CC BY
157112
системы идентификации
www.finestreet.ru
Новый протокол Gen 2
для систем радиочастотной идентификации
Ольга ГУРЕЕВА
Новый протокол RFID-систем Gen 2, недавно предложенный организацией по стандартизации EPCglobal, позволяет решить многие проблемы, свойственные протоколам предыдущего поколения.
Задача автоматического отслеживания товара на любом этапе его продвижения от производителя до потребителя является сегодня наиболее актуальной в области логистики. Хранение, инвентаризация, перемещение товара (рис. 1), определение местонахождения отдельных позиций в условиях непрерывного товародвижения, большого ассортимента и большого числа обслуживаемых клиентов требуют постоянного контроля в реальном режиме времени, который невозможен без комплексного использования технологии радиочастотной идентификации (ИРГО).
Для эффективного управления товаропо-токами, прежде всего, необходимо минимизировать многочисленные ошибки, вызванные человеческим фактором. Это ошибки при инвентаризации, комплектации и отгрузке заказов, пересортица, неверное планирование заказов, нерациональное использование складских площадей и множество других, что ведет к прямым и косвенным убыткам предприятия. Внедрение современных ИРГО-сис-тем позволяет избежать подобных потерь и дополнительно решить многие другие задачи, связанные с оптимизацией бизнес-процессов компании.
Наиболее перспективными сегодня являются RFID-системы, использующие новейший СВЧ-протокол Gen 2, предложенный организацией по стандартизации EPCglobal [1].
Несмотря на то, что появление протокола второго поколения (Generation 2 — Gen 2) стандарта EPCglobal было событием ожидаемым и широко обсуждаемым в кругу производителей систем RFID, мало кто из будущих пользователей имеет достаточное понимание того, чем новый протокол отличается от своих предшественников. Главная особенность протокола состоит в том, что он является единым общемировым открытым протоколом. В первом поколении стандарт EPC имел две модификации: Class 0 и Class 1. Международная организация по стандартизации ISO в свое время также утвердила два протокола: 18000-6А и 18000-6В. Таким образом, до настоящего времени существовало четыре протокола для систем RFID, работающих в СВЧ-диапазоне (табл. 1).
Ожидается, что в самом ближайшем будущем ISO утвердит Gen 2 как стандарт 18000-6С, после чего он будет официально признан единым международным СВЧ-протоколом для систем радиочастотной идентификации.
Это огромный шаг вперед как для пользователей, так и для производителей RFID-систем и оборудования. Сегодня наличие нескольких протоколов создает массу проблем для потребителей. Сделать правильный выбор в пользу того или иного протокола — задача не простая. В большинстве случаев неясно, какое оборудование следует закупать, чтобы система не только отвечала внутренним задачам организации, но и была совместима с аналогичной системой компании-контрагента (рис. 2). Протокол Gen 2 решает эти проблемы.
Следует отметить, что единый открытый протокол будет способствовать появлению на рынке большего числа поставщиков оборудования, что приведет к существенному снижению цен на их продукцию.
Еще одна важная особенность Gen 2 — это соответствие требованиям различных государственных регулирующих органов, предъявляемым к радиопередающим устройствам. Европейские регулирующие органы в области связи недавно внесли изменения в правила о порядке использования высокочастотных радиоэлектронных средств [2]. В частности, изменились требования к уровню излучаемой мощности RFID-устройств. Сегодня допускается значение ERP до 2 Вт (865,6-867,6 МГц), что увеличивает дальность считывания ридеров. Тем не менее, новые европейские стандарты остаются по-прежнему более жесткими, чем американские.
