Desenvolvimento de aplicações tecnológicas de etiquetas RFID chave e status atual de pesquisa internacional

　　RFID é um termo geral para tecnologia de identificação por radiofrequência. Assim como códigos de barras, cartões IC e outros métodos de identificação, sua função básica é identificar o identificador único (UID) do item-alvo. A diferença é que ele utiliza transmissão por radiofrequência para alcançar a identificação automática sem contato, permitindo a identificação de alvos em movimento e múltiplos. RFID também é uma tecnologia de comunicação de dados, possuindo os componentes básicos dos sistemas de comunicação, como envio, recepção, canalização e transmissão de informações. A diferença é que a informação transmitida é artificial e padronizada. Com sua grande capacidade de armazenamento, reconhecimento múltiplo de alvos, longa distância de leitura e criptografia de dados, além de seu potencial de desenvolvimento, o RFID é considerado uma das tecnologias importantes de hoje. A chave para a aplicação e desenvolvimento de sistemas RFID está nas etiquetas eletrônicas. Este artigo foca nas principais tecnologias das etiquetas eletrônicas e no status atual da pesquisa nacional e internacional, além de propor as contramedidas básicas para a aplicação e desenvolvimento de etiquetas eletrônicas na China neste estágio.

　　1 Tecnologia de Etiquetas Eletrônicas e Status Atual da Pesquisa no País e no Exterior

　　Na literatura de pesquisa nacional e internacional, as pesquisas atuais sobre etiquetas eletrônicas focam-se principalmente nos seguintes seis aspectos.

　　1.1 Tecnologia de Chip

　　A tecnologia de chip é uma tecnologia central dentro da tecnologia RFID. Um chip de tag é um sistema que integra todos os circuitos, exceto a antena da tag e as linhas correspondentes, incluindo módulos como front-end RF, front-end analógico, banda base digital e unidades de memória. Os requisitos básicos para chips são leves, finos, pequenos, de baixo custo e de baixo custo.

　　No exterior, fabricantes de circuitos integrados como TI, Intel, Philips, STMicroelectronics, Infineon, NXP e Atmel alcançaram resultados excepcionais no desenvolvimento de chips RFID de pequeno, baixo consumo e baixo custo. Por exemplo, as tags passivas UHF da Atmel podem ter uma potência mínima de entrada de RF tão baixa quanto 16,7 μW. O Instituto Federal de Tecnologia da Suíça projetou um chip de etiqueta de 2,45 GB com potência mínima de entrada de apenas 2,7μW e distância de leitura/gravação de até 12 m. Na conferência ISSCC de 2006, a Hitachi Corporation do Japão propôs um chip de rótulo com área de 0,15 mm × 0,15 mm e espessura de apenas 7,5 μm. No mercado doméstico, fabricantes chineses de circuitos integrados conseguiram desenvolver e produzir chips de baixa e alta frequência de forma independente, alcançando níveis internacionais avançados. Os chips da série QR na faixa UHF desenvolvidos pela Shanghai Kunrui já passaram pela autorização e certificação oficial da EPCglobal. No geral, o design dos chips RFID nas faixas de frequência UHF e micro-ondas da China ainda enfrenta desafios significativos, principalmente refletidos em limitações rigorosas no consumo de energia. Tecnologia de compatibilidade de antenas. Problemas subsequentes na embalagem. Questões de sensibilidade. Confiabilidade e custo.

　　A tendência de desenvolvimento do design e da tecnologia de fabricação de chips RFID é menor consumo de energia, maior alcance, velocidades de leitura/gravação mais rápidas, maior confiabilidade e custos continuamente decrescentes. Além de aumentar a capacidade de armazenamento de etiquetas para transportar mais informações, reduzir o tamanho da etiqueta para reduzir custos e melhorar a sensibilidade das etiquetas para estender a distância de leitura, os hotspots atuais de pesquisa também incluem: circuitos de ultra-baixa potência; tecnologia de segurança e privacidade, funções e implementação de senhas; Tecnologia de design e fabricação de chips de baixo custo; Novas tecnologias de armazenamento; Algoritmos anticolisão e tecnologias de implementação; Tecnologia de integração com sensores; Uma solução abrangente estreitamente integrada aos sistemas de aplicação.

