VAC TagMaster Training Module T1, Page 1 TagMaster AB Обучающий семинар TagMaster 2013 Технология RFID
TagMaster AB TagMaster Training Module T1, Page 2 Содержание Значение термина RFID Классификация RFID-систем История технологии RFID RFID-система Радиоволны
TagMaster AB TagMaster Training Module T1, Page 3 Значение термина RFID Радиочастотная идентификация (RFID) – это способ автоматической идентификации и контроля за передвижением объектов, предполагающий взаимную передачу данных между считывателем и электронной меткой объекта посредством радиосигналов.
TagMaster AB TagMaster Training Module T1, Page 4 Классификация RFID-систем По частоте 125/134 kHz MHz MHz 2.4 GHz GHz По типу меток Пассивные Полупассивные Активные По типу протокола коммуникации метки и считывателя Соответствие конкретным требованиям Соответствие индустриальным стандартам и специализированные решения
TagMaster AB TagMaster Training Module T1, Page 5 Диапазоны частот RFID Низкочастотные (LF) и высокочастотные (HF) системы предназначены для ближней идентификации (1 см – 3 м). В качестве примера можно привести proximity-карты, используемые в системах контроля и управления доступом. Ультравысокочастотные (UHF) и сверхвысокочастотные (SHF) системы обеспечивают большее расстояние считывания (5 м - 50 м) и в основном используются для идентификации и контроля за перемещением автотранспорта. Системы TagMaster работают в диапазоне частот MHz и 2.45 GHz. LFMFHFVHFUHF 30 kHz300 kHz3 MHz30 MHz300 MHz3 GHz SHF 30 GHz MHz kHz MHz 2.45 GHz 5.8 GHz
TagMaster AB TagMaster Training Module T1, Page 6 Пассивные, полупассивные и активные метки Пассивные Полупассивные Активные 1. Проведите аналогии с фонариком и зеркалом 2. Как, по-вашему, эти свойства сказываются на цене, сроке службы, сроке стабильной работы и расстоянии считывания? Без передатчика (обратное излучение) Без источника питания (питание от радиочастотного поля) Без передатчика (обратное излучение) Батарея питания логических схем Активный передатчик Батарея питания логических схем и передатчика
TagMaster AB TagMaster Training Module T1, Page 7 Протокол коммуникации метки и считывателя Коммуникационный протокол описывает «механизм» передачи данных между меткой и считывателем Различные компромиссные условия Максимальное количество меток, считываемых одновременно Время считывания одной или многих меток Пропускная способность канала передачи данных между меткой и считывателем Максимальное количество считывателей, расположенных в непосредственной близости друг от друга Потребляемая мощность метки Расстояние считывания Общестандартные или специализированные решения Стандартные отраслевые протоколы как, например, EPC Gen 2 позволяют приобретать метки и считыватели производства различных компаний. Такое решение может быть дешевле, но не всегда отвечает предъявляемым к системе требованиям. Специализированные системы могут быть настроены для удовлетворения особых требований
TagMaster AB TagMaster Training Module T1, Page 8 История технологии RFID – Часть 1 (История радио) 1865James Clerk Maxwell предсказал теоретическую возможность существования электромагнитных волн 1888Heinrich Hertz первым в мире произвел и зафиксировал наличие радиоволн 1893Nikola Tesla первым в мире продемонстрировал возможность беспроводной передачи данных 1895Guglielmo Marconi разработал первое коммерческое решение для радиоволновой коммуникации
TagMaster AB TagMaster Training Module T1, Page 9 История технологии RFID – часть Robert Watson-Watt получил британский патент за изобретение радара 1940В Германии разработана первая система IFF (идентификация друг/враг) 1945 Лев Термен изобрел The Thing - пассивное подслушивающее устройство, используемое СССР для шпионажа за посольством США 1948 Harry Stockman опубликовал научную работу под названием «Коммуникации посредством отражённого сигнала» 1973Mario Cardullo запатентовал в США пассивный приемоответчик – предшественник современных RFID-устройств Радар/IFF Макет The Thing Тройной башенный отражатель Стокмана Патент Cardullo
TagMaster AB TagMaster Training Module T1, Page 10 Свойства RFID-системы Главными составляющими RFID-системы являются считыватели и метки (опрашивающие устройства и приемоответчики) Считыватель соединяется с различными элементами СКУД. RFID-системы могут различаться по частоте, типу меток и протоколу коммуникации считывателя и метки и пр.
