Phát triển các ứng dụng công nghệ thẻ RFID chính và tình trạng nghiên cứu quốc tế hiện tại

　　RFID là một thuật ngữ chung cho công nghệ nhận dạng tần số vô tuyến. Giống như mã vạch, thẻ IC và các phương pháp nhận dạng khác, chức năng cơ bản của nó là xác định mã định danh duy nhất (UID) của mục tiêu. Sự khác biệt là nó sử dụng truyền tần số vô tuyến để đạt được nhận dạng tự động không tiếp xúc, cho phép xác định các mục tiêu di chuyển và nhiều mục tiêu. RFID cũng là một công nghệ truyền dữ liệu, sở hữu các thành phần cơ bản của hệ thống truyền thông như gửi, nhận, phân luồng và truyền thông tin. Điểm khác biệt là thông tin được truyền đi là nhân tạo và được chuẩn hóa. Với dung lượng lưu trữ lớn, nhận dạng nhiều mục tiêu, khoảng cách đọc xa và mã hóa dữ liệu, cũng như tiềm năng phát triển, RFID được coi là một trong những công nghệ quan trọng hiện nay. Chìa khóa để ứng dụng và phát triển hệ thống RFID nằm ở thẻ điện tử. Bài báo này tập trung vào các công nghệ chính của thẻ điện tử và tình hình nghiên cứu hiện tại trong và ngoài nước, đồng thời đề xuất các biện pháp đối phó cơ bản cho việc ứng dụng và phát triển thẻ điện tử ở Trung Quốc ở giai đoạn này.

　　1 Công nghệ thẻ điện tử và tình trạng nghiên cứu hiện tại trong và ngoài nước

　　Trong các tài liệu nghiên cứu trong nước và quốc tế, nghiên cứu hiện tại về thẻ điện tử chủ yếu tập trung vào sáu khía cạnh sau.

　　1.1 Công nghệ chip

　　Công nghệ chip là một công nghệ cốt lõi trong công nghệ RFID. Chip thẻ là một hệ thống tích hợp tất cả các mạch ngoại trừ ăng-ten thẻ và các đường phù hợp, bao gồm các mô-đun như giao diện người dùng RF, giao diện người dùng tương tự, băng tần cơ sở kỹ thuật số và đơn vị bộ nhớ. Các yêu cầu cơ bản đối với chip là nhẹ, mỏng, nhỏ, chi phí thấp và chi phí thấp.

　　Ở nước ngoài, các nhà sản xuất mạch tích hợp như TI, Intel, Philips, STMicroelectronics, Infineon, NXP và Atmel đã đạt được những kết quả vượt trội trong việc phát triển chip RFID kích thước nhỏ, công suất thấp và chi phí thấp. Ví dụ, thẻ thụ động UHF của Atmel có thể có công suất đầu vào RF tối thiểu thấp tới 16,7 μW. Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ đã thiết kế chip thẻ 2,45 GB với công suất đầu vào tối thiểu chỉ 2,7μW và khoảng cách đọc/ghi lên đến 12 m. Tại hội nghị ISSCC năm 2006, Tập đoàn Hitachi của Nhật Bản đã đề xuất một chip nhãn có diện tích 0,15 mm × 0,15 mm và độ dày chỉ 7,5 μm. Trong nước, các nhà sản xuất mạch tích hợp Trung Quốc đã có thể độc lập phát triển và sản xuất chip tần số thấp và tần số cao, tiếp cận trình độ tiên tiến quốc tế. Các chip dòng QR băng tần UHF do Shanghai Kunrui phát triển đã vượt qua sự ủy quyền và chứng nhận chính thức của EPCglobal. Nhìn chung, thiết kế chip RFID ở các dải tần UHF và vi sóng của Trung Quốc vẫn phải đối mặt với những thách thức đáng kể, chủ yếu được phản ánh ở những hạn chế nghiêm ngặt về mức tiêu thụ điện năng. Công nghệ tương thích ăng-ten. Các vấn đề đóng gói tiếp theo. Vấn đề nhạy cảm. Độ tin cậy và chi phí.

