Виды RFID-меток: частоты и отличия UHF, HF и LF

RFID технология разработана для идентификации объектов с помощью радиосигналов. Система RFID применяется на складах, в логистике, в торговле, в здравоохранении и платёжных сервисах. С помощью RFID-меток можно ускорить рабочие процессы и повысить точность учёта.

Но одна из самых распространённых ошибок предпринимателей, которые в первый раз внедряют RFID — это неправильный выбор типа RFID-меток. Нужно учитывать, что радиометки не являются универсальными. Работа ведётся на разных частотах, и от выбора диапазона зависит дальность передачи сигнала. Рассказываем, что такое RFID, и чем отличаются радиометки LF, HF и UHF.

Что такое радиочастотная идентификация

RFID расшифровывается как Radio Frequency IDentification. Это система идентификации объектов с помощью радиосигналов. Для работы системы требуется 3 основных элемента:

• RFID принтер или дубликатор. Устройство для записи информации.
• RFID-метка (радиометка, транспондер). Микрочип с антенной и защитным корпусом. На чип записывается информация. Антенна усиливает радиосигналы. Корпус позволяет закрепить метку на предмете, который нужно идентифицировать.
• RFID считыватель. Устройство для активации транспондеров, приёма и обработки данных.

RFID считыватель генерирует электромагнитное поле. Когда антенна транспондера попадает в это поле, микрочип активируется и передаёт записанные данные. Считыватель принимает сигнал и обрабатывает его, а затем устройство передаёт данные на компьютер.

Запись информации на радиометки происходит по определённым правилам. Есть международные стандарты, которые делают эту технологию доступной для пользователей из разных стран. Самые распространённые стандарты приведены в таблице:

Преимущества RFID идентификации

У RFID-меток есть много преимуществ по сравнению с бумажными и электронными штрихкодами. В ближайшем будущем RFID технология может стать основным инструментом для идентификации на производстве, в логистике и торговле.

Запись большого объёма информации

RFID-метка может хранить значительно больше данных, чем штрих-код. Например, на UHF метки, которые широко используются в складском деле и логистике, можно записать EPC идентификатор продукта объёмом 96 или 128 бит. У этих меток есть пользовательская память на 32, 64 или 128 бит, куда можно записать любые данные. Есть и радиометки, у которых объём памяти превышает указанные значения.

Считывание без прямой видимости

Чтобы штрихкод можно было распознать, он должен оказаться в поле зрения камеры сканера. Но RFID идентификаторы можно считывать без прямой видимости, потому что радиоволны способны проходить через препятствия. Например, при приемке товаров можно считать радиометки внутри упаковки, не вскрывая её.

Возможность считывания зависит от расстояния между радиометкой и считывателем. Влияет и наличие металлических предметов рядом. Дистанция считывания отличатся для меток, которые используют разную частоту.

Считывание на большом расстоянии

Большинство сканеров считывают штрихкоды стандартного размера на расстоянии до 30 см. RFID технология увеличивает дистанцию считывания. Существуют радиометки, которые поддерживают обмен сигналами на расстоянии до 300 м.

Считывание во время движения

Бюджетные сканеры не справляются со считыванием штрихкодов во время движения. RFID метки поддерживают обмен радиосигналами в определённом радиусе. Считывание во время движения не является проблемой, если RFID-метка не покидает зону действия считывателя. Это удобно для автоматизации работы на конвейере.

Параллельное считывание

Считывать несколько штрихкодов одновременно могут только продвинутые сканеры. Количество штрихкодов при этом не превышает десятка. Промышленные RFID считыватели могут считывать сотни или тысячи RFID-меток за секунду. Технология ускоряет инвентаризацию и приёмку товара. Сотрудник может одновременно считать все радиометки на стеллаже или на паллете.

Возможность перезаписи

Содержание штрихкода нельзя изменить после печати. Транспондеры могут быть одноразовыми или поддерживать перезапись данных. Содержание радиометок категории RW (Read and Write) можно многократно перезаписывать.

Устойчивость к неблагоприятным условиям

Бумажные штрихкоды портятся от трения или намокания, выцветают от времени или воздействия солнечных лучей. У радиометок есть прочный пластиковый корпус, который защищает микрочипы от неблагоприятной внешней среды. Кроме того, радиометки можно размещать внутри упаковки, что обеспечивает дополнительную защиту. Если продукция хранится в сложных условиях, лучше использовать RFID. Это будет более надёжным решением по сравнению с штрихкодами.