TagMaster AB TagMaster Training Module T1, Page 11 Антенны Антенны содержатся как в считывателях, так и метках Используются различные виды антенн Патч-антенны Дипольные антенны Антенны обладают различными диаграммами направленности Дипольная антенна и ее диаграмма направленности Патч-антенна и ее диаграмма направленности
TagMaster AB TagMaster Training Module T1, Page 12 Расстройка антенны Антенна метки настроена на получение радиоволн определенной частоты При размещении метки на объекте может произойти расстройка антенны Проблемы могут возникнуть с металлосодержащими или мокрыми объектами Не все метки подходят для работы со всеми материалами, но… … существует возможность разработать специальные метки для размещения на металлические поверхности или близко к воде Не подходит для крепления на металл Может крепиться на металлические поверхности
TagMaster AB TagMaster Training Module T1, Page 13 Пример расстройки антенны График на данном изображении показывает величину выходной мощности считывателя (30 dBm), требуемую для считывания метки формата EPC Gen 2 tag в зависимости от рабочей частоты (860-960 MHz) В обоих случаях метки идентичны Оптимизация под диапазон частот евро-стандарта (865.6867.6 MHz) Оптимизация для размещения на металлических поверхностях В одном случае метка размещена на металле, в другом – в свободном пространстве Как по-вашему, в каком случае метка размещена на металлической поверхности?
TagMaster AB TagMaster Training Module T1, Page 14 Единицы измерения мощности Выходная мощность RFID-считывателей может быть выражена в двух величинах ERP (эффективная мощность излучения) Относится к дипольной антенне (наиболее простая реальная антенна) EIRP (эквивалентная мощность изотропного излучения) Относится к теоретической изотропной антенне Перевод величин измерения мощности P EIRP = P ERP 1.64 Теоретическая изотропная антенна Дипольная антенна
TagMaster AB TagMaster Training Module T1, Page 15 Расстояния считывания и записи Расстояния считывания и записи зависят от характеристик как считывателя, так и метки. Основные параметры 1. Выходная частота и мощность считывателя 2. Характеристики антенны ID-метки (и выходная мощность для активной метки) 3. Чувствительность приемника считывателя Полупассивная система TagMaster 2.45 GHz Непрерывный сигнал от считывателя Модулированный по фазе отраженный сигнал от ID-метки
TagMaster AB TagMaster Training Module T1, Page 16 Область распознавания Областью распознавания называется область в свободном пространстве, где может быть произведено считывание метки. Область распознавания зависит от характеристик как считывателя, так и метки.
TagMaster AB TagMaster Training Module T1, Page 17 Пример области распознавания Пример области считывания в реальных условиях (разметка на асфальте)
TagMaster AB TagMaster Training Module T1, Page 18 Правдоподобность считывания Правдоподобность Расстояние [м] 100 % Идеальное считывание Фактическая точность Посредственное считывание или отказ 0 При приближении к границе области распознавания вероятность корректного считывания уменьшается со 100% до 0%
TagMaster AB TagMaster Training Module T1, Page 19 Правдоподобность считывания Фактические измерения правдоподобности считывания
TagMaster AB TagMaster Training Module T1, Page 20 Скорость проезда Чтобы увеличить разрешенную скорость идентифицируемых объектов следует увеличить время нахождения метки в зоне считывания. Траектория движения меток, установленных на боковой стенке скоростного поезда, должна пересекать зону считывания в самом широком месте.