Протокол Gen 2 превосходит возможности предшествующих СВЧ-протоколов, так
системы идентификации 1113
Таблица 1. Четыре протокола для систем RFID, работающих в СВЧ-диапазоне
Основные параметры EPC Class 0 EPC Class 1 ISO 18000-6A ISO 18000-6B
Диапазон частот 902-928 МГц 902-928 МГц 860-930 МГц 860-930 МГц
Кодирование данных AM Pulse Width Mod. AM Pulse Width Mod. Pulse Interval ASK Manchester ASK
Соединение Периодичность битов В США: 25/12,5 мкс В ЕЭС: 62,5 мкс В США: 14,25 мкс В ЕЭС: 66,67 мкс Значение «0»: 20 мкс Значение «1»: 40 мкс 125/25 мкс
ридер-метка Скорость передачи данных В США: 40/80 кб/с В ЕЭС: 16 кб/с В США: 70 кб/с В ЕЭС: 15 кб/с 33 кб/с 8/40кб/с
Глубина модуляции (Min, Max) (20%, 100%) (30%, 100%) (27%, 100%) Номинал 15%: (13%, 17%) Номинал 99%: (90%, 100%)
Кодирование данных Passive Backscatter: FSK Passive Backscatter: Pulse Interval AM Passive Backscatter: Bi-phase space AM Passive Backscatter: Bi-phase space AM
Обратное Периодичность битов В США: 25 мкс/12,5 мкс В ЕЭС: 62,5 мкс В США: 7,13 мкс В ЕЭС: 33,33 мкс 25 мкс 25 мкс
соединение метка-ридер Скорость передачи данных В США: 40 / 80 кб/с В ЕЭС: 16 кб/с В США: 140 кб/с В ЕЭС: 30 кб/с 40 кб/с 40 кб/с
Общее время коммуникации значение определено заранее В США: 114 мкс В ЕЭС:534 мкс не должно превышать 100 мкс не должно превышать 100 мкс
Длительность сигнала сброса 800 мкс 64 мкс 300 мкс 400 мкс
Общие Арбитраж коллизий Deterministic binary tree search Deterministic/Slotted Adaptive Probabilistic binary tree search
характе- ристики Скорость чтения метки Среднее значение: 200 меток/с Максимальное значение: 800 меток/с Не определено Среднее значение: 100 меток/с Среднее значение: 100 меток/с
Кол-во считываемых меток Стандартом нелимитировано около 300 около 300 около 300
Тип памяти Только чтение Чтение-запись Чтение-запись Чтение-запись
Память Организация памяти EPC: 64/96 бит Код Kill: 24 бита Итого: не менее 120 бит EPC: 64/96 бит Код Kill: 8 бит Итого: не менее 104 бит До 256 блоков по 256 бит/блок (64 кб) До 256 блоков по 8 бит/блок (2 кб)
Безопас- ность Уровень Средняя ID0/ID1 + 24 бита Kill код Низкая Ридер передает весь или часть ID. Ридер может запросить Kill код Низкая Ридер передает ID пользователя. Блокировка части памяти при производстве меток. Отсутствие Kill кода Низкая Ридер передает ID пользователя. Блокировка части памяти при производстве меток. Отсутствие Kill кода
Таблица 2. Международные требования в области применения RFID-устройств
Северная Америка Европа Япония Корея Австралия Бразилия, Аргентина Новая Зеландия
Диапазон частот 902-928 866-868 952-954 908,5-914 918-928 902-928 864-929
Максимальная мощность передатчика 4 Вт EIRP 2 Вт ERP 4 Вт EIRP 2 Вт ERP 4 Вт EIRP 4 Вт EIRP 0,5-4 Вт EIRP
Количество частотных каналов 50 10 Подлежит определению 20 16 50 Изменяемая величина
Внеполосное излучение -50 Дб -63 Дб -61Дб -36 Дб -50 Дб Нет данных Нет данных
как использует разрешенные в Европе диапазоны частот более эффективно.
Во многих странах Юго-Восточной Азии и Южной Америки законодательство в области использования RFID-устройств пока только разрабатывается. В тех странах, где оно, пусть даже частично, принято (Япония, Корея, Австралия, Бразилия и некоторые другие), протокол Gen 2 полностью соответствует существующим требованиям (табл. 2).
Gen 2 разрабатывался таким образом, чтобы ридер мог считывать любые метки (транспондеры): от обычных пассивных с идентификационным номером до активных со встроенными датчиками.
Новый протокол учитывает опыт, накопленный в области внедрения и применения систем радиочастотной идентификации. Его функционал позволяет быстро и просто решать многие задачи, которые раньше требовали пристального внимания, а в некоторых случаях и особой изобретательности со стороны разработчика. В данной статье будут рассмотрены наиболее важные особенности Gen 2.