Информационная безопасность

У каждой радиометки есть уникальный идентификатор, который присваивается на производстве. Его нельзя изменить, что гарантирует защиту от подделки. Владелец может установить пароль для дополнительной защиты. Паролем можно закрыть возможность считывания или перезаписи. Внутри радиометки может одновременно храниться открытая и закрытая информация.

Какие бывают радиометки: дистанция, частота, тип питания

По дальности считывания радиометки можно разделить на 3 категории:

• Ближние: считывание на расстоянии до 20 см.
• Средней дальности: считывание на расстоянии от 20 см до 5 м.
• Дальние: считывание на расстоянии от 5 м до 300 м.

Радиочастотные метки используют разные диапазоны радиоволн. Основные рабочие частоты:

Пассивные радиометки

У пассивной радиометки нет собственного источника питания. Электрический ток индуцируется в антенне, когда она попадает в электромагнитное поле считывателя. Мощности хватает, чтобы активировать микрочип и передать ответный сигнал. Поскольку микрочип активируется в момент считывания, пассивные радиометки служат долго. Тонкие RFID микрочипы можно встраивать в стикеры или имплантировать под кожу.

Полупассивные радиометки

У полупассивной радиометки есть источник питания, но большую часть времени он выключен. После попадания в электромагнитное поле считывателя происходит активация. Источник питания усиливает ответный сигнал. Полупассивные транспондеры доступны на большем расстоянии, чем пассивные, и передают сигналы с лучшими характеристиками.

Активные радиометки

У активной радиометки есть источник питания, работающий непрерывно. Ресурса батареи хватает до 10 лет. Наличие источника питания увеличивает размеры и стоимость транспондера. Активные радиометки передают сигналы на расстоянии до 300 м. Качество сигналов остаётся высоким рядом с источниками помех. Активные радиометки превосходят пассивные и полупассивные по объёму памяти.

LF (125 или 134 кГц)

В диапазоне LF работают пассивные RFID метки. Диапазон обеспечивает приём радиосигнала на расстоянии до 30 см. RFID метки с частотой 125 кГц устойчивы к помехам, они не требуют точного позиционирования. Эта категория транспондеров предназначена для работы в спокойном режиме.

Радиометки RFID 125 кГц хорошо передают сигналы рядом с металлом или водой. Считыватели распознают метки через препятствия, если общая дистанция не превышает 30 см. Метки часто используют на предприятиях и животноводческих фермах, где много металлических конструкций и резервуаров с водой.

Сферы применения RFID меток 125 кГц:

• чипирование животных и людей;
• ветеринарные паспорта;
• контроль доступа в жилые дома и организации;
• ближние промышленные сценарии;
• организация парковки.

RFID метки, работающие в диапазоне 125 или 134 килогерца, не подходят для идентификации объектов на больших расстояниях. При считывании RFID меток типа LF иногда возникают ошибки. Но RFID метки 125 и 134 килогерц стоят недорого, и отличаются небольшими размерами, поэтому их выбирают многие компании.

HF (13,56 МГц)

В диапазоне около 13 МГц работают доступные RFID метки. Диапазон позволяет обмен данными на расстоянии до 10 см. Эти метки часто вшивают в документы и пластиковые карты для оплаты проезда.

Требования к радионейтральной зоне у HF меток менее строгие по сравнению с метками LF. Но если металл или вода находятся очень близко, будут возникать помехи. Метки в диапазоне 13,56 МГц более устойчивы к помехам от мобильных устройств.

Сферы применения RFID-меток 13,56 МГц:

• электронные документы;
• пропуска для организации входа на территорию;
• оплата проезда в общественном транспорте;
• учёт товаров в магазинах;
• платёжные системы;
• проверка билетов на мероприятия;
• NFC-сценарии со смартфоном;
• учёт пациентов и лекарств в клиниках.

Радиометки типа HF поддерживают несколько стандартов шифрования и аутентификации. Самый распространённый из них: ISO 14443 (виды A/B). На основе этого стандарта разработана система диверсификации ключей. Поддержка стандарта ISO 14443 позволяет создавать открытые системы на основе диапазона 13,56 МГц.

Но системы, работающие в диапазоне HF, не поддерживают распознавание объектов на больших расстояниях. Поэтому диапазон редко используется в ритейле, складском деле, логистике или на производстве. Для работы на больших расстояниях применяется диапазон UHF.