TagMaster AB TagMaster Training Module T1, Page 21 Скорость проезда Системы TagMaster идентифицируют объекты, скорость которых составляет сотни км/ч
TagMaster AB TagMaster Training Module T1, Page 22 Скорость проезда В некоторых случаях (к примеру, метка размещена на передней стороне транспортного средства) время нахождения метки в зоне детекции может быть увеличено следующим образом:
TagMaster AB TagMaster Training Module T1, Page 23 Радиоволны Радиоволны – это электромагнитные волны, во многом схожие со светом, но имеющие ряд важных отличий. Электромагнитные волны распространяются самостоятельно и имеют 2 составляющие: электрическую и магнитную. Эти колебания распространяются в перпендикулярных плоскостях и перпендикулярны направлению распространения энергии.
TagMaster AB TagMaster Training Module T1, Page 24 Частотные диапазоны = гамма-излучение HX = жесткое рентгеновское излучение SX = мягкое рентгеновское излучение EUV = дальний ультрафиолет NUV = ближний ультрафиолет Видимый свет NIR = ближний ИК-диапазон MIR = умеренный ИК-диапазон FIR = дальний ИК-диапазон Радиоизлучение EHF = крайне высокие частоты (микроволны) SHF = сверхвысокие частоты (микроволны) UHF = ультравысокие частоты VHF = очень высокие частоты HF = высокие частоты MF = средние частоты LF = низкие частоты VLF = очень низкие частоты VF = речевой диапазон частот ELF = крайне низкие частоты Радиоволны
TagMaster AB TagMaster Training Module T1, Page 25 Принцип суперпозиции (наложения) Если в пространстве встречаются две волны и более, результирующая амплитуда в каждой точке будет равна сумме амплитуд этих колебаний.
TagMaster AB TagMaster Training Module T1, Page 26 Помехи Диапазон частот RFID-считывателей используется также другими системами 2.45 GHz сети WLAN, Bluetooth, микроволновые печи MHz (EU)Беспроводные телефоны (CT2) MHz (US) Беспроводные телефоны, интеркомы, радиомодемы Эти системы могут влиять на работу RFID-систем
TagMaster AB TagMaster Training Module T1, Page 27 Отражение/поглощение/ослабление Когда электромагнитная волна встречает на своем пути препятствие, часть волны отражается, часть поглощается средой объекта, а часть сигнала продолжает распространяться в ослабленном виде. Поведения радиоволн и света различны Картон блокирует свет, но пропускает радиоволны Вода пропускает световое излучение, но блокирует радиоволны Металлические поверхности отражают радиоволны Считывание через металл невозможно Отраженные радиоволны могут вносить помехи в неотраженные Вода поглощает радиоволны Считывание через воду невозможно (человек на 60% состоит из воды) Чем выше частота, тем сильнее эффект поглощения Стекло ослабляет радиоволны При размещении метки за лобовым стеклом автомобиля расстояние считывания может уменьшиться
TagMaster AB TagMaster Training Module T1, Page 28 Поглощение радиоволн водой Frequency (Hz) Absorption Coefficient (cm -1 )
TagMaster AB TagMaster Training Module T1, Page 29 Желаемая и нежелаемая идентификация Желаемая идентификация пользователь желает быть идентифицированным Нежелаемая идентификация пользователь не желает быть идентифицированным В первом случае RFID-технология удовлетворяет всем требованиям А во втором – всегда можно спрятать метку Закройте метку ладонью Поместите метку в металлическую коробку
TagMaster AB TagMaster Training Module T1, Page 30 Многолучевое распространение Радиоволны, достигающие метки разными путями, могут вносить помехи в друг друга В некоторых случаях, они могут друг друга полностью подавить. Расположение таких мертвых зон зависит от частоты. Перестройка частоты позволит разместить мертвую зону в нужном месте Полупассивная метка, в сравнении с пассивной, менее чувствительна к мертвым зонам, так как не использует радиоэнергию для запитки внутренних электросхем.
TagMaster AB TagMaster Training Module T1, Page 31 Скачкообразная перестройка частоты (FHSS) При включении данной функции считыватель скачкообразно и с небольшим шагом изменяет рабочую частоту Перестройка частоты решает множество возможных проблем Эффект отражения Помехи от других систем (WLAN и пр.) Данная функция наиболее эффективна в широком диапазоне частот Функция перестройки частоты включена по умолчанию! No FHSSFHSS
TagMaster AB TagMaster Training Module T1, Page 32 Поляризация Радиоволны поляризованы Антенны RFID-меток линейно поляризованы. Оптимальная производительность достигается при ориентации метки в соответствии с электромагнитным полем. RFID-считыватели TagMaster используют принцип круговой поляризации, что позволяет считывать произвольно ориентированные метки.
