Desarrollo de aplicaciones clave de tecnología de etiquetas RFID y estado actual de la investigación internacional

　　RFID es un término general para la tecnología de identificación por radiofrecuencia. Al igual que los códigos de barras, tarjetas IC y otros métodos de identificación, su función básica es identificar el identificador único (UID) del elemento objetivo. La diferencia es que utiliza transmisión por radiofrecuencia para lograr la identificación automática sin contacto, permitiendo la identificación de objetivos en movimiento y múltiples objetivos. La RFID también es una tecnología de comunicación de datos, que posee los componentes básicos de los sistemas de comunicación como enviar, recibir, canalizar y transmitir información. La diferencia es que la información transmitida es artificial y estandarizada. Con su gran capacidad de almacenamiento, reconocimiento de múltiples objetivos, larga distancia de lectura y cifrado de datos, así como su potencial de desarrollo, RFID está considerada una de las tecnologías importantes actuales. La clave para la aplicación y desarrollo de sistemas RFID reside en las etiquetas electrónicas. Este artículo se centra en las tecnologías clave de las etiquetas electrónicas y el estado actual de la investigación tanto en el país como en el extranjero, y propone las contramedidas básicas para la aplicación y desarrollo de etiquetas electrónicas en China en esta etapa.

　　1 Tecnología de etiquetas electrónicas y estado actual de la investigación en el país y en el extranjero

　　En la literatura de investigación nacional e internacional, la investigación actual sobre etiquetas electrónicas se centra principalmente en los siguientes seis aspectos.

　　1.1 Tecnología de Chip

　　La tecnología de chips es una tecnología central dentro de la tecnología RFID. Un chip de etiquetas es un sistema que integra todos los circuitos excepto la antena de etiquetas y las líneas de coincidencia, incluyendo módulos como front-end RF, front-end analógico, banda base digital y unidades de memoria. Los requisitos básicos para los chips son ligeros, delgados, pequeños, de bajo coste y de bajo coste.

　　En el extranjero, fabricantes de circuitos integrados como TI, Intel, Philips, STMicroelectronics, Infineon, NXP y Atmel han logrado resultados sobresalientes en el desarrollo de chips RFID de tamaño pequeño, bajo consumo y bajo coste. Por ejemplo, las etiquetas pasivas UHF de Atmel pueden tener una potencia mínima de entrada RF tan baja como 16,7 μW. El Instituto Federal Suizo de Tecnología ha diseñado un chip de etiqueta de 2,45 GB con una potencia mínima de entrada de solo 2,7μW y una distancia de lectura/escritura de hasta 12 m. En la conferencia ISSCC de 2006, la empresa japonesa Hitachi Corporation propuso un chip de etiqueta con un área de 0,15 mm × 0,15 mm y un grosor de solo 7,5 μm. A nivel nacional, los fabricantes chinos de circuitos integrados han podido desarrollar y producir de forma independiente chips de baja y alta frecuencia, acercándose a niveles internacionales avanzados. Los chips de la serie QR en banda UHF desarrollados por Shanghai Kunrui ya han superado la autorización y certificación oficial de EPCglobal. En general, el diseño de chips RFID en las bandas de frecuencia UHF y microondas de China sigue enfrentando desafíos significativos, reflejados principalmente en estrictas limitaciones al consumo energético. Tecnología de compatibilidad de antenas. Problemas posteriores con el empaquetado. Problemas de sensibilidad. Fiabilidad y coste.

　　La tendencia de desarrollo en el diseño y la tecnología de fabricación de chips RFID es menor consumo energético, mayor alcance, velocidades de lectura/escritura más elevadas, mayor fiabilidad y costes en constante disminución. Además de aumentar la capacidad de almacenamiento de etiquetas para transportar más información, reducir el tamaño de la etiqueta para reducir costes y mejorar la sensibilidad de las etiquetas para extender la distancia de lectura, los puntos críticos actuales de investigación también incluyen: circuitos de ultra baja potencia; tecnología de seguridad y privacidad, funciones e implementación de contraseñas; Diseño y tecnología de fabricación de chips de bajo coste; Nuevas tecnologías de almacenamiento; algoritmos anticolisión y tecnologías de implementación; Tecnología de integración con sensores; Una solución integral estrechamente integrada con los sistemas de aplicación.

