Caracteristici care Diferentiaza Sistemele RFID

Sisteme de Identificare prin Unde Radio- SIUR Curs master: Sisteme Electronice Avansate-SEA V 1.0

1

Capitolul 2

Caracteristici care diferenţiază sistemele

RFID

2.1 Caracteristici fundamentale care diferenţiază sistemele RFID

Sistemele RFID există în numeroase variante, produse de un număr mare de fabricanţi. Dacă se face o analiză generala asupra sistemelor RFID trebuie să se caute caracteristici care pot fi folosite pentru a diferenţia un sistem RFID de altul (Figura 2.1). Sistemele RFID funcţionează conform unor proceduri fundamentale şi anume:

- sisteme full duplex (FDX), - sisteme half duplex (HDX), - sisteme secvenţiale (SEQ).

In sistemele full si half duplex răspunsul tagului (transponderului) este transmis către cititor pe durata cât există câmpul de RF al dispozitivului de citire (reader). Deoarece semnalul tagului direcţionat către antena de receptie a cititorului poate fi extrem de slab în comparaţie cu semnalul transmis de dispozitivul de citire, trebuie să se utilizeze proceduri de transmisie corespunzătoare pentru a diferenţia semnalul tagului de cel al dispozitivului de citire. În practică, transferul de date de la tag la dispozitivul de citire are loc folosind modulatia de sarcină, modulaţia sarcinii folosind subpurtătoare, sau prin utilizarea de subarmonice ale frecvenţei de transmisie a dispozitivului de citire. În cazul procedurilor secventiale se întrebuinţeaza un sistem prin care câmpul de la dispozitivul de citire este întrerupt pentru scurt timp la intervale regulate. Aceste intervale în care nu există semnal emis de cititor sunt recunoscute de tag şi folosite pentru a trimite date de la tag la dispozitivul de citire. Dezavantajul procedurii secventiale este pierderea de putere de către tag pe timpul pauzei de transimisie, care trebuie compensată prin adăugarea de condensatori auxiliari sau baterii care pot asigura puterea necesară datorită energiei acumulate în condensatori sau în baterie.

Capacitatile de stocare a datelor de către tagurille RFID sunt în mod normal de la câţiva octeţi la câţiva kiloocteţi. Aşa numitul tag de 1 bit reprezintă excepţia de la această regulă. O cantitate de date de exact 1 bit este suficientă pentru semnaliza două stări către dispozitivul de citire şi anume: ‘tag prezent ’ sau ‘tag absent’ din câmpul de citire al cititorului. Totusi, aceasta metodă de detectare a prezenţei tagului este perfect adecvată pentru a îndeplini funcţia de monitorizare simplă sau funcţii de semnalizare. Deoarece un tag de 1 bit nu are nevoie de cip electronic, aceste taguri pot fi fabricate la preturi foarte mici. Din acest motiv, un numar enorm de taguri de 1 bit sunt folosite în Supravegherea Electronică a Articolelor (Electronic Article Surveillance - EAS) pentru a proteja bunurile din magazine şi tranzacţiile cu aceste bunuri. Dacă cineva încearcă să plece din magazin cu


2

bunuri care nu au fost plătite, dispozitivul de citire instalat la ieşire recunoaste starea de ‘prezenţă tag’ şi iniţiază reacţia corespunzătoare, respectiv declanşarea alarmei. Tagul de 1 bit este eliminat sau dezactivat cand bunurile sunt platite.

Figure 2.1 Diferite tipuri de sisteme RFID (Integrated Silicon Design, 1996)

Posibilitatea de a scrie date in tag ne furnizeaza o altă cale de clasificare a sistemelor RFID. In sistemele foarte simple informatia intregistrata de tag, de obicei un numar (serial) simplu, este incorporat cand cipul este fabricat si nu poate fi schimbat dupa aceea. In tagurile inscriptibile, pe de alta parte, dispozitivul de citire poate scrie informatie in tag. Sunt folosite mai multe proceduri pentru a stoca informatia pe un tag şi anume sistemele RFID cu cuplajele inductive sau sistemele RFID cu memorie EEPROM care sunt dominante. Sisteme RFID cu memori EEPROM prezintă dezavantajele consumului mare de putere in timpul operatiei de scriere si un numar limitat de cicluri de scriere (tipic de ordinul 100 000 pana la 1 000 000). În ultimii ani au început să fie utilzate memoriile FRAM (memorie cu acces aleator feromagnetic). Consumul de putere la citire a


