Entwicklung wichtiger Anwendungen der RFID-Tag-Technologie und aktueller internationaler Forschungsstatus

　　RFID ist ein Sammelbegriff für Radiofrequenz-Identifikationstechnologie. Wie Barcodes, IC-Karten und andere Identifikationsmethoden besteht seine Grundfunktion darin, die eindeutige Identifikatorin (UID) des Zielobjekts zu identifizieren. Der Unterschied besteht darin, dass es Radiofrequenzübertragung nutzt, um eine kontaktlose automatische Identifikation zu erreichen, was die Identifikation bewegter Ziele und mehrerer Ziele ermöglicht. RFID ist auch eine Datenkommunikationstechnologie, die die grundlegenden Komponenten von Kommunikationssystemen wie das Senden, Empfangen, Kanalisieren und Übertragen von Informationen besitzt. Der Unterschied besteht darin, dass die übermittelten Informationen künstlich und standardisiert sind. Mit seiner großen Speicherkapazität, der Mehrfach-Zielerkennung, der langen Lesedistanz und der Datenverschlüsselung sowie seinem Entwicklungspotenzial gilt RFID als eine der wichtigsten Technologien von heute. Der Schlüssel zur Anwendung und Entwicklung von RFID-Systemen liegt in elektronischen Tags. Dieses Papier konzentriert sich auf die Schlüsseltechnologien elektronischer Tags und den aktuellen Forschungsstand im In- und Ausland und schlägt grundlegende Gegenmaßnahmen für die Anwendung und Entwicklung elektronischer Tags in China in dieser Phase vor.

　　1 Elektronische Tag-Technologie und aktueller Forschungsstand im In- und Ausland

　　In der nationalen und internationalen Forschungsliteratur konzentriert sich die aktuelle Forschung zu elektronischen Tags hauptsächlich auf die folgenden sechs Aspekte.

　　1.1 Chiptechnologie

　　Die Chiptechnologie ist eine Kerntechnologie innerhalb der RFID-Technologie. Ein Tag-Chip ist ein System, das alle Schaltungen außer der Tag-Antenne und passenden Leitungen integriert, einschließlich Modulen wie RF-Frontend, analogem Frontend, digitalem Basisband und Speichereinheiten. Die Grundanforderungen für Chips sind leicht, dünn, klein, kostengünstig und kostengünstig.

　　Im Ausland haben Hersteller integrierter Schaltungen wie TI, Intel, Philips, STMicroelectronics, Infineon, NXP und Atmel herausragende Ergebnisse bei der Entwicklung kleiner, energiesparender und kostengünstiger RFID-Chips erzielt. Beispielsweise können Atmels passive UHF-Tags eine minimale HF-Eingangsleistung von bis zu 16,7 μW haben. Das Schweizerische Bundesinstitut für Technologie hat einen 2,45 GB großen Tag-Chip mit einer Mindesteingangsleistung von nur 2,7 μW und einer Lese-/Schreibdistanz von bis zu 12 m entwickelt. Auf der ISSCC-Konferenz 2006 schlug die japanische Hitachi Corporation einen Labelchip mit einer Fläche von 0,15 mm × 0,15 mm und einer Dicke von nur 7,5 μm vor. Im Inland konnten chinesische Hersteller integrierter Schaltungen eigenständig Niederfrequenz- und Hochfrequenzchips entwickeln und produzieren, die an internationalen fortgeschrittenen Niveaus nahekommen. Die von Shanghai Kunrui entwickelten UHF-Band-QR-Serien-Chips haben bereits die offizielle Zulassung und Zertifizierung von EPCglobal bestanden. Insgesamt steht das Design von RFID-Chips in Chinas UHF- und Mikrowellenfrequenzbändern weiterhin vor erheblichen Herausforderungen, die sich vor allem in strengen Stromverbrauchsbeschränkungen widerspiegeln. Antennenkompatibilitätstechnologie. Nachfolgende Verpackungsprobleme. Empfindlichkeitsprobleme. Zuverlässigkeit und Kosten.