　　1.2 Tecnología de diseño de antenas

　　La miniaturización siempre ha sido una preocupación importante en el diseño de antenas con etiquetas RFID. Para ampliar el rango de aplicaciones, el ancho de banda miniaturizado de la antena, las características de ganancia y las características de polarización cruzada también son importantes direcciones de investigación. Actualmente, las etiquetas RFID siguen utilizando antenas independientes fuera del chip, que tienen la ventaja de un alto valor Q, facilidad de fabricación y coste moderado, pero son más grandes y propensas a romperse, lo que las hace inadecuadas para la antifalsificación o la implantación de etiquetas biológicas en animales. Si la antena puede integrarse en el chip de la etiqueta, puede funcionar sin componentes externos, reduciendo el tamaño total de la etiqueta y simplificando el proceso de fabricación de etiquetas para bajar costes. Esto ha impulsado la investigación sobre la tecnología de antenas en chip. Además, la investigación actual se centra en antenas de etiquetas como la tecnología de emparejamiento de antenas, tecnología de optimización estructural, diseño de antenas de banda ancha que cubra múltiples bandas de frecuencia, tecnología de distribución de optimización de antenas multi-etiqueta, tecnología de diseño resistente a metales y tecnología de consistencia y antiinterferencias.

　　1.3 Tecnología de envasado

　　El embalaje de las etiquetas electrónicas incluye principalmente pasos clave como el ensamblaje del chip y la fabricación de antenas. Con el desarrollo de nuevas tecnologías de envasado, han surgido nuevas técnicas de procesamiento en la tecnología de envasado con etiquetas, como la generación de bump con chip flip-chip (Bunping) y la impresión con antenas. En comparación con las conexiones tradicionales por cable o portador a portador, la tecnología flip-chip ofrece mayor densidad de empaquetado, buen rendimiento eléctrico y térmico, buena fiabilidad y menor coste. El uso de antenas de etiquetas impresas con tinta conductora en lugar de los métodos tradicionales de grabado para fabricar antenas de etiquetas ha reducido significativamente el coste de producción de etiquetas electrónicas. Además, los puntos críticos de investigación en tecnología de envasado de etiquetas incluyen procesos de prensado en caliente a baja temperatura, optimización de diseño de mecanismos de precisión, detección y control multifísico de cantidades, control de movimiento de alta precisión y alta velocidad, y tecnologías de inspección en línea.

　　1.4 Tecnología de Aplicación de Etiquetas

　　Basándose en las características únicas de las etiquetas RFID para la identificación de objetos, ha habido un aumento de la investigación sobre diversas etiquetas funcionales. Además de la identificación, seguimiento y monitorización tradicionales de artículos, los puntos calientes de investigación también incluyen etiquetas inteligentes interactivas, posicionamiento y seguimiento espacial, computación ubicua, pagos móviles y antifalsificación de artículos.

　　(1) Etiquetas inteligentes interactivas. La estructura de las etiquetas inteligentes interactivas sigue consistiendo en un microtransceptor inalámbrico de un solo chip y un microcontrolador. Diversas aplicaciones necesarias están preescritas en el microcontrolador y, cuando es necesario, estos programas se llaman mediante comandos inalámbricos, permitiendo que las etiquetas realicen diversas tareas requeridas por las aplicaciones IoT como reconocimiento, posicionamiento y recogida de datos. La etiqueta no transmite señales hacia fuera, sino que periódicamente recibe y registra señales enviadas por el coordinador vía difusión en el canal de monitorización según sea necesario. Solo después de recibir un comando de activación salta al canal de trabajo del lector, recibe instrucciones del coordinador y entra en un estado de intercambio de información con el lector según programas preescritos, completando la tarea especificada dentro del tiempo especificado antes de volver al modo de monitorización y suspensión. Es evidente que el núcleo de esta tecnología es filtrar rápidamente señales inválidas, logrando una transmisión inalámbrica de largas distancias de ultra bajo consumo, a costa de requerir un coordinador adicional. Dado que las etiquetas inteligentes interactivas resuelven problemas clave en aplicaciones IoT como bajo coste, bajo consumo energético y transmisión inalámbrica a larga distancia, amplían el alcance de las aplicaciones de etiquetas electrónicas y pueden aplicarse ampliamente en sistemas de transporte urbano inteligente, sistemas básicos de recogida de datos urbanos y otros campos que requieren identificación, posicionamiento o recogida de datos a larga distancia.