NFC технология

NFC является одним из вариантов HF. Главное отличие NFC заключается в двунаправленной связи в режиме peer-to-peer. По этому принципу NFC-устройства выступают одновременно в роли считывателя и приёмника, что открывает больше возможностей для интерактивных сценариев.

В большинстве случаев NFC предполагает использование смартфонов. Мобильные NFC сценарии используются для аутентификации пользователей и для платёжных операций. В протоколах NFC реализованы дополнительные механизмы обеспечения безопасности.

UHF (860—960 МГц)

Сверхвысокочастотные UHF метки работают в диапазоне от 860 до 960 МГц. В России действует ограничение частот: наша страна придерживается европейского диапазона 865–868 МГц. Метки в указанном диапазоне поддерживают обмен сигналами на дистанции от 6 до 10 м. Увеличенное расстояние для обмена сигналами даёт возможность использовать их в различных направлениях бизнеса.

Сферы применения UHF радиометок:

• автоматизация складов;
• учёт паллет, коробов и контейнеров;
• мониторинг движения транспорта;
• учёт товаров в магазинах;
• управление воротами;
• парковочные системы.

UHF метки разработаны не только для учёта товаров, но и для контроля подлинности. Стандартом являются микрочипы с памятью, раздёленной на две части. В одной части прописан уникальный номер радиометки, который нельзя изменить. Этот номер гарантирует подлинность микрочипа. Вторая часть памяти позволяет записывать любую информацию, в том числе номер товара по стандарту EPC Gen 2.0. Если конструкция радиометки это позволяет, вторую часть памяти можно перезаписывать.

UHF ближнего поля

UHF метки ближнего поля функционируют при высокой влажности, рядом с водой или металлом. Они получили распространение в аптеках и на складах, где хранятся фармацевтические товары. Эти устройства помогают вести учёт лекарств и контролировать их подлинность.

Типичные ошибки при внедрении RFID

Многие руководители, которые в первый раз внедряют RFID технологию, не проверяют диапазоны радиометок перед покупкой. Но HF метки не могут передавать сигналы на несколько метров, а LF метки не так удобны, как NFC. Если не разобраться в частотах перед покупкой, может оказаться, что купленные устройства полностью бесполезны.

Другая распространённая ошибка: не учитывать условия эксплуатации. На дальность считывания влияют:

• размеры антенны;
• ориентация радиометки в пространстве;
• окружающие материалы;
• наличие воды рядом;
• геометрия пространства;
• вид и мощность RFID считывателя;

Не стоит покупать оборудование без пилотного теста. Дальность считывания и качество сигналов всегда зависят от окружающей среды. Качество радиосигналов на предприятии будет отличаться от показателей, полученных в лаборатории. На практике расстояние обычно на 60-80% ниже, чем в спецификации на оборудования.

Перспективы развития RFID

RFID технология активно развивается, что связано с растущими требованиями к автоматизации и цифровизации бизнес-процессов. Новые поколение чипов отличается уменьшенными размерами и минимальным энергопотреблением. Производители работают над увеличением объёма памяти и интеграцией с IoT-платформами. Развиваются технологии производства меток, что позволяет уменьшить их стоимость. Ожидается, что к 2027 году объёмы производства увеличатся до 50 млрд штук в год, а цена пассивной UHF метки снизится до 2-3 руб. за счёт масштабов производства.

Подведём итоги

При внедрении RFID нужно учитывать, на какой частоте работают радиометки. Нужно выбирать транспондеры, учитывая цели автоматизации, а также условия эксплуатации. Правильный вопрос, не какие радиометки лучше, а какие частоты подходят под условия работы и поставленные цели.

Для сценариев с идентификацией людей с помощью бумажных документов, пластиковых карточек или смартфонов подойдёт HF. Можно рассмотреть NFC как один из популярных стандартов RFID.

Для специальных ближних сценариев подойдут LF метки. Эти устройства поддерживают передачу сигнала на дистанции до 10 см. Можно использовать их в сценариях, где данные будет комфортно считывать на близком расстоянии. Например, для организации входа по пропускам, которые надо подносить к RFID считывателю.

Для промышленности, торговли и логистики подходит UHF. Этот формат позволяет реализовать групповое чтение RFID-меток, считывать данные на большом расстоянии или во время движения.