　　Der Entwicklungstrend bei RFID-Chip-Design und -Fertigungstechnologie ist geringerer Energieverbrauch, längere Reichweite, schnellere Lese-/Schreibgeschwindigkeiten, höhere Zuverlässigkeit und kontinuierlich sinkende Kosten. Neben der Erhöhung der Tag-Speicherkapazität für mehr Informationen, der Reduzierung der Tag-Größe zur Kostensenkung und der Verbesserung der Tag-Sensitivität zur Vergrößerung der Lesedistanz umfassen aktuelle Forschungshotspots außerdem: ultra-energiearme Schaltungen; Sicherheits- und Datenschutztechnologie, Passwortfunktionen und -implementierung; Kostengünstige Chipdesign- und -fertigungstechnologie; Neue Speichertechnologien; Antikollisionsalgorithmen und Implementierungstechnologien; Integration von Technologie mit Sensoren; Eine umfassende Lösung, die eng mit Anwendungssystemen verknüpft ist.

　　1.2 Antennendesign-Technologie

　　Miniaturisierung war schon immer ein zentrales Anliegen bei der Konstruktion von RFID-Tag-Antennen. Um das Anwendungsspektrum zu erweitern, sind auch die miniaturisierte Antennenbandbreite, Verstärkungseigenschaften und Kreuzpolarisationseigenschaften wichtige Forschungsrichtungen. Derzeit verwenden RFID-Tags weiterhin off-chip-unabhängige Antennen, die Vorteile eines hohen Q-Werts, einfacher Herstellung und moderater Kosten bieten, aber sie sind größer und anfällig für Bruch, was sie für Anti-Fälschungen oder das Implantieren biologischer Tags in Tiere ungeeignet macht. Wenn die Antenne in den Tag-Chip integriert werden kann, kann sie ohne externe Komponenten betrieben werden, was die Gesamtgröße des Tags verringert und den Etikettherstellungsprozess vereinfacht, um Kosten zu senken. Dies hat Forschungen zur On-Chip-Antennentechnologie angestoßen. Darüber hinaus konzentriert sich die aktuelle Forschung auf Tag-Antennen-Antennen-Anpassungstechnologie, Strukturoptimierungstechnologie, Breitbandantennendesign für mehrere Frequenzbänder, Multi-Tag-Antennenoptimierungs-Verteilungstechnologie, metallresistente Designtechnologie sowie Konsistenz- und Anti-Interferenz-Technologie.

　　1.3 Verpackungstechnologie

　　Die Verpackung elektronischer Tags umfasst hauptsächlich wichtige Schritte wie Chipmontage und Antennenfertigung. Mit der Entwicklung neuer Verpackungstechnologien sind neue Verarbeitungstechniken in der Etikettverpackungstechnologie entstanden, wie zum Beispiel Flip-Chip Bump Generation (Bunping) und Antennendruck. Im Vergleich zu herkömmlichen drahtgebundenen oder Carrier-to-Carrier-Verbindungen bietet die Flip-Chip-Technologie eine höhere Verpackungsdichte, gute elektrische und thermische Leistung, gute Zuverlässigkeit und geringere Kosten. Die Verwendung von leitfähig bedruckten Etikettantennen anstelle traditioneller Ätzmethoden zur Herstellung von Etikettantennen hat die Kosten der Herstellung elektronischer Etiketten erheblich gesenkt. Darüber hinaus umfassen Forschungs-Hotspots in der Etikettverpackungstechnologie Niedertemperatur-Heißpressverfahren, präzise Mechanismusoptimierung, multiphysikalische Mengenerkennung und -kontrolle, hochpräzise Hochgeschwindigkeits-Bewegungssteuerung und Online-Inspektionstechnologien.

　　1.4 Label-Anwendungstechnologie

　　Aufgrund der einzigartigen Eigenschaften von RFID-Tags zur Objektidentifikation gab es einen Anstieg der Forschung zu verschiedenen funktionalen Tags. Neben der traditionellen Identifikation, Verfolgung und Überwachung von Gegenständen umfassen Forschungs-Hotspots auch interaktive Smart Tags, räumliche Positionierung und Verfolgung, allgegenwärtiges Rechnen, mobile Zahlungen und Anti-Fälschung von Artikeln.