　　Xu hướng phát triển của công nghệ thiết kế và sản xuất chip RFID là tiêu thụ điện năng thấp hơn, phạm vi xa hơn, tốc độ đọc / ghi nhanh hơn, độ tin cậy cao hơn và chi phí liên tục giảm. Ngoài việc tăng dung lượng lưu trữ thẻ để mang nhiều thông tin hơn, giảm kích thước thẻ để giảm chi phí và cải thiện độ nhạy của thẻ để mở rộng khoảng cách đọc, các điểm nóng nghiên cứu hiện tại còn bao gồm: mạch công suất cực thấp; Công nghệ bảo mật và quyền riêng tư, chức năng mật khẩu và triển khai; Công nghệ thiết kế và sản xuất chip chi phí thấp; Công nghệ lưu trữ mới; Thuật toán chống va chạm và công nghệ triển khai; Công nghệ tích hợp với cảm biến; Một giải pháp toàn diện tích hợp chặt chẽ với các hệ thống ứng dụng.

　　1.2 Công nghệ thiết kế ăng-ten

　　Thu nhỏ luôn là mối quan tâm lớn trong thiết kế RFID tag ăng-ten. Để mở rộng phạm vi ứng dụng, băng thông ăng-ten thu nhỏ, đặc tính khuếch đại và đặc tính phân cực chéo cũng là những hướng nghiên cứu quan trọng. Hiện nay, thẻ RFID vẫn sử dụng ăng-ten độc lập off-chip, có ưu điểm là giá trị Q cao, dễ sản xuất, chi phí vừa phải, nhưng chúng có kích thước lớn hơn và dễ bị vỡ, khiến chúng không phù hợp để chống hàng giả hoặc cấy thẻ sinh học vào động vật. Nếu ăng-ten có thể được tích hợp vào chip thẻ, nó có thể hoạt động mà không cần bất kỳ thành phần bên ngoài nào, giảm kích thước tổng thể của thẻ và đơn giản hóa quy trình sản xuất nhãn để giảm chi phí. Điều này đã thúc đẩy nghiên cứu về công nghệ ăng-ten trên chip. Ngoài ra, nghiên cứu hiện tại tập trung vào ăng-ten thẻ bao gồm công nghệ kết hợp ăng-ten, công nghệ tối ưu hóa cấu trúc, thiết kế ăng-ten băng thông rộng bao phủ nhiều dải tần, công nghệ phân phối tối ưu hóa ăng-ten đa thẻ, công nghệ thiết kế chống kim loại, công nghệ nhất quán và chống nhiễu.

　　1.3 Công nghệ đóng gói

　　Việc đóng gói thẻ điện tử chủ yếu bao gồm các bước chính như lắp ráp chip và chế tạo ăng-ten. Với sự phát triển của các công nghệ đóng gói mới, các kỹ thuật xử lý mới đã xuất hiện trong công nghệ đóng gói nhãn, chẳng hạn như tạo va đập chip lật (Bunping) và in ăng-ten. So với kết nối dây truyền thống hoặc kết nối giữa nhà cung cấp dịch vụ với nhà cung cấp dịch vụ, công nghệ chip lật cung cấp mật độ đóng gói cao hơn, hiệu suất điện và nhiệt tốt, độ tin cậy tốt và chi phí thấp hơn. Sử dụng ăng-ten nhãn in mực dẫn điện thay vì phương pháp khắc truyền thống để sản xuất ăng-ten nhãn đã giảm đáng kể chi phí sản xuất nhãn điện tử. Ngoài ra, các điểm nóng nghiên cứu trong công nghệ đóng gói nhãn bao gồm quy trình đóng gói ép nóng ở nhiệt độ thấp, tối ưu hóa thiết kế cơ chế chính xác, phát hiện và kiểm soát số lượng đa vật lý, điều khiển chuyển động tốc độ cao có độ chính xác cao và công nghệ kiểm tra trực tuyến.

　　1.4 Công nghệ ứng dụng nhãn

　　Dựa trên các đặc điểm độc đáo của thẻ RFID để nhận dạng đối tượng, đã có sự gia tăng nghiên cứu về các thẻ chức năng khác nhau. Ngoài việc nhận dạng, theo dõi và giám sát mặt hàng truyền thống, các điểm truy cập nghiên cứu còn bao gồm thẻ thông minh tương tác, định vị và theo dõi không gian, điện toán phổ biến, thanh toán di động và chống hàng giả.