3

memoriilor FRAM este mai mic decat a celor EEPROM cam de 100 de ori si timpul de scriere este de 1000 de ori mai mic. În sistemele de microunde se utilizează în special, memoriile SRAM (memorie statica cu acces aleator) care sunt folosite pentru stocarea de date si de a facilita cicluri de scriere foarte rapide. Dezavantajul principal al memoriilor SRAM este că pentru memorarea datelor este necesară o sursa de alimentare permanentă de la o baterie auxiliară. In sistemele programabile, accesul la scriere si la citire in memorie şi orice alte cereri pentru autorizare de scriere şi de citire trebuie sa fie controlate de către logica interna a procesorului de date. In cazul cel mai simplu aceste functii pot fi realizate de catre o masina de stare. Secvente foarte complexe pot fi realizate folosind maşini de stare. Pe de altă parte dezavantajul masinilor de stare este inflexibilitatea lor cu privire la modificarile aduse functiilor programate, pentru că astfel de modificari necesita modificari in structura cicuitului integrat respectiv în cipul de siliciu.În practica, aceasta înseamna redesenarea layout-ului cipului, cu toate cheltuielile asociate. Utilizarea unui microprocesor îmbunatateste aceasta situatie considerabil.Un sistem de operare pentru gestionarea aplicatiilor de date este inclus in procesor in timpul fabricarii folosind o masca. În acest mod se pot face mai uşor modificări ale programului si, în plus, software-ul poate fi adaptat special pentru a efectua diferite aplicatii. În contextul cardurilor inteligente fără contact se utilizează o masină de stare pentru a scrie sau citi informaţii în memorie, aceste carduri sunt cunoscute sub numele de "carduri de memorie", pentru a le deosebi de "cardurile cu procesoare". Trebuie de asemenea să fie menţionate tagurile care poate stoca date prin utilizarea unor fenomene fizice. În această categorie sunt tagurile cu de undă de suprafaţă care pot sa fie doar citite şi tagurile de 1 bit care pot fi de obicei dezactivate (setate la 0), dar foarte rar poat fi reactivate (setate la 1). O caracteristica foarte importanta a sistemelor RFID este sursa de alimentare a tagului. Tagurile pasive nu au propria lor sursa de alimentare si, prin urmare, toata puterea necesara pentru functionarea unui tag trebuie sa se faca de la campul (electric sau magnetic) al dispozitivului de citire. Pe de altă parte, tagurile active includ o baterie, care furnizeaza toata sau o parte din tensiunea de alimentare necesară microcipului. Una dintre cele mai importante caracteristici ale sistemelor RFID este frecventa de operare si distanţa în care poate să funcţioneze sistemul. Frecventa de operare a unui sistem RFID este frecventa la care transmite dispozitivul de citire. Frecventa de transmitere a tagului trebuie să fie corelată cu frecvenţa cititorului. In cele mai multe cazuri este aceeasi cu frecventa de transmitere a dispozitivului de citire (modulatie de sarcină, backscatter). Pe de altă parte, "puterea de transmitere" a tagului este în general mult mai mică decât cea a dispozitivului de citire. Raportul dintre puterea cititorului şi a puterera tagului este de ordinul (10 (3..6) ) Frecvente de transmisie sunt clasificate în patru game fundamentale :

- joasă frecvenţă LF (30-300 kHz), - înaltă frecvenţă HF (3-30MHz),


4

- frecvenţă ultraânaltă UHF (300MHz-3GHz), - microunde (> 3 GHz).

O alta clasificare a sistemelor RFID este in functie de distanţa maximă până la care sistemul poate să funcţioneze bine şi anume sunt sisteme RFID : - cu cuplaj apropiat (0-1 cm), - cu cuplaj la distanţă (0-1 m), - cu cuplaj la distanţă mare (> 1m). Există mai multe metode pentru a trimite date de la tag inapoi la dispozitivul de citire care pot să fie clasificate in trei grupe: - utilizarea reflecţiei sau backscatter (frecventa undei reflectate este identică cu frecventa emisă de dispozitivului de citire → raportul de frecvenţă 1:1 ), - modulatia de sarcină (campul electromagnetic al dispozitivului de citire este influenţat de catre tag → raportul de frecventa 1:1), - utilizarea subarmonicilor (cu raport 1/ n unde n număr întreg) si generarea armonicelor de ordinul 1/n în transponder. 2.1 Formate de constructie a tagului

2.2.1 Discuri şi monede

Cel mai comun format de constructie al unui transponder este asa numitul disc (moneda) în care tagul este într-o carcasă rotundă de plastic realizata prin injectie (ABS), cu un diametru variind de la câţiva milimetri la 10 cm (Figura 2.2). Exista, de obicei, o gaura pentru un surub de fixare în centru. Pe lângă injectarea prin solidificare de (ABS), se poate folosi polistiren sau chiar rasini epoxidice care asigură un domeniu de temperaturi de

functionare mai mare.