　　(1) Interaktive Smart Tags. Die Struktur interaktiver Smart Tags besteht weiterhin aus einem drahtlosen Mikro-Transceiver mit einem Single-Chip und einem Mikrocontroller. Verschiedene erforderliche Anwendungen werden vorab in den Mikrocontroller geschrieben, und bei Bedarf werden diese Programme über drahtlose Befehle aufgerufen, sodass Tags verschiedene Aufgaben ausführen können, die IoT-Anwendungen wie Erkennung, Positionierung und Datenerfassung erfüllen. Der Tag sendet keine Signale nach außen, sondern empfängt und zeichnet periodisch Signale auf, die vom Koordinator über den Überwachungskanal gesendet werden, je nach Bedarf. Erst nach Erhalt eines Aufweckbefehls springt er zum Arbeitskanal des Lesers, erhält Anweisungen vom Koordinator und tritt in einen Informationsaustausch mit dem Leser gemäß vorgefertigten Programmen ein, wobei er die angegebene Aufgabe innerhalb der vorgegebenen Zeit abschließt, bevor er in den Überwachungs- und Schlafmodus zurückkehrt. Es ist offensichtlich, dass der Kern dieser Technologie darin besteht, ungültige Signale schnell herauszufiltern und so ultrastromarme drahtlose Fernübertragung von Tags zu erreichen, allerdings auf Kosten eines zusätzlichen Koordinators. Da interaktive Smart Tags zentrale Probleme in IoT-Anwendungen wie niedrige Kosten, geringer Stromverbrauch und drahtlose Langstreckenübertragung lösen, erweitern sie den Anwendungsbereich elektronischer Tags und können weit verbreitet in urbanen intelligenten Verkehrssystemen, grundlegenden städtischen Datenerfassungssystemen und anderen Bereichen eingesetzt werden, die Fernidentifikation, Positionierung oder Datenerfassung erfordern.

　　(2) Echtzeit-Positionierungs- und Tracking-Tags. Bestehende Positionssysteme umfassen hauptsächlich Satellitenpositionierungssysteme, Infrarot- oder Ultraschall-Positionierungssysteme sowie mobilnetzbasierte Positionierungssysteme. Aufgrund von Einschränkungen bei Positionierungszeit, Genauigkeit und Umweltbedingungen gibt es jedoch derzeit keine Positionierungstechnologie, die die Standortinformationsprobleme von Einrichtungen und Objekten in komplexen Innenräumen wie Flughafenlobbys, Ausstellungshallen, Lagerhäusern, Supermärkten, Bibliotheken, Tiefgaragen und unterirdischen Minen vollständig lösen kann. RFID-Technologie bietet eine neue Lösung für räumliche Positionierungs- und Tracking-Dienste, die besonders für die Innenraumpositionierung geeignet ist, die Satellitenpositionierungssysteme nur schwer bewältigen können. Es nutzt hauptsächlich die einzigartigen Identifikationsmerkmale von Tags an Objekten und misst die räumliche Position von Objekten anhand der Signalstärke der Hochfrequenzkommunikation zwischen dem Leser und dem am Objekt installierten Tag.

　　(3) Universelle Berechnungsetiketten. Durch die Kombination mit Sensortechnologie können RFID-Tags auch die Statusinformationen von Objekten oder Umgebungen an IoT-Knoten, wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Beleuchtung, erfassen und drahtlose Kommunikationstechnologie nutzen, um diese Informationen und deren Änderungen an Recheneinheiten zu übertragen, wodurch die Umweltsichtbarkeit für Computermodule verbessert und zukünftige allgegenwärtige Recheninfrastruktur gebaut wird.

　　(4) Mobile Zahlungsetiketten. RFID-Mobilzahlungen nutzen Kurzstreckenkommunikation zwischen Mobilgeräten und POS-Terminals und ermöglichen die Zahlung von Transaktionsbeträgen über Handygebühren oder SIM-Karten, die Bankkonten für Banktransaktionen binden. RFID-Mobilzahlungen sind ein Produkt der Integration der RFID-Branche und der Telekommunikationsbranche. Derzeit gibt es hauptsächlich vier Anwendungsmethoden: Felica, NFC, DISIM und RF-SIM. Dazu gehört RF-SIM eine drahtlose Kommunikationstechnologie für mittlere bis kurze Reichweite, die auf SIM-Karten basiert. Sie integriert ein RF-Modul in die SIM-Karte, das für normale mobile Kommunikation und Authentifizierung verwendet wird und so eine physische Verbindung zum Telefon herstellt. RF-SIM-Karten unterstützen alle Mobiltelefone auf dem Markt und dienen als umfassende Serviceplattform, die Geldbörsen, Schlüssel und ID-Karten ersetzen kann.

