Разработка ключевых приложений технологий RFID-меток и современный международный исследовательский статус

　　RFID — это общий термин для технологии радиочастотной идентификации. Как и штрих-коды, IC-карты и другие методы идентификации, его основная функция — идентификация уникального идентификатора (UID) целевого объекта. Отличие в том, что она использует радиочастотную передачу для достижения бесконтактной автоматической идентификации, что позволяет идентифицировать движущиеся цели и несколько целей. RFID также является технологией передачи данных, обладающей базовыми компонентами коммуникационных систем, такими как передача, приём, канализация и передача информации. Разница в том, что передаваемая информация искусственна и стандартизирована. Благодаря большой ёмкости хранения, распознаванию множественных целей, дальнейшему чтению и шифрованию данных, а также потенциалу для развития, RFID считается одной из важных технологий современности. Ключ к применению и развитию RFID-систем заключается в электронных метках. В данной статье сосредоточены ключевые технологии электронных меток и текущий уровень исследований внутри страны и за рубежом, а также предлагаются основные меры противодействия применению и развитию электронных меток в Китае на данном этапе.

　　1 Технология электронных тегов и текущий уровень исследований как внутри страны, так и за рубежом

　　В отечественной и международной научной литературе современные исследования электронных меток в основном сосредоточены на следующих шести аспектах.

　　1.1 Технология чипов

　　Чиповая технология — это основная технология RFID-технологий. Тег-чип — это система, интегрирующая все цепи, кроме антенны метки и согласованных линий, включая такие модули, как RF-фронтенд, аналоговый фронтенд, цифровая базовая полоса и блоки памяти. Основные требования к чипам — лёгкие, тонкие, компактные, недорогие и недорогие.

　　За рубежом производители интегральных схем, такие как TI, Intel, Philips, STMicroelectronics, Infineon, NXP и Atmel, добились выдающихся результатов в разработке малых по размеру, энергопотребления и недорогих RFID-чипов. Например, пассивные UHF-метки Atmel могут иметь минимальную входную мощность РЧ всего 16,7 мкВт. Швейцарский федеральный технологический институт разработал чип-тег объемом 2,45 ГБ с минимальной входной мощностью всего 2,7 мкВт и расстоянием чтения/записи до 12 м. На конференции ISSCC 2006 года японская корпорация Hitachi предложила чип с площадью 0,15 мм × 0,15 мм и толщиной всего 7,5 мкм. Внутри страны китайские производители интегральных схем смогли самостоятельно разрабатывать и производить низкочастотные и высокочастотные чипы, приближаясь к международному передовому уровню. Чипы серии QR в диапазоне UHF, разработанные Shanghai Kunrui, уже прошли официальное одобрение и сертификацию EPCglobal. В целом, разработка RFID-чипов в диапазонах UHF и микроволновых частот Китая по-прежнему сталкивается с серьёзными трудностями, главным образом проявляющимися в строгих ограничениях энергопотребления. Технология совместимости антенн. Последующие проблемы с упаковкой. Проблемы с чувствительностью. Надёжность и стоимость.

　　Тенденция развития технологий проектирования и производства RFID-чипов — это снижение энергопотребления, большая дальность, более высокая скорость чтения/записи, более высокая надёжность и постоянное снижение затрат. Помимо увеличения ёмкости хранения меток для передачи большего количества информации, уменьшения размера метки для снижения затрат и повышения чувствительности для увеличения расстояния чтения, текущие исследовательские горячие точки включают также: схемы с ультранизкой мощностью; технологии безопасности и конфиденциальности, функции паролей и реализация; Недорогое проектирование и технологии производства чипов; Новые технологии хранения; алгоритмы и технологии реализации антиколлизий; Технологии интеграции с датчиками; Комплексное решение, тесно интегрированное с прикладными системами.

