`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

Как изменилось финансирование ИТ-направления в вашей организации?

Best CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

RFID, или Нестрашно о "страшном"

0 
 

Кто ничего не знает,
тот вынужден всему верить.
Мария фон Эшенбах

В уходящем году аббревиатура, использованная в названии материала, вызвала буквально фонтан статей, по сравнению с которыми "Враг государства" просто меркнет. Социальная активность достигла пика, успешные бойкоты следовали один за другим -- два часа убегающий Уилл Смит и прячущийся Хэкман, по-видимому, просто не знали, куда им действительно надо было обратиться. Короче говоря, триллер удался на славу, "по-киношному", и при этом "противные" подробности (как то -- стоимость изменения орбит разведывательных спутников, организация радиоперехвата в гигантских сетях связи и пр.) переживаний испортить не смогли.

RFID, или Нестрашно о "страшном"
Промышленная установка "массированного" считывания RFID-маркировки с упакованных палет с товарами
Достаточно только прочесть материал сайта SecurityFocus под названием "Чипы RFID -- они уже здесь" (раз мы уж начали с кинематографических ассоциаций, то не вспомнить культовый "Они живут" Карпентера просто невозможно), чтобы волосы встали дыбом, а руки лихорадочно начали перерывать упаковку или начинку чего_там_куплено_последним в поисках упрятанного "жучка". А если учесть, что последней "святой святых" -- наличным деньгам -- осталось быть "анонимными" не слишком долго (согласно проектам -- до 2005 г.), что только за этот год рынок RFID-устройств оценивается в 6 млрд. единиц и продолжает лавинообразно расти, жизнь может окончательно показаться безрадостной.

В общем, даже по классике жанра -- довольно введений. Самое время для хорошего "экшн". Поэтому давайте попробуем разобраться, что же такое эти страшные "они" (иначе -- RFID, еще по-другому -- транспондеры) и так ли "они" страшны на самом деле. Последнее, конечно, дело очень личное, и здесь решать каждому самостоятельно -- бояться или не бояться. Бесспорно одно -- то, что некий социальный эффект от массового использования RFID не просто будет, а уже есть.


Неконтактная идентификация

Страшновато звучит, но именно в этом сочетании слов заключается суть названия Radio Frequency Identification. К слову, этот термин (равно как инженерно-сленговый эквивалент, обозначающий конкретное устройство, относящееся к классу RFID -- "транспондер") далеко не нов. RFID -- это в том числе и то, что использовалось в боевых самолетах еще времен Второй мировой войны для дистанционного определения принадлежности ("свой--чужой"). RFID -- это также и средства навигации британских бомбардировщиков, отправлявшихся наносить ответные удары по Германии.

Итак, неконтактная идентификация. Не следует сразу же думать, что 6 млрд. "жучков" предназначены для "идентификации в широком смысле слова". Ни в коем случае. Львиная доля RFID-меток (в английском варианте -- tags), или транспондеров, представляет собой совершенно ничем не угрожающие свободам устройства, идентифицирующие не их носителя, а... самих себя. Речь идет о так называемых однобитных транспондерах, принципиально способных просто подтвердить факт своего наличия в чем-то. Хотя стандартное название однобитных транспондеров звучит тоже весьма подозрительно -- невоздержанные в образовании аббревиатур американцы не удержались и в этом случае, пополнив словари термином EAS (Electronic Article Surveillance), что дословно переводится как "электронное наблюдение за товарами". Впрочем, даже среди специалистов расхожим является менее "ужасный" термин "устройства-антиворишки" (anti-theft devices), совершенно точно отражающий назначение этих простых "меток" -- предотвращение мелких краж во время работы крупных объектов сети розничной торговли (магазинов, супермаркетов и пр.). Устройства EAS-класса по принципу действия далеки от компьютерной техники (скажем так -- компьютерная техника для них избыточна), но все же... чтобы их не бояться, лучше всего о них все-таки немного узнать.