Режим плотного считывания
Протокол Gen 2 допускает три различных режима работы ридера:
1) режим одиночного считывания — в системе активен единственный ридер;
2) режим совместного считывания — количество одновременно работающих ридеров в системе меньше, чем выделенных каналов связи;
3) режим плотного считывания — количество одновременно работающих ридеров в системе превосходит количество выделенных каналов связи.
Последний режим является оптимальным для одновременной работы нескольких ридеров, расположенных на одной территории, например, распределительного центра, про-
изводственного участка, выставочного комплекса и т. д.
Режим плотного считывания предотвращает возникновение интерференции при использовании ограниченной полосы частот в диапазоне спектра, выделенного под RFID-устройства.
Проведем аналогию между СВЧ-спектром и транспортной магистралью. По многополосному шоссе автомобили могут двигаться, не создавая помех друг другу. В случае, когда дорога состоит всего из двух полос, вероятность возникновения взаимных конфликтов многократно возрастает. Для предотвращения аварийных ситуаций (коллизий) необходимо, чтобы существовали правила дорожного движения, которые выполнялись бы всеми участниками.
Для режима плотного считывания такими правилами являются:
а) соглашение об использовании СВЧ-спектра;
б) возможность узконаправленной передачи.
Используя аналогию с шоссе, ридер — это
грузовой автомобиль (ридер генерирует мощный радиосигнал), а метка — всего лишь велосипед (она отражает очень слабый обратный сигнал). В режиме плотного считывания выделенный СВЧ-спектр (в нашей аналогии — шоссе) делится на полосы. Грузовикам и велосипедам разрешено использовать различные, только им выделенные полосы, что предотвращает столкновение грузовиков с велосипедами. Протокол Gen 2 запрещает ридерам использовать полосы частот, пред-
назначенные для меток. Таким образом, метки «слышны» даже в случае одновременной передачи сигналов несколькими ридерами на смежных полосах. Режим плотного считывания также требует, чтобы ридеры использовали узкую спектральную маску.
По аналогии с шоссе это значит, что грузовики должны находиться только на своей полосе и никоим образом не смещаться на полосу велосипедов.
Сигнал ридера, который во много раз сильнее, чем обратный сигнал метки, попадая на полосу метки, маскирует ее передачу. По этой причине другие ридеры теряют возможность «услышать» любые метки на данной полосе.
Для предотвращения подобных ситуаций в режиме плотного считывания протокол Gen 2 разрешает ридерам вести только узконаправленную передачу сигналов.
Режим плотного считывания использует метод кодирования обратного сигнала под-несущей Миллера. Этот метод кодирования использует узкую полосу пропускания, позволяя отраженному от метки сигналу находиться только на своей полосе и не попадать в область действия ридеров.
Два варианта кодирования обратного сигнала
Протокол Gen 2 поддерживает также другой вариант кодирования обратного сигнала, называемый FM0. Метод FM0 активно применяется в существующих протоколах ISO,
114 і системы идентификации
являясь достаточно быстрым, но чувствительным к интерференции кодом. Поднесущая Миллера кодирует данные дольше, но устойчива к помехам. Электромагнитные помехи, создаваемые соседними ридерами, другими беспроводными устройствами и электрооборудованием, отрицательно влияют на работу ридеров и меток. Поэтому, если ридер работает не в режиме плотного считывания, то он может, в зависимости от электромагнитной обстановки, выбрать наиболее оптимальный метод кодирования отраженного от метки сигнала. Возвращаясь к аналогии с шоссе, код FM0 позволяет грузовикам и велосипедам использовать одну полосу движения. Метки в данном случае считываются намного быстрее (велосипеды имеют возможность двигаться по скоростным полосам). В случае использования поднесущей Миллера ридер может оперативно «перемещать» велосипеды (метки) на любые свободные от помех и незанятые другими грузовиками (ридерами) полосы.
Поднесущая Миллера работает медленнее, но дает возможность считать метку, когда FM0 терпит неудачу.
Защищенная read-write память
Метки первого поколения стандарта EPC Class 0 программировались в заводских условиях, в процессе производства их интегральных схем.