　　1.2 Технологии проектирования антенн

　　Миниатюризация всегда была одной из главных задач при проектировании антенн с RFID-метками. Для расширения спектра применений также важны миниатюрная полоса пропускания антенны, характеристики усиления и характеристики перекрестной поляризации. В настоящее время RFID-метки по-прежнему используют антенны, независимые от чипа, которые обладают преимуществами высокого Q-значения, простотой производства и умеренной стоимостью, но они крупнее по размеру и склонны к поломкам, что делает их непригодными для борьбы с подделкой или имплантации биологических меток животным. Если антенну можно интегрировать в чип метки, она сможет работать без внешних компонентов, что уменьшает общий размер метки и упрощает процесс изготовления этикеток для снижения затрат. Это стимулировало исследования технологии встроенных антенн. Кроме того, текущие исследования сосредоточены на меточных антеннах, включая технологию согласования антенн, технологию оптимизации конструкции, проектирование широкополосных антенн с покрыванием нескольких частотных диапазонов, технологию оптимизации распределения антенн с несколькими тегами, технологию металлостойкого проектирования, а также технологию согласованности и противодействия помехам.

　　1.3 Технологии упаковки

　　Упаковка электронных меток в основном включает ключевые этапы, такие как сборка чипа и изготовление антенн. С развитием новых технологий упаковки появились новые методы обработки в технологии упаковки этикеток, такие как генерация bump с флип-чипом (Bunping) и печать на антеннах. По сравнению с традиционными проводными или несущими соединениями, технология flip-chip обеспечивает более высокую плотность упаковки, хорошую электрическую и тепловую характеристику, хорошую надёжность и более низкую стоимость. Использование проводящих напечатанных антенн с этикетками вместо традиционных методов травления для изготовления этикеточных антенн значительно снизило стоимость производства электронных этикеток. Кроме того, горячие точки в технологии упаковки этикеток включают процессы горячего прессования при низких температурах, оптимизацию точного проектирования механизмов, многофизическое обнаружение и управление количеством, высокоточное высокоскоростное управление движением и технологии онлайн-инспекции.

　　1.4 Технология нанесения маркировки

　　На основе уникальных характеристик RFID-меток для идентификации объектов наблюдается всплеск исследований различных функциональных меток. Помимо традиционной идентификации, отслеживания и мониторинга товаров, точки доступа для исследований включают интерактивные умные метки, пространственное позиционирование и отслеживание, повсеместные вычисления, мобильные платежи и борьбу с подделкой товаров.

　　(1) Интерактивные умные теги. Структура интерактивных умных тегов по-прежнему состоит из одночипового беспроводного микро-силового трансивера и микроконтроллера. Различные необходимые приложения заранее записаны в микроконтроллер, и при необходимости эти программы вызываются с помощью беспроводных команд, позволяя тегам выполнять различные задачи, необходимые IoT-приложениям, такие как распознавание, позиционирование и сбор данных. Метка не передаёт сигналы наружу, но периодически принимает и записывает сигналы, отправленные координатором через трансляцию на канале мониторинга по мере необходимости. Только после получения команды на пробуждение он переключается на рабочий канал считывателя, получает инструкции от координатора и входит в состояние обмена информацией с считывателем согласно заранее написанным программам, выполняя задание в установленное время, после чего возвращается в режим мониторинга и сна. Очевидно, что суть этой технологии — быстрая фильтрация недействительных сигналов, обеспечивая сверхнизкомощную беспроводную передачу меток на дальние расстояния, что требует дополнительного координатора. Поскольку интерактивные умные метки решают ключевые задачи в приложениях IoT, такие как низкая стоимость, низкое энергопотребление и беспроводная передача на большие расстояния, они расширяют сферу применения электронных тегов и могут быть широко применены в городских интеллектуальных транспортных системах, базовых городских системах сбора данных и других областях, требующих идентификации, позиционирования или сбора данных на большие расстояния.

