Tag-it

Automatska identifikacija: RFID

RFID ima nekoliko prednosti pred bar-kodom, pa postaje sve interesantniji u raznim područjima ljudske djelatnosti.Uvođenje RFID tehnologije je potaknuto potrebom praćenja proizvoda od njegovog izvora do krajnjeg potrošača. Standardni bar-kod identificira samo klasu artikla, ali ne i jedinstveni artikl. RFID transponder, naprotiv, nosi serijski broj jedinstven samo za taj specifični proizvod.

Zašto je to važno? Standardni bar-kod identificira samo proizvođača i proizvod, ali ne i jedinstveni artikal. Bar-kod na omotu čokolade je posve isti na svakom omotu istovrsne čokolade, pa je nemoguće putem samog bar-koda izdvojiti točno određeni proizvod. RFID transponder, naprotiv, nosi identifikator – serijski broj jedinstven samo za taj specifični proizvod.

Zašto RFID?

Aplikacije gdje je potrebna sigurna i jedinstvena identifikacija te dugotrajnost i izuzetna otpornost identifikatora na razne specifične utjecaje okoline, a nije potrebna izravna vidljivost, idealne su za primjenu RFID tehnologije. U većini okruženja, RFID postiže 99.5% do 100% očitanja u prvom skeniranju. Nadalje, bez pokretnih dijelova ili optičkih komponenti, održavanje je daleko jednostavnije.

RFID, njegova primjena i standardizacija su još uvijek u početnoj fazi. RFID ne mora posve zamijeniti postojeći sustav identifikacije i praćenja temeljen na bar-kodu, ali ga može uspješno nadopunjavati.

RFID sustavi

Nekoliko različitih kategorija sustava pretpostavlja različitu opremu:

  • EAS (Electronic Article Surveillance) sustav za elektroničko praćenje artikala treba transponder sa samo jednim bitom memorije. To je dovoljno za detekciju prisutnosti proizvoda. Ovakvi se sustavi susreću u trgovinama gdje je svaki artikal označen, a čitač-antena smješten je na izlazu.
  • Sustav mobilnog prikupljanja podataka je u fokusu našeg zanimanja zbog velike mogućnosti primjene u raznim područjima ljudskog rada. Sustav pretpostavlja korištenje ručnih prijenosnih terminala s integriranim RFID čitačem, a prema potrebi i čitačem bar-koda. Dobar primjer je prijenosni laserski terminal za prikupljanje podataka CipherLAB CPT8500 ili CPT9500 s integriranim čitačima za obje tehnologije. Takav uređaj omogućuje istovremeno čitanje bar-koda, čitanje i upisivanje novih podataka u aplikaciji gdje se koriste Read / Write transponderi, a može imati veliku memoriju za pohranu prikupljenih podataka.
  • Mrežni sustav se općenito sastoji od fiksnih čitača, smještenih tako da mogu čitati informacije s transpondera koji pokraj njih prolaze. Ti transponderi mogu biti učvršćeni na neki objekt, proizvod ili na odjeću osoblja neke ustanove, ovisno o primjeni. Čitači su spojeni putem mreže na sustav upravljanja informacijama i omogućavaju kontrolu u realnom vremenu.
  • U sustavu za pozicioniranje transponderi se koriste za automatizirano lociranje i navigaciju za vođena vozila. Čitači su smješteni na vozila i povezani s računalom, a transponderi (opremljeni informacijom o lokaciji) pričvršćeni su duž puta kojim se vozila moraju kretati.
Kako RFID sustav radi?

Osim nositelja informacije, RFID sustav zahtijeva i sredstvo kojim će te informacije biti pročitane, i zatim prenesene računalu odnosno informacijskom sustavu. Naravno, dio sustava mora biti i način kojim će se unijeti ili programirati transponderi ako to nije već učinjeno u trenutku njihove proizvodnje.

RFID uređaj (čitač, odnosno terminal za prikupljanje informacija) koristi radio transmisiju za slanje energije transponderu (RFID Tag) koji onda emitira povratnu informaciju: jedinstveni identifikacijski kod i/ili niz podataka, ranije pohranjenih u samom transponderu. Tako prikupljene podatke, kao i u slučaju bar-koda, moguće je dalje obrađivati.

