Бесчиповый RFID
Бесчиповые RFID- метки — это RFID- метки, для которых не требуется наличие микрочипа в транспондере.
RFID обеспечивают большую дальность действия и возможность автоматизации, в отличие от штрих-кодов, для опроса которых требуется человек-оператор. Основная проблема на пути их внедрения — стоимость RFID. Разработка и изготовление ASIC, необходимых для RFID, являются основной составляющей их стоимости, поэтому полное удаление микросхем может значительно снизить их стоимость. Основными проблемами при разработке бесчиповой RFID является кодирование и передача данных. [1]
бесчиповых RFID Разработка - меток
Чтобы понять развитие бесчиповых RFID- меток, важно сравнить их с классическими RFID и штрих-кодами . RFID обладает очень широким спектром функций, связанных с использованием радиочастотных (RF) волн для обмена данными. Получение идентификатора (ID) становится намного проще, и возможны объемные показания, и все это на метках, содержащих изменяемую информацию. Эти функции невозможно реализовать с помощью штрих-кода, но на самом деле им оснащено 70% товаров, производимых в мире. Причины такого энтузиазма просты: штрих-код работает очень хорошо и чрезвычайно дешев, как этикетка, так и считыватель. Вот почему штрих-коды остаются неоспоримым эталоном с точки зрения идентификации, а соотношение цены и простоты использования остается непревзойденным.
Верно также и то, что RFID обладает и другими важными функциональными возможностями, и поэтому вопрос заключается в том, чтобы представить технологию, основанную на радиочастотных волнах, как вектор связи, который сохранил бы некоторые преимущества штрих-кодов. С прагматической точки зрения, вопрос стоимости системы и особенно меток, которые необходимо производить в больших количествах, остается центральным. Благодаря наличию электронных схем эти метки имеют немаловажную стоимость, значительно превышающую стоимость штрих-кодов. Поэтому логично, что простым решением является производство радиочастотных меток без чипов. Высокая стоимость RFID-меток на самом деле является одной из основных причин того, что RFID-метки с чипом редко встречаются на рынке меток для широко распространенной продукции, рынке, который насчитывает десятки тысяч миллиардов единиц, продаваемых в год. На этом рынке очень широко используются оптические штрих-коды.
Однако с технической точки зрения RFID-метка с чипом предлагает значительные преимущества, включая увеличенное расстояние считывания и способность обнаруживать цель вне поля зрения, независимо от ее положения. Концепция бесчиповой радиочастотной этикетки была разработана с целью составить конкуренцию штрих-кодам в определенных областях применения. У RFID есть много аргументов в пользу функциональности, единственной проблемой остается цена. Штрих-код не предлагает никаких других функций, кроме восстановления идентификатора; однако эта технология проверена временем, широко распространена и чрезвычайно дешева.
Бесчиповая RFID также имеет хорошие аргументы с точки зрения функциональности. Некоторые функции представляют собой ухудшенные версии того, что может делать RFID (уменьшается дальность считывания/гибкость считывания...), другие кажутся еще более актуальными для бесчиповых технологий (дискретность, целостность метки продукта). Основное преимущество – стоимость бесчиповых меток. По сравнению со штрих-кодами, бесчиповая технология должна обладать другими функциями, которые невозможно реализовать с помощью оптического подхода, оставаясь при этом очень дешевым подходом, то есть потенциально пригодным для печати. Вот почему возможности записи/перезаписи и сенсорные возможности являются важнейшими характеристиками для крупномасштабной разработки такой технологии. Например, сейчас с нетерпением ждут разработки очень дешевых датчиков-меток по причинам их применения. [2]
Принцип действия [ править ]
Как и различные существующие технологии RFID , бесчиповые RFID-метки связаны с конкретным RF-считывателем, который опрашивает метку и восстанавливает содержащуюся в ней информацию. Принцип работы считывателя основан на излучении определенного электромагнитного (ЭМ) сигнала в сторону метки и улавливании сигнала, отраженного меткой. Обработка полученного сигнала, в частности, на этапе декодирования, позволяет восстановить информацию, содержащуюся в теге. [3]
Однако бесчиповые RFID-метки принципиально отличаются от RFID-меток. В последнем случае считыватель отправляет конкретный кадр. [4] к метке в соответствии с классической схемой бинарной модуляции. Тег демодулирует этот сигнал, обрабатывает запрос, возможно, записывает данные в свою память и отправляет обратно ответ, модулируя его нагрузку. [5] С другой стороны, бесчиповые RFID-метки функционируют без протокола связи. Они используют сетку дипольных антенн, настроенных на разные частоты. Опросник генерирует сигнал развертки частоты и сканирует провалы сигнала. Каждая дипольная антенна может кодировать один бит. Развертка частоты будет определяться длиной антенны. Их можно рассматривать как радиолокационные цели, обладающие определенной, стационарной временной или частотной сигнатурой. При использовании этой технологии удаленное считывание идентификатора состоит из анализа радиолокационной сигнатуры метки.