　　(2) Метки для позиционирования и отслеживания в реальном времени. Существующие системы позиционирования в основном включают спутниковые системы позиционирования, инфракрасные или ультразвуковые системы позиционирования, а также системы позиционирования на базе мобильной сети. Однако из-за ограничений по времени позиционирования, точности и условиям окружающей среды в настоящее время не существует технологии позиционирования, которые могли бы полностью решить задачи информации о местоположении объектов и объектов в сложных крытых помещениях, таких как вестибюли аэропортов, выставочные залы, склады, супермаркеты, библиотеки, подземные парковки и подземные шахты. RFID-технология предлагает новое решение для сервисов пространственного позиционирования и слежения, особенно подходящее для позиционирования в помещениях, с которыми спутниковые системы позиционирования испытывают трудности. Он в основном использует уникальные идентифицирующие характеристики меток на объектах, измеряя пространственное положение объектов на основе силы радиочастотной связи между считывателем и установленным на объекте меткой.

　　(3) Универсальные метки для вычислений. В сочетании с сенсорными технологиями RFID-метки также могут обнаруживать информацию о состоянии объектов или сред на узлах IoT, такую как температура, влажность и освещение, а также использовать технологии беспроводной связи для передачи этой информации и её изменений вычислительным устройствам, улучшая видимость для вычислительных модулей и создавая будущую повсеместную вычислительную инфраструктуру.

　　(4) Мобильные платёжные метки. RFID-платежи используют короткодействующую связь между мобильными терминалами и POS-терминалами, что позволяет оплачивать суммы транзакций через мобильные платежи или SIM-карту, привязанную к банковским счетам для банковских операций. RFID-платежи являются результатом интеграции RFID-индустрии и телекоммуникационной отрасли. В настоящее время существует в основном четыре метода применения: Felica, NFC, DISIM и RF-SIM. Среди них RF-SIM — это средне-короткая беспроводная технология, основанная на SIM-картах. Внутри SIM-карты встроен RF-модуль, который используется для обычной мобильной связи и аутентификации, устанавливая физическое соединение с телефоном. RF-SIM-карты поддерживают все мобильные телефоны на рынке и служат комплексной платформой, способной заменить кошельки, ключи и удостоверения личности.

　　(5) Антифальшивые этикетки. Традиционные технологии противодействия подделке, такие как физическая борьба с подделками, биологические и структурные противоподделки, штрихкоды и цифровые антифальшивки, не обладают уникальностью и эксклюзивностью, легко воспроизводятся и не могут обеспечить настоящий эффект против подделок. RFID-технология предлагает абсолютные преимущества в борьбе с подделками, поскольку каждая метка имеет уникальный глобально уникальный ID-номер, который нельзя изменить или подделать. Кроме того, технология RFID-антифальшивки не имеет физического износа, обеспечивает высокую безопасность физического интерфейса считывателя, шифруемые данные тегов и взаимную аутентификацию между считывателем и меткой, поэтому её практически невозможно полностью воспроизвести и эффективно предотвращать подделку. В настоящее время RFID-антифальшивка постепенно применяется в управлении документами, управлении билетами, электронными номерными знаками, антиподделке алкоголя и подделке художественных сокровищ, что демонстрирует растущую тенденцию.

　　1.5 Исследования стандартных вопросов

　　В настоящее время основными международными стандартами связи, связанными с электронными метками, являются: (1) стандарты ISO/TEC18000. (2) Стандарты EPC, (3) стандарты DSRC. (4) Стандарт UID. Кроме того, многие страны и учреждения активно разрабатывают региональные, отечественные или отраслевые стандарты альянсов, связанные с RFID, надеясь повысить их до междисциплинарных стандартов через различные каналы. Каждая стандартная система разделена на несколько частей в зависимости от рабочей частоты, и они несовместимы главным образом по методам связи, протоколам предотвращения столкновений и форматам данных. В январе 2008 года команда проекта ЕС FP7 спонсировала Глобальный форум универсальных стандартов RFID (GRIFS), стремясь достичь максимальной глобальной согласованности стандартов RFID через усиленное сотрудничество. С развитием RFID-технологий различные стандарты для электронных меток объединяются. Например, стандарт ISO/IFC15693 для высокочастотных 13,56 МГц стал частью стандарта ISO18000-3, а стандарт EPC GEN2 стал стандартом ISO18000-6C. В настоящее время Соединённые Штаты, Европейский союз и другие страны принимают свои собственные стандарты. Из-за сложности координации интересов, хотя унификация стандартов является срочной, процесс остаётся относительно длительным.

