Стандарты и тенденции развития RFID-технологий

Перспективы и тенденции развития RFID

Новый обзор рынка RFID и перспектив его развития с 2005 до 2015 года, сделанный компанией ID TechEX, выявил некоторые неожиданные тенденции. Главный вывод заключается в том, что достигший в 2004 году уровня 1,9 млрд. USD рынок RFID, в 2008 г. превысит 7 млрд. USD и вырастет до 26,9 млрд. USD к 2015 году.

В 2005 году уже представлены RFID-приложения для рынка финансовых услуг и обеспечения безопасности, автомобильного и общественного транспорта, небольших магазинов, библиотек, прачечных и медицинских учреждений. Еще один путь анализа рынка RFID - это анализ различных секторов: есть RFID-метки с источником питания, которые называются “активными метками”, а есть RFID-метки без источника питания - “пассивные метки”. По оценкам IDC, в мире около 410 млн. “пассивных меток”, главное применение - в автомобилях, и 1390 млн. “активных меток”. По оценкам IDC в 2006 году 3,1 млрд. меток будут использоваться для идентификации контейнеров и поддонов для них на складах. Объем меченых упаковок товаров (особенно в фармацевтической отрасли), меток на багаже, животных, книгах, билетах и других вещах, не относящихся к торговле, будет стремительно расти - в 2008 г. 6,8 млрд. меток будет продано для перечисленных приложений и 15,3 млрд. меток для контейнеров и поддонов для них, но стоимость меток в первом случае будет больше, чем во втором. По регионам, утверждает, ID ID TechEX , к 2010 году 48% RFID-меток будет продаваться в Восточной Азии, а 32% - в Северной Америке.

Сегодня важно понять, что потребность в RFID-метках стремительно растет с каждым годом. Даже если кто-то ошибочно считает, что RFID - это просто замена штрих-кодов, то и в этом случае рынок невероятно велик: каждый год в мире печатается 5-10 триллионов штрих-кодов! По самым смелым оценкам, число RFID-меток не достигнет уровня в 10 триллионов и к 2020 году - к тому времени они должны будут стоить менее цента и печататься также, как штрих-коды сегодня.

Однако, по мнению экспертов ID TechEX, цена в один цент не является необходимой для повсеместного распространения RFID-меток - скорее всего пик RFID будет достигнут лет через 10 с помощью кремниевых чипов. Кроме того, возможно такие гиганты, как IBM, Xerox, Samsung разработают “безчиповые” альтернативы - полимерные транзисторные контуры и другие новые технологии. Если уж не до цента, то до пяти центов RFID-метки подешеветь просто обязаны, только тогда их производство превзойдет 10 млрд. штук. Тогда они смогут проникнуть на колоссальный рынок упаковок товаров (более триллиона штук в год), почтовых отправлений (650 млрд. в год) и книг (50 млрд. в год). По мнению экспертов ID TechEX цена метки в один цент (на которую надеются все упомянутые рынки) не заинтересует производителей, а вот пять центов - может быть вполне осмысленной.

Кроме перечисленных рынков могут появиться и другие, емкостью в десятки миллиардов штук меток ежегодно. Например, правительство Южной Кореи поддерживает проект USN (Ubiquitous Sensor Networks) для мониторинга природных катастроф и массы других приложений. У спецслужб разных стран есть проекты антитеррористических мер в глобальной логистике. Есть проекты идентификации крупного рогатого скота, которые становятся особенно актуальными из-за самых разных заболеваний. Есть даже проекты RFID-меток на особенно ценных банкнотах и лекарствах. Многие фармацевтические компании - Pfizer, GlaxoSmithKine и другие - уже решили внедрить у себя RFID-метки в 2005 году.

Другая аналитическая компания Juniper Research в своем недавнем прогнозе утверждает, что объем рынка RFID-систем в Западной Европе к 2007 году превысит 1 млрд USD, причем 40% его будет приходиться на Англию и Германию.

Наиболее популярным приложением будет использование RFID в логистике и сетях поставки, где новые технологии смогут поднять эффективность всей цепи поставок от производителя до торговца. Кроме того, RFID-системы будут с успехом применять в таких нишах рынка, как библиотеки и массовые перевозки.

В обзоре отмечено, что ключом на пути к широкому распространению RFID-технологий должно стать соглашение о стандартах EPC Gen-2. Кроме Германии и Англии, RFID-системы наиболее успешно внедряются в Голландии, Дании и Швейцарии. Для использования в цепи поставок будут применяться мобильные решения, где технология RFID сочетается с GPS или GSM.