TagMaster AB TagMaster Training Module T1, Page 33 Отраженный от горизонтальной поверхности (воды и пр.) свет становится горизонтально поляризованным. Поляройдные солнечные очки блокируют горизонтально поляризованный свет, тем самым устраняя блики. Радиоволны имеют схожее поведение Горизонтально расположенная метка более чувствительна к отраженным от земной поверхности радиоволнам Многолучевая интерференция может привести к образованию «пустот» и «островов» в области считывания Горизонтальная метка может обеспечить максимальное расстояние считывания Вертикально расположенная метка обеспечивает наиболее стабильное распознавание в указанной области Поляризация и отражение от земной поверхности Область детекции вертикальной метки Область детекции горизонтальной метки
TagMaster AB TagMaster Training Module T1, Page 34 Frequency Regulations In 1897, Guglielmo Marconi founded The Marconi Company to commercially exploit wireless telegraphy. He signed a contract with Llyods insurance company and provided equipment and operators to the insured ships and all major seaports around the world. When competitors started to appear, Marconi decided to exclude them from his network by not allowing them to communicate with his operators. In 1902, Prince Henry, brother of the German Kaiser, was returning from the US on a ship with non-Marconi equipment. Prince Henry wanted to send wireless messages to both Germany and the US but the Marconi operators refused to communicate with him. The Germans realized that the Marconi Company might end up with a monopoly and the military implications of this worried them. The Kaiser invited the UK, France, Spain, Austria, Russia, Italy and the US to the first Berlin International Wireless Conference in 1903 to discuss regulations.
TagMaster AB TagMaster Training Module T1, Page 35 Frequency Regulations At the second Berlin International Wireless Conference in 1906 it was proposed that the ether be divided into regions by wave-lengths and the participants agreed to form the International Radiotelegraph Union. European nations started regulating radio soon after the conferences The US allowed unregulated use of radio frequencies until 1912 after the sinking of the Titanic. The lack of regulations contributed to the severity of the disaster when ships as close as 50 km could not hear the calls for help. Today, radio regulations are coordinated worldwide by the International Telecommunication Union (ITU), which is an agency of the United Nations.
TagMaster AB TagMaster Training Module T1, Page 36 Frequency Regulations in the US Frequency regulations in the US have been handled by the Federal Communications Commission (FCC) since Radio frequency devices are contained in the US Code of Federal regulations, Title 47, Part 15. The document is freely available at
TagMaster AB TagMaster Training Module T1, Page 37 Frequency Regulations in Europe National regulatory bodies, such as Post- och telestyrelsen (PTS) in Sweden, decide about frequency usage in their respective country. The European Conference of Postal and Telecommunications Administrations, CEPT, works to coordinate spectrum usage within Europe and to promote European interests in international negotiations. All standardisation work is done by the European Telecommunications Standards Institute, ETSI, which was created by CEPT in Their recommendations must generally be followed by all EU nations. The following standards are applicable to TagMasters products: ETSI EN , Radio equipment to be used in the 1 GHz to 40 GHz frequency range ETSI EN , Radio Frequency Identification Equipment operating in the band 865 MHz to 868 MHz with power levels up to 2 W The documents are freely available at
TagMaster AB TagMaster Training Module T1, Page 38 Safety and Health TagMasters readers have very low output power compared to many other radio devices Readers should be mounted so that a separation distance of at least 20 cm (8 in) from all persons is provided (Council Recommendation 1999/519/EC) A mobile phone can have 200 times the field strength of a reader TagMasters tags do not have any active transmitting elements The products have certificate for EN :2001 and EN :2001 regarding Exposure to Electro Magnetic Fields Electrical Safety and EN Health 1999/519/EC
VAC TagMaster Training Module T1, Page 39 TagMaster AB Конец