主要なRFIDタグ技術の応用と現在の国際研究状況

　　RFIDは無線周波数識別技術の総称です。バーコードやICカード、その他の識別方法と同様に、基本的な機能は対象品の一意識別子(UID)を識別することです。違いは、無線周波数伝送を利用して非接触の自動識別を実現し、移動する目標や複数の目標の識別を可能にする点です。 RFIDはまた、情報の送信、受信、チャネリング、送信といった通信システムの基本的な構成要素を持つデータ通信技術でもあります。違いは、送信される情報が人工的かつ標準化されている点です。 大規模な記憶容量、多重ターゲット認識、長距離読み取り、データ暗号化、そして開発の可能性により、RFIDは今日の重要な技術の一つと見なされています。 RFIDシステムの応用と開発の鍵は電子タグにあります。本論文は電子タグの主要技術と国内外の現状に焦点を当て、現段階の中国における電子タグの応用と開発のための基本的な対策を提案します。

　　1 電子タグ技術と国内外の現状

　　国内外の研究文献において、電子タグに関する現在の研究は主に以下の6つの側面に焦点を当てています。

　　1.1 チップ技術

　　チップ技術はRFID技術の中核技術の一つです。タグチップとは、タグアンテナとマッチングラインを除くすべての回路を統合するシステムであり、RFフロントエンド、アナログフロントエンド、デジタルベースバンド、メモリユニットなどのモジュールも含まれます。 チップの基本的な要件は、軽量、薄型、小型、低コスト、低コストです。

　　海外では、TI、Intel、Philips、STMicroelectronics、Infineon、NXP、Atmelなどの集積回路メーカーが、小型・低消費電力・低コストのRFIDチップの開発で優れた成果を上げています。 例えば、AtmelのUHFパッシブタグは最低RF入力出力が16.7 μWまで低く設定できます。 スイス連邦工科大学は、最小入力電力がわずか2.7μW、読み書き距離が最大12mの2.45GBタグチップを設計しました。 2006年のISSCC会議で、日本の日立株式会社は面積0.15mm×0.15mm、厚さわずか7.5μmのラベルチップを提案しました。 国内では、中国の集積回路メーカーが低周波および高周波のチップを独自に開発・生産し、国際的な先進水準に近づいています。上海昆瑞が開発したUHFバンドQRシリーズのチップは、すでにEPCglobalの公式認可と認証を通過しています。 全体として、中国のUHFおよびマイクロ波帯域におけるRFIDチップの設計は依然として大きな課題に直面しており、主に厳しい消費電力制限に反映されています。 アンテナ互換性技術。 その後のパッケージの問題。 感度の問題。 信頼性とコスト。

　　RFIDチップ設計および製造技術の発展傾向は、消費電力の低減、射程の延長、読み書き速度の高速化、高い信頼性、そして継続的なコスト削減です。 タグの記憶容量を増やしてより多くの情報を運ぶこと、タグサイズを削減してコスト削減、タグ感度の改善による読み取り距離延長に加え、現在の研究ホットスポットには以下が含まれます:超低消費電力回路; セキュリティおよびプライバシー技術、パスワード機能および実装; 低コストのチップ設計・製造技術; 新しいストレージ技術、 衝突防止アルゴリズムと実装技術、 センサーとの統合技術; アプリケーションシステムと密接に統合された包括的なソリューションです。

　　1.2 アンテナ設計技術

　　小型化はRFIDタグアンテナ設計において常に大きな懸念事項でした。 応用範囲を拡大するために、小型化されたアンテナ帯域幅、利得特性、交差偏波特性も重要な研究方向です。 現在もRFIDタグはオフチップ独立アンテナを使用しており、高いQ値、製造の容易さ、適度なコストという利点がありますが、サイズが大きく破損しやすいため、偽造防止や動物への生物タグ埋め込みには適していません。 アンテナをタグチップに統合できれば、外部部品を使わずに動作し、タグの全体サイズを縮小し、ラベル製造プロセスを簡素化してコスト削減につながります。これにより、オンチップアンテナ技術の研究が促進されました。 さらに、現在のタグアンテナに関する研究には、アンテナ整合技術、構造最適化技術、複数周波数帯域をカバーする広帯域アンテナ設計、マルチタグアンテナ最適化分配技術、金属耐性設計技術、一貫性と干渉防止技術などが含まれます。

　　1.3 パッケージング技術

　　電子タグのパッケージングは主にチップの組み立てやアンテナ製造などの重要な工程を含みます。 新しいパッケージング技術の開発に伴い、フリップチップバンプジェネレーション(ブンピング)やアンテナ印刷などの新しい処理技術がラベル包装技術に登場しました。 従来のワイヤー接続やキャリア間接続と比較して、フリップチップ技術はより高いパッケージ密度、優れた電気的・熱性能、優れた信頼性、そして低コストを提供します。 従来のエッチング方法の代わりに導電性インク印刷ラベルアンテナを用いて製造することで、電子ラベルの製造コストが大幅に削減されました。 さらに、ラベル包装技術の研究ホットスポットには、低温熱搾包装プロセス、精密機構設計最適化、多物理量検出・制御、高精度高速モーションコントロール、オンライン検査技術などがあります。

