10月號特輯:必知RFID基本資訊

本文作者:admin       點擊: 2006-10-16 00:00
前言:
RFID的組成
RFID是一種非接觸式的射頻辨識系統,主要是由電子標籤(Tag)、讀取器(Reader)和相關應用系統(Application System)所組成。

電子標籤(Tag):主要是由具有類比(Analog)、數位(Digital)與記憶體(Memory)功能的晶片,以及依不同頻率、應用環境而設計之天線所組成。其中被動式電子標籤是以讀取器所提供的能量作為本身操作所需的能源,所以被動式電子標籤可以達到體積小、價格便宜以及使用壽命長等目的。

讀取器(Reader):主要是由類比控制(Analog Control)、數位控制(DigitalControl)、中央處理單元(單晶片或單板電腦)以及讀取天線組所組成,讀取器可以利用相關搜尋技術或協定,達到每秒辨識數百個不同的電子標籤的辨識能力。

中介軟體(Middleware):中介軟體主要是透過有線或無線的方式經由讀取器擷取或接收電子標籤之內部數位資訊,並利用這些資訊配合不同的應用需求做進一步的加值處理,也可以結合網路功能應用於生產、物流、倉儲、保全…等。 

RFID分類

依據電子標籤是否附加電池來區分:
1 被動式(Passive):被動式電子標籤其能源是由讀取器提供,所以標籤上不需附加電池,所以體積小、使用期限較長,但是讀取的距離較短。
2 主動式(Active):與被動式不同的部份是其標籤是附加電池的,系統另外增加所謂的喚醒裝置,平時標籤是處於休眠的狀態,當標籤進入喚醒裝置的範圍時,喚醒裝置利用無線電波或磁場來觸發或喚醒標籤,標籤這時才進入正常工作模式,開始傳送相關資訊,由於本身具備工作所需之電源所以傳輸距離較長,但是相對具有體積較大、需更換電池及成本較高等缺點。

依據記憶體讀寫功能可以區分為:
1. 唯讀(Read-Only, R/O):標籤晶片內的資訊出廠時已固定,使用者僅能讀取標籤晶片內的資訊而無法進行寫入或修改的程序。成本較低,一般應用於門禁管理、車輛管理、物流管理、動物管理…等。

2. 僅能寫入一次多次讀取(Write-Once Read-Many, WORM):和唯讀不同的是使用者可以寫入或修改標籤晶片內資料一次,和唯讀標籤相同也可進行多次讀取。成本較高,一般應用於資產管理、生物管理、藥品管理、危險品管理、軍品管理…等。

3. 可重複讀寫(Read-Write, R/W):使用者可以透過讀取器進行標籤內晶片資訊之讀取與寫入,資料可以視需要附加或重新寫入。成本最高,一般應用於航空貨運及行李管理、客運及捷運票證、信用卡服務…等。

依據使用頻率的不同可以區分為:
1. 低頻(Low Frequency):使用的頻段範圍為10KHz~1MHz,常見的主要規格有125KHz、135KHz。一般這個頻段的電子標籤都是被動式的,低頻的最大的優點在於其標籤靠近金屬或液體的物品上時能夠有效發射訊號,不像其他較高頻率之標籤,在這種情況下訊號會被金屬或液體反射回來,但缺點是讀取距離短、無法同時進行多標籤讀取以及資訊量較低,一般應用於門禁系統、動物晶片、汽車防盜器和玩具…等。

.2. 高頻(High Frequency):使用的頻段範圍為1MHz~400MHz,常見的主要規格為13.56MHz。這個頻段的標籤主要還是以被動式為主,最大的應用就是我們所熟知的Smart Card。和低頻相較,其傳輸速度較快且可進行多標籤辨識,一般應用於圖書館管理、產品管理、Smart Card…等。

3. 超高頻(Ultra High Frequency):使用的頻段範圍為400MHz~1GHz,常見的主要規格有433 MHz、868~950MHz。主動式和被動式的應用在這個頻段都很常見,被動式標籤讀取距離約3~4公尺左右,傳輸速率較快,而且因為天線可採用蝕刻或印刷的方式製造,因此成本較低,雖然在金屬與液體的物品上的應用較不理想,但由於讀取距離較遠、資訊傳輸速率較快,而且可以同時進行大數量標籤的讀取與辨識,因此目前已成為市場的主流,未來將廣泛應用於航空旅客與行李管理系統、貨架及棧板管理、出貨管理、物流管理…等。

4. 微波(Microwave):使用的頻段範圍為1GHz以上,常見的主要規格有2.45GHz、5.8GHz。微波頻段的特性與應用和超高頻段相似,讀取距離約為2公尺,但是對於環境的敏感性較高,一般應用於行李追蹤、物品管理、供應鏈管理…等。 