　　(5) Anti-Fälschungsetiketten. Traditionelle Anti-Fälschungstechnologien wie physische Anti-Fälschungen, biologische Anti-Fälschungen, strukturelle Anti-Fälschungs-, Barcode- und digitale Anti-Fälschungen beweisen keine Einzigartigkeit und Exklusivität, lassen sich leicht replizieren und können keine echten Anti-Fälschungseffekte bieten. Die RFID-Technologie bietet absolute Vorteile bei der Fälschungsbekämpfung, da jedes Tag eine weltweit eindeutige ID-Nummer besitzt, die nicht verändert oder gefälscht werden kann. Darüber hinaus bietet RFID-Anti-Fälschungstechnologie keine physische Abnutzung, eine hohe Sicherheit der physischen Schnittstelle des Lesers, verschlüsselbare Tag-Daten und gegenseitige Authentifizierung zwischen Leser und Tag, sodass eine vollständige Nachbildung praktisch unmöglich ist und somit Fälschungen effektiv verhindert wird. Derzeit wird RFID-Fälschungsbekämpfung schrittweise im Dokumentenmanagement, Ticketmanagement, elektronischen Kennzeichen, Alkoholfälschungsschutz und Kunstschatz gegen Fälschungen eingesetzt, was einen wachsenden Trend zeigt.

　　1.5 Forschung zu Standardausgaben

　　Derzeit sind die wichtigsten internationalen Kommunikationsstandards im Zusammenhang mit elektronischen Tags: (1) ISO/TEC18000-Standards. (2) EPC-Standards, (3) DSRC-Standards. (4) UID-Standard. Darüber hinaus entwickeln viele Länder und Institutionen aktiv RFID-bezogene regionale, nationale oder Industrieallianz-Standards, in der Hoffnung, diese über verschiedene Kanäle auf interdisziplinäre Standards aufzurüsten. Jedes Standardsystem ist je nach Betriebsfrequenz in mehrere Teile unterteilt, die hauptsächlich in Kommunikationsmethoden, Kollisionspräventionsprotokollen und Datenformaten inkompatibel sind. Im Januar 2008 sponserte das EU-FP7-Projektteam das Global Universal RFID Standards Forum (GRIFS) mit dem Ziel, durch verstärkte Zusammenarbeit maximale globale Konsistenz bei RFID-Standards zu erreichen. Mit der Entwicklung der RFID-Technologie verschmelzen verschiedene Standards für elektronische Tags. So ist beispielsweise der ISO/IFC15693-Standard für Hochfrequenz 13,56 MHz Teil des ISO18000-3-Standards geworden, und der EPC GEN2-Standard ist zum ISO18000-6C-Standard geworden. Derzeit übernehmen die Vereinigten Staaten, die Europäische Union und andere Länder jeweils ihre eigenen unterschiedlichen Standards. Aufgrund der Schwierigkeiten, Interessen zu koordinieren, ist die Vereinheitlichung der Standards zwar dringend, aber der Prozess bleibt relativ langwierig.

　　1.6 Forschung zu Sicherheits- und Datenschutzfragen

　　Die untersuchten und verwendeten Sicherheitsmechanismen umfassen hauptsächlich physikalische Methoden, kryptografische Mechanismen und deren Kombinationen. Physikalische Methoden werden häufig in kostengünstigen Etiketten eingesetzt, um die Tag-Informationen durch elektrostatische Abschirmung oder aktive Interferenz zu schützen. Im Vergleich zu Hardware-Sicherheitsmechanismen, die auf physischen Methoden basieren, sind Software-Sicherheitsmechanismen auf Basis kryptographischer Technologien bevorzugter und nutzen hauptsächlich verschiedene ausgereifte kryptografische Verfahren und Mechanismen, um kryptografische Protokolle zu entwerfen, die RFID-Sicherheitsanforderungen erfüllen.