　　1.4 ラベル貼付技術

　　物体識別におけるRFIDタグの独自の特性に基づき、さまざまな機能タグに関する研究が急増しています。 従来の品目の識別、追跡、監視に加え、研究ホットスポットにはインタラクティブなスマートタグ、空間位置情報と追跡、ユビキタスコンピューティング、モバイル決済、偽造防止などが含まれます。

　　(1) インタラクティブスマートタグ。 インタラクティブスマートタグの構造は依然として単一チップのワイヤレスマイクロパワートランシーバーとマイクロコントローラで構成されています。 さまざまな必要なアプリケーションがマイクロコントローラにあらかじめ書き込まれており、必要に応じてこれらのプログラムは無線コマンドで呼び出され、タグが認識、位置特定、データ収集などIoTアプリケーションに必要な様々なタスクを実行できるようにします。 タグは信号を外部に送信することはありませんが、必要に応じてコーディネーターから送信された信号を受信・記録し、監視チャネルで放送されます。ウェイクアップコマンドを受け取った後にのみリーダーの作業チャンネルにジャンプし、コーディネーターからの指示を受け取り、事前作成されたプログラムに従ってリーダーとの情報交換状態に入り、指定された時間内に指定されたタスクを完了してから監視とスリープモードに戻ります。 この技術の核心は、無効信号を素早くフィルタリングし、超低消費電力の無線長距離タグ伝送を実現することであり、その代わりに追加のコーディネーターが必要になることは明らかです。 インタラクティブスマートタグは、低コスト、低消費電力、無線長距離伝送などのIoTアプリケーションにおける重要な課題を解決するため、電子タグの応用範囲を拡大し、都市型インテリジェント交通システム、基本的な都市データ収集システム、長距離識別、位置特定、データ収集を必要とするその他の分野で広く応用可能です。

　　(2) リアルタイムの位置情報および追跡タグ。 既存の測位システムには主に衛星測位システム、赤外線または超音波測位システム、移動ネットワークベースの測位システムが含まれます。しかし、測位時間、精度、環境条件の制約により、空港ロビー、展示ホール、倉庫、スーパーマーケット、図書館、地下駐車場、地下鉱山など複雑な屋内環境における施設や物品の位置情報問題を完全に解決できる測位技術は現時点で存在しません。 RFID技術は、特に衛星測位システムが扱いにくい屋内測位に特に適した空間測位および追跡サービスの新しいソリューションを提供します。 主に、対象物のタグ固有の識別特性を利用し、リーダーと対象物に取り付けられたタグ間の無線周波数通信の信号強度に基づいて物品の空間的位置を測定します。

　　(3) 普遍計算ラベル。 センサー技術と組み合わせることで、RFIDタグはIoTノード上の物体や環境の温度、湿度、照明などの状態情報を感知し、無線通信技術を用いてこれらの情報とその変化をコンピューティングユニットに送信し、コンピューティングモジュールの環境可視性を向上させ、将来のユビキタスコンピューティングインフラを構築します。

　　(4) モバイル決済タグ。 RFIDモバイル決済は、モバイル端末とPOS端末間の短距離通信を利用し、モバイル端末の料金や銀行口座にSIMカードを割り当てて取引金額を支払います。 RFIDモバイル決済は、RFID業界と通信業界の統合の産物です。現在、主に4つの適用方法があります:Felica、NFC、DISIM、RF-SIMです。 その中でもRF-SIMはSIMカードを基盤とした中短距離無線通信技術です。SIMカード内にRFモジュールを埋め込み、通常の携帯通信や認証に使用し、電話との物理的な接続を確立します。 RF-SIMカードは市場にあるすべての携帯電話に対応し、財布、鍵、IDカードを代替できる包括的なサービスプラットフォームとして機能します。

　　(5) 偽造防止ラベル。 物理的偽造防止、生物学的偽造防止、構造的偽造防止、バーコードおよびデジタル偽造防止などの従来の偽造防止技術は独自性や排他性に欠け、容易に複製可能であり、真の偽造防止効果を提供できません。 RFID技術は、各タグが世界一意のID番号を持ち、改ざんや偽造ができないため、偽造防止において絶対的な利点を提供します。 さらに、RFID偽造防止技術は物理的な摩耗がなく、リーダーの物理インターフェースの高いセキュリティ、暗号化可能なタグデータ、リーダーとタグ間の相互認証を特徴としているため、完全に再現することはほぼ不可能であり、偽造を効果的に防いでいます。 現在、RFID偽造防止は書類管理、チケット管理、電子ナンバープレート、アルコール偽造防止、美術宝物の偽造防止などに徐々に応用されており、拡大傾向を示しています。