В настоящее время одной из основных проблем бесчиповой технологии является надежность обнаружения меток в различных средах. Бесполезно пытаться увеличить объем информации, которую может содержать бесчиповая метка, если идентификатор метки не может быть правильно прочитан в реальных условиях и без сложных методов калибровки. Обнаружение бесчиповой метки в шумной среде гораздо сложнее в бесчиповой, чем в UHF RFID, из-за отсутствия модуляции во времени, то есть отсутствия двух разных состояний в сигнале обратного рассеяния.
На химической основе [ править ]
Самогенерирующиеся керамические смеси [ править ]
В 2001 году исследовательский центр Roke Manor объявил о материалах, которые излучают характерное излучение при перемещении. Их можно использовать для хранения нескольких битов данных, закодированных в присутствии или в отсутствие определенных химических веществ. [6]
Биосовместимые чернила [ править ]
Сомарк использовал диэлектрический штрих-код, который можно прочитать с помощью микроволн . Диэлектрический материал отражает, пропускает и рассеивает падающее излучение; различное положение и ориентация этих полос по-разному влияет на падающее излучение и, таким образом, кодирует пространственное расположение в отраженной волне. Диэлектрический материал может быть диспергирован в жидкости для создания диэлектрических чернил. [7] В основном они использовались в качестве меток для крупного рогатого скота, которые «раскрашивались» специальной иглой. Чернила могут быть видимыми или невидимыми в зависимости от природы диэлектрика. Рабочая частота метки может быть изменена за счет использования различных диэлектриков. [8]
Нанометрические чернила CrossID [ править ]
Эта система использует переменный магнетизм. Материалы резонируют на разных частотах при возбуждении излучением. Считыватель анализирует спектр отраженного сигнала для идентификации материалов. Было найдено 70 различных материалов. Наличие или отсутствие каждого материала может использоваться для кодирования бита, что позволяет кодировать до 2 битов. 70 уникальные двоичные строки. Они работают на частотах от трех до десяти гигагерц. [9]
Пассивная антенна [ править ]
В 2004 году Tapemark анонсировала бесчиповую RFID-метку, которая будет иметь только пассивную антенну диаметром всего 5 мкм . Антенна состоит из небольших волокон, называемых нанорезонансными структурами. Пространственные различия в структуре кодируют данные. Опросник посылает когерентный импульс и считывает интерференционную картину, которую декодирует для идентификации метки. Они работают в диапазоне 24–60 ГГц. [10] Позже компания Tapemark прекратила использование этой технологии.
Основанный на магнетизме [ править ]
магнитный Программируемый резонанс
Устройства Sagentia являются акусто-магнитными. Они используют резонансные свойства магнитомягких магнитострикционных материалов и способность сохранять данные магнитотвердых материалов. Данные на карту записываются контактным методом. Резонанс магнитострикционного материала изменяется данными, хранящимися в твердом материале. Гармоники можно включать или отключать в зависимости от состояния твердого материала, таким образом кодируя состояние устройства в виде спектральной сигнатуры. В эту категорию попадают теги, созданные Sagentia для AstraZeneca . [11] [12] [13]
Магнитная маркировка данных [ править ]
Технология Flying Null использует ряд пассивных магнитных структур, очень похожих на линии, используемые в обычных штрих-кодах. Эти конструкции изготовлены из магнитомягкого материала. Запросчик содержит два постоянных магнита с одинаковыми полюсами. Результирующее магнитное поле имеет в центре нулевой объем. Дополнительно используется опросное излучение. Магнитное поле, создаваемое опросником, таково, что оно приводит мягкий материал к насыщению, за исключением случаев, когда его объем равен нулю. В нулевом объеме мягкий магнит взаимодействует с запрашивающим излучением, тем самым выдавая положение мягкого материала. Может быть достигнуто пространственное разрешение более 50 мкм. [14] [15]
Поверхностная акустическая волна [ править ]
Приборы на поверхностных акустических волнах состоят из пьезоэлектрического кристалла ниобата лития , преобразователи на котором изготовлены по однослойной фотолитографической технологии. Преобразователи обычно представляют собой межцифровые преобразователи (IDT), которые имеют структуру, напоминающую двухзубую гребенку. К IDT прикреплена антенна для приема и передачи. Преобразователи преобразуют падающую радиоволну в поверхностные акустические волны, которые распространяются по поверхности кристалла, пока не достигнут кодирующих отражателей, которые отражают часть волн и передают остальные. IDT собирает отраженные волны и передает их считывателю. Первый и последний отражатели используются для калибровки, поскольку на реакцию могут влиять физические параметры, такие как температура. Для коррекции ошибок также можно использовать пару отражателей. Отражения увеличиваются в размере от ближайшего к дальнему от IDT, чтобы учесть потери из-за предыдущих отражателей и затухания волны. Данные кодируются с использованием импульсно-позиционной модуляции (PPM). Кристалл логически разделен на группы, так что длина каждой группы обычно равна обратной величине полосы пропускания. Каждая группа разделена на слоты одинаковой ширины. Отражатель может быть установлен в любой слот. Последний слот в каждой группе обычно не используется, оставляя n-1 позиций для отражателя, таким образом кодируя n-1 состояний. Частота повторения PPM равна полосе пропускания системы. Положение щели отражателя можно использовать для кодирования фазы. Температурная зависимость устройств означает, что они также могут выступать в качестве датчиков температуры. [16]
резонаторы с настройкой емкостной Раздельные микрополосковые
Они используют сетку дипольных антенн, настроенных на разные частоты. Опросник генерирует сигнал развертки частоты и сканирует провалы сигнала. Каждая дипольная антенна может кодировать один бит. Развертка частоты будет определяться длиной антенны. [17]
тенденции Новые
За последние несколько лет было сделано множество усовершенствований в системах связи, основанных на электронных устройствах, в которых интегральная схема лежит в основе всей системы. Однако демократизация этих систем на основе чипов, таких как система RFID, привела к возникновению экологических проблем.