Transponder

Riječ transponder izvedena je od termina transmitter / responder, prema funkciji tog uređaja koji na transmisiju čitača odgovara (respond) podatkom. Osnovne komponente transpondera su mikročip i antena, zaliveni u kućište otporno na utjecaj okoline.

Nekoliko značajki razvrstavaju RFID transpondere u različite grupe: način odnosno sredstvo napajanja, sposobnost pohrane podataka, odnosno opcije programiranja, radna frekvencija i s time u vezi opseg (udaljenost) čitanja, fizički oblik i na kraju cijena. Fizički, općenite su kategorije:

  • transponder (tag)
  • "smart" naljepnice
  • RFID pločica (PCB) ili inlay

Nositelj informacije u obliku transpondera, naljepnice, ili PCB-a obično se postavlja na objekt , ambalažu, paletu, kontejner ili čak na sam proizvod, tako da može putovati s njime i na svakom koraku ga identificirati. Podaci u transponderu mogu biti raznovrsni – svakako će identificirati proizvod na traci, robu u tranzitu, lokaciju, vozilo, također i životinju ili osobu, ali mogu predstavljati i instrukcije o daljnjem postupanju.

RFID transponder (tag):

Transponderi se proizvode u vrlo različitim oblicima, veličinama, s različitim kapacitetima memorije i sposobnostima "preživljavanja" u okolini. RFID transponder može biti dovoljno malen da se smjesti pod kožu životinje, može biti uobličen kao čavao ili vijak za označavanje drvene građe ili u obliku kreditne kartice za korištenje u aplikacijama kontrole pristupa. Velike plastične privjesnice za sprečavanje krađe prikačene za odjeću u trgovinama također su RFID transponderi, a slični su i vrlo otporni transponderi u obliku bloka kojima se označavaju kontejneri u internim procesima proizvodnje, ili radni strojevi i kamioni u svrhu praćenja i održavanja. Gotovo svi su zaštićeni nekom vrstom kućišta od udaraca, kemikalija, vlage i prašine.

RFID PCB:

PCB pločica (Printed Circuit Board) je namijenjena ugradnji u proizvod ili ambalažu. Prednosti joj je niža cijena i sposobnost podnošenja uvjeta okoline koje RFID naljepnice ne bi podnijele.

RFID naljepnice:

Bar-kod kao tehnologija automatske identifikacije u upotrebi je već desetljećima i vrlo je dobro etabliran. Ipak, jednom otisnute, bar-kod naljepnice ne mogu više biti promijenjene, a da bi je skener pročitao mora biti u vidljivom dometu skenera. Nova generacija "pametnih" (smart) naljepnica opremljena je RFID tehnologijom i nadilazi neka ograničenja tradicionalnog bar-koda. Integrirani elektronički sklop sadrži digitalnu memoriju i može biti programiran ili re-programiran korištenjem radio-valova. Smart naljepnice imaju očitu prednost pred tradicionalnim bar-kod naljepnicama u aplikacijama gdje je potrebna kombinacija efikasnosti čitanja i vizualna, ljudskom oku razumljiva informacija.

Transponderi mogu imati različite kapacitete memorije, sposobnosti "pisanja i čitanja", izvore energije, razne radne frekvencije.

Čitanje i zapisivanje na transponder

Tri su mogućnosti podržane RFID tehnologijom, a ovise o tipu memorije transpondera:

  • Read Only (R) – samo čitanje transpondera koji u procesu proizvodnje dobiva svoj jedinstveni serijski broj. Jednom pohranjena informacija ne može se mijenjati.
  • Write Once Read Many (WORM) – korisnik sam programira memoriju transpondera, ali podatak može upisati samo prvi puta, nakon čega on ostaje permanentno pohranjen.
  • Read/Write (R/W) – korisnik može mnogo puta upisati informaciju na transponder. Read-write transponderi obično imaju serijski broj koji se ne može izbrisati, a podaci koji se upisuju, dodaju se tome. Read-write transponderi su korisni u kompleksnijim aplikacijama, ali budući skuplji, nisu praktični za označavanje jeftinih proizvoda.
Izvor napajanja transpondera

Transponderi za rad trebaju energiju, iako u izuzetno malim količinama (mjeri se u mikro ili milivatima).