RFID, или Нестрашно о "страшном"
Ручной RFID-считыватель для работы с индивидуальными товарами
Знакомство с однобитными транспондерами мы начнем с предварительного если не устранения, то хотя бы определения неточности в... самом термине. Собственно транспондер никакого понятия о "битах" и прочих атрибутах цифровой техники не имеет. Это устройство "ближе" к радиотехнике, чем к цифровой электронике (на самом деле даже не "ближе" -- оно просто фундаментально радиотехническое). А вот понятие "однобитности" появилось из-за того, что в силу элементарности самого транспондера его как самостоятельное устройство рассматривать даже и не принято -- только в составе системы "считыватель--транспондер". Именно в ней продуктом процедуры неконтактной идентификации является пресловутый один бит -- "есть или нет". Посему и мы постараемся оценивать эту систему в целом и только на уровне принципов действия, не вдаваясь в несущественные детали. Кстати, кажущаяся элементарность и очевидность задачи не смутили инженеров, и на сегодняшний день в EAS-системах использованы практически все возможные принципы действия -- радиочастотный, микроволновый, электромагнитный, магнитоакустический. Но у всех промышленных RFID-систем, построенных на этих принципах, есть одно общее свойство -- очень малый радиус действия, совершенно исключающий наблюдение за объектом не то, что из космоса, а даже с нескольких метров (поэтому не спешите подобно герою Уилла Смита отламывать каблуки туфель в поисках "жучков"). Это свойство по большому счету фундаментальное и своим существованием обязано не столько принципам действия, сколько здравому смыслу -- системы идентификации создаются для того, чтобы упростить и удешевить какие-либо процедуры. Поэтому от транспондеров требуются максимальные дешевизна и соответствие методу эксплуатации, заимствованному от военных: "выстрелил--забыл". Все это в совокупности означает очевидное инженерное ограничение -- транспондеры должны быть совершенно необслуживаемыми. А представить себе необслуживаемое устройство с источником питания очень трудно. Поэтому подавляющее большинство транспондеров действительно встроенного источника питания не имеют вообще. Добавим к этому неконтактный принцип работы и получим... именно крохотный радиус действия -- ведь энергию-то для работы устройства откуда-то брать нужно, а эффективных и безопасных способов передачи энергии на большие расстояния никто не придумал.

Радиочастотные однобитные RFID-системы основаны на известном большинству по школьной программе физики эффекте возбуждения колебательного контура на резонансной частоте. Считыватель у таких систем представляет собой пару гигантских катушек индуктивности -- передатчика и приемника переменного магнитного поля (частота 8,2 MHz является де-факто стандартной). Гигантскими катушки названы не случайно -- во многих магазинах они размещены в оправах специальных пропускных "дверей" или в характерных "колоннах", установленных у выходов. При попадании в область действия считывателя товара с RFID-меткой, содержащей параллелльно соединенную катушку индуктивности и конденсатор, в этой цепи возникают колебания, которые улавливаются приемной катушкой считывателя. Вот, собственно и вся "однобитность". Но, чтобы было понятно, что элементарность принципа действия весьма далека от простоты реализации, пару уточнений все-таки сделать нужно. Во-первых, пассивная цепь транспондера, кроме индуктивности катушки и емкости конденсатора, неизбежно включает в себя и паразитные активные сопротивления этих элементов, которые снижают амплитуду колебаний в цепи и ухудшают характеристики всей системы идентификации в целом. Для снижения влияний активных сопротивлений колебательный контур выполняется по гибридной технологии -- двумя слоями фольги толщиной 10 микрометров каждый, на "подложке" из полиэтилена толщиной 25 микрометров, с шириной проводников не более 50 микрометров. Так как в процессе производства даже таких элементарных "схем" разброс параметров неизбежен, то и резонансные частоты транспондеров будут отличаться от расчетной. Чтобы избавиться и от этой проблемы, считыватель осуществляет сканирование (изменением частоты) в диапазоне 10% от номинальной. И даже при всех этих технологических ухищрениях вероятность обнаружения транспондера далека от идеальной единицы. Так что на деле такая элементарная вещь оказывается весьма непростой. Зато однобитные метки становятся буквально сверхдешевыми, что предопределяет и упомянутое количество транспондеров на рынке -- теперь метки можно "лепить" на самые копеечные товары без существенного изменения их цены (однобитные транспондеры не являются повторно используемыми и представляют собой сугубо расходную составляющую в бюджете продавца, соответственно, их применение будет рациональным только в том случае, когда затраты на них меньше, чем потери от мелких краж). Да и их "габариты" и пленочное исполнение позволяют, например, дополнительно снизить расходы, переложив обязанности по интеграции транспондеров на производителя упаковки для товаров.