Кроме того, прогнозируется рост доходов на мировом рынке транспондеров для систем радиочастотной идентификации с 300 млн. долларов в 2004 году до 2,8 млрд долларов в 2009 году. Наибольший рост продаж прогнозируется для целей маркировки паллет и упаковок. Ближе к 2009 году возрастёт и объём продаж радиочастотных меток для маркировки единичных изделий потребительского спроса.

Действующие и вводимые стандарты ISO

Изначально, технология RFID использовала диапазон низких частот, поэтому LF (Low Frequency) – технология, принятая для самого старого варианта RFID, которая использовалась главным образом в производстве и сельскохозяйственных направлениях деятельности. ISO 11784 и ISO 11785 - два широко распространенных стандарта в области низких частот (125 кГц), которые широко использовались и используются в области идентификации и слежения за животными. При этом ISO 11784 определяет структуру данных признака животных (в этом стандарте, животные могут быть идентифицированы кодом страны и уникальным национальным удостоверением личности). ISO 11785 был посвящен техническим аспектам коммуникации.

Но в скором времени развитие самой технологии (выход на новые частоты) и областей ее применения (структура данных, протоколы обмена) настолько ускорило темп, что число стандартов ISO значительно выросло (таблица 1).

Таблица 1. Стандарты ISO/IEC в области RFID

В настоящее время для каждого из выделенных частотных диапазонов действуют свои стандарты со своей степенью проработки. В настоящее время выделяются следующие диапазоны частот, для которых существуют международные стандарты ISO: 125-135 кГц, 860-930 МГц, 13.56 МГц и 2.45 ГГц (диапазоны 5.8 ГГц и 433.22 МГц в настоящее время практически не используется). На каждом из выделенных диапазонов работают приложения и прикладные системы, схожие по функциям (Таблица 2).

Таблица 2. Стандарты ISO по частотному диапазону

Ниже приведены параметры, соответствующие наиболее распространённым стандартам RFID для HF-диапазона частот.

Таблица 2. Стандарты ISO по частотному диапазону

Действующие и вводимые стандарты EPC Global

Кроме широко известных стандартов ISO, широкое распространение и популярность получили стандарты EPC Global. EPC Global стала заниматься стандартизацией после того, как основанная в 1999 году при Массачусетском университете Auto ID Labs, занимавшаяся вопросами определения стандартов в области сверхвысоких частот (UHF), закрылась в октябре 2003 года. Чтобы завоевать рынок и быть понятной потребителям RFID компания EPC Global начала с того, что выделила определенные функциональные группы меток, назвав их классами. Еще при Auto ID Labs были выделены следующие группы (классы):

• Класс 0. Группа пассивных меток для идентификации объекта (Passive Identity Tag). Эти метки содержат только так называемый «электронный код продукта» (Electronic Product Code, EPC) в неизменяемом виде и использующий проверку CRC для обнаружения ошибок.
• Класс 1. Группа пассивных меток с функциональными возможностями (Passive Functional Tag). Эта большая группа меток содержит все метки, имеющие какие либо дополнительные функции, отличающие их от первой группы. Примером таких функции могут быть перезаписываемый EPC, шифрование данных и т.п.
• Класс 2. Группа «полупассивных» меток (Semi-Passive Tag). К этой группе были отнесены все метки, использующие дополнительно источник питания. При этом основным источником питания должен являться считыватель, а точнее, излучаемая им энергия.
• Класс 3. Группа активных меток (Active Tag). Эти метки содержат встроенный источник питания, полностью обеспечивающий метку необходимой энергией вне зависимости от считывателя.
• Класс 4. Группа активных RFID-меток (RFID Tag). Эти метки не только содержат встроенный источник питания, но и набор определенной логики, позволяющей метке обмениваться данными с такой же меткой или обычным считывателем.

В настоящее время существует два поколения стандартов EPC (Generation 1, Generation 2). В первом поколении были определены только метки класса 0 и класса 1(Class 0, Class1). Метки класса 0 (C0g1) программировались во время изготовления и получали атрибут «только чтение («R/O»). В метки класса 1 (C1g1) информация могла быть записана пользователем только один раз, они получили атрибут «одна запись, множественное чтение («WORM»). Класс 0 и класс 1 имеют различные протоколы для работы со считывателем. Следует упомянуть и о модификациях классов, которые поддерживаются так называемыми «открытыми» стандартами EPC Global.. Наиболее широко используемые модификации это класс 0+ (С0+g1) –отличается размером памяти (96 бит вместо принятых изначально 64 бит) и класс 1b (С1bg2), где всего 128 бит, 96 (код EPC) из которых доступно для многократной записи.