Метки Class 1 программируются самим пользователем, но в большинстве случаев только последовательно, одна за другой, по мере их появления из упаковочной катушки.
Метки, поддерживающие протокол Gen 2, не имеют подобных ограничений.
Информация может быть записана в любой момент времени, независимо от того, находится метка в катушке или предварительно нанесена на товар. Метка также может программироваться в момент движения (например, коробка с прикрепленной меткой перемещается по конвейеру).
Метка Gen 2 имеет четыре блока памяти — три основных и один дополнительный (табл. 3).
Первый блок памяти предназначен для хранения электронного кода продукции (EPC), второй — для хранения паролей, третий — для идентификационного кода самой метки, дополнительный блок служит для хранения данных пользователя.
В дополнительный блок можно записать, например, адрес доставки товара, срок годности продукта или любую другую необходимую информацию.
Таблица 3. Блоки памяти RFID-метки протокола Gen 2
Блок 00 Пароль команды Kill Зарезервированная память
Пароль команды Access Зарезервированная память
Блок 01 CRC-16 ЕРС память
Код проверки протокола ЕРС память
EPC (электронный код продукции) ЕРС память
Блок 10 Идентификационный код метки Ю память
Блок 11 Данные пользователя Память пользователя
Протокол Gen 2 предусматривает возможности защиты блоков памяти от перезаписи. Защита может быть временной и постоянной.
Производитель продукции может записать на метку электронный код товара и закрыть навсегда возможность перезаписи данной информации. Изменить код продукции на такой метке будет невозможно.
В дополнительный блок памяти производитель может записать идентификационный номер магазина или адрес, по которому доставляется товар, и защитить этот блок паролем для предотвращения несанкционированного изменения введенных данных.
В дальнейшем менеджер распределительного центра или сотрудник магазина смогут изменить записанную на метку информацию, если производитель, в свою очередь, не возражает против подобной операции и предоставляет им пароль.
Q-алгоритм
Одно из требований протокола Gen 2 — это наличие у меток уникального идентификационного номера. В противном случае может возникнуть коллизия и ридер «не увидит» метку. Тем не менее, существуют задачи, когда одним из условий является возможность использования меток с одинаковыми идентификационными номерами. В информационном плане это сходно с широко используемым сегодня штриховым кодированием. В большинстве случаев подобную задачу следует рассматривать как переходный этап на пути от штрихкодов к радиочастотной идентификации. Информационные системы многих торговых компаний пока не готовы обрабатывать уникальные идентификационные номера. Потребуется некоторое время, чтобы модифицировать используемые системы.
Поэтому несколько крупных торговых сетей обратились в EPCglobal с просьбой син-гулировать метки, то есть предоставить возможность на основе какого-либо алгоритма идентифицировать метки как уникальные, даже если электронный код продукции меток совпадает.
Решение этой задачи было предложено основателем компании Alien Technology Стивом Смитом (Steve Smith), который принял самое активное участие в разработке протокола Gen 2. Предложенный им алгоритм позволяет считывать метки в строгом соответствии с требованиями протокола.
Метки считываются при совпадении электронного кода продукции (EPC), а также в случае его отсутствия. Алгоритм Смита предоставляет возможность ридеру считать метку без запроса ее электронного кода, что существенно повышает уровень безопасности информационной системы. Ридер не отправит сообщение: «Метка 12 345, ты здесь?» Поэтому, если ведется несанкционированный сбор информации и прослушивается сеанс связи между ридером и метками, получить иденти-
фикационные номера меток таким образом не получится.
Инновационное решение Стива Смита получило название Q-алгоритм (или алгоритм запроса с параметром Q).
Протокол Gen 2 поддерживает на уровне меток функцию генерирования случайных чисел. Ридер отправляет меткам команду запроса со значением Q от 0 до 15, тем самым сообщая диапазон, в котором они должны сгенерировать случайные числа. Если ридер не получает ответ на запрос, то он уменьшает значение Q. Если приходит ответ от двух и более меток, то он увеличивает значение Q, увеличивая тем самым диапазон случайных чисел, которые могут быть сгенерированы метками.
