Количество публикаций на данную тему не уменьшается на протяжении нескольких лет. Это объясняется бурным развитием самой технологии RFID, освоением новых частотных диапазонов, регулярным появлением новых продуктов и новых приложений, где технология бесконтактной идентификации (или радиочастотной идентификации - Radio Frequency IDentification) позволяет решать задачи, ранее непосильные для технических и программных средств.
От хаоса к порядку, или история вопроса
Технология радиочастотной идентификации появилась на свет около 20 лет назад и весь этот период формировалась темпами, опережающими компьютерные технологии. Особенно интенсивно RFID совершенствовалась в последние 5-7 лет. Объяснить это можно двумя факторами: во-первых, развитие микроэлектроники позволило реализовать многие идеи, ранее недоступные по чисто технологическим причинам, а во-вторых, появились стандарты, применение которых обеспечило совместимость технических решений от разных производителей. Прежде чем рассматривать конкретные вопросы использования бесконтактной идентификации в различных областях человеческой деятельности, остановимся на общих принципах систем RFID и нормативных документах, которые определяют и будут определять в ближайшее время ход конструкторской мысли.
Основы технологии
Для тех, кто не знаком с технологией RFID, кратко изложим ее суть. Физические принципы (по крайней мере, для большинства частотных диапазонов) напоминают работу трансформатора или системы связанных контуров. Как известно, если взять две катушки и разместить их не очень далеко друг от друга, то они будут оказывать друг на друга взаимное влияние (рис. 1).
Рис. 1. Принцип работы пары "считыватель-идентификатор"
Считыватель содержит генератор высокой частоты G, который запитывает антенну считывателя Lc. За счет наличия электромагнитной связи М между антенной считывателя и антенной идентификатора (карты) LK в последней наводится переменное напряжение, величина которого зависит от конструктивного исполнения и расстояния между картой и считывателем. Наведенное напряжение используется для питания микросхемы карты DK через выпрямитель, образованный диодом VDп и фильтрующим конденсатором Сф. Микросхема карты DK модулирует напряжение в антенне IK путем ее шунтирования резистором Кш. За счет связи антенн модуляция появляется в антенне считывателя Lc, детектируется диодом VDд и поступает на микросхему считывав ля Dc, которая дешифрирует код карты и вь его на контроллер через интерфейс Int. По такому принципу работали первые пассивные R/O (Read Only - только для чтения) Proximity-карты и считыватели. Затем были созданы идентификаторы, способные не только передавать информацию считывателю, но и получать ее для целей программирования (записи информации в энергонезависимую память). С точки зрения основных принципов построения RFID-системы в считывателе появился модулятор, который модулировал излучаемую считывателем несущую, а в карте - детектор и перепрограммируемая энергонезависимая память, в которую записывалась передаваемая считывателем информация (рис. 2). Идентификаторы (карты) при такой технологии уже называются R/W (Read Write), то есть "чтение и запись".
Рис. 2. Система RFID с технологией Read/Write
Первые промышленные системы RFID обосновались в частотном диапазоне 125 кГц. Но с ростом потребности в объеме передаваемой за короткое время информации были разработаны и более высокочастотные системы, в частности, функционирующие в диапазоне 13,56 МГц.
Независимо от частотного диапазона и метода кодирования конструкция карт, действующих по технологии RFID, примерно одинакова, как и показано на рис. 3.
Рис. 3. Устройство Proximity-карты
Из принципа работы-пары "карта - считыватель" ,однозначно следует вывод: чем большую дальность считывания мы хотим обеспечить, тем больших размеров будет считыватель и тем выше должна быть излучаемая мощность. Для грубой оценки потенциальной дальности пассивной системы RFID-диапазонов 125 кГц и 13,56 МГц можно принять за основу тот факт, что предельная дальность считывания кода карты равна диагонали антенны считывателя. Если вас будут убеждать в ином - не верьте!