　　(1) Thẻ thông minh tương tác. Cấu trúc của thẻ thông minh tương tác vẫn bao gồm một bộ thu phát công suất vi mô không dây một chip và một bộ vi điều khiển. Các ứng dụng cần thiết khác nhau được viết sẵn vào bộ vi điều khiển và khi cần thiết, các chương trình này được gọi thông qua các lệnh không dây, cho phép các thẻ thực hiện các tác vụ khác nhau theo yêu cầu của các ứng dụng IoT như nhận dạng, định vị và thu thập dữ liệu. Thẻ không truyền bất kỳ tín hiệu nào ra bên ngoài mà định kỳ nhận và ghi lại tín hiệu do điều phối viên gửi qua phát sóng trên kênh giám sát khi cần thiết. Chỉ sau khi nhận được lệnh đánh thức, nó mới chuyển đến kênh làm việc của đầu đọc, nhận hướng dẫn từ điều phối viên và chuyển sang trạng thái trao đổi thông tin với đầu đọc theo các chương trình được viết sẵn, hoàn thành nhiệm vụ được chỉ định trong thời gian quy định trước khi trở về chế độ giám sát và ngủ. Rõ ràng là cốt lõi của công nghệ này là nhanh chóng lọc ra các tín hiệu không hợp lệ, đạt được khả năng truyền thẻ đường dài không dây công suất cực thấp, với chi phí yêu cầu một điều phối viên bổ sung. Bởi vì thẻ thông minh tương tác giải quyết các vấn đề chính trong các ứng dụng IoT như chi phí thấp, tiêu thụ điện năng thấp và truyền dẫn đường dài không dây, chúng mở rộng phạm vi ứng dụng thẻ điện tử và có thể được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống giao thông thông minh đô thị, hệ thống thu thập dữ liệu đô thị cơ bản và các lĩnh vực khác yêu cầu nhận dạng, định vị hoặc thu thập dữ liệu đường dài.

　　(2) Thẻ định vị và theo dõi thời gian thực. Các hệ thống định vị hiện có chủ yếu bao gồm hệ thống định vị vệ tinh, hệ thống định vị hồng ngoại hoặc siêu âm và hệ thống định vị dựa trên mạng di động. Tuy nhiên, do hạn chế về thời gian định vị, độ chính xác và điều kiện môi trường, hiện tại chưa có công nghệ định vị nào có thể giải quyết triệt để các vấn đề về thông tin vị trí của các cơ sở và vật dụng trong môi trường phức tạp trong nhà như sảnh sân bay, phòng triển lãm, nhà kho, siêu thị, thư viện, bãi đậu xe ngầm và hầm mỏ. Công nghệ RFID cung cấp một giải pháp mới cho các dịch vụ định vị và theo dõi không gian, đặc biệt thích hợp cho định vị trong nhà mà các hệ thống định vị vệ tinh gặp khó khăn trong việc xử lý. Nó chủ yếu sử dụng các đặc điểm nhận dạng duy nhất của thẻ trên các đối tượng, đo vị trí không gian của các mục dựa trên cường độ tín hiệu của giao tiếp tần số vô tuyến giữa đầu đọc và thẻ được cài đặt trên đối tượng.

　　(3) Nhãn tính toán phổ quát. Bằng cách kết hợp với công nghệ cảm biến, thẻ RFID cũng có thể cảm nhận thông tin trạng thái của các đối tượng hoặc môi trường tại các nút IoT, chẳng hạn như nhiệt độ, độ ẩm và ánh sáng, đồng thời sử dụng công nghệ truyền thông không dây để truyền thông tin này và những thay đổi của nó đến các đơn vị máy tính, cải thiện khả năng hiển thị môi trường đối với các mô-đun máy tính và xây dựng cơ sở hạ tầng máy tính phổ biến trong tương lai.

　　(4) Thẻ thanh toán di động. Thanh toán di động RFID sử dụng giao tiếp tầm ngắn giữa thiết bị đầu cuối di động và thiết bị đầu cuối POS, cho phép thanh toán số tiền giao dịch qua cước điện thoại di động hoặc thẻ SIM liên kết với tài khoản ngân hàng để giao dịch ngân hàng. Thanh toán di động RFID là sản phẩm của sự tích hợp của ngành công nghiệp RFID và ngành viễn thông. Hiện nay, chủ yếu có bốn phương thức ứng dụng: Felica, NFC, DISIM và RF-SIM. Trong số đó, RF-SIM là công nghệ truyền thông không dây tầm trung ngắn dựa trên thẻ SIM. Nó nhúng một mô-đun RF bên trong thẻ SIM, được sử dụng để liên lạc và xác thực di động thông thường, thiết lập kết nối vật lý với điện thoại. Thẻ RF-SIM hỗ trợ tất cả các điện thoại di động trên thị trường và đóng vai trò như một nền tảng dịch vụ toàn diện có thể thay thế ví, chìa khóa và thẻ ID.