Figura 2.2 Diferitele formate de constructie ale tagurilor disc. În dreapta se poate vedea bobina tagului si cipul înainte de montarea in carcase, iar în stanga, diferite formate de constructii ale antenelor dispozitivelor de citire


5

2.2.2 Carcase de sticlă Tagurile în carcase de sticla (Figura 2.3) au fost dezvoltate pentru a fi injectate sub pielea unui animal in scopuri de identificare.

Figura 2.3. Model de tag în carcasă de sticlă de 32 mm utilizat la identificarea animalelor sau la introducerea ulterioară în alte formate Tuburile de sticla de doar 12-32 mm contin un microcip montat pe o placă de circuit imprimat (PCB) si un condensator utilizat la filtrarea alimentării tagului.Antena tagului este din sârmă de doar 0.03mm grosime pe un miez de ferita. Componentele interne sunt incluse intr-un adeziv relativ moale, dar rezistent la eforturi mecanice (Figura 2.4).

Figura 2.4 Componenţa unui tag pe support din sticla 2.2.3 Carcase de plastic

Carcasa din plastic (împachetarea în plastic, PP) a fost dezvoltată pentru aplicatii care implica solicitari mecanice deosebit de ridicate. Aceasta carcasa pot fi usor integrata in alte produse, de exemplu in cheile masinii în cazul sistemelor de imobilizare electronica, (Figura 2.5) utilizate la autoturisme.


6

Figura 2.5 Tag intr-o carcasa de plastic Produsul este realizat din materiale plastice (amestecuri de substanţe plastice care fixează IC şi celelealte componente) şi contine aproape aceleasi componente ca si tagul de sticla, dar bobina este mai mare şi asigură o distanţă mai mare de funcţionare (Figura 2.6).

Figura 2.6 Forma mecanica a unui tag intr-o carcasa de plastic. Carcasa este de doar 3mm grosime Carcasele din plastic au şi alte avantaje ca de exemplu capacitatea de a accepta microcipuri mai mari şi o mai mare tolerantă la vibratii mecanice, cerinţă care este ceruta de catre industria de automobile. Tagul PP s-a dovedit de bună calitate la testele de calitate referitoare la ciclurile de temperatura sau teste de lovire sau cădere de la înălţime. 2.2.4 Carcase utilizate la unelte metalice şi la identificarea recipientelor de gaz

Formate speciale ale carcaselor au fost dezvoltate pentru a instala taguri cu cuplaj inductiv in suprafete de metal. Bobina tagului este infasurata pe un miez ferita. Cipul tagului este montat pe spatele miezului de ferita si conectat cu bobina tagului prin lipire. Pentru a obtine suficientă stabilitate mecanică la vibratii şi toleranta la transferul de căldură, cipul si miezul de ferita sunt introduse într-un invelis PPS, prin utilizarea de răşină


7

epoxidica. Dimensiunile externe ale tagului şi dimensiunile zonei lor de montare au fost standardizate in ISO 69873 pentru a fi încorporate intr-un mâner de unealtă sau introduse într-o formă conică care permite o eliberare rapidă a tagului pentru identificarea instrumentului (Figura 2.7).

Figura 2.7 Tag intr-un format standardizat de constructie in conformitate cu ISO 69873, pentru montarea într-un mâner de instrument (reprodus cu permisiunea Leitz GmbH & Co, Oberkochen)

Modele diferite ale carcaselor sunt folosite la identificarea sticlelor de gaze naturale. În Figura 2.8 se arata forma unui tag pentru montarea pe o suprafaţă de metal.

Figura 2.8 Forma unui tag pentru incadrarea in suprafete metalice. Bobina tagului este infasurata in jurul unui miez de ferita in forma de U si apoi introdusa intr-un invelis de plastic. Tagul este instalat într-o incintă în forma de U.


8

Figura 2.9 Tag cu carcasă de tip breloc pentru un sistem de acces 2.2.5 Chei si suporturi de chei

Tagurile sunt, de asemenea, integrate in chei mecanice pentru funcţii de imobilizare sau inchidere de usi cu cerinte de securitate deosebit de ridicate. Acestea sunt in general bazate pe un tag intr-o carcasa de plastic, care este turnat sau injectat in suportul de cheie. Modelul de carcasă a tagului sub formă de brelocu s-a dovedit foarte popular pentru sistemele care furnizeaza acces în zonele de birou si de lucru (Figura 2.9).