RFID, или Нестрашно о "страшном"
RFID-маркер трикотажного изделия. Благодаря "открытой" конструкции, снижающей стоимость, хорошо видны катушка-антенна и микросхема
Второй обширный класс однобитных транспондеров -- микроволновые. Здесь принцип действия -- "накачка" маломощным генератором колебаний сверхвысокой частоты (обычно 2,45 GHz) энергии в крохотный приемопредатчик, содержащий микроволновую антенну и всего один элемент -- полупроводниковый диод. Нелинейность диода обусловливает переизлучение такой меткой сигнала с измененным спектром, в котором наиболее сильна вторая гармоника, то есть с удвоенной частотой сигнала "накачки". Обнаружить ее -- дело техники. Подобные транспондеры уже далеко не так дешевы по сравнению с радиочастотными, они выпускаются в виде немаленьких пластиковых карточек и практически всегда повторно используются (естественно, из-за цены).

Впрочем, довольно о простом. Ясно одно -- EAS-транспондеры и системы нашим свободам не угрожают ровным счетом никак (разве что позволяют магазинным клептоманам получать дополнительную дозу адреналина благодаря вероятностному характеру процесса обнаружения "метки"). Обратимся к вещам более сложным и интересным как в реализации, так и в социальных аспектах их широкого распространения. Речь пойдет о так называемых "дуплексных транспондерах" -- несоизмеримо более совершенных микрокомпьютерных системах, не оснащенных встроенными источниками питания. "Пассивность" таких устройств вынудила конструкторов применить ряд весьма забавных приемов, сохраняющих в силе указанное выше правило -- незначительный радиус действия системы "считыватель--транспондер". Слово "незначительный" действительно ничего не значит без уточнения -- для стандартных промышленных систем такого класса экстремальным является расстояние буквально в два-три метра. Обычные же, наиболее распространенные устройства, могут функционировать в "сантиметровом диапазоне" -- при удалении транспондера от считывателя на расстоянии от единиц до нескольких десятков сантиметров. Более того, существующие стандарты на RFID-системы относят "метровые" дистанции к классу систем "большой дальности" (long range) и допускают применение в транспондерах источников питания. Назначение таких устройств -- сугубо "мирное" и одновременно далекое от забот обычного гражданина, в первую очередь касающееся учета крупногабаритных грузов и решения масштабных задач логистики. Эти RFID-системы самые "старые" и уж точно никому не угрожают (скорее наоборот -- их выход из строя угрожает, например, неприятной процедурой долгого поиска затерявшихся в путанице железных дорог нескольких вагонов с грузом). Поэтому long-range-системы мы дальше рассматривать не будем и вернемся к дуплексным пассивным RFID, из-за которых, собственно, и должно было возникнуть недоверие к технологиям идентификации (на самом деле в уходящем году, похоже, одной аббревиатуры RFID было достаточно, чтобы вызвать пусть небольшой, но все же публичный скандальчик).