  • Pasivni transponder nema vlastitog napajanja, energiju dobija isključivo putem RF emisije od čitača. Manji je, laganiji, jeftiniji od „aktivnog" transpondera i ima praktički neograničen životni vijek. Nedostatak mu je manji domet prijenosa signala. Kapacitet pohrane podataka mu je također slabija strana, kao i manja otpornost na elektromagnetsku buku u okruženju.
  • Semi-pasivni transponder ima bateriju kojom napaja čip, ali za komunikaciju koristi energiju čitača.
  • Aktivni transponder ima svoje napajanje – bateriju s ograničenim vijekom trajanja, tipično nekoliko godina ovisno o uvjetima okoline i korištenju. Neki tipovi aktivnih transpondera mogu imati i zamjenjivu bateriju. Skuplji su i veći, ali imaju veći domet transmisije signala, bolji imunitet na buku i bržu transmisiju podataka u području visoke frekvencije. Obično mogu funkcionirati u vrlo velikom rasponu temperatura od -50° C do +70° C. Aktivni i semi-pasivni transponderi su korisni za praćenje vrijedne robe ili objekata o kojima se informacija mora pročitati izdaleka, no oni mogu biti dva do tri puta skuplji od pasivnih transpondera. Pasivni UHF transponderi moraju biti pročitani s manje udaljenosti, ali su jeftiniji i mogu se baciti zajedno s ambalažom proizvoda.
Radne frekvencije transpondera

Transponderi komuniciraju s čitačem putem radio valova. Radio valovi su dio elektromagnetskog spektra za koji u svakoj državi postoji zakonska regulativa. Problem s RFID komunikacijom je u tome što su u različitim zemljama svijeta dijelovi spektra različito raspodijeljeni prema namjeni. Znači, transponder koji radi na 915 MHz u jednom dijelu svijeta, bit će neupotrebljiv negdje drugdje, gdje je to frekvencijsko područje namijenjeno kakvoj drugoj aplikaciji.

Svaka država upravlja frekvencijskim područjima u skladu s regulativom triju postojećih područja: Europa i Afrika predstavljaju Regiju 1, Sjeverna i Južna Amerika Regiju 2, a Australija i Azija Regiju 3. Postoji inicijativa za postizanje određenog stupnja slaganja u pogledu korištenja frekvencijskih područja do 2010 godine, a ih je trenutno za primjenu RFID tehnologije vrlo malo dostupno na globalnoj razini.

No, čak i da postoji određeno frekvencijsko područje u svakoj zemlji na svijetu, bilo bi loše ograničiti upotrebu RFID tehnologije samo na to područje. Različite frekvencije imaju različite karakteristike koje ih čine korisnim u sasvim određenim aplikacijama. Na primjer, transponderi niske frekvencije su jeftiniji od UHF transpondera, troše manje energije i imaju veću sposobnost emitiranja signala kroz razne materijale. Zato su pogodni za označavanje objekata s visokim postotkom vode, na malim udaljenostima. S druge strane, UHF transponderi (ultra visoke frekvencije) imaju veći domet i brži protok podataka, uz veću potrošnju energije i slabiju transmisiju kroz materijale. Zbog tih svojstava, pogodniji su za skeniranje transportnih pakiranja na ulazu ili izlazu iz skladišta.

Općenito, RFID sustavi se grupiraju u tri frekvencijska područja. Svako ima svoje karakteristike i tipično područje primjene:

  • Low Frequency – 100-500 kHz,a najčešće 125 kHz, najniže cijene, ali i najkraćeg dometa signala i najmanje brzine očitanja i prijenosa;
  • High Frequency – 10-15 MHz, a najčešće 13.56 MHz, u nižem ili srednjem cjenovnom rangu, kratkog do srednjeg dometa signala, srednje brzine očitanja i prijenosa;
  • Ultra High Frequency (UHF) – rade u rasponu od 433 - 915 MHz, i 2.45 GHz, najvećeg dometa signala (pod FCC regulativom), veće brzine prijenosa, ali i cijene. Kod ovih transpondera ne smije biti prepreke između čitača i transpondera - UHF radio-val ne prodire tako dobro kroz materijale i zahtijeva više energije za transmisiju u datom opsegu nego val niže frekvencije.  Tri su najčešće frekvencije (kao predstavnici ovih grupa) 125 kHz, 13.56 MHz i 2.45 GHz. Većina zemalja koristi 125 kHz ili 134 kHz područje za sustave niske frekvencije, i 13.56 MHz za sustave visoke frekvencije.