　　1.5 標準問題に関する研究

　　現在、電子タグに関連する主要な国際通信標準は以下の通りです:(1) ISO/TEC18000規格。 (2)EPC規格、(3)DSRC規格。 (4)UID標準です。 さらに、多くの国や機関がRFIDに関連する地域、国内、または産業アライアンスの標準を積極的に策定し、さまざまなチャネルを通じて学際的な標準へとアップグレードしようとしています。 各標準システムは動作周波数に基づいて複数の部分に分かれており、主に通信方法、衝突防止プロトコル、データ形式において互換性がありません。 2008年1月、EU FP7プロジェクトチームはグローバル・ユニバーサルRFID標準フォーラム(GRIFS)を後援し、RFID標準の最大限の世界的一貫性を促進することで協力を強化しました。 RFID技術の発展に伴い、電子タグのさまざまな規格が融合しています。例えば、高周波13.56 MHzのISO/IFC15693規格はISO18000-3規格の一部となり、EPC GEN2規格はISO18000-6C規格となっています。 現在、アメリカ合衆国、欧州連合、その他の国々はそれぞれ独自の基準を採用しています。利害の調整が難しいため、標準の統一は緊急ですが、プロセスは比較的長期化しています。

　　1.6 セキュリティとプライバシー問題に関する研究

　　研究・採用されるセキュリティメカニズムには、主に物理的手法、暗号メカニズム、およびそれらの組み合わせが含まれます。 物理的手法は低コストラベルで一般的に用いられ、静電気遮蔽や能動干渉を通じてタグ情報を保護します。 物理的手法に基づくハードウェアセキュリティ機構と比べて、暗号技術に基づくソフトウェアセキュリティメカニズムがより好まれており、主に成熟した様々な暗号スキームやメカニズムを活用してRFIDセキュリティ要件を満たす暗号プロトコルを設計しています。

　　2 電子タグの開発動向と対策

　　電子タグの応用と開発はRFID産業チェーンの基盤の上に築かれています。どの環節にも遅れがなければ、業界全体の成長に影響を及ぼします。 RFID分野の研究開発時間はヨーロッパ、米国、韓国、日本に遅れており、UHFおよびマイクロ波周波数帯の産業チェーンも依然として完全なものではありません。既存の国内RFID技術と市場基盤に基づく中国の電子タグを開発するには、RFID産業チェーン全体を対象にし、具体的な施策や戦略を策定する必要があります。

　　(1) 研究開発の努力を強化し、技術的ブレークスルーを追求すること。 現在、電子タグには多くの欠点があります。例えば、アンテナの指向性による単一タグ読み取りの信頼性が低く、読み取りを見逃しやすいこと、RFID信号は金属や水などの導電性物質の影響を受けやすく認識距離が短くなること、RFIDシステムが同様の周波数帯域を持つ他の無線通信システムと同時に動作する場合、電磁干渉が性能に影響を与えることもあります。また、多数のRFIDタグを一緒に配置すると、タグアンテナが個々のアンテナとは異なるアレイ効果を示すことがあります。 これらすべてが電子タグの開発に課題をもたらします。

　　(2) 電子ラベルに関する関連基準をできるだけ早く確立すること。

　　(3) 応用における画期的なポイントを特定し、産業応用の規模を拡大すること。 企業は表面的な段階にとどまり、単純なビジネスプロセスや単一のロジック、バックエンドシステムの統合が欠如しているため、電子タグはサプライチェーン管理や企業情報化において本当の役割を果たしていません。 したがって、RFIDをERP、SCM、MISなどの既存の企業情報システムと統合し、ビジネスプロセスを革新し、電子タグの利点を最大限に活用し、産業応用規模を拡大し、完全な産業チェーンを形成する方法は、近い将来に解決すべき緊急課題です。

　　(4) 地域横断・産業横断の応用を実現するために技術統合を強化すること。 RFIDの開発が継続的に拡大する中で、近年ではエキスポチケット管理、インテリジェント交通、物流、食品安全、商品の偽造防止、電力など分野で新たな応用が見出されています。 中国のRFID産業は政府の需要から市場の需要へとシフトしています。 RFID開発の過程では、RFID産業の可能性とその過程で生じる問題の両方を認識し、より科学的な手法を用いてRFID応用を継続的に深化させ、地域内のRFID産業の発展を促進することが重要です。

　　3. 結論

　　この記事では、RFIDの基本的な機能、利点、そして開発傾向について説明します。 また、電子タグの主要技術を紹介するとともに、国内外で生じている標準問題やセキュリティプライバシー問題を分析・研究しています。 最後に、中国における電子タグの現在の適用と開発に関する基本的な政策と発展の動向を提案します。 これはRFIDの開発において重要な役割を果たしてきました。