　　1.2 Tecnologia de Design de Antenas

　　A miniaturização sempre foi uma preocupação importante no design de antenas com etiquetas RFID. Para expandir o alcance das aplicações, largura de banda miniaturizada da antena, características de ganho e características de polarização cruzada também são direções importantes para pesquisa. Atualmente, as etiquetas RFID ainda utilizam antenas independentes fora do chip, que têm vantagens de alto Q-value, facilidade de fabricação e custo moderado, mas são maiores em tamanho e propensas a quebrar, tornando-as inadequadas para anti-falsificação ou implantação de etiquetas biológicas em animais. Se a antena puder ser integrada ao chip da etiqueta, ela pode operar sem nenhum componente externo, reduzindo o tamanho total da etiqueta e simplificando o processo de fabricação da etiqueta para diminuir custos. Isso gerou pesquisas sobre a tecnologia de antenas integradas no chip. Além disso, as pesquisas atuais focam em antenas de etiquetas como tecnologia de correspondência de antenas, tecnologia de otimização estrutural, design de antenas banda larga cobrindo múltiplas faixas de frequência, tecnologia de otimização de antenas multi-tag, tecnologia de design resistente a metais e tecnologia de consistência e anti-interferência.

　　1.3 Tecnologia de Embalagem

　　A embalagem das etiquetas eletrônicas inclui principalmente etapas-chave, como montagem do chip e fabricação de antenas. Com o desenvolvimento de novas tecnologias de embalagem, novas técnicas de processamento surgiram na tecnologia de embalagem de etiquetas, como a geração de bump com chips (Bunping) e a impressão por antena. Comparada às conexões tradicionais por cabo ou portadora-a-portadora, a tecnologia flip-chip oferece maior densidade de embalagem, bom desempenho elétrico e térmico, boa confiabilidade e menor custo. O uso de antenas de etiquetas impressas com tinta condutiva, em vez de métodos tradicionais de gravação para fabricar antenas de etiquetas, reduziu significativamente o custo de produção de rótulos eletrônicos. Além disso, os pontos críticos de pesquisa em tecnologia de embalagem de rótulos incluem processos de prensagem a quente em baixa temperatura, otimização de design de mecanismos de precisão, detecção e controle de quantidades multifísicas, controle de movimento de alta precisão e alta velocidade, e tecnologias de inspeção online.

　　1.4 Tecnologia de Aplicação de Rótulos

　　Com base nas características únicas das etiquetas RFID para identificação de objetos, houve um aumento nas pesquisas sobre várias etiquetas funcionais. Além da identificação, rastreamento e monitoramento tradicionais de itens, os hotspots de pesquisa também incluem smart tags interativos, posicionamento e rastreamento espacial, computação onipresente, pagamentos móveis e anti-falsificação de itens.

　　(1) Smart tags interativas. A estrutura das smart tags interativas ainda consiste em um micro-transceptor de energia sem fio de chip único e um microcontrolador. Várias aplicações necessárias são pré-escritas no microcontrolador e, quando necessário, esses programas são chamados por comandos sem fio, permitindo que tags realizem diversas tarefas exigidas por aplicações IoT, como reconhecimento, posicionamento e coleta de dados. A tag não transmite nenhum sinal para fora, mas periodicamente recebe e registra sinais enviados pelo coordenador via broadcast no canal de monitoramento conforme necessário. Somente após receber um comando de despertar ela salta para o canal de trabalho do leitor, recebe instruções do coordenador e entra em um estado de troca de informações com o leitor de acordo com programas pré-escritos, completando a tarefa especificada dentro do tempo especificado antes de retornar ao modo de monitoramento e suspensão. É evidente que o núcleo dessa tecnologia é filtrar rapidamente sinais inválidos, alcançando transmissão sem fio de longa distância de ultra-baixa potência de tags, ao custo de exigir um coordenador adicional. Como as smart tags interativas resolvem questões-chave em aplicações de IoT, como baixo custo, baixo consumo de energia e transmissão sem fio de longa distância, elas ampliam o escopo das aplicações de etiquetas eletrônicas e podem ser amplamente aplicadas em sistemas urbanos de transporte inteligente, sistemas básicos de coleta de dados urbanos e outros campos que exigem identificação, posicionamento ou coleta de dados a longa distância.