　　(5) Nhãn chống hàng giả. Các công nghệ chống hàng giả truyền thống như chống hàng giả vật lý, chống hàng giả sinh học, chống hàng giả cấu trúc, mã vạch và chống hàng giả kỹ thuật số thiếu tính độc đáo và độc quyền, dễ dàng được nhân rộng, không thể mang lại hiệu quả chống hàng giả thực sự. Công nghệ RFID mang lại lợi thế tuyệt đối trong việc chống hàng giả, vì mỗi thẻ có một số ID duy nhất trên toàn cầu không thể thay đổi hoặc giả mạo. Ngoài ra, công nghệ chống hàng giả RFID không có tính năng mài mòn vật lý, tính bảo mật cao của giao diện vật lý của đầu đọc, dữ liệu thẻ có thể mã hóa và xác thực lẫn nhau giữa đầu đọc và thẻ, vì vậy về cơ bản không thể sao chép hoàn toàn và do đó ngăn chặn hàng giả một cách hiệu quả. Hiện nay, chống hàng giả RFID đã dần được ứng dụng trong quản lý tài liệu, quản lý vé, biển số điện tử, chống giả rượu, chống giả kho báu nghệ thuật, cho thấy xu hướng mở rộng.

　　1.5 Nghiên cứu về các vấn đề tiêu chuẩn

　　Hiện nay, các tiêu chuẩn truyền thông quốc tế chính liên quan đến thẻ điện tử là: (1) Tiêu chuẩn ISO/TEC18000. (2) Tiêu chuẩn EPC, (3) Tiêu chuẩn DSRC. (4) Tiêu chuẩn UID. Ngoài ra, nhiều quốc gia và tổ chức đang tích cực xây dựng các tiêu chuẩn liên minh khu vực, trong nước hoặc công nghiệp liên quan đến RFID, hy vọng sẽ nâng cấp chúng lên các tiêu chuẩn liên ngành thông qua nhiều kênh khác nhau. Mỗi hệ thống tiêu chuẩn được chia thành nhiều phần dựa trên tần số hoạt động và chúng không tương thích chủ yếu trong các phương thức truyền thông, giao thức ngăn ngừa va chạm và định dạng dữ liệu. Vào tháng 1 năm 2008, nhóm dự án FP7 của EU đã tài trợ cho Diễn đàn Tiêu chuẩn RFID Toàn cầu (GRIFS), nhằm đạt được sự nhất quán toàn cầu tối đa trong các tiêu chuẩn RFID thông qua tăng cường hợp tác. Với sự phát triển của công nghệ RFID, các tiêu chuẩn khác nhau cho thẻ điện tử đang hợp nhất. Ví dụ, tiêu chuẩn ISO / IFC15693 cho tần số cao 13,56 MHz đã trở thành một phần của tiêu chuẩn ISO18000-3 và tiêu chuẩn EPC GEN2 đã trở thành tiêu chuẩn ISO18000-6C. Hiện tại, Hoa Kỳ, Liên minh châu Âu và các quốc gia khác đều áp dụng các tiêu chuẩn khác nhau của riêng họ. Do khó khăn trong việc điều phối lợi ích, mặc dù việc thống nhất các tiêu chuẩn là cấp bách, nhưng quá trình này vẫn tương đối kéo dài.

　　1.6 Nghiên cứu về các vấn đề bảo mật và quyền riêng tư

　　Các cơ chế bảo mật được nghiên cứu và áp dụng chủ yếu bao gồm các phương pháp vật lý, cơ chế mật mã và sự kết hợp của chúng. Các phương pháp vật lý thường được sử dụng trong nhãn chi phí thấp, bảo vệ thông tin thẻ thông qua che chắn tĩnh điện hoặc nhiễu chủ động. So với các cơ chế bảo mật phần cứng dựa trên các phương pháp vật lý, các cơ chế bảo mật phần mềm dựa trên công nghệ mật mã được ưa chuộng hơn, chủ yếu sử dụng các sơ đồ và cơ chế mật mã hoàn thiện khác nhau để thiết kế các giao thức mật mã đáp ứng các yêu cầu bảo mật RFID.

