wersja mobilna
Online: 368 Czwartek, 2016.09.29

Raporty

Moduły RFID - polscy producenci i dystrybutorzy

środa, 30 września 2009 16:34

RFID, czyli innymi słowy zdalna identyfikacja radiowa, to przykład technologii o dużym potencjale rynkowym, fantastycznych możliwościach aplikacyjnych i wielkiej wartości dodanej, innowacyjnie uzupełniającej istniejące produkty. Jej droga rozwoju jest dowodem, jak bardzo ważna w przypadku masowych zastosowań jest odpowiednio niska cena rozwiązania oraz możliwość łatwej integracji w ramach całego systemu. W przypadku RFID z tymi zagadnieniami przez cały czas jest problem, dlatego mimo upływu wielu lat, rynek rozwija się w ewolucyjnie umiarkowanym tempie, wciąż nie mogąc doczekać się na wielkie otwarcia w handlu, pełną akceptację w przemyśle i innych zastosowaniach określanych jako profesjonalne.

Spis treści » Czynniki sprzyjające rozwojowi
» Co przeszkadza we wzroście
» Trendy technologiczne
» Pokaż wszystko

W wielu obszarach rynku identyfikacja radiowa jest tylko niszą i dopełnieniem dla wielu innych branż współczesnej elektroniki, ale na szczęście także wygodnym narzędziem do wprowadzania nowości. O ile sama zasada działania identyfikacji radiowej, bazująca na wytwarzaniu i następnie modulowaniu przez transponder pola elektromagnetycznego, jest prosta, to niestety im bardziej zagłębimy się w szczegóły rozwiązań technicznych, tym tematyka ta okazuje się bardziej złożona. Dodatkowo wiele rozwiązań firmowych transponderów i czytników, ich typów wielkości i przeznaczenia, tworzy razem bardzo szeroką ofertę od strony handlowej, w której szczegółach i niuansach nie wszyscy się dobrze orientują.

Typowy tag zawiera antenę w postaci wielozwojowej cewki indukcyjnej i układu scalonego, które są umieszczone w obudowie z tworzywa sztucznego w kształcie karty, breloka, pręcika, a nawet gwoździa. Oprócz wykonań standardowych na rynku są dostępne wersje o powiększonej odporności środowiskowej, pozbawione obudowy lub przeznaczone do pracy na powierzchni metalowej. Dalsze różnice dotyczą wielkości pamięci zawartej w transponderze, możliwości jej programowania, możliwości odczytu kilku znaczników umieszczonych w polu obok siebie, która jest nazywana antykolizyjnością.

Tab.1. Przegląd ofert krajowych dostawców transponderów i czytników RFID

Od strony interfejsu radiowego różnice dotyczą częstotliwości pracy, szybkości transmisji danych, sposobu ich kodowania, rodzaju modulacji, szyfrowania i uwierzytelniania transmisji radiowej. Sercem dostępnych na rynku czytników jest specjalizowany scalony transceiver. Współpracuje on najczęściej z wielozwojową anteną indukcyjną lub systemem dwóch sprzężonych anten, co pozwala na odczyt tagów w każdej pozycji. Od strony wyjścia czytniki są wyposażane w różne interfejsy komunikacyjne przesyłające odczytane z transpondera informacje do systemu nadrzędnego.

Najpopularniejszym standardem jest Wiegand (od 26 do 64 bitów) – protokół do transmisji danych na niewielkie odległości, podobny koncepcyjnie do RS232 lub Track 2, stosowany w standardowych kontrolerach systemów kontroli dostępu. Inne rozwiązania bazują na RS232 lub RS-485 i są wykorzystywane przy podłączeniu czytnika do różnych typów sterowników przemysłowych. Do tego dochodzą coraz popularniejsze interfejsy USB i Ethernet pozwalające na przyłączenie czytnika do komputera lub zwykły protokół „dane plus zegar”, gdy czytnik jest dołączany do mikrokontrolera.

Najpopularniejsze rozwiązania RFID

Unique – są to najprostsze tagi, w których 40-bitowy kod identyfikacyjny nadawany w procesie produkcji jest unikalny dla każdego transpondera. Nie może być też zmieniany przez użytkownika. W transponderach Unique używana jest modulacja ASK, częstotliwość pracy wynosi 125 kHz, a szybkość transmisji 2 kb/s. Tagi nie mają wbudowanego systemu antykolizyjnego i dlatego są zwykle wykorzystywane w systemach kontroli dostępu i rejestracji czasu pracy, domofonach itp.

Mifare – to głównie inteligentne karty pamięciowe z interfejsem bezkontaktowym, oferujące bardzo wysoki stopień zabezpieczeń dostępu do danych. Mają wbudowany koprocesor 3DES i kryptoprocesor. Obszary zastosowań obejmują aplikacje bankowe i finansowe, elektroniczne bilety, karty medyczne i do płatności. Pracują na 13,5 MHz z szybkością transmisji 106 kb/s. Karty Mifare wykorzystują unikalny, bardzo szybki algorytm antykolizji umożliwiający bezpieczną obsługę dwóch i więcej kart w jednym aktywnym polu.

Hitag 1 i 2 – to tagi pracujące na częstotliwości 125kHz i umożliwiające zapis danych. Różnią się ilością pamięci i mogą się komunikować z czytnikami zbliżeniowymi i czytnikami o dużym zasięgu (do 1m). Są przeznaczone głównie do zastosowań przemysłowych, mają funkcje antykolizyjne i zaimplementowane algorytmy szyfrujące.

Icode – to transpondery pełniące rolę elektronicznych etykiet zastępujących powszechnie używane kody kreskowe. Są one grubości kartki papieru, a wbudowana antena zapewnia komunikację pomiędzy etykietą a czytnikiem nawet do odległości 1m. Tagi Icode zawierają również system antykradzieżowy (EAS), co jest przydatne w sklepach i bibliotekach. Transpondery te pracują na częstotliwości 13,5 MHz i zawierają 512 bitów pamięci read/write podzielonej na trzy części o różnej dostępności i przeznaczeniu. Zasięg pracy wynosi od 1,2 do 1,5m, system antykolizyjny umożliwia odczyt jednocześnie kilku etykiet.

Q5 – to rozwiązanie, w którym transpondery zawierają pamięć podzieloną na kilka części. W zależności od tego, jak zostaną one zaprogramowane, można wpływać na funkcjonowanie taga. Może on zostać skonfigurowany na podobieństwo karty Unique, zabezpieczony hasłem i w obecności aktywnego pola milczeć, dopóki czytnik nie przyśle właściwego hasła, może także funkcjonować jako tag OTP.

Czynniki sprzyjające rozwojowi

Rys.1. Przegląd ofert krajowych dostawców transponderów i czytników RFID

Od wielu lat najpopularniejszym zastosowaniem technologii RFID w kraju jest kontrola dostępu do obiektów i rozliczanie korzystania z usług (np. domofony, szafki basenowe, bramy parkingowe). Aplikacje te bazują na prostych i tanich czytnikach i transponderach. Inne realizowane wdrożenia systemów dotyczą głównie logistyki towarów, transportu i przemysłu. Na rozwój rynku mają też wpływ światowe trendy odnośnie do zastępowania papierowych nośników informacjami elektronicznymi, a także powstające rozporządzenia definiujące nośniki elektroniczne w postaci np. kart RFID w wielu aspektach życia codziennego.

Bardziej masowe aplikacje dotyczą systemów biletowych w komunikacji miejskiej, elektronicznych dokumentów i podobnych. Wiele rozwiązań RFID przyjęło się bardzo dobrze na rynku i wśród różnych instytucji widać chęć do dalszego ich wdrażania. Przykładem mogą być wszelkiego rodzaju systemy lojalnościowe, płatnicze i niewątpliwie w tym obszarze widać duży wzrost. Można wprawdzie zastanawiać się, czy dobra koniunktura nie wynika trochę z narzucanego przymusu, jednak z punktu widzenia RFID są to masowe aplikacje, dające użytkownikom wiele wartości dodanej.

Tab.1.cd. Przegląd ofert krajowych dostawców transponderów i czytników RFID

Patrząc od strony zastosowań i potencjału, jaki kryje się w radiowej identyfikacji, można uznać, że RFID to stosunkowo młody rynek ze znaczną szansą na rozwój. Coraz więcej producentów rozumie, że skoro na przestrzeni lat ceny transponderów nie spadły do poziomu takiego, jak jest to w przypadku etykiet papierowych, to znaczy, że droga do rozwoju rynku wiedzie nie tylko wyłącznie przez masowość zastosowań. Dlatego coraz więcej wdraża się obecnie projektów profesjonalnych, przemysłowych i specjalnych. Rynek kieruje się także coraz bardziej w stronę rozwiązań, które można zaimplementować w istniejących już urządzeniach.

To ważna zmiana, bowiem dodanie identyfikacji radiowej jest w takim przypadku mniej obciążające budżet i może być atrakcyjnym elementem unowocześnienia, przedłużającym czas eksploatacji.Szansę na wzrost zainteresowania systemami RFID dają także wyższe częstotliwości pracy z zakresu UHF, a więc aplikacje pracujące głównie w paśmie 868 MHz. Pozwalają one na rozszerzenie zasięgu działania, nawet do 10 metrów, co w połączeniu z wydajnymi mechanizmami antykolizyjnymi sprawia, że zastosowanie RFID w logistyce, które w praktycznej realizacji napotykało głównie barierę zasięgu, stało się dzisiaj nareszcie możliwe.