Brzina očitanja i prijenosa podatka je povezana s frekvencijom. Što je viša frekvencija to je brži prijenos. Taj je podatak značajan u planiranju RFID sustava, osobito tamo gdje će transponder brzo prolaziti kroz zonu očitavanja.

O frekvencijskom području donekle ovisi i domet signala transpondera. Ima i drugih faktora – snaga čitača, interferencija koju stvaraju objekti u okolini (posebno metalni) i drugi RF uređaji. Općenito, domet pasivnih transpondera (bez baterija) niske frekvencije je 30 cm ili manje, transpondere visoke frekvencije moguće je pročitati s udaljenosti oko 90 cm ili manje, a UHF transpondere s 3 do 6 m. Tamo gdje je potreban veći domet koriste se aktivni transponderi koji ostvaruju i veći domet signala.

Memorijski kapacitet transpondera

Transponder može imati i samo jedan bit – na primjer, sustav za elektroničko praćenje artikala (EAS) u trgovini treba samo taj jedan bit da bi pokrenuo alarm jednom kad je pobuđen u polju čitača. Takvi transponderi su korisni i tamo gdje se artikli broje.

Za pohranu serijskog broja, po mogućnosti zajedno s kontrolnim bitovima dovoljno je 128 bita. Serijski, odnosno identifikacijski broj može pohraniti proizvođač ili sam korisnik unutar svoje aplikacije. Veći kapaciteti memorije, do 512 bita, uvijek su programabilni – osim same identifikacije korisnik može pohraniti razne podatke o označenom objektu, upute za daljnje postupke u nekom procesu ili rezultate ranijih akcija nad objektom.

Transponderi s 64 kilobita memorije obično nose datoteke s podacima organiziranim u polja koja se mogu selektirati tijekom procesa čitanja.

Za većinu aplikacija dovoljan je 96-bitni serijski broj, a transponder će na kraju puta proizvoda koji je njime označen ionako biti odbačen. Činjenica je da je cijena jednostavnijih transpondera niža, pa je jasno da će najveći broj nositelja informacije biti upravo tog tipa.

Čitač/Interogator

RFID čitači (često se nailazi i na termin interogator) prilično se razlikuju po kompleksnosti, što ovisi o tipu transpondera s kojima radi i o funkcijama koje mora imati. Njihova je zadaća komunikacija s transponderima i prijenos podataka dalje, do računala. Funkcije čitača mogu biti i provjera i ispravljanje grešaka. Kad je signal transpondera primljen i dekodiran, prema Command Response protokolu, čitač će na ponovljeno slanje signala odgovoriti instrukcijom transponderu da prestane emitirati. Ovaj se protokol koristi za rješavanje problema koji se mogu pojaviti kod čitanja brojnih transpondera u kratkom vremenu. Razne tehnike se i dalje razvijaju kako bi se poboljšao postupak očitavanja, pa čitači mogu registrirati više transpondera istovremeno.

Programator RF Transpondera

CipherLab CP50 terminalBilo da se radi o transponderu koji se može samo pročitati ili na koji se može i pisati i čitati, podatak mora u transponder biti unesen bar jednom. Uređaj koji će obaviti tu zadaću, osobito ako se radi o read-only tipu, ne mora biti smješten tamo gdje će se transponderi koristiti.

Jedan od primjera je SATO RFID printer koji čita, piše i tiska "smart" naljepnice. Zajedno s tiskom grafike, teksta i bar-koda na površini naljepnice, upisat će i informaciju u transponder koji je sastavni dio naljepnice. Baziran na provjerenoj SATO CL seriji bar-kod printera, novi RFID model odlikuje se visokom kvalitetom i robustnim dizajnom. Razvijen je za različita polja primjene – na primjer za kontrolu osnovnih sredstava, identifikaciju pacijenata i/ili uzoraka u zdravstvu, označavanje prtljage, automatizaciju u proizvodnji, označavanje paleta ili kontrolu pristupa. access control. RFID modul ugrađen u SATO printer radi na frekvenciji od 915 MHz (UHF područje), koje odgovara EPC Class 1 standardu. Podrška za druge frekvencije je također u razvoju, u skladu s ratifikacijom standarda.