Например, ридер отправляет запрос с параметром Q=4. Метки генерируют два случайных числа: одно в диапазоне от 0 до 65 535, второе в диапазоне от 0 до 2Q-1. В случае Q=4 верхняя граница второго диапазона равна 15. Таким образом, все метки выбирают второе случайное число в диапазоне от 0 до 15.
Далее, ридер просит метки, которые выбрали 0 для второго случайного числа, ответить. Если отвечает только одна метка, второе случайное число которой равно 0, то ридер просит сообщить ему первое случайное число этой метки. Получив от метки ответ, ридер отправляет ей команду подтверждения, то есть сингулирует метку. После того, как метка была сингулирована, ридер определяет ее как присутствующую: «Я знаю, что метка со случайным номером 94 721 находится в поле считывания». Ридер может присвоить метке уникальный идентификационный номер (EPC), если его не существует, или запросить у метки этот номер, если он у нее есть. Затем ридер посылает команду оставшимся меткам вычесть 1 от их второго случайного числа и сингулирует следующую метку, которая имеет значение 0. Ридер продолжит выполнение данной операции до тех пор, пока все метки не будут идентифицированы.
В случае, когда ни одна из меток не выбрала значения 0 для своего второго случайного числа, ридер отправляет меткам команду уменьшить второе случайное число на 1. Данный процесс будет продолжаться, пока не ответит метка со значением 0. Если ридер получает ответ от двух и более меток, то он генерирует команду отказа в подтверждении, после чего метки ожидают следующего запроса с параметром Q.
Сессии
В протоколах предыдущего поколения не было процедуры, предотвращающей возможные конфликты между ридерами при подсчете ими групп меток.
Например, рассмотрим следующую ситуацию.
Стационарный ридер начинает считывать метки, чтобы определить количество товара, находящегося на полках в радиусе его действия. Он считывает первую метку и посылает
системы идентификации 115
ей команду «уснуть». После того как первая метка «уснула», ридер может идентифицировать вторую метку. Второй метке он также отправляет команду «уснуть» и приступает к считыванию третьей метки и т. д. Процесс подсчета завершится при условии, что в радиусе действия ридера не останется ни одной «не спящей» метки. Предположим, что ридер прочитал примерно половину из существующих меток. В этот момент в область действия стационарного ридера попадает сотрудник склада, имеющий при себе мобильный ридер и занимающийся инвентаризацией некоторой группы товара. Его мобильный ридер генерирует команды запроса окружающим меткам, «пробуждая» их и заставляя ответить. Происходит конфликт между ридерами. Стационарный ридер вынужден приостановить выполнение текущей операции и начать процесс подсчета всех меток заново.
Во избежание подобных коллизий в протоколе Gen 2 предусмотрена процедура, называемая сессией. Метки имеют возможность ответить ридеру в четырех различных сессиях. Например, пользователь может настроить систему RFID таким образом, чтобы стационарные ридеры считывали метки в первую сессию, а мобильные, соответственно, в сессию номер два.
Сессии позволяют предотвратить интерференцию ридеров при одновременном выполнении разных задач.
Быстрое считывание
Протокол Gen 2 записывает и считывает данные с RFID-меток намного быстрее, чем любой другой существующий протокол. Gen 2 поддерживает скорость передачи данных от метки к ридеру равной 640 кбит/с, что в несколько раз превосходит значения протоколов Class 0 (80 кбит/с) и Class 1 (140 кбит/с).
Более высокие скорости обмена данными позволяют пользователям RFID-систем не замедлять свои производственные процессы при выполнении записи или чтения информации с метки. В протоколе Gen 2 также предусмотрено максимальное время записи 16 бит и 96 бит (EPC-код) информации. В первом случае это время не должно превышать 20 мс, а во втором — 140 мс. Таким образом, за одну секунду ридер может запрограммировать более семи меток.