　　(2) Etiquetas de posicionamiento y seguimiento en tiempo real. Los sistemas de posicionamiento existentes incluyen principalmente sistemas de posicionamiento por satélite, sistemas de posicionamiento por infrarrojos o ultrasonidos, y sistemas de posicionamiento basados en redes móviles. Sin embargo, debido a limitaciones en el tiempo de posicionamiento, precisión y condiciones ambientales, actualmente no existe una tecnología de posicionamiento que pueda resolver completamente los problemas de información de localización de instalaciones y objetos en entornos interiores complejos como vestíbulos de aeropuertos, pabellones de exposiciones, almacenes, supermercados, bibliotecas, aparcamientos subterráneos y minas subterráneas. La tecnología RFID ofrece una nueva solución para los servicios de posicionamiento espacial y seguimiento, especialmente adecuada para posicionamiento en interiores que los sistemas de posicionamiento por satélite tienen dificultades para manejar. Utiliza principalmente las características únicas de identificación de las etiquetas en objetos, midiendo la posición espacial de los elementos en función de la intensidad de la señal de la comunicación por radiofrecuencia entre el lector y la etiqueta instalada en el objeto.

　　(3) Etiquetas universales de cálculo. Al combinarse con tecnología de sensores, las etiquetas RFID también pueden detectar la información de estado de objetos o entornos en nodos IoT, como temperatura, humedad e iluminación, y utilizar tecnología de comunicación inalámbrica para transmitir esta información y sus cambios a las unidades de cálculo, mejorando la visibilidad ambiental de los módulos de cálculo y construyendo una infraestructura informática ubicua en el futuro.

　　(4) Etiquetas de pago móvil. El pago móvil RFID utiliza comunicación de corto alcance entre terminales móviles y terminales POS, permitiendo el pago de los importes de las transacciones mediante cargos de teléfono móvil o vinculación de tarjetas SIM a cuentas bancarias para transacciones bancarias. El pago móvil RFID es un producto de la integración de la industria RFID y la industria de las telecomunicaciones. Actualmente, existen principalmente cuatro métodos de aplicación: Felica, NFC, DISIM y RF-SIM. Entre ellas, RF-SIM es una tecnología de comunicación inalámbrica de alcance medio-corto basada en tarjetas SIM. Incorpora un módulo RF dentro de la tarjeta SIM, que se utiliza para la comunicación móvil normal y la autenticación, estableciendo una conexión física con el teléfono. Las tarjetas RF-SIM soportan todos los teléfonos móviles del mercado y sirven como una plataforma de servicio integral que puede sustituir carteras, llaves y tarjetas de identificación.

　　(5) Etiquetas antifalsificación. Las tecnologías tradicionales anti-falsificación como la anti-falsificación física, anti-falsificación biológica, anti-falsificación estructural, código de barras y anti-falsificación digital, carecen de unicidad y exclusividad, son fácilmente replicables y no pueden proporcionar verdaderos efectos anti-falsificación. La tecnología RFID ofrece ventajas absolutas en la lucha contra la falsificación, ya que cada etiqueta tiene un número de identificación único a nivel global que no puede ser alterado ni falsificado. Además, la tecnología RFID anti-falsificación no presenta desgaste físico, alta seguridad en la interfaz física del lector, datos cifrables de la etiqueta y autenticación mutua entre el lector y la etiqueta, por lo que es básicamente imposible replicarla completamente y, por tanto, prevenir eficazmente la falsificación. Actualmente, la antifalsificación RFID se ha ido aplicando gradualmente en la gestión documental, la gestión de billetes, las matrículas electrónicas, la antifalsificación de alcohol y la antifalsificación de tesoros artísticos, mostrando una tendencia en expansión.

　　1.5 Investigación sobre cuestiones estándar

　　Actualmente, las principales normas internacionales de comunicación relacionadas con las etiquetas electrónicas son: (1) normas ISO/TEC18000. (2) Normas EPC, (3) normas DSRC. (4) Estándar UID. Además, muchos países e instituciones están formulando activamente estándares regionales, nacionales o de alianzas industriales relacionados con la RFID, con la esperanza de actualizarlos a estándares interdisciplinarios a través de diversos canales. Cada sistema estándar está dividido en varias partes según la frecuencia de operación, y son incompatibles principalmente en métodos de comunicación, protocolos de prevención de colisiones y formatos de datos. En enero de 2008, el equipo del proyecto de la UE FP7 patrocinó el Foro Global de Estándares Universales de RFID (GRIFS), con el objetivo de lograr la máxima consistencia global en los estándares RFID mediante una colaboración reforzada. Con el desarrollo de la tecnología RFID, se están fusionando varios estándares para etiquetas electrónicas. Por ejemplo, el estándar ISO/IFC15693 para alta frecuencia de 13,56 MHz se ha convertido en parte del estándar ISO18000-3, y el estándar EPC GEN2 se ha convertido en el estándar ISO18000-6C. Actualmente, Estados Unidos, la Unión Europea y otros países adoptan cada uno sus propios estándares diferentes. Debido a la dificultad de coordinar intereses, aunque la unificación de estándares es urgente, el proceso sigue siendo relativamente largo.