Figura 2.10 Ceas cu tag integrat utilizat la un sistem de acces fara contact

2.2.6 Taguri introduse în ceasuri


9

Acest format de constructie a fost dezvoltat la inceputul anilor 1990 de catre compania australiana Ski-Data si a fost prima oara utilizat in permisele de schi. Aceste ceasuri cu tag fara contact au început să castige teren şi la sistemele de acces fără contact (Figura 2.10). Ceasul contine un cadru de antena cu un numar mic de înfăşurări imprimat pe o placă a unui circuit imprimat subtire, care este adaptat la carcasa ceasului cat mai aproape posibil pentru a mari la maximum suprafaţa bobinei antenei - si astfel raza de actiune. 2.2.7 Formatul ID-1 şi carduri inteligente fără contact

Formatul ID-1 este familiar cardurilor de credit si cardurilor de telefon (85.72mm × 54.03mm × 0.76mm ± tolerantele). Acest format începe să devină din ce in ce mai utilizat şi pentru cardurile inteligente fara contact din sistemele RFID (Figura 2.11). Un avantaj al acestui format pentru sisteme RFID cuplate inductiv este suprafaţa mare a bobinei, care mareste distanţa de citire a cardurilor inteligente. Cardurile inteligente fara contact sunt produse prin laminarea unui tag între patru folii din PVC. Foliile individuale sunt supuse la presiune înaltă si temperaturi peste 100 °C pentru a produce o legatură solidă.

Figura 2.11 Forma unui card smart fara contact : substratul cardului cu modulul tagului si antena Cardurile inteligente fara contact de tipul ID-1 sunt excelent adaptate pentru reclame şi de multe ori au supraimprimeuri artistice, cum ar fi cele de pe cartelele de telefon, prezentate în Figura 2.12. Pe de altă parte nu este intotdeauna posibil sa se asigure grosimea maxima de 0.8mm specificata pentru cardurile ID-1 in standardul ISO 7810. Tagurile din domeniul microundelor sunt mai groase, pentru ca in acest caz tagul este de obicei introdus intre doua invelisuri din PVC sau este asamblat prin injectare de material plastic (ABS) (Figura 2.13).


10

Figura 2.12 Card inteligent fara contact semitransparent. Antena tagului poate fi in mod clar vazuta de-a lungul marginii cardului

Figura 2.13 Taguri care funcţionează în domeniul microundelor in carcase din plastic 2.2.8 Eticheta inteligentă (smart label)

Termenul de eticheta inteligentă se refera la un format tag având ca support o hartie subtire. Tagurile de acest format au bobina tagului aplicata pe o folie de plastic de doar 0.1mm grosime prin imprimare sau gravura. Acesta folie este adesea laminata folosind un strat de hartie si spatele ei acoperit cu un strat de adeziv. Tagurile sunt furnizate sub forma de autocolante cu auto-adeziv sub forma unui sul de lungime mare, sunt subtiri si indeajuns de flexibile pentru a fi lipite pe bagaje, pachete si bunuri de toate tipurile (Figurile 2.14, 2.15). Deoarece etichete cu lipici pot fi usor supra imprimate, este relativ uşor să se adauge un cod de bare suplimentar de pe fata etichetei.


11

2.2.9 Taguri la care bobina este pe cip

In formatele de constructie mentionate anterior tagurile constau dintr-o bobina separata care functioneaza ca o antena si un cip care formează împreună tagul (tehnologie hibrid). Bobina este sudată de cipul tagului cu metode clasice.

Figura 2.14 Tagurile eticheta inteligentă sunt subtiri si indeajuns de flexibile pentru a fi atasate la bagaje sub forma unei etichete cu auto-adeziv

Figura 2.15 O eticheta inteligentă consta in principal dintr-o hartie subtire sau folie de plastic pe care se fixează bobina si cipul. În vederea miniaturizării se poate integrara bobina în cip (Figura 2.16). Acest lucru se poate face cu un proces microgalvanic special care poate fi introdus în tehnologia clasică CMOS. Bobina este plasata direct pe izolatorul cipului de siliciu sub forma unui aranjament în spirală (un singur strat) si conectată la circuitul integrat prin deschideri convenţionale în stratul pasivizat. Latimea conductorului este de 5-10µ m iar grosimea este


12

de 15-30 µ m. În final trebuie să se facă o pasivizare finala pe baza de poliamida pentru a garanta o legătură bună între antenă şi cip. Dimensiunea cipului cu siliciu şi a intregului tag este de doar 3mm x 3mm. Tagurile de acest tip sunt adesea incorporate intr-un invelis de plastic pentru a fi protejate de agenţi externi si la dimeniunile de Ø6mm × 1.5mm sunt printre cele mai mici taguri RFID disponibile pe piata.