Уменьшение ложных считываний
Еще одна проблема, с которой столкнулись пользователи RFID-систем предыдущего поколения — это ложные считывания. Ридер мог считать метку с некоторым идентификационным номером, в то время как метки с таким номером не существовало. По результатам испытаний, проведенных тестовым центром RFID Alliance Lab, при считывании 515 000 меток Class 0 было обнаружено 677 ложных считываний. Это примерно 1,3 ложных
считываний на тысячу меток. Дополнительные тесты с 100 000 считываниями подтвердили полученные результаты. Ложные считывания особенно нежелательны при проведении инвентаризации, а также во многих других приложениях, где достоверность получаемой информации является главным критерием работоспособности системы. В протоколе Gen 2 реализовано несколько процедур, существенно снижающих вероятность возникновения подобных ошибок. В соответствии с требованиями протокола Gen 2, метка должна ответить на команду запроса ридера в течение 4 мкс. Если метка отвечает в этом временном интервале, то ридер начинает диалог с меткой, в противном случае метка игнорируется. В свою очередь, метка в начале диалога отправляет ридеру преамбулу — определенный радиочастотный импульс. Если преамбула подтверждается ридером, то он приступает к считыванию данных с метки. При этом ридер проверяет данные на соответствие формату EPC.
Если формат совпадает, то ридер продолжает диалог с меткой, если нет, то ридер генерирует команду запроса следующей метке. Следует отметить, что процесс верификации на этом не заканчивается. Метки сообщают ридеру, сколько бит данных они отправили. Ридер сравнивает заявленное количество бит данных с фактически принятым количеством. Если эти значения совпадают, то ридер запускает процедуру контроля считанной информации, используя метод циклического избыточного кода (cyclic redundancy check). И только убедившись, что вся информация получена без искажений, ридер признает метку существующей.
Заложенные в протоколе Gen 2 процедуры верификации снижают вероятность появления ложных считываний практически до нуля.
Команда Select
Предшествующий протокол Class 1 позволяет ридеру идентифицировать группы меток по контрольному признаку. Предположим, что идентификационный код производителя какой-либо продукции — 12 345. Сотруднику склада необходимо подсчитать, какое количество товара поступило от данного производителя.
Сотрудник с помощью ридера подсчитывает количество меток, которые имеют электронный код продукции 12 345. Подобная операция позволяет пользователям RFID-системы оперативно проводить инвентаризацию и получать информацию в реальном режиме времени. Протокол Gen 2 предоставляет пользователям еще больше возможностей. Ридер может предварительно выделить необходимые метки с помощью команды Select (избирать). Ридер ищет совпадающие биты трех блоков памяти метки — блока электронного кода продукции (EPC), блока идентификационного кода метки и дополнительного блока данных
пользователя. Таким образом, отправляя команду Select, ридер избирательно активизирует метки, соответствующие указанному признаку. Допустим, что необходимо определить, нет ли в торговом зале пакетов с молоком, срок годности которых истек. С помощью команды Select ридер отбирает сначала тип товара «пакеты с молоком» по совпадению части их электронного кода в соответствующем блоке памяти. Затем, отправляя вторую команду Select, ридер в отобранной группе выделяет метки с другой частью электронного кода, указывающей на то, что молоко было упаковано более пяти дней назад.
Используя команду Select можно по заданным признакам быстро выбрать необходимую продукцию. Следует заметить, что команда Select только тогда станет мощным инструментом пользователя, когда записываемая на метку информация будет стандартизирована. Электронный код продукции, предложенный EPCglobal, можно рассматривать как первый шаг в этом направлении.
AB-симметрия
В предыдущих протоколах радиочастотной идентификации ридер считывал идентификационный номер метки, после чего отправлял ей команду «уснуть».
Тем самым исключались коллизии по причине возможной интерференции меток. Иногда требовалось длительное время, чтобы метка «проснулась», например, если она была прикреплена на глубоко замороженный продукт. В некоторых случаях метка могла «заснуть» навсегда.
В протоколе Gen 2 нет режима «заснуть» — «проснуться». Вместо этого протокол оперирует двумя симметричными состояниями, которые принимают значение А или В. Каждая метка имеет «флаг» одного из этих двух состояний. Допустим, что в области действия ридера находятся 50 меток А и 50 меток В. Задача состоит в том, чтобы считать только метки А. Данную процедуру ридер, согласно протоколу Gen 2, выполнит следующим образом. Сначала он подсчитает метки А и поменяет на них флаг с А на В. Затем он считает все метки В, меняя их флаг на А по мере считывания. На этом этапе ридер располагает информацией, что он посчитал 50 меток А и 100 меток В (50 А стали 50 В). Далее, когда он подсчитает полученные 100 меток А, он прекратит дальнейшее считывание, так как будет знать, что все метки посчитаны, и из них 50 меток являются метками А.