　　1.6 Исследования вопросов безопасности и конфиденциальности

　　Изученные и принятые механизмы безопасности в основном включают физические методы, криптографические механизмы и их комбинации. Физические методы широко применяются в недорогих этикетках, защищая информацию о метках с помощью электростатического экранирования или активных помех. По сравнению с аппаратными механизмами безопасности, основанными на физических методах, программные механизмы безопасности на основе криптографических технологий более предпочтительны, в основном использующие различные зрелые криптографические схемы и механизмы для проектирования криптографических протоколов, соответствующих требованиям RFID-безопасности.

　　2 Тенденции развития и меры противодействия электронным меткам

　　Применение и разработка электронных меток строятся на основе цепи индустрии RFID; любое задержка в любом звенье влияет на общий рост отрасли. Наши исследования и разработки в области RFID отстают от Европы, США, Южной Кореи и Японии, и нам всё ещё не хватает полной отраслевой цепочки в диапазонах UHF и микроволновых частот. Для разработки китайских электронных меток на основе существующих отечественных RFID-технологий и рыночной базы мы должны сосредоточиться на всей цепочке RFID-индустрии и разработать конкретные меры и стратегии.

　　(1) Увеличить усилия в области исследований и разработок и искать технологические прорывы. В настоящее время электронные метки всё ещё имеют множество дефектов, таких как низкая надёжность при чтении одной метки из-за направленности антенны, что легко приводит к пропущенным показаниям; RFID-сигналы легко подвергаются воздействию проводящих веществ, таких как металл и вода, что приводит к сокращению расстояния распознавания; когда RFID-системы работают одновременно с другими беспроводными системами связи с аналогичными частотными диапазонами, электромагнитные помехи могут влиять на их работу; и при размещении множества RFID-меток антенна может проявлять эффекты массивы, отличающиеся от отдельных меточных антенн. Все это создаёт трудности для развития электронных меток.

　　(2) Как можно скорее установить соответствующие стандарты для электронных марок.

　　(3) Выявлять прорывные точки в приложениях и расширять масштаб отраслевых приложений. Предприятия часто остаются на поверхностном уровне, с простыми бизнес-процессами, единой логикой и отсутствием интеграции бэкенд-систем, поэтому электронные теги не сыграли по-настоящему свою роль в управлении цепочками поставок и корпоративной информатизации. Поэтому интеграция RFID с существующими корпоративными информационными системами, такими как ERP, SCM, MIS и др., внедрение инноваций в бизнес-процессах, полноценное использование преимуществ электронных меток, расширение масштаба отраслевых приложений и формирование полной промышленной цепочки — это срочная задача, которую нужно решить в ближайшем будущем.

　　(4) Укрепить интеграцию технологий для достижения межрегиональных и межотраслевых приложений. С постоянным расширением разработки RFID компания недавно нашла новые применения в управлении билетами на выставки, интеллектуальной транспортировке, логистике, безопасности пищевых продуктов, борьбе с подделкой товаров, электроэнергии и других сферах. Индустрия RFID в Китае сместилась с государственного спроса на рынок. В процессе разработки RFID важно осознавать как потенциал индустрии RFID, так и возникающие в этом процессе проблемы, используя более научные методы для постоянного углубления применения RFID и тем самым способствующего развитию отрасли RFID в регионе.

　　3. Заключение

　　В статье описываются основные функции, преимущества и тенденции развития RFID. Также представлены ключевые технологии электронных меток, а также анализируются и изучают вопросы стандартов и конфиденциальности безопасности, возникшие как на национальном, так и на международном уровне. Наконец, он предлагает основные политики и тенденции развития для текущего применения и разработки электронных тегов в Китае. Это сыграло ключевую роль в разработке RFID.