Figura 2.16 Miniaturizarea extrema a tagurilor este posibila folosind tehnologia bobina in cip.

2.2.10 Alte formate

In plus fata de aceste modelele prezentate se fabrică şi modele speciale de carcase pentru taguri. Spre exemplu se cunosc "taguri pentru curse de porumbei" sau "cipul pentru campioni" utilizat la măsurarea timpului la întrecerile sportive. Tagurile pot fi incorporate in orice model solicitat de client. Cele mai utilizate sunt tagurile de sticla sau PP, care apoi sunt prelucrate suplimentar pentru a obtine forma finala.

2.3 Frecventa, domeniul de lucru si tipul de cuplaj

Cele mai importante criterii de diferentiere pentru sistemele RFID sunt frecventa de funcţionare a dispozitivului de citire, domeniul de lucru al sistemului şi sistemul de cuplare dintre cititor şi tag. Sistemele RFID funcţionează pe scara larga de frecvente, variind de la 135 kHz, sau unde lungi, până la 5,8 GHz care corespunde microundelor. Domeniul de lucru al sistemelor RFID variaza de la cativa milimetri pana la peste 15 m. Pentru cuplajul dintre cititor şi tag se utilizează câmpul electric, magnetic şi electromagnetic Sistemele RFID cu un domeniu de lucru foarte mic, de obicei pana la 1 cm, sunt cunoscute ca sisteme de cuplare apropiate. Pentru functionare corectă tagul trebuie sa fie introdus in dispozitivul de citire sau pozitionat pe o suprafata prevazuta pentru acest scop. Sisteme de cuplare apropiate folosesc atat câmpul electric cat si câmpul magnetic si pot teoretic funcţiona la orice frecventa între DC si 30MHz, deoarece functionarea tagului nu


13

se bazeaza pe radiatia electromagnetică. Cuplarea de aproape dintre tag si dispozitivul de citire asigură o putere suficientă pentru cipul din tag si deci chiar si un microprocesor cu consum de putere relativ mare poate să fie utilizat în cadrul cipului. Sisteme de cuplare apropiate sunt utilizate in principal in aplicatii care necesită cerinte stricte de securitate, dar nu necesita un domeniu mare de funcţionare. Exemple sunt sisteme electronice de inchidere a usilor sau sisteme de carduri inteligente fara contact utilizate la sistemele de plăţi. Tagurile de cuplare apropiate sunt utilizate in prezent exclusiv ca format de carduri inteligente fara contact ID-1 (ISO 10536). Pe de altă parte sistemele de cuplare apropiata înceep să devină mai puţin importante faţă de celelalte sisteme RFID. Sistemele RFID cu domeniul de scriere si citire de pana la 1m sunt cunoscute ca sisteme de cuplare la distanta. Aproape toate sistemele cuplate la distanta se bazeaza pe un cuplaj (magnetic) inductiv intre dispozitivul de citire si tag. Aceste sisteme sunt cunoscute prin urmare, de asemenea, ca sisteme radio inductive. Mai există de asemenea unele sisteme cu cuplaj capacitiv (electric) dezvoltate de Motorola Inc. în 1999.Sistemele cuplate inductiv sunt cel mai mult utilizate in prezent, reprezentând aproximativ 90% din toate sistemele RFID care sunt vandute.Exista, de asemenea, o serie de standarde care specifica parametrii tehnici ai tagului si dispozitivului de citire pentru diverse aplicatii standard, cum ar fi carduri inteligente fara contact, identificarea animalelor sau automatizari industriale. Asemenea standarde se referă la cuplarea de proximitate (ISO 14443, carduri inteligente fara contact) si sisteme de cuplare prin vecinătate (ISO 15693, etichete inteligente si carduri inteligente fara contact). Se utilizează ca frecvente de transmisie frecventele sub 135 kHz sau 13.56MH. Există şi aplicatii speciale (de exemplu, Eurobalise) care funcţionează la 27,125 MHz. Sistemele RFID cu domeniu de lucru mai mare de 1 m sunt cunoscute ca sisteme de

gama larga. Toate sistemele de gama larga functioneaza folosind unde electromagnetice in UHF si gama de microunde. Marea majoritate a unor astfel de sisteme sunt, de asemenea, cunoscute ca sisteme backscatter datorate principiului lor fizic de functionare. Mai există, de asemenea, sisteme de gama larga folosind taguri cu unde acustice în intervalul de microunde. Toate aceste sisteme sunt realizate la frecvente UHF de 868MHz (Europa) şi 915MHz (SUA) si la frecvente de microunde de 2,5 GHz şi 5,8 GHz. Domeniile tipice de până la 3m se pot obtine folosind taguri backscatter pasive (fără baterie), in timp ce domenii de 15m si chiar mai mult se pot obţine cu taguri backscatter active. Bateria unui tag activ nu se foloseşte pentru transmiterea datelor dintre tag si dispozitivul de citire ci serveste exclusiv pentru a alimenta microcipul si pentru pastrarea datelor stocate. Energia campului electromagnetic primita de la dispozitivul de citire este singura energie utilizata pentru transmisia de date intre tag si dispozitivul de citire.