В последнее время появились новые исследовательские проекты, такие как проект ScattererID, финансируемый Европейским исследовательским советом (ERC). [18] представили парадигму системы радиочастотной связи на основе бесчиповых меток, в которую можно добавить новые полезные функции. При сопоставимой стоимости со штрих-кодом, эти этикетки должны выделяться тем, что предоставляют больше функциональных возможностей, чем оптический подход. Цель проекта ScattererID — показать, что можно связать идентификатор бесчиповой этикетки с другими функциями, такими как возможность записывать и перезаписывать информацию, связать идентификатор с функцией датчика и связать идентификатор с распознаванием жестов.
Возможность создания реконфигурируемых и недорогих меток предполагает разработку оригинальных подходов на переднем крае прогресса, таких как использование CBRAM из микроэлектроники, позволяющих добиться реконфигурируемых элементов на основе нанопереключателей.
Ссылки [ править ]
- ^ Радиочастотная идентификация и датчики: от RFID к RFID без чипа , Этьен Перре, Wiley-ISTE, 2014 г.
- ^ Бесчиповая RFID - Теория, проектирование, измерения , Арно Вена, Этьен Перре, Смаил Теджини, ISTE, 2016
- ^ Синтез RCS для бесчиповой RFID - теория и проектирование , Оливье Ранс, Этьен Перре, Ромен Сирагуса, Пьер Леметр-Оже, ISTE-Elsevier, июль 2017 г.
- ^ Разработка бесчипового RFID-считывателя для сверхширокополосной технологии , Марко Гарбати, Этьен Перре, Ромен Сирагуса, ISTE-Elsevier, Fev. 2018.
- ^ Бесчиповая RFID на основе частиц радиочастотного кодирования — система реализации, кодирования и считывания , Арно Вена, Этьен Перре, Смаил Теджини, ISTE-Elsevier, август 2016 г.
- ^ «Бесчиповая RFID» (PDF) . IDtechEx . Проверено 16 августа 2013 г. [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ «МИКРОВОЛНОВЫЙ СЧИТЫВАЕМЫЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ШТРИХ-КОД» . Патентное ведомство США . Проверено 17 августа 2013 г. [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ «RFID-татуировки, которые оставят след при маркировке скота» . RFID-журнал. 11 февраля 2008 г. Архивировано из оригинала 6 марта 2014 г. Проверено 17 августа 2013 г.
- ^ «Брандмауэрная защита бумажных документов» . RFID-журнал. Архивировано из оригинала 22 июня 2013 года . Проверено 17 августа 2013 г.
- ^ «RFID-волокна для безопасных приложений» . RFID-журнал. 26 марта 2004 г. Архивировано из оригинала 23 февраля 2014 г. Проверено 17 августа 2013 г.
- ^ «Отметьте это» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 24 сентября 2015 года . Проверено 16 августа 2013 г.
- ^ «Акустомагнитная система» . Как все работает. Апрель 2000 года . Проверено 16 августа 2013 г.
- ^ «Кейс компании AstraZeneca» . Сагенция. Архивировано из оригинала 12 января 2014 года . Проверено 16 августа 2013 г.
- ^ Кроссфилд, М. (1 января 2001 г.). «Есть ноль, полетит». Обзор IEE . 47 (1): 31–34. дои : 10.1049/ir:20010111 .
- ^ «Использование технологии Flying Null для отслеживания лабораторного оборудования в автоматизации лабораторий» . ДЖАЛА . Проверено 17 августа 2013 г.
- ^ Плесский, вице-президент; Рейндл, Л.М. (март 2010 г.). «Обзор RFID-меток SAW». Транзакции IEEE по ультразвуку, сегнетоэлектрике и контролю частоты . 57 (3): 654–68. дои : 10.1109/tuffc.2010.1462 . ПМИД 20211785 . S2CID 1237156 .
- ^ Джалали И.; Робертсон, ID (2005). «Разделенные микрополосковые резонаторы с емкостной настройкой для штрих-кодов RFID». Европейская микроволновая конференция 2005 г. Том. 2. стр. 4 стр. – 1164. дои : 10.1109/EUMC.2005.1610138 . ISBN 978-2-9600551-2-2 . S2CID 31536974 .
- ^ ScattererID Анализ и синтез широкополосных рассеянных сигналов от целей конечного размера - аналоговый радиочастотный след, не зависящий от аспекта , Этьен Перре, 2018.