Преимущество АВ-симметрии состоит в том, что не требуется «выключать» и «включать» метку. В тех случаях, когда АВ-симме-трия применяется совместно с сессиями, становится возможно использовать для чтения меток несколько ридеров с перекрывающимися радиусами действия без возникновения взаимных коллизий. В соответствии с протоколом Gen 2 каждая метка имеет четыре пары
Таблица 4. Технические характеристики Gen 2 метки RI-UHF-00C02-03 G2 Texas Instruments
Параметр Значение параметра
Поддерживаемый протокол EPC UHF Gen 2
Рабочая частота 860-960 МГц
Объем памяти ЕРС 96 бит, программируется пользователем
Объем памяти ТЮ 32 бит, программируется производителем
Хранение данных 2 года при температуре +25 °С
Записывание/стирание данных 1000 циклов при температуре +25 °С
Рабочая температура -40...+65 °С
Температура хранения 1 шт. -40...+85 °С
Температура хранения в бобине -40...+45 °С
Радиус сгиба 15 мм
Размер антенны 88,9x25,4 мм
Размер метки 95,25x38,1 мм
Высота корпуса ИС 279,4 мкм
Материал подложки PET
Толщина материала подложки 75 мкм
Материал антенны Чернила для печати на основе серебра
Диаметр бобины внутр. 76,2 мм; максим. 381 мм
Кол-во меток на бобине 10 000 штук
Таблица 5. Конфигурация 96-битовой памяти EPC read/write/lock метки RI-UHF-00C02-03 Texas Instruments
Блок памяти Название блока памяти Адреса блока памяти Номер бита
0-1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13-14-15
70h-7Fh EPC [15:0]
60h-6Fh EPC [31:16]
50h-5Fh EPC [47:32]
012 EPC 40h - 4Fh EPC [47:32]
30h-3Fh EPC [79:64]
20h-2Fh EPC [95:80]
10h-1Fh Контрольные биты протокола
0F 0h 0 CRC-16
40h - 4Fh LOCK_BITS [9:0] KILL RESERVED
30h-3Fh Пароль доступа [15:0]
002 RESERVED 20h-2Fh Пароль доступа [31:16]
10h-1Fh Пароль команды KILL [15:0]
00h - 0Fh Пароль команды KILL [31:16]
Рис. 3. Метка RI-UHF-00C02-03 Texas Instruments
Таблица 6. Технические характеристики ИС PHILIPS UCODE EPC G2
Параметр Значение параметра
Общий размер памяти 512 бит
Блок памяти EPC 96 бит
Блок памяти ID метки 32 бит
Блок памяти пользователя 128 бит
Пароль доступа 32 бит
Пароль команды Kill 32 бит
Записывание данных 100 000 циклов
Хранение данных 10 лет
Поддерживаемый протокол EPC UHF Gen 2, ISO 18000-6C
Рабочая частота 860-960 МГц
Скорость передачи до 640 кбит/с
Антиколлизия протокол ALOHA
Дальность считывания до 7 м
Уникальный серийный номер 4 бит
Режим мультисчитывания 600 меток/с в Европе, 1600 меток/с в США
АВ-флажков, то есть по одной паре на каждую сессию. Четыре отдельные сессии позволяют одновременно нескольким ридерам считывать метки, предотвращая ситуации, когда один ридер отправляет метке команду «уснуть», а другой ридер, наоборот требует от метки «проснуться».
Рассмотрим следующую аналогию. Сотрудник склада подсчитывает количество коробок в одной из областей хранения. На каждую посчитанную коробку он наклеивает красную бирку (метке дается команда «уснуть»). В этот момент в эту область хранения заходит другой сотрудник, чтобы пересчитать коробки уже для своих целей. Пересчитывая коробки, он удаляет с них красные бирки (метке дается команда «проснуться»). После этого никто из них не сможет правильно посчитать коробки.
