionali e requisiti di compatibilità

(2) Se viene utilizzata una soluzione a antenna singola, la distanza di lettura e scrittura di un sistema a bassa frequenza è generalmente superiore dal 20% al 30% a quella di un sistema ad alta frequenza Poiché la velocità dati di un sistema a bassa frequenza è bassa, il consumo di energia del chip tag può essere inferiore ai microwatt

(3) Sebbene la velocità di trasmissione dei dati di un sistema a bassa frequenza sia bassa, data la resistenza del suo segnale, l'efficienza di lettura non è bassa nelle applicazioni effettive

(4) Il sistema a bassa frequenza può penetrare nel tessuto animale ed è l'unica opzione di frequenza per tag elettronici impiantabili

Le ragioni per supportare la soluzione tecnologica ad alta frequenza sono le seguenti:

-(1) Il metodo di codifica animale dell'ITSO11784 internazionale può essere completamente implementato nelle soluzioni di banda ad alta frequenza e ultra-ad alta frequenza Non vi è alcuna differenza nel livello dell'applicazione e del sistema

-(2) A causa della differenza di frequenza, i tag a bassa frequenza devono essere avvolti con un induttore di avvolgimento per formare un'antenna di tag e il costo per creare tag è superiore a quello dei tag ad alta frequenza Per un tag ad alta frequenza delle dimensioni di una carta di credito, di solito deve essere avvolto solo circa 3 volte e è possibile utilizzare un processo di stampa a basso costo Il costo complessivo dei tag ad alta frequenza è inferiore Questo è un fatto riconosciuto

-(3) Se implementato ragionevolmente, il sistema ad alta frequenza può anche raggiungere una distanza di lettura e scrittura paragonabile a quella del sistema a bassa frequenza Inoltre, il lettore ad alta frequenza può controllare la gamma di azioni attraverso l'antenna GATE, che è favorevole a una raccolta di dati accurata e rapida.

-(5) L'uso di frequenze ad alta frequenza è diventato uno standard unificato globale e l'uso di sistemi ad alta frequenza non dovrà affrontare problemi di compatibilità in tutto il mondo L'editore è più a favore dell'utilizzo di soluzioni tecnologiche ad alta frequenza nel monitoraggio e nella gestione di animali come maiali che non richiedono impianto RFID Il motivo principale si basa sulle considerazioni sui costi del sistema Il margine di prezzo e profitto dei prodotti agricoli nel mio paese sono molto bassi Il costo del consumo hardware nel monitoraggio e nella gestione di animali come i suini deriva principalmente da tag Al fine di ridurre questa parte del costo, dovrebbe essere utilizzata la tecnologia ad alta frequenza Allo stesso tempo, considerando che le unità di produzione come l'allevamento di suini di solito non dispongono di connessioni a banda larga, i tag elettronici potrebbero non solo archiviare informazioni sull'etichetta, ma anche alcuni dati correlati Lo spazio di archiviazione comune in soluzioni ad alta frequenza può raggiungere più di 1k bit In secondo luogo, l'attuale principale infrastruttura RFID nel mio paese si basa sulla tecnologia ad alta frequenza e l'uso di sistemi tecnici compatibili presenta vantaggi nei costi di installazione e nell'affidabilità Dal punto di vista di chip, imballaggi tag, apparecchiature di lettura e scrittura, integrazione del sistema e altri aspetti, il mio paese ha centinaia di fornitori di tecnologia ad alta frequenza, che non ha eguali dalla tecnologia a bassa frequenza Inoltre, in applicazioni come la gestione dei suini, non sono necessarie tag elettronici impiantabili e è possibile utilizzare tag auricolari animali Naturalmente, la soluzione tecnologica ad alta frequenza utilizzata nella gestione del monitoraggio degli animali è diversa dal tradizionale sistema a radiofrequenza ad alta frequenza È necessario svolgere lavori di ricerca e sviluppo per ridurre l'impatto dell'ambiente sulla distanza operativa e lo sviluppo di attrezzature speciali di lettura e scrittura, in modo che la tecnologia ad alta frequenza possa soddisfare i requisiti di sistema in termini di distanza operativa e affidabilità

3 2 Gestione dei farmaci

Ancora oggi, nel 2006, gli esperti credono ancora che il monitoraggio e la gestione a livello di articolo nel settore dei beni di consumo siano un obiettivo che richiederà da 3 a 5 anni per raggiungere Tuttavia, l'uso della tecnologia di identificazione a radiofrequenza per ottenere una gestione a singolo elemento di farmaci relativamente di alto valore è già una realtà La U S Food and Drug Administration (FDA) richiede il monitoraggio e la gestione a pieno processo di singoli farmaci nel 2007, dalle materie prime agli armadietti dei medicinali domestici Per la gestione a singolo elemento della gestione dei farmaci, sembra che l'uso della tecnologia ad alta frequenza abbia vantaggi più completi: in particolare:

(1) Sia la frequenza ad alta frequenza che quella ultra-alta raggiungono la trasmissione di energia e segnale attraverso campi elettromagnetici, mentre la frequenza ultra alta raggiunge la trasmissione di energia e segnale attraverso campi elettrici Il sistema funziona generalmente nel campo lontano Per singoli elementi che sono molto vicini, la detuning del tag causerà la perdita del tag (elemento) Il sistema ad alta frequenza funziona nel campo vicino (ovvero il campo elettromagnetico è ancora legato all'interno del sistema e non vengono emesse onde elettromagnetiche) L'energia e il segnale vengono trasmessi attraverso il campo magnetico I tag all'interno del sistema possono essere identificati accuratamente (ovviamente, la distanza di lavoro è solo entro 1 metro) e ha una migliore capacità di interferenza anti-elettromagnetica (EMI)

(2) L'influenza di liquidi e metalli Rispetto alla frequenza ultra-alta, l'attenuazione di segnali ad alta frequenza in acqua è più piccola ed è più adatta per i contenitori contenenti liquidi e una parte considerevole dei medicinali è in forma liquida

(3) Capacità di archiviazione La capacità di archiviazione dei tag ad alta frequenza può raggiungere byte 8k, quindi più informazioni possono essere archiviate sul tag per realizzare un "database mobile" anziché solo un numero elettronico Non esiste un tag elettronico di tale grande capacità nell'attuale soluzione ad altissima frequenza

(4) ad alta frequenza 13 56MHz è una banda di frequenza ISM utilizzata a livello internazionale e non vi è alcun problema di compatibilità Tuttavia, finora la frequenza ultra-alta non è disponibile in tutte le regioni del mondo La banda di frequenza altissima nel mio paese è in procinto di essere formulata

4 Riepilogo

Per riassumere, ogni banda di frequenza della tecnologia RFID ha le sue caratteristiche Anche per i sistemi RFID nella stessa banda di frequenza, la distanza di comunicazione varia notevolmente Non possiamo semplicemente supporre che la distanza di lavoro di un sistema RFID in una certa banda di frequenza sia maggiore di quella di un sistema RFID in un'altra banda di frequenza Quando si selezionano effettivamente un sistema RFID, è necessario considerare il costo complessivo di un sistema RFID, nonché fattori come la capacità di memoria e le caratteristiche di sicurezza e selezionare la banda di frequenza RFID appropriata in base a questi fattori.