　　2 Xu hướng phát triển và biện pháp đối phó với thẻ điện tử

　　Việc ứng dụng và phát triển thẻ điện tử được xây dựng trên nền tảng của chuỗi công nghiệp RFID; bất kỳ độ trễ nào trong bất kỳ liên kết nào cũng sẽ ảnh hưởng đến sự tăng trưởng chung của ngành. Thời gian nghiên cứu và phát triển của chúng tôi trong lĩnh vực RFID tụt hậu so với Châu Âu, Mỹ, Hàn Quốc và Nhật Bản, và chúng tôi vẫn thiếu một chuỗi công nghiệp hoàn chỉnh về UHF và dải tần vi sóng. Để phát triển thẻ điện tử Trung Quốc dựa trên công nghệ RFID trong nước và cơ sở thị trường hiện có, chúng tôi phải nhắm mục tiêu vào toàn bộ chuỗi ngành RFID và xây dựng các biện pháp và chiến lược cụ thể.

　　(1) Tăng cường nỗ lực nghiên cứu và phát triển và tìm kiếm đột phá công nghệ. Hiện nay, thẻ điện tử vẫn còn nhiều khiếm khuyết, chẳng hạn như độ tin cậy thấp trong việc đọc thẻ đơn do định hướng của ăng-ten, dễ dẫn đến bỏ lỡ kết quả đọc; tín hiệu RFID dễ bị ảnh hưởng bởi các chất dẫn điện như kim loại và nước, dẫn đến giảm khoảng cách nhận dạng; khi hệ thống RFID hoạt động đồng thời với các hệ thống thông tin liên lạc không dây khác có dải tần tương tự, nhiễu điện từ có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của chúng; và khi nhiều thẻ RFID được đặt cùng nhau, ăng-ten thẻ có thể thể hiện hiệu ứng mảng khác với các ăng-ten thẻ riêng lẻ. Tất cả những điều này đặt ra những thách thức đối với sự phát triển của thẻ điện tử.

　　(2) Thiết lập các tiêu chuẩn liên quan cho nhãn điện tử càng sớm càng tốt.

　　(3) Xác định các điểm đột phá trong ứng dụng và mở rộng quy mô ứng dụng công nghiệp. Các doanh nghiệp thường ở cấp độ bề mặt, với các quy trình kinh doanh đơn giản, logic đơn lẻ và thiếu tích hợp các hệ thống phụ trợ, vì vậy thẻ điện tử chưa thực sự đóng vai trò của chúng trong quản lý chuỗi cung ứng và thông tin hóa doanh nghiệp. Do đó, làm thế nào để tích hợp RFID với các hệ thống thông tin doanh nghiệp hiện có như ERP, SCM, MIS, v.v., đổi mới quy trình kinh doanh, tận dụng tối đa ưu điểm của thẻ điện tử, mở rộng quy mô ứng dụng ngành, hình thành chuỗi công nghiệp hoàn chỉnh là vấn đề cấp bách cần giải quyết trong thời gian tới.

　　(4) Tăng cường tích hợp công nghệ để đạt được các ứng dụng liên khu vực và liên ngành. Với sự mở rộng không ngừng của sự phát triển RFID, gần đây nó đã tìm thấy các ứng dụng mới trong quản lý vé Expo, vận tải thông minh, hậu cần, an toàn thực phẩm, chống hàng giả, điện và các lĩnh vực khác. Ngành công nghiệp RFID của Trung Quốc đã chuyển từ nhu cầu của chính phủ sang nhu cầu thị trường. Trong quá trình phát triển RFID, điều quan trọng là phải nhận ra cả tiềm năng của ngành công nghiệp RFID và các vấn đề phát sinh trong quá trình này, sử dụng các phương pháp khoa học hơn để liên tục đào sâu các ứng dụng RFID và do đó thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp RFID trong khu vực.

　　3. Kết luận

　　Bài viết mô tả các chức năng cơ bản, ưu điểm và xu hướng phát triển của RFID. Nó cũng giới thiệu các công nghệ chính của thẻ điện tử, cũng như phân tích và nghiên cứu các vấn đề tiêu chuẩn và các vấn đề bảo mật về quyền riêng tư đã phát sinh cả trong nước và quốc tế. Cuối cùng, nó đề xuất các chính sách cơ bản và xu hướng phát triển cho việc ứng dụng và phát triển thẻ điện tử hiện nay ở Trung Quốc. Điều này đã đóng một vai trò quan trọng trong sự phát triển của RFID.