Практически все современные дуплексные метки построены на принципе... трансформатора. Это означает, что необходимая для работы электроники метки энергия передается из "первичной обмотки", расположенной в считывателе катушки-антенны, во "вторичную обмотку" -- находящуюся в транспондере катушку-антенну -- за счет явления индукции. В транспондере полученная энергия накапливается в конденсаторе до момента, пока заряд конденсатора не становится достаточным для обеспечения кратковременной работы микросхемы-контроллера. Выполнив одно или несколько примитивных действий, контроллер полностью разряжает накопительный конденсатор, и такой процесс повторяется многократно -- до полной выдачи контроллером информации "о себе". Последней обычно бывает немного -- дуплексные RFID практически никогда не оснащаются объемами памяти, большими нескольких килобит (самые распространенные чипы для дуплексных меток имеют память емкостью 128 или 256 бит). К слову, о принципе действия: "трансформатор", образованный двумя катушками -- считывателя и транспондера, весьма неэффективная вещь. Так, при подведении к катушке передатчика-считывателя переменного напряжения амплитудой 100 В можно рассчитывать на получение максимум милливольтного уровня ответного сигнала от транспондера. Это заставляет применять хитроумные схемные решения (в современных системах они упрятаны в интегральные микросхемы, реализующие практически всю схемотехнику считывателя), не гарантирующие 100% вероятности точного считывания идентификационного кода. Плюс -- очевидные проблемы с электромагнитной совместимостью, когда сторонний более сильный сигнал совпадающей частоты может элементарно "задавить" слабый "писк" транспондера (по мнению экспертов, единственный способ избежать этих проблем -- отключить то, что мешает дуплексному RFID).

Проведенные в 2001 году "полевые испытания" масштабной дуплексной RFID-системы промышленного назначения показали, что нижний предел вероятности правильного считывания информации в реальных условиях составляет 97% (справедливости ради следует заметить, что эта цифра -- единственная, меньшая 100%, полученная за две недели испытаний) -- это при обеспечиваемой скорости считывания почти 200 меток в секунду.

Самый главный вопрос, ответ на который помогает понять назначение дуплексных RFID, -- это характер информации, хранящейся в их памяти. На сегодняшний день компании, масштабно применяющие RFID-маркировку своей продукции, используют предоставляемые возможности даже не для повышения потребительских качеств последней, а для устранения "вялотекущих болезней" в системе сбыта и технической поддержки, а также для защиты от подделок. Информация о сроке изготовления для скоропортящихся продуктов или лекарств, сведения о нормальных эксплуатационных параметрах для подлежащих периодическому обслуживанию изделий и т. п. -- перечень можно продолжать долго. Хороший пример разумного применения RFID дает компания Michelin, со следующего года "имплантирующая" во все производимые автопокрышки RFID-метки. С потребительской точки зрения "умные" покрышки теперь, во-первых, способны "рассказать" на станции техобслуживания о нормальных для них рабочих режимах, во-вторых, могут хранить информацию о пробеге (обновляемую на тех же техстанциях -- такая возможность, вообще-то, для столь критичной к безопасности детали автомобиля далеко не лишняя), в-третьих, уникальный идентификатор покрышки делает менее популярной практику краж дорогой "резины". Для автопроизводителей RFID-маркировка в данном случае означает упрощенную процедуру возврата покрышек с обнаруженным браком и существенно упрощает решение задач логистики. Естественно, что возможность "привязки" кода каждой покрышки, например к номеру кузова и двигателя автомобиля, означает некоторую дополнительную осведомленность компетентных органов, но они и без того компетентны во всем, что касается подучетных автомобилей и их владельцев -- это, так сказать, их обязанность и право одновременно. Зато обещаемый в будущем дешевый способ контроля за давлением в шинах во время движения (над которым сейчас "бьются" по заказу Michelin разработчики Texas Instruments) с использованием активных транспондеров с источником питания, рассчитанным на срок службы шины, возможно, сбережет не одну сотню жизней (тот, у кого в машине "стреляло" на скорости переднее колесо, хорошо понимает, о чем идет речь).


Что же будет?

Чем станет обязательная RFID-маркировка в будущем? В том, что она во многих видах потребительской продукции станет почти обязательной -- сомневаться не приходится (мы уже располагаем историей "взрыва" распространенности куда менее удобных, но все-таки нужных штрихкодов). Атрибутом тоталитарного общества нового типа или же просто еще одним почти латентным технологическим элементом, не вызывающим никаких потрясений и истерик (как тот же штрихкод)? Гадать не хочется... но удержаться от одного замечания все-таки трудно. Любая технология и ее продукты могут быть использованы как угодно -- и совершенно необязательно в соответствии с мрачными прогнозами...
0 
 

Напечатать Отправить другу

Читайте также

 
 
IDC
Реклама

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT