От радиолокационных систем до Интернета вещей

Радиочастотная идентификация окружает нас десятилетия. В этой статье рассказывается о том, как она развивалась от своих корней, начиная с радиолокационных систем Второй мировой войны до сегодняшней «горячей» технологии управления цепочками поставок.

Принято считать, что технология радиочастотной идентификации уходит корнями во времена Второй мировой войны. Немцы, японцы, американцы и британцы использовали радар, который был изобретен в 1935 году шотландским физиком сэром Робертом Александром Ватсоном-Ваттом, для предупреждения о приближении самолетов, находящихся за несколько миль. В то время проблема состояла в том, что не было способа идентификации принадлежности самолетов: какие принадлежат вражеской армии, а какие управляются своими пилотами, возвращающимися с задания.

Немцы обнаружили, что если пилоты при возвращении на базу делали двойной переворот через крыло («бочку»), то отраженный радиосигнал изменялся. Этот грубый метод предупреждал наземную службу, что это были германские самолеты, а не вражеские. И это была, по сути, первая пассивная RFID система.

Под руководством Уотсона-Уотта, который возглавлял секретный проект, британцы разработали первую активную систему распознавания «свой-чужой» (Identify Friend Foe). На каждом британском самолете размещался передатчик. Когда он принимал сигнал от наземной радарной станции, он начинал обратную трансляцию сигнала, который означал, что самолет «свой». RFID работает по такому же базовому принципу. Сигнал посылается на транспондер, который «просыпаясь», либо отражает сигнал (пассивная система), либо сам транслирует сигнал (активная система).

Развитие радарных и радиочастотных передач продолжалось в 50-е и 60-е годы. Ученые и академики в США, Европе и Японии проводили исследования и представляли отчеты, объясняющие как RF энергия могла бы использоваться для удаленной идентификации объектов. Компании начали извлекать прибыль из противокражных систем, которые использовали радио волны, чтобы определять был ли оплачен товар или нет. Электронные противокражные метки, которые используются и по сей день, имели емкость 1-бит. Бит либо активен, либо нет. Если покупатель заплатил за товар, метка отключена, и покупатель может уйти из магазина. Но если кто-то не заплатил, и пытается выйти из магазина, считыватели на воротах определяют метку и подают сигнал тревоги.

Первые RFID патенты

Марио В. Кардульо заявил на получение первого в США патента на активную перезаписываемую RFID метку 23 января 1973 года. В тот же год, Чарльз Уолтон, Калифорнийский предприниматель, получили патент на пассивный транспондер, используемый для открывания двери без ключа. Карта со встроенным транспондером передавала сигнал на приемник около двери. Когда приемник засекал соответствующий идентификационный номер, записанный в RFID метке, дверь открывалась. Уолтон залицинзировал данную технологию для Schlage и других компаний.

Правительство США также работало над RFID системами. В 1970-х Департамент Энергетики попросил Национальную Лабораторию в Лос-Аламосе разработать систему для отслеживания ядерных материалов. Группа ученых разработала концепцию размещения меток в грузовиках, а считыватели на воротах охраняемых объектов. Антенна на воротах активировала транспондер на грузовике, который передает идентификатор вместе с другими данными, такими как, например, идентификатор водителя. Проезжая через ворота метка в грузовике активируется с помощью передатчика и передает ID и другую информацию, включая номер водительского удостоверения. Эта система была коммерциализирована в середине 80-ых, когда ученые из Лос Аламоса, которые работали на проектом разрешили создать компанию, чтобы разрабатывать автоматизированные системы оплаты проезда. Эти системы стали широко использоваться на дорогах, мостах и тоннелях во всем мире.

По просьбе Департамента Сельского хозяйства Лос-Аламос также разработал пассивную RFID метку для отслеживания перемещения коров. Проблема состояла в том, что коровам давали гормоны и лекарства, когда болели. Но было трудно отследить, чтобы каждая корова получила нужную дозу, либо случайно не получила ее дважды. Лос-Аламос разработал пассивную RFID систему, которая использовала радиоволны на частоте 125 кГц. Метка в специальной стеклянной капсуле могла быть вживлена корове под кожу. Метка получала энергию от считывателя и просто отражала назад модулированный сигнал, используя так называемое обратное рассеяние. Эта система до сих пор используется для отслеживания коров по всему миру. Низкочастотные транспондеры также встраивались в карточки, используемые для доступа в здания.

Со временем компании начали коммерческое использование систем 125 кГц, а затем расширили спектр до высоких частот (13.56 МГц), который был нерегулируемым и не использовался в большинстве стран мира. Высокая частота позволяла увеличить дальность и скорость передачи данных. Компании, особенно европейские, начали использование этой частоты для отслеживания многоразовых контейнеров и других основных средств. Сегодня системы RFID 13.56 МГц используются для контроля доступа, в платежных системах (Mobile Speedpass) и в бесконтактных смарт-картах. Они также используются как противоугонное устройство в автомобилях. Считыватель в рулевой колонке считывает пассивную RFID метку в пластиковом корпусе ручки ключа. Если считыватель не прочитает идентификационный номер, на поиск которого он запрограммирован, автомобиль не заведется.

В начале 90-х, инженеры IBM разработали и запатентовали ультравысокочастотную (UHF) систему RFID. UHF предложила большую дальность считывания (до 20 футов при благоприятных условиях) и более высокая скорость передачи данных. IBM запустила несколько ранних пилотных проектов с Wal-Mart, но никогда не предлагала эту технологию для коммерческого использования. Из-за финансовых проблем в середине 90-х, IBM продала свои патенты компании Intermec, провайдеру систем штрихового кодирования. RFID системы Intermec были инсталлированы во многих различных приложениях, от складского учета до сельского хозяйства. Но в то время технология была достаточно дорогой из-за низкого объема продаж и из-за отсутствия открытых международных стандартов.

Развитие UHF RFID получило толчок в 1999, когда Uniform Code Council, EAN International, Procter & Gamble и Gillette профинансировали создание Auto-ID центра в Массачусетском Технологическом Институте. Два профессора, Дэвид Брок и Сэнджей Шарма, проводили исследования относительно возможности размещения дешевых RFID меток на всех продуктах, для отслеживания их в системе поставок. Их идея состояла в том, чтобы для удешевления метки записывать только серийный номер (простой микрочип, хранящий очень мало информации, стоил бы намного меньше в производстве, чем более сложные чипы с большей памятью). Данные на чипе, связанные с серийным номером, хранились бы в базе данных, которая была бы доступна через Internet.

Шарма и Брок по существу изменили способ применения RFID в системе поставок. До этого метки были мобильной базой данных, которая содержала информацию о товаре или контейнере, в котором они перевозились. Шарма и Брок превратили RFID в сетевую технологию, подключая объекты к Интернету через метку. Для бизнеса это было важным изменением, потому что теперь производитель давал возможность деловому партнеру автоматически прослеживать, когда товары вышли с фабрики или со склада, а ритейлер мог автоматически сообщать производителю, когда товары прибыли.

В 1999 году была сформулирована концепция Интернета вещей (Internet of Things - IoT), как как осмысление перспектив широкого применения средств радиочастотной идентификации для взаимодействия физических предметов между собой и с внешним окружением. Концепция и термин для неё впервые сформулированы основателем исследовательской группы Auto-ID при Массачусетском технологическом институте Кевином Эштоном на презентации для руководства Procter & Gamble. В презентации рассказывалось о том, как всеобъемлющее внедрение радиочастотных меток сможет видоизменить систему управления логистическими цепями в корпорации.

Между 1999 и 2003 годами, Auto-ID Центр оказал поддержку более сотни крупных компаний - конечных пользователей, а также Министерству Обороны США и многим ключевым вендорами RFID. Центр открыл исследовательские лаборатории в Австралии, Великобритании, Швейцарии, Японии и Китае. Он разработал два протокола (Class 1 и Class 2), стандарт EPC (Electronic Product Code) и сетевую архитектуру для поиска данных, привязанных к RFID-метке в Интернет. Технология была лицензирована Советом по уверсальному штрих-коду (Uniform Code Council - UCC) в 2003, а затем Uniform Code Council создал EPCglobal, как совместное предприятие с EAN для коммерциализации технологии EPC. Auto-ID Центр закрылся в октябре 2003 года, и все его исследовательские работы были переданы в Auto-ID Labs.

Несколько крупнейших мировых ритейлеров (Albertsons, Metro, Target, Tesco, Wal-Mart) и Министерство Обороны США заявили, что планируют использовать UPC технологию для отслеживания товара в системе поставок. Фармацевтическая, шинная, оборонная и другие отрасли промышленности также планируют использовать данную технологию. В декабре 2004 года EPCglobal утвердил стандарт второго поколения – Gen2, прокладывая путь к широкому применению RFID-технологии, чему мы являемся свидетелями в наши дни.

Статья переведена и подготовлена к публикации интернет-порталом ID Expert (www.idexpert.ru).

Семинар "Внедрение RFID-систем: что нужно знать, начиная проект" >>>