В случае АВ-симметрии процесс подсчета коробок выглядел бы так. Первый сотрудник наклеивает красные бирки на коробки, которые он посчитал. Затем он удаляет красные бирки и меняет их на желтые для подтверждения своего счета (флаг А метки меняется на флаг В).
Второй сотрудник, в свою очередь, на каждую подсчитанную коробку наклеивает зеленую бирку, меняя ее впоследствии на синюю.
Таким образом, каждый из них может подсчитывать коробки, не мешая друг другу.
Многобитный пароль
Предыдущий протокол Class 1 предусматривает возможность деактивации метки с помощью команды Kill (уничтожить).
Следует заметить, что команда Kill является не только инструментом защиты частной жизни покупателя промаркированной продукции, но и средством, с помощью которого злоумышленник может нейтрализовать метку с целью совершения кражи или других противоправных действий.
Для предотвращения несанкционированного использования команды Kill в протоколе Class 1 предусмотрена процедура деактивации метки только после получения соответствующего 8-битного пароля. Проблема состоит в том, что 8 бит кодируют только 256 уникальных номеров. Подобрать код для выполнения команды Kill в случае 8 битного пароля можно достаточно быстро. Столь короткий пароль для команды Kill был выбран неслучайно. Разработчики интегральной схемы метки стремились главным образом уменьшить ее размер, чтобы минимизировать стоимость метки.
В протоколе Class 0 используется 24-битный пароль, но, как подсказывает практика, этого также недостаточно для надлежащей защиты команды Kill от несанкционированного применения.
В протоколе Gen 2 предусмотрен 32-битный пароль для активизации команды Kill. 32 бита позволяют получить более 4 миллиардов различных вариантов паролей, что на-
много усложняет процедуру «отключения» метки без санкции владельца.
Из всего вышеперечисленного следует, что протокол Gen 2 по своим функциональным возможностям намного превосходит протоколы предыдущего поколения. Протокол Gen 2 является мощным инструментом для построения гибких и надежных систем радиочастотной идентификации.
Сегодня в линейке продукции многих известных производителей электронных компонентов появились готовые метки и отдельные интегральные схемы, соответствующие будущему стандарту 18000-6С (Gen 2). В качестве примера можно привести метку RI-UHF-00C02-03 производства Texas Instruments (рис. 3, табл. 4 и 5) и интегральную схему UCODE EPC G2 компании Philips (табл. 6).
Вопрос в том, сколько будут стоить для пользователей RFID-систем новые возможности и улучшенные характеристики Gen 2. По информации, предоставленной компанией Alien Technologies, интегральная схема Gen 2 содержит около 40 000 транзисторов (12 000 — для протокола Class 1). Это значит, что если ИС Gen 2 будут производиться по той же технологии, что ИС Class 1, то их площадь будет примерно в два раза больше площади ИС Class 1. Следовательно, стоимость ИС Gen 2 будет значительно выше. В случае, если будут использоваться более прогрессивные технологии производства интегральных схем, то можно ожидать, что площадь ИС Gen 2 составит не более 80% площади ИС Class 1. К сожалению, это не значит, что стоимость меток Gen 2 будет сразу на 20% ниже, чем стоимость меток предыдущих поколений.
Использовать новейшие технологии в производстве значительно дороже, чем применять старые технологические процессы. Таким образом, в краткосрочной перспективе стоимостный выигрыш от миниатюризации интегральной схемы в значительной степени нивелируется.
Можно предположить, что первоначальные цены на интегральные схемы и на метки Gen 2 будут несколько выше, чем на соответствующие компоненты предыдущих протоколов.
И все же это небольшая плата за возможность быстро и эффективно решать огромное количество прикладных задач, которые раньше требовали намного больше усилий, времени и денег. ■
Литература
1. www.epcglobalinc.com
2. ETSI EN 302-308. European Telecommunications
Standards Institute.
3. UHF Gen 2 System Overview. www.tiris.com
4. Texas Instruments Gen 2 Inlay. www.tiris.com
5. UCODE EPC 2, UHF RFID Smart Label IC.
www.semiconductors.philips.com
6. Understanding the EPC Gen 2 Protocol.
www.rfidjournal.com