　　(2) Tags de posicionamento e rastreamento em tempo real. Os sistemas de posicionamento existentes incluem principalmente sistemas de posicionamento por satélite, sistemas de posicionamento infravermelho ou ultrassônico, e sistemas de posicionamento baseados em redes móveis. No entanto, devido a limitações no tempo de posicionamento, precisão e condições ambientais, atualmente não existe tecnologia de posicionamento que possa resolver totalmente os problemas de informação de localização de instalações e itens em ambientes internos complexos, como saguões de aeroportos, salões de exposições, armazéns, supermercados, bibliotecas, estacionamentos subterrâneos e minas subterrâneas. A tecnologia RFID oferece uma nova solução para serviços de posicionamento e rastreamento espacial, especialmente adequada para posicionamento interno que sistemas de posicionamento por satélite têm dificuldade em lidar. Ele utiliza principalmente as características únicas de identificação das etiquetas em objetos, medindo a posição espacial dos itens com base na intensidade do sinal da comunicação por radiofrequência entre o leitor e a etiqueta instalada no objeto.

　　(3) Etiquetas de cálculo universais. Ao se combinar com a tecnologia de sensores, as etiquetas RFID também podem detectar informações de status de objetos ou ambientes em nós IoT, como temperatura, umidade e iluminação, e usar tecnologia de comunicação sem fio para transmitir essas informações e suas mudanças às unidades de computação, melhorando a visibilidade ambiental para os módulos de computação e construindo futuras infraestruturas de computação onipresentes.

　　(4) Tags de pagamento móvel. O pagamento móvel por RFID utiliza comunicação de curto alcance entre terminais móveis e terminais POS, permitindo o pagamento de valores de transação por meio de cobranças de celular ou vinculação de cartão SIM a contas bancárias para transações bancárias. O pagamento móvel por RFID é um produto da integração da indústria RFID com a indústria de telecomunicações. Atualmente, existem principalmente quatro métodos de aplicação: Felica, NFC, DISIM e RF-SIM. Entre eles, o RF-SIM é uma tecnologia de comunicação sem fio de médio-curto alcance baseada em chips. Ele incorpora um módulo RF dentro do chip, usado para comunicação móvel normal e autenticação, estabelecendo uma conexão física com o telefone. Os cartões RF-SIM suportam todos os celulares disponíveis no mercado e servem como uma plataforma de serviço abrangente que pode substituir carteiras, chaves e cartões de identidade.

　　(5) Etiquetas anti-falsificação. Tecnologias tradicionais anti-falsificação, como anti-falsificação física, anti-falsificação biológica, anti-falsificação estrutural, código de barras e anti-falsificação digital, carecem de singularidade e exclusividade, são facilmente replicadas e não podem proporcionar efeitos reais anti-falsificação. A tecnologia RFID oferece vantagens absolutas na antifalsificação, pois cada etiqueta possui um número de identificação globalmente único que não pode ser alterado ou falsificado. Além disso, a tecnologia anti-falsificação RFID não apresenta desgaste físico, alta segurança da interface física do leitor, dados criptografáveis da etiqueta e autenticação mútua entre leitor e etiqueta, tornando basicamente impossível replicar totalmente e, assim, prevenir efetivamente a falsificação. Atualmente, a anti-falsificação por RFID tem sido gradualmente aplicada na gestão de documentos, gestão de bilhetes, placas eletrônicas, anti-falsificação de álcool e anti-falsificação de tesouros de arte, mostrando uma tendência crescente.

　　1.5 Pesquisa sobre questões padrão

　　Atualmente, os principais padrões internacionais de comunicação relacionados a etiquetas eletrônicas são: (1) Normas ISO/TEC18000. (2) Padrões EPC, (3) padrões DSRC. (4) Padrão UID. Além disso, muitos países e instituições estão ativamente formulando padrões regionais, domésticos ou de alianças industriais relacionados ao RFID, na esperança de atualizá-los para padrões interdisciplinares por meio de diversos canais. Cada sistema padrão é dividido em múltiplas partes baseadas na frequência de operação, e elas são incompatíveis principalmente em métodos de comunicação, protocolos de prevenção de colisões e formatos de dados. Em janeiro de 2008, a equipe do projeto FP7 da UE patrocinou o Fórum Global de Padrões Universais de RFID (GRIFS), com o objetivo de alcançar a máxima consistência global nos padrões de RFID por meio de colaboração aprimorada. Com o desenvolvimento da tecnologia RFID, vários padrões para etiquetas eletrônicas estão se fundindo. Por exemplo, o padrão ISO/IFC15693 para alta frequência 13,56 MHz tornou-se parte do padrão ISO18000-3, e o padrão EPC GEN2 tornou-se o padrão ISO18000-6C. Atualmente, os Estados Unidos, a União Europeia e outros países adotam seus próprios padrões diferentes. Devido à dificuldade de coordenar os interesses, embora a unificação dos padrões seja urgente, o processo continua relativamente longo.