14

2.4 Informatia prelucrata in tag

Daca clasificam sistemele RFID in functie de cantitatea de informatii conţinute, de functiile de prelucrare a datelor oferite de catre tag si de dimensiunea memoriei de date, se obtine o spectru larg de variante.Extremele acestui spectru sunt reprezentate de sistemele de mică capacitate (low-end) si sistemele sistemele de mare capacitate (high-end) (Figura 2.17).

Figura 2.17 Sistemele RFID pot fi clasificate in sisteme low-end si high-end in conformitate cu funcţiile pa care le realizează

2.4.1 Sisteme low-end

Sistemele EAS (sisteme Electronic Article Surveillance) reprezinta partea de bază a sistemelor low-end.Aceste sisteme verifica si monitorizeaza posibila prezenta a unui tag in zona de interogare a dispozitivului de citire folosind fenomene fizice simple. Tagurile numai cu citire cu un microcip sunt de asemenea clasificate ca sisteme low-end. Aceste taguri au un set de date codate permanent care consta in general numai dintr-un numar serial unic (numar unic) alcatuit din mai multi octeti. Dacă un tag numai cu citire este plasat in campul HF a unui dispozitiv de citire, tagul incepe difuzeze continu numarul


15

sau de serie. În cazul unui tag numai de citire nu este posibil pentru dispozitivul de citire să comunice bidirecţional cu acesta ci exista un flux unidirectional de date de la tag la dispozitivul de citire. In practica un sistem numai de citire poate să identifice un singur tag in zona de interogare a dispozitivului de citire.Daca în zona de citire sunt doua sau mai multe taguri ce transmit simultan va rezulta o coliziune de date. Dispozitivul de citire nu ar mai fi capabil sa detecteze tagul. In ciuda acestei limitari, tagurile numai cu citire sunt excelent adaptate pentru multe aplicatii in care este suficienta citirea unui numar unic. Din cauza functionarii simple a unui tag numai cu citire, zona cipului poate fi redusa la minim, astfel va rezulta un consum redus de putere si un cost de fabricatie mic. Sistemele doar cu citire sunt exploatate la toate frecventele disponibile pentru sistemele RFID. Distanţele de lucru ce pot fi atinse sunt in general foarte mari datorita consumului scazut de putere a microcipului. Sistemele doar cu citire sunt utilizate numai in cazul in care este necesara o cantitate mica de date sau unde pot inlocui sistemul de coduri de bare, de exemplu in controlul fluxurilor de produse, la identificarea de paleti, containere şi butelii de aragaz (ISO 18000), dar si la identificarea animalelor (ISO 11785). 2.4.2 Sisteme de gama mijlocie

Gama mijlocie este ocupata de o varietate de sisteme cu memorie care permit scrierea datelor pe tag, de unde rezultă ca acest sector are de departe cea mai mare diversitate de tipuri. Dimensiunile memoriei variaza de la cativa octeti la peste 100 KByte EEPROM (tag pasiv) sau SRAM (tag activ, adica tag cu baterie). Aceste taguri sunt capabile să interpreteze comenzi simple ale dispozitivului de citire pe baza unei masini de stare cu coduri predefinite pentru citirea si scrierea selectiva a datelor din memorie. In general asemenea taguri suporta procedurile de anticoliziune, astfel incat mai multe taguri situate in zona de interogare a dispozitivului de citire nu interfererează între ele si pot fi abordate in siguranta unul câte unul de catre dispozitivul de citire. Procedurile criptografice, si anume, de autentificare intre tag si dispozitivul de citire, si fluxul de date criptate sunt de asemenea utilizate in aceste sisteme. Aceste sisteme funcţionează la toate frecventele disponibile pentru sistemele RFID. 2.4.3 Sisteme high-end

Segmentul high-end este format din sistemele cu un microprocesor si un sistem de operare cu card inteligent (card smart OS). Utilizarea facilitatilor permise de microprocesoare poate să asigure o criptare mai complexa si sa utilizeze algoritmi de autentificare mai complicati decat în cazul sistemelor cu maşini de stare cu comenzi predefinite. Cele mai evoluate sisteme high-end sunt cardurile inteligente cu interfata duală, care au şi un coprocesor criptografic. Reducerea enorma al timpului de calcul care rezulta din utilizarea unui coprocesor inseamna ca asemenea carduri inteligente fara


16

contact pot fi folosite chiar si in aplicatii care impun cerinte ridicate de securitate spre exemplu pentru a asigura criptarea transmisiei datelor, cum ar fi poseta electronica sau sisteme de taxare pentru transportul public. Sistemele high-end sunt realizate aproape exclusiv la frecventa de 13.56MHz. Modalităţile de transmitere a datelor intre tag si dispozitivul de citire sunt descrise in standardul ISO 14443. 2.5 Criteriul de selectie pentru sistemele RFID

Popularitatea sistemelor RFID a crecut enorm in ultimii ani. Un mai bun exemplu al dezvoltării sistemelor RFID este utilizarea cardurilor inteligente fara contact ca bilete electronice pentru mijloace de transport public. In urma cu zece ani era de neconceput ca zeci de milioane de bilete fara contact sa fie acum in uz. Posibilele domenii de aplicare pentru sistemele de identificare fara contact s-au multiplicat de asemenea în ultimii ani. La ora actuală există numeroase sisteme RFID disponibile pe piata. Parametrii tehnici ai acestor sisteme sunt optimizati pentru diverse domenii de aplicare ca de exemplu pentru etichetare, identificarea animalelor, automatizari industriale sau controlul de accesului.Cerintele tehnice din aceste domenii de aplicare adesea se suprapun, ceea ce inseamna ca nu se poate face o clasificare simpla. Pe de altă parte nu există standarde obligatorii pentru sistemele RFID, cu câteva excepţii ca identificarea animalelor sau carduri inteligente cu cuplaj apropiat. Este greu chiar si pentru un specialist sa pastreze o privire de ansamblu asupra tuturor variantelor de sisteme RFID oferite in prezent. Prin urmare, nu este intotdeauna usor pentru utilizatori sa selecteze cel mai bun sistem adaptat la nevoile lor. In ceea ce urmeaza se prezintă un punct de luat in considerare atunci cand se selectează un sistem RFID. 2.5.1 Frecventa de lucru

Sistemele RFID care utilizeaza frecvente intre aproximativ 100 kHz si 30MHz functioneaza folosind cuplaje inductive. Prin contrast, sistemele de microunde in gama de frecventa 2.45-5.8 GHz sunt cuplate folosind campuri electromagnetice. Rata specifică de absorbtie a radiaţiei în cazul apei sau a substanţelor neconductoare este mai mică 100 000 la frecvenţa de 100 kHz decat este la frecvenţa de 1GHz. Prin urmare, la frecvenţe joase practic nu are loc absorbtie sau atenuarea radiaţiei. Sistemele HF de joasa frecventa sunt utilizate in primul rand datorita penetrarii mai bune a obiectelor de către radiaţia cititorului. Un exemplu in acest sens este un tag denumit bolus, plasat in omasum (Rumen) a bovinelor, care poate fi citit din afara la o frecventa de interogare <135 kHz.


17

Sistemele de microunde au un interval de lucru semnificativ mai mare decat sistemele inductive, de obicei, 2-15m. Cu toate acestea, in contrast cu sistemele inductive, sistemele de microunde necesită o baterie de rezerva suplimentara. Puterea de transmitsie a dispozitivului de citire este in general insuficienta pentru a furniza puterea necesară pentru functionarea tagului. Un alt factor important este sensibilitatea la interferentele campurilor electromagnetice, ca de exemplu cele generate de roboti de sudura sau motoare electrice puternice. Tagurile inductive sunt puternic influenţate de câmpurile electromagnetice. Sistemele de microunde sunt mai mult foloste la liniile de productie si la sistemele de vopsire din industria de automobile. Pe de altă parte sisteme RFID de microunde au o memorie de capacitate mai mare (pana la 32 Kbyte) si sunt rezistente la temperatura inaltă. 2.5.2 Domeniul de funcţionare