RFID標準介紹  
1. EPC
EPC碼為EPC系統裡關鍵的設計,為物件在資訊系統中的唯一代號,藉此物件相關資訊得以在散佈全球的EPC網絡中存取,進而建立信息交換標準。如今,EPC碼被喻為新一代條碼(Next Generation Barcode),編碼結構延伸自現行的傳統條碼,在物件信息描述上,更為豐富、詳細,並更具時效優勢。 
■ EPC編碼特性
EPC碼的標示對象,包含使用傳統條碼的物品之外,小至物件單一品項、箱子,大至棧板、推車、貨櫃、貨車等,甚至擴及服務項目皆合適採用EPC碼,提供這些實體或虛擬的物件全球唯一的編號,EPC編碼劇有許多特色:
1. 號碼容量大: 當EPC碼核發後,使用者可依據其產業需要進行後續編碼,其容量之大,不僅容納現行的需要,也兼顧未來發展進行擴充。
2. 獨一無二的編碼: EPC碼的設計,視物件的單一品項為不同的個體。
3. 可擴充性: 由於標頭版本及其結構化設計,使EPC碼容量極大化,保留許多剩餘空間得以隨時擴展編碼。

■ EPC編碼結構
EPC是一個可擴充的編碼系統,因應不同產業需求可作編碼上的調整設計,以利賦予物件品項獨一無二的編碼。由目前已公佈的EPC標籤規格書得知,標籤容量有96位元與64位元的分別,未來也會有256位元的編碼出現,視使用者需要選擇標籤容量;隨容量大小,調整其編碼結構。其基礎編碼方式(General Identifier-- GID),將EPC碼結構分為四區塊:標頭(Header)、一般管理者代碼(General Manager Number)、物件類別碼(Object Class)以及 序號(Serial Number)。

2. ISO 18000
屬於貨品管理類之標準,主要運用於供應鏈的管理。ISO特別由ISO/IEC JTCI/SC31小組規劃了一系列的18000的標準,如ISO18000-3 為13.56MHz的標準、ISO 18000-6則為UHF的通訊協定。由於供應鏈管理是全球企業所重視的一項功業,因此除了ISO 18000外,麻省理工亦於1998年開始研究建立一個獨一辨識的系統,並於1999年10月1日與UCC (Uniform Code Council)、P&G、吉列等組織及私營機構,成立一個MIT Auto ID Center,力圖開發一個結合RFID技術、網絡技術、資訊平台的世界性標準。最後他們提出的便是EPC (Electronic Product Code)架構。此系統亦將等同ISO 18000-6的標準。
然而,ISO 18000-6 卻較EPC系統有更多的應用範圍。因ISO 主要只規範他們「溝通語言」的標準 (即Air Interference Protocol),而不考慮標籤及閱讀器的資料內容及實際應用,亦不考慮其基礎設施的架構(如網絡技術及資訊應用平台),其規格下的標籤只是單純的資料傳送媒體,一言概之是他們的基準所定義的規範較EPC系統少。

3. ISO 15693 (ISO SC17/WG8) - 短距離RFID卡
此標準規範最遠至1.5米讀取距離之非觸式RFID卡類。它的簡單設計令其閱讀器成本遠比 ISO 14443 低,由於使用方便又有追蹤功能,故ISO15693主要用作進出控制、考勤等用途。它的缺點是其溝通速度只有26K bits。 

4. ISO 14443A (ISO SC17/WG8) – 超短距RFID卡 
此標準規範最遠讀取距離在 7 -15mm範圍內的標準,屬超短距離非觸式RFID卡類。主要運用於大眾運輸票卡等用途。此技術主要有兩派,包括由NXP半導體(前身為Philips半導體) 及 Infineon 研製的Mifare,以及由Inside Contactless 提供的 PicoPass version A。 
 
5. ISO 14443B 
用途與ISO14443A相若,但 ISO 14443B 比 ISO 14443A 有更多好處,包括 modulation depth 只有 10%、與一般微型處理器的基準一樣,溝通速度高達847 KHz、溝通碼亦沒專利問題,故成為閱讀器生產廠傾向採用的制式,也是日本、中國、美國等地採用的標準。 
 
6. UID(日本) 
主導日本RFID標準研究與應用的組織是T-引擎論壇(T-Engine Forum),該論壇已經擁有成員475家成員。值得注意的是成員絕大多數都是日本的廠商,如NEC、日立、東芝等,但是少部分來自國外的著名廠商也有參與,如微軟、三星、LG和SKT。T-引擎論壇下屬的泛在識別中心(Ubiquitous ID Center--UID)成立於2002年12月,具體負責研究和推廣自動識別的核心技術,即在所有的物品上植入微型晶片,組建網路進行通信。UID的核心是賦予現實世界中任何物理物件唯一的泛在識別號(Ucode)。它具備了128位(128-bit)的充裕容量,提供了340x 1036編碼空間,更可以用128位元為單元進一步擴展至256、384或512位。Ucode的最大優勢是能包容現有編碼體系的元編碼設計,可以相容多種編碼,包括JAN、UPC、ISBN、IPv6地址、甚至電話號碼。Ucode標籤具有多種形式,包括條碼、射頻標籤、智慧卡、主動式晶片等。泛在識別中心把標籤進行分類,並設立了多個不同的認證標準。


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