Частоты и стандарты
Чтобы осмысленно относиться ко всему последующему материалу, следует рассмотреть частотные диапазоны систем RFID и основные стандарты, которым подчиняются практически все современные разработки в этой области. Начнем с частот. Сегодня RFID "оккупировали" четыре частотных диапазона: 125 кГц, 13,56 МГц, 800...900 МГц и 2,45 ГГц. Сразу стоит отметить, что диапазон 800...900 МГц используется намного реже, чем остальные три, поэтому мы не будем останавливаться на нем более подробно.
Чем объясняется выбор этих значений частот? Да тем, что именно такие значения принимают "дыры" в забитых сегодня до предела расписаниях частот для самых различных систем связи военного и вещательного назначения. Собственно говоря, это те частоты, для которых в большинстве стран разрешено вести коммерческие разработки, не получая разрешений на использование частоты. Для примера отметим, что диапазон 2,45 ГГц - это частоты, на которых работают Bluetooth и Wireless LAN, то есть беспроводные сети бытового назначения. Естественно, что в каждом из частотных диапазонов RFID-системам присущи вполне конкретные особенности, которые нагляднее всего иллюстрируются условными графиками, приведенными на рис. 4.
Рис. 4. Зависимость параметров системы RFID от частоты
Следовательно, для каждого из диапазонов используются свои методы кодирования сигналов в паре "считыватель - карта", свои скорости передачи и алгоритмы разрешения коллизий. Механизм антиколлизий используется для того, чтобы при одновременном нахождении в поле считывателя нескольких идентификаторов можно было выбрать для диалога только один, который необходим в данный момент времени.
В старых системах Proximity без такого механизма одновременное поднесение к считывателю двух и более карт приводило к тому, что ни одна из них не читалась. Из дальнейшего материала нам станет ясно, что многие современные приложения на базе технологии RFID без этого инструмента попросту не могли бы функционировать.
Но вернемся к стандартам, поскольку именно унификация и стандартизация всегда были теми двигателями, которые позволяли частные решения интегрировать в мировую экономику. Сразу отметим, что стандартизация - это не событие, а процесс, который идет параллельно с развитием технологий, но, единожды укоренившись, стандарты действуют на протяжении достаточно длительного времени (справедливости ради отметим, что с определенного момента времени, к сожалению, становятся и тормозами прогресса).
Итак, для каждого из упомянутых частотных диапазонов действуют свои стандарты со своей степенью проработки. Наиболее общие их характеристики удобнее представить в табличной форме (см. таблицу).
В таблице не упомянут диапазон 800...900 МГц ввиду того, что он используется достаточно редко и автору неизвестны действующие для этого диапазона стандарты.
"Нестандартные" решения
Как это ни парадоксально, но в обороте сегодня находится колоссальное количество Proximity-карт, не соответствующих ни одному из рассмотренных стандартов. Просто они были разработаны и пущены в обращение до того, как стандартизация коснулась области RFID. Тем не менее в системах контроля и управления доступом (СКУД) именно эти карты пока занимают основные позиции, поэтому мы коротко остановимся на их характеристиках. Сразу отметим, что практически все они функционируют в старом добром диапазоне 125 кГц, для которого и 15 лет назад техническая реализация была вполне доступной.
Рассмотренные ниже "нестандартные" по сегодняшним подходам решения на протяжении многих лет были и отчасти остаются сегодня стандартами "де-факто".
Карты Indala
Indala (подразделение Motorola) – исторически один из первых серийных производителей карт и считывателей Proximity для СКУД.
Карты имеют фиксированную внутреннюю длину кода карты, равную 35 битам, при этом считыватели формата 26 бит "отрезают" лишнюю часть кода карты при преобразовании в формат Wiegand, в то время как считыватели-ридеры с большей длиной кода, например Wiegand 44 (по-другому именуемым AMicro) "разбавляют" выходной код битами, имеющими постоянное значение. Тип (размерность) выходного кода у Indala определяется считывателем. Идентификаторы Indala используют амплитудную модуляцию несущей, поделенной пополам, и схемотехническая реализация демодулятора в считывателе для них является одной из самых сложных.
Карты HID
В отличие от Indala, любой считыватель HID работает во всех форматах (Wiegand 26, Wiegand 35, Wie