Drugi primjer su CipherLab industrijski terminali iz serije koji imaju RFID opciju, odnosno mogućnost čitanja i pisanja RFID HF transpondera.

Za neke sustave prikladnije je predvidjeti reprogramiranje transpondera na licu mjesta, osobito ako se transponder koristi kao mobilna interaktivna baza podataka u proizvodnom procesu. Prijenosni RFID terminali kao što su CipherLAB CPT8500 i CPT9500 RFID funkcioniraju i kao čitač i kao programator – terminal može i pročitati i upisati novu informaciju u transponder, bez zaustavljanja proizvodnog procesa i bez potrebe da se proizvod izdvoji iz procesa radi promjene podataka.


Područja primjene RFID tehnologije

Primjenu RFID tehnologije možemo zamisliti u bilo kojem području ljudskog djelovanja gdje se barata podacima. Trenutno se RFID najviše susreće u transportu i logistici, proizvodnji i kontroli. Neki su primjeri označavanje životinja u uzgoju, praćenje proizvoda u opskrbnom lancu, kontejnera koji se ponovno koriste, dijelova koji se kreću kroz pogon u proizvodnom lancu, praćenje poštanskih pošiljaka i prtljage u avioprometu, naplata cestarina i parkirališta, kontrola pristupa vozilima, zatim EAS aplikacije u trgovinama, zaštita vrijednih predmeta od krađe, praćenje osnovnih sredstava. Kontrola ulaza i radnog vremena je još jedna tipična aplikacija, i sigurnosna kontrola pristupa određenim lokacijama.

Koje su prednosti RFID tehnologije u odnosu na bar-kod?
  • Nije potrebna vidljivost – prazan prostor između čitača i transpondera;
  • Čitanje i pisanje podataka bez ikakvog kontakta s objektom;
  • Mogućnost praćenja proizvoda po tipu, modelu i "šarži";
  • Praćenje procesa proizvodnje kroz vrijeme;
  • Praćenje informacija u procesu kontrole;
  • Nema negativnih posljedica utjecaja okoline (prljavština, vlaga, prašina) zahvaljujući komunikaciji putem radio vala / electromagnetskih valova; voda, sredstva za čišćenje, otapala, boja, alkohol, rashladna stredstva itd, ne oštećuju RFID transpondere a fragmenti, čestice i ne-metalne zapreke ne ometaju im rad;
  • Oblik transpondera može biti raznolik, prilagođen aplikaciji;
  • Transponder može biti vrlo malen da bi stao i na najmanji prostor;
  • Transponder je otporan na refleksiju svetla, a ne ometa ga niti potpun nedostatak svjetla;
  • Transponder ima jako dug životni vijek, ponovno korištenje istog transpondera (tip za višestruko korištenje) smanjuje troškove, i ne zahtijeva nikakvo održavanje;
  • Transponder se može čitati i/ili na njega upisati informacija u bilo koje vrijeme;
  • Materijali koji nisu od metala, kao papir, drvo, plastika i sl. ne ometaju komunikaciju između antene i transpondera, iako nisu transparentni;
  • Transponder može imati veliki kapacitet memorije za pohranu podataka.

Bez obzira na te karakteristike RFID nije nužno "bolja" tehnologija od bar-koda. Ako za aplikaciju nijedna od specifičnih značajki RFID nije presudna, primjena bar-koda je logičan izbor. Bar-kod naljepnica je jeftinija, a općeprihvaćeni standardi na tom području čine je globalno upotrebljivom.

Razvoj RFID tehnologije rezultira sve jeftinijom proizvodnjom opreme (transpondera, čitača), sve većom memorijom, širim dometom prijenosa signala i bržim procesiranjem. Ipak, nije vjerojatno da će RFID posve zamijeniti bar-kod. Možemo pretpostaviti da će njegova upotreba rasti tamo gdje druge metode automatske identifikacije nisu efikasne. Svakako, uz uspješnu standardizaciju koja bi omogućila kompatibilnost RFID opreme različitih proizvođača i pad cijena, mogli bismo očekivati naglu ekspanziju. Na tome već rade brojne zainteresirane organizacije u Europi (gdje je primjena RFID tehnologije naprednija) i SAD.

Standardizacija kakva je omogućila rast i globalnu upotrebu bar-koda, nužna je u i RFID sustavima. Tek tada možemo očekivati široku primjenu nove tehnologije.