Толчком к созданию меток класса 2 поколения послужил спрос на метки, содержащие большее количество информации и имеющие возможности множественной записи («WMRM»). Ответом EPC Global стали метки первого поколения класса 2 (C2g1), поддерживающие оба протокола обмена данными со считывателем.

Однако, развитие RFID-технологий шло такими высокими темпами, что в 2003 EPC Global, чтобы угнаться за столь быстро развивающейся отраслью начинает выпускать второе поколение стандартов. Чтобы избежать проблем, возникающих при работе с метками первого поколения, EPC Global ввела общий протокол обмена данными для всех продуктов второго поколения. Протокол изначально разрабатывался для меток класса 1 второго поколения, но должен быть пригоден для работы с разрабатываемыми в перспективе классами (планируется создать метки класса 2, 3 и 4).

В настоящее время, метки класса 0 и класса 1 доступны для коммерческого использования. 96-битовый EPC обеспечивает уникальные идентификаторы для 268 миллионов компаний. Каждый изготовитель может иметь 16 миллионов классов объекта и 68 миллиардов регистрационных номеров в каждом классе. Есть и новые схемы нумерации, которые начинаются 128-битовыми и 256-битовыми регистрационными номерами, чтобы обеспечить совместимость с новыми выпускаемыми стандартами второго поколения.

Сеть EPC, или как ее еще называют UCCNET, отслеживает теговые объекты EPC, в процессе их движения через цепь поставки из источника к потребителю. Сеть EPC состоит из следующих основных компонентов, которые используются в системе стандартов:

• ONS (Object Naming Services) -службы именования объектов, аналог DNS (Dynamic Named Services) типичной компьютерной сети. Каждый признак EPC привязан к детальной информации об объекте через локальную сеть (LAN) или Web
• Savant - технология программного обеспечения, служащая «нервной системой» для сети, управляющая потоком данных между метками и считывателями.
• PML (Physical Markup Language) – язык физического обозначения, поднабор из XML-языка, который был определен как стандартная платформа развития для сети EPC

Индустрия RFID быстро движется вперед, расширяя текущие стандарты и создавая новые, требуемые для международного внедрения технологии. ISO - глобальная власть в области стандартизации, и EPC Global - главная сила на рынке RFID, располагающая большой поддержкой промышленности и потребителей, в настоящее время больше соперничают, чем сотрудничают, что приводит к малоэффективной политике управления мировыми стандартами. Так, в настоящее время, стандарты EPC Global охватывают следующие области (Таблица 3).

Таблица 3. Стандарты EPC Global

Наиболее интересны стандарты EPC Global второго поколения (Gen 2), позиционируемые компанией как единый мировой стандарт.

Gen 2 – результат процесса стандартизации, управляемого EPC Global, дочерней компанией Uniform Code Council и EAN International, международных организаций по стандартизации, ответственных за широкое внедрение штрих-кода (Universal Product Code UPC). Так Symbol - член-учредитель EPC Global, поддерживает обе технологии Gen 1 и Gen 2, выпуская считыватели, которые уже сейчас можно программно перевести на Gen 2, и метки Gen 2, которые скоро поступят в продажу.

Ожидается, что протокол EPC Global Gen 2 станет лидирующим стандартом для RFID с рабочей частотой систем в UHF диапазоне 900 МГц, который преодолевает многие ограничения решений EPC Global Class 0 и Class 1 первого поколения.

Gen 2 представляет собой концепцию с улучшенными качествами и стандартами работы, такими как функционирование нескольких считывателей в непосредственной близости друг от друга, соответствие всем нормам мировых регулирующих органов, высокий уровень качества считываемости меток, высокая скорость считывания, возможность многоразовой записи информации на метки и повышенный уровень безопасности.

М. Федоров

Статьи по: ARM PIC AVR MSP430, DSP, RF компоненты, Преобразование и коммутация речевых сигналов, Аналоговая техника, ADC, DAC, PLD, FPGA, MOSFET, IGBT, Дискретные полупрoводниковые приборы. Sensor, Проектирование и технология, LCD, LCM, LED. Оптоэлектроника и ВОЛС, Дистрибуция электронных компонентов, Оборудование и измерительная техника, Пассивные элементы и коммутационные устройства, Системы идентификации и защиты информации, Корпуса, Печатные платы