　　1.6 Investigación sobre cuestiones de seguridad y privacidad

　　Los mecanismos de seguridad estudiados y adoptados incluyen principalmente métodos físicos, mecanismos criptográficos y sus combinaciones. Los métodos físicos se utilizan comúnmente en etiquetas de bajo coste, protegiendo la información de la etiqueta mediante blindaje electrostático o interferencias activas. En comparación con los mecanismos de seguridad por hardware basados en métodos físicos, los mecanismos de seguridad del software basados en tecnología criptográfica son más preferidos, utilizando principalmente diversos esquemas y mecanismos criptográficos maduros para diseñar protocolos criptográficos que cumplan con los requisitos de seguridad RFID.

　　2 Tendencias de desarrollo y contramedidas para etiquetas electrónicas

　　La aplicación y el desarrollo de las etiquetas electrónicas se basan en la cadena de la industria RFID; cualquier retraso en cualquier eslabón afectará al crecimiento general de la industria. Nuestro tiempo de investigación y desarrollo en el campo de RFID va por detrás de Europa, Estados Unidos, Corea del Sur y Japón, y aún carecemos de una cadena industrial completa en bandas de frecuencia UHF y microondas. Para desarrollar etiquetas electrónicas chinas basadas en la tecnología RFID nacional existente y en su base de mercado, debemos dirigirnos a toda la cadena industrial RFID y formular medidas y estrategias específicas.

　　(1) Aumentar los esfuerzos de investigación y desarrollo y buscar avances tecnológicos. Actualmente, las etiquetas electrónicas siguen presentando muchos defectos, como baja fiabilidad en la lectura de una sola etiqueta debido a la direccionalidad de la antena, lo que fácilmente conduce a lecturas perdidas; las señales RFID se ven fácilmente afectadas por sustancias conductoras como metal y agua, lo que reduce la distancia de reconocimiento; cuando los sistemas RFID operan simultáneamente con otros sistemas de comunicación inalámbrica con bandas de frecuencia similares, la interferencia electromagnética puede afectar su rendimiento; y cuando se colocan muchas etiquetas RFID juntas, la antena de etiquetas puede mostrar efectos de matriz que difieren de las antenas individuales de etiquetas. Todo esto supone un reto para el desarrollo de las etiquetas electrónicas.

　　(2) Establecer los estándares relevantes para las etiquetas electrónicas lo antes posible.

　　(3) Identificar puntos de avance en las aplicaciones y ampliar la escala de las aplicaciones industriales. Las empresas suelen permanecer en la superficie, con procesos empresariales simples, lógica única y falta de integración de sistemas de backend, por lo que las etiquetas electrónicas no han desempeñado realmente su papel en la gestión de la cadena de suministro ni en la informatización empresarial. Por lo tanto, cómo integrar RFID con sistemas de información empresariales existentes como ERP, SCM, MIS, etc., innovar en procesos empresariales, aprovechar plenamente las ventajas de las etiquetas electrónicas, ampliar la escala de aplicaciones industriales y formar una cadena industrial completa es un asunto urgente a resolver en un futuro próximo.

　　(4) Fortalecer la integración tecnológica para lograr aplicaciones interregionales e industriales. Con la continua expansión del desarrollo de RFID, recientemente ha encontrado nuevas aplicaciones en la gestión de billetes de Expo, transporte inteligente, logística, seguridad alimentaria, antifalsificación de bienes, electricidad y otros campos. La industria RFID de China ha pasado de la demanda gubernamental a la demanda del mercado. En el proceso de desarrollo de la RFID, es importante reconocer tanto el potencial de la industria RFID como los problemas que surgen durante este proceso, utilizando métodos más científicos para profundizar continuamente las aplicaciones RFID y así promover el desarrollo de la industria RFID en la región.

　　3. Conclusión

　　El artículo describe las funciones básicas, ventajas y tendencias de desarrollo de la RFID. También introduce tecnologías clave de etiquetas electrónicas, así como analiza y estudia los problemas de estándares y de privacidad de seguridad que han surgido tanto a nivel nacional como internacional. Finalmente, propone políticas básicas y tendencias de desarrollo para la aplicación y desarrollo actual de etiquetas electrónicas en China. Esto ha desempeñado un papel crucial en el desarrollo de la RFID.