Domeniul de funcţionare pentru o anumită aplicatie este dependent de mai multi factori (Figura 2.18) : • precizia de pozitionare a tagului; • distanta minima intre mai multe taguri in functionare simultană; • viteza de deplasare a tagului in zona de interogatare a dispozitivului de citire. De exemplu, in aplicatiile de plata fara contact – în cazul biletelor de transport public - viteza de pozitionare este foarte scazuta, din moment ce tagul este ghidat spre dispozitivul de citire manual. Distanta minima intre mai multe taguri, in acest caz, corespunde cu distanta dintre doi calatori care intra intr-un vehicul. Pentru astfel de sisteme exista un domeniu de funcţionare optim de 5-10 cm. O domeniu mai mare ar da nastere la probleme in acest caz, din moment ce mai multe legitimaţii de transport ar putea fi detectate de catre dispozitivul de citire simultan. Acest lucru ar face imposibila alocarea fiabila a biletului la pasagerul corect. Diverse modele de vehicule de diferite dimensiuni sunt adesea construite simultan pe linii de productie din industria de automobile. Astfel, vor rezulta variatii relativ mari la distanta intre tagul de pe vehicul si dispozitivul de citire care trebuie să poată fi pre-programate. Distanta de scriere / citire a sistemului RFID folosit trebuie prin urmare sa fie proiectate pentru domeniul maxim necesar. Distanta intre taguri trebuie sa fie astfel incat doar un tag să fie prezent la un moment de timp in zona de interogare a dispozitivului de citire. In aceasta situatie, sistemele de microunde in care campul este relativ directionat ofera avantaje clare fată de sisteme cuplate inductiv car au un câmp larg nedirecţional. Viteza tagurilor, fata de dispozitivele de citire, impreuna cu distanta maxima de scriere / citire determina durata de timp petrecuta in zona de interogare a dispozitivului de citire. Pentru de identificarea vehiculelor, domeniul utilizat de sistemele RFID, este necesar ca la viteza maxima a vehiculului, lungimea intervalului de timp petrecut in zona de interogare să fie suficienta pentru transmiterea datelor necesare.


18

Figura 2.18 Comparatia zonelor de interogare relativa a sistemelor diferite 2.5.3 Cerintele de securitate

Cerintele de securitate care se impun unei aplicatii RFID referitoare la criptare si autentificare, trebuie sa fie evaluate foarte precis pentru a elimina orice surpriza neplacuta in faza de implemntare. In acest sens, trebuie ca sistemul RFID să fie considerat că poate fi atacat prin diferite mijloace pentru procurare de bani sau bunuri materiale. In funcţie de locul unde este implementat sistemul RFID se pot împarti aplicatiile in doua grupuri: • aplicatii industriale sau închise; • aplicatii publice care au legatura cu bani si bunuri materiale.

Se vor prezenta doua exemple de aplicare diferite. Pentru început se va lua in considerare o linie de asamblare din industria de automobile ca un exemplu tipic a unei aplicatii industriale sau închise. Doar persoanele autorizate au acces la acest sistem RFID, astfel încat cercul de potentiali atacatori ramane rezonabil de mic. Un atac rau intentionat asupra sistemului sau falsificarea datelor pe un tag ar putea aduce la o functionare defectuoasa a secvenţei stabilite de tagul respectiv, dar atacatorul nu ar obtine nici un beneficiu personal. Probabilitatea unui astfel de atac poate fi setat egal cu zero, ceea ce înseamna ca pana si un sistem low-end fara logica de securitate poate fi folosit.


19

Al doilea exemplu este un sistem de taxare utilizat in transportul public. La un astfel de sistem, purtatoarele primare de date sunt cardurile inteligente fara contact, care sunt accesibile pentru oricine. Cercul de potentiali atacatori este astfel enorm. Un atac cu succes pe un astfel de sistem ar putea reprezenta daune financiare la scara larga pentru compania de transport public in cauza, de exemplu in cazul vanzarii organizate a cartelelor de calatorie falsificate. Pentru astfel de aplicaţii un tag high-end cu procedurile de autentificare si criptare este indispensabil. Pentru aplicatii cu cerinte de maxima securitate, de exemplu aplicatii bancare de tipul poseta electronica, numai tagurile cu microprocesoare ar trebui sa fie folosite. 2.5.4 Capacitatea memoriei

Dimensiunea cipului care conţine datele - si astfel clasa de pret - este determinata in primul rand de capacitatea de memorie. Prin urmare, tagurile numai cu citire, cu codare permanenta, sunt utilizate in aplicatii mari la care pretul este important şi la care sunt necesare mai puţine informatii stocate pe tag. Cu un asemenea tag se poate afla numai identitatea unui obiect.Alte date se află stocate in baza de date a computerului de comanda. Daca este necesar ca datele sa fie scrise inapoi pe tag este necesar un tag cu tehnologie de memorie RAM sau EEPROM. Memoriile EEPROM se află in primul rand in sistemele cuplate inductiv.Capacitatea memoriei este între 16 octeti la 8 Kocteţi. În sistemele de microunde se utilizează memorie SRAM alimentate de la o baterie de rezerva.Capacitaile memoriei din aceste sisteme variaza de la 256 octeti la 64 Kocteţi.

Documents

Caracteristici care Diferentiaza Sistemele RFID