　　2 Entwicklungstrends und Gegenmaßnahmen für elektronische Tags

　　Die Anwendung und Entwicklung elektronischer Tags basiert auf dem Fundament der RFID-Industriekette; jede Verzögerung in einem Link beeinflusst das Gesamtwachstum der Branche. Unsere Forschungs- und Entwicklungszeit im RFID-Bereich hinkt Europa, den USA, Südkorea und Japan hinterher, und uns fehlt immer noch eine vollständige Industriekette in UHF- und Mikrowellenfrequenzbändern. Um chinesische elektronische Tags auf Basis der bestehenden inländischen RFID-Technologie und Marktbasis zu entwickeln, müssen wir die gesamte RFID-Industriekette ansprechen und spezifische Maßnahmen und Strategien entwickeln.

　　(1) F&E-Bemühungen zu erhöhen und technologische Durchbrüche anzustreben. Derzeit weisen elektronische Tags weiterhin viele Mängel auf, wie etwa geringe Zuverlässigkeit beim Lesen eines einzelnen Tags aufgrund der Antennenrichtung, was leicht zu verpassten Anzeigen führt; RFID-Signale werden leicht von leitfähigen Stoffen wie Metall und Wasser beeinflusst, was zu einer verringerten Erkennungsdistanz führt; wenn RFID-Systeme gleichzeitig mit anderen drahtlosen Kommunikationssystemen mit ähnlichen Frequenzbändern arbeiten, kann elektromagnetische Störung ihre Leistung beeinträchtigen; und wenn viele RFID-Tags zusammen platziert werden, kann die Tag-Antenne Array-Effekte zeigen, die sich von einzelnen Tag-Antennen unterscheiden. All dies stellt Herausforderungen für die Entwicklung elektronischer Tags dar.

　　(2) Relevante Standards für elektronische Etiketten so schnell wie möglich festzulegen.

　　(3) Durchbruchpunkte in Anwendungen zu identifizieren und den Umfang der Industrieanwendungen zu erweitern. Unternehmen bleiben oft nur oberflächlich, mit einfachen Geschäftsprozessen, einheitlicher Logik und fehlender Integration von Backend-Systemen, sodass elektronische Tags im Lieferkettenmanagement und der Unternehmensinformatisierung nicht wirklich ihre Rolle gespielt haben. Daher ist es ein dringendes Thema, wie RFID in bestehende Unternehmensinformationssysteme wie ERP, SCM, MIS usw. integriert, Geschäftsprozesse innoviert, die Vorteile elektronischer Tags voll ausschöpft, den Anwendungsbereich der Branche erweitert und eine vollständige industrielle Kette bildet, ein dringendes Thema.

　　(4) Die Integration von Technologien zu stärken, um regionale und branchenübergreifende Anwendungen zu erreichen. Mit der kontinuierlichen Ausweitung der RFID-Entwicklung hat es kürzlich neue Anwendungen im Expo-Ticketmanagement, im Bereich des intelligenten Transports, der Logistik, der Lebensmittelsicherheit, der Fälschungsbekämpfung von Waren, der Stromversorgung und anderen Bereichen gefunden. Chinas RFID-Industrie hat sich von der staatlichen Nachfrage auf die Marktnachfrage verlagert. Im Prozess der RFID-Entwicklung ist es wichtig, sowohl das Potenzial der RFID-Industrie als auch die dabei auftretenden Probleme zu erkennen und mit wissenschaftlicheren Methoden RFID-Anwendungen kontinuierlich zu vertiefen und so die Entwicklung der RFID-Industrie in der Region zu fördern.

　　3. Fazit

　　Der Artikel beschreibt die grundlegenden Funktionen, Vorteile und Entwicklungstrends von RFID. Es führt außerdem wichtige Technologien für elektronische Tags ein und analysiert sowie untersucht die Normen- und Datenschutzfragen, die sowohl im In- als auch im Ausland aufgetreten sind. Abschließend schlägt er grundlegende Politiken und Entwicklungstrends für die aktuelle Anwendung und Entwicklung elektronischer Tags in China vor. Dies hat eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung von RFID gespielt.