Rys.2. Zestawienie wzrostu obrotów w latach 2006–2008 dla dostawców transponderów i czytników RFID. Źródłem wykresów na rysunkach 2–8 jest redakcyjna ankieta

Duży zasięg działania pozwala również na ograniczenie liczby wymaganych czytników, co zmniejsza koszty budowy systemu identyfikacji oraz zapewnia większą pewność działania. Likwidacja takich ograniczeń z pewnością może okazać się pozytywnym bodźcem do rozwoju. Przełomem jest też pojawienie się na rynku dopracowanych czytników UHF dostępnych w umiarkowanej cenie, które sprawiają, że technologia UHF może być stosowana w realnym środowisku przemysłowym.

Co przeszkadza we wzroście

Mimo że systemy identyfikacji radiowej są obecne na rynku od lat 70. ubiegłego wieku i niedługo będą świętować 40-lecie swojego istnienia, poza paroma wyjątkami wciąż trudno im przebić się do zastosowań masowych, na przykład w handlu. W wielu branżach widać wprawdzie powszechną chęć stosowania rozwiązań RFID, jednak w wielu przypadkach ograniczeniem stają się wysokie ceny. Czynnikiem, który głównie kształtuje całkowity koszt rozwiązania, są transpondery, które występują w tego rodzaju zastosowaniach w bardzo dużych ilościach. Przykładem może tutaj być logistyka, gdzie per saldo cały czas dominują kody kreskowe właśnie ze względu na zbyt dużą różnicę w kosztach w stosunku do etykiety RFID.

inż. Kamil Janeczek specjalista w Instytucie Tele- i Radiotechnicznym

Co zmienia się w technologii RFID w ostatnich latach?

Najnowsze tendencje rozwojowe wskazują, że coraz większą popularność w identyfikacji radiowej będą zyskiwały pasma częstotliwości UHF i mikrofalowe. Oprócz tego należy zwrócić uwagę na systemy ultraszerokopasmowe i wieloczęstotliwościowe oraz komunikację w strefie pola bliskiego (NFC). Natomiast przewiduje się, iż dużym bodźcem do upowszechnienia systemów RFID będzie wprowadzenie elektroniki drukowanej, która spowoduje obniżenie ceny jednostkowej etykiety. Umożliwi ona wydrukowanie kompletnego transpondera przy użyciu nanokompozytów lub polimerowych materiałów przewodzących. Barierą ograniczającą rozwój RFID jest brak standaryzacji.

Dlatego wprowadzono protokół UHF EPC Generacja 2, który ujednolicił w zakresie UHF wymianę danych na linii czytnik–etykieta RFID. Innym istotnym problemem jest również obecność płynów i metali. Utrudniają one lub wręcz uniemożliwiają odczyt. Dlatego wprowadzono specjalne warstwy ferrytowe, które pozwalają na komunikację czytnika z etykietą bezpośrednio na powierzchni metalowej. Natomiast w celu identyfikacji płynów opracowuje się specjalne konstrukcje anten. W ostatnich latach obserwuje się również wzrost zainteresowania aktywnymi tagami, które oferują znacznie większy zasięg odczytu, dzięki czemu stają się atrakcyjne w wielu zastosowaniach.

Tab.2. Przegląd ofert krajowych dostawców transponderów i czytników RFID

Przy dużej liczbie punktów dostępowych istotna staje się też cena czytników, dodatkowo powiększająca koszt wdrożenia. W efekcie RFID rozwija się w niszach i jest produktem specjalizowanym, co z założenia jest sprzeczne z masowością zastosowań. Przeszkodą w rozwoju jest też aktualna sytuacja w gospodarce, która obniża inwestycje małych i średnich inwestorów. Wiele obecnie rozwijających się zastosowań identyfikacji, na przykład kontrola dostępu do obiektów, może zostać przyhamowanych na skutek nadchodzącej stagnacji na rynku nieruchomości komercyjnych oraz cięć w wydatkach publicznych związanych z biletami, elektronicznymi dokumentami i środkami płatniczymi.

Na rynku brakuje też wiedzy i kompetencji wśród inżynierów, projektantów obiektów i systemów, którzy zajmują się integracją technologii RFID w funkcjonalną całość. Brakuje przede wszystkim doświadczenia i albo mają oni problemy z dobraniem czytników i tagów, albo nawet nie zdają sobie sprawy z możliwości RFID i oczekują zbyt dużo od tej technologii. Ostatnim ważnym czynnikiem degradującym tempo rozwoju rynku jest brak unifikacji i standaryzacji rozwiązań RFID.

Tab.2.cd Przegląd ofert krajowych dostawców transponderów i czytników RFID

Istnieje wprawdzie szereg norm ISO, jak 14443 i 15693, opisujących protokół komunikacyjny kart na 13,5 MHz, ale prawdziwa unifikacja powinna obejmować także większość aspektów technicznych związanych z czytnikami tak, aby możliwe było wymienne używanie produktów pochodzących od różnych producentów. Takiej zgodności nie ma, a wiele większych firm woli rozwiązania zamknięte, po to, aby bardziej związać ze sobą klientów, co widać najbardziej w produktach przeznaczonych dla przemysłu i automatyki.