　　1.6 Pesquisa sobre Questões de Segurança e Privacidade

　　Os mecanismos de segurança estudados e adotados incluem principalmente métodos físicos, mecanismos criptográficos e suas combinações. Métodos físicos são comumente usados em rótulos de baixo custo, protegendo informações da etiqueta por meio de blindagem eletrostática ou interferência ativa. Comparados aos mecanismos de segurança de hardware baseados em métodos físicos, mecanismos de segurança de software baseados em tecnologia criptográfica são mais preferidos, utilizando principalmente vários esquemas e mecanismos criptográficos maduros para projetar protocolos criptográficos que atendam aos requisitos de segurança RFID.

　　2 Tendências de Desenvolvimento e Contramedidas para Etiquetas Eletrônicas

　　A aplicação e o desenvolvimento das etiquetas eletrônicas são construídos sobre a base da cadeia da indústria RFID; qualquer atraso em qualquer elo afetará o crescimento geral da indústria. Nosso tempo de pesquisa e desenvolvimento no campo de RFID está atrás da Europa, EUA, Coreia do Sul e Japão, e ainda não temos uma cadeia industrial completa nas faixas de frequência UHF e micro-ondas. Para desenvolver etiquetas eletrônicas chinesas baseadas na tecnologia e no mercado de RFID doméstico existente, precisamos direcionar toda a cadeia da indústria de RFID e formular medidas e estratégias específicas.

　　(1) Aumentar os esforços de P&D e buscar avanços tecnológicos. Atualmente, as etiquetas eletrônicas ainda apresentam muitos defeitos, como baixa confiabilidade na leitura de uma única etiqueta devido à direcionalidade da antena, o que facilmente leva a leituras perdidas; os sinais RFID são facilmente afetados por substâncias condutoras como metal e água, levando à redução da distância de reconhecimento; quando sistemas RFID operam simultaneamente com outros sistemas de comunicação sem fio com faixas de frequência semelhantes, a interferência eletromagnética pode afetar seu desempenho; e quando muitas etiquetas RFID são colocadas juntas, a antena da etiqueta pode apresentar efeitos de matriz que diferem das antenas individuais da etiqueta. Tudo isso representa desafios para o desenvolvimento das etiquetas eletrônicas.

　　(2) Estabelecer padrões relevantes para rótulos eletrônicos o mais rápido possível.

　　(3) Identificar pontos de avanço nas aplicações e expandir a escala das aplicações da indústria. As empresas frequentemente permanecem em nível superficial, com processos de negócios simples, lógica única e falta de integração de sistemas backend, então as etiquetas eletrônicas não desempenharam realmente seu papel na gestão da cadeia de suprimentos e na informatização empresarial. Portanto, como integrar RFID com sistemas de informação empresariais existentes como ERP, SCM, MIS, etc., inovar processos de negócios, aproveitar plenamente as vantagens das etiquetas eletrônicas, expandir a escala de aplicações da indústria e formar uma cadeia industrial completa é uma questão urgente a ser resolvida em um futuro próximo.

　　(4) Fortalecer a integração tecnológica para alcançar aplicações interregionais e interindustriais. Com a expansão contínua do desenvolvimento de RFID, recentemente encontrou novas aplicações em gestão de bilhetes de Expo, transporte inteligente, logística, segurança alimentar, combate à falsificação de mercadorias, eletricidade e outros setores. A indústria de RFID da China mudou da demanda governamental para a demanda do mercado. No processo de desenvolvimento do RFID, é importante reconhecer tanto o potencial da indústria de RFID quanto os problemas que surgem durante esse processo, utilizando métodos mais científicos para aprofundar continuamente as aplicações de RFID e, assim, promover o desenvolvimento da indústria de RFID na região.

　　3. Conclusão

　　O artigo descreve as funções básicas, vantagens e tendências de desenvolvimento do RFID. Também apresenta tecnologias-chave de etiquetas eletrônicas, além de analisar e estudar questões de normas e questões de privacidade de segurança que surgiram tanto no país quanto internacionalmente. Por fim, propõe políticas básicas e tendências de desenvolvimento para a aplicação e desenvolvimento atuais de tags eletrônicos na China. Isso desempenhou um papel crucial no desenvolvimento da RFID.