RFID Information System RFID 的技術原理與應用 Present By Jack Wang (2009 Fall)

Contents  RFID 介紹  RFID 發展歷史  RFID 組成元件與原理  RFID 組成元件  RFID 運作流程  RFID 技術原理  RFID 關鍵問題  RFID VS Barcode  RFID 分類  以電池的有無區分  以運作頻率區分  以標籤可讀寫性區分  RFID 特性  RFID 限制  RFID 應用  小結

RFID 介紹  無線射頻識別 (Radio Frequency Identification, RFID) 是一種無線識別技術，透過商品上的微晶 片「標籤」，可將資訊連至後端資料庫裡，用以 識別、追蹤與確認商品的狀態  可以透過無線射頻 (RF) 讀取到數值資料 (ID) ，統稱 RFID  是一種內建無線電技術的晶片，晶片中可存放一系列 資訊，如：產品別、位置、日期等，其體積可做到極 小，可隨附於所要識別的實體上，並可以非接觸的方 式，快速、且大量地讀寫其內容資料  最大的好處是能提高整體物品管理效率及節省人力成 本，比目前條碼系統，有更高效率與彈性

無線電波頻譜分類 (Radio Frequency)

RFID 頻率應用說明 頻段 讀取距 離 應用面優點缺點 低頻 (LF), < 135KHz < 0.5m 門禁卡 動物晶片 產品授權認證 汽車防盜 不像高頻靠近金屬或 液體的物品上時訊號 會被金屬或液體反射 回來 讀取距離短、無 法同時進行多標 籤讀取以及資訊 量較低 高頻 (HF), 13.56MHz 數公分 至數十 公分 智慧卡 圖書館圖書管理 門禁卡 傳輸速度較快且可進 行多標籤辨識 讀取距離短, 一 般多為近距離應 用 超高頻 (UHF), 868MHZ to 950MHz; 台灣為 922MHz~928M Hz <7m 棧板管理 貨物箱追踪 停車管理 航空行李及旅客 管理 取距離較遠、資訊傳 輸速率較快，而且可 以同時進行大數量標 籤的讀取與辨識，因 此目前已成為市場的 主流 金屬與液體的物 品上的應用較不 理想 微波 (Microwave) 2.4GHZ <1m 航空行李 物品管理 供應鏈管理 和超高頻段相似，但 是對於環境的敏感性 較高 金屬與液體的物 品上的應用較不 理想

RFID 發展歷史  二次世界大戰敵我飛機管制 ’s  政府機密室門禁 ’s  動物 ID ’s  交通運輸 ’s  智慧卡 ’s  Wal-Mart ’s  美國國防部 ’s  美國 911 恐怖攻擊 ’s  美國汽車輪胎爆炸 ’s

RFID 發展歷史 (Cont.)

RFID 組成元件  電子標籤 (Tag)  讀取器 (Reader) / 天線 (Antenna)  應用系統 (Application System) - 資訊系統 / 後端資料 庫系統 應用系統 讀取器 電子標籤 wire/wireless 天線

電子標籤組成元件 (Tag)  RFID 標籤主要由以下三者所組成：  RFID 晶片 包含邏輯控制單元、記憶體和收發器 進行解碼、解密和錯誤檢查等運算功能 記憶體空間從 16 位元到 512K 位元組以上  天線 用於接收讀取器發送的射頻資料或傳送出本身的識 別資料  電力來源 主動式：由標籤內部所附電源所提供 被動式：由讀取器送出的無線電波所提供

電子標籤的構造 標籤 收發器收發器 記憶體記憶體 IC 晶片 天 線天 線 邏輯 控制 單元 IC 晶片 電容器 天線 Memory Block 外觀範例

電子標籤的記憶體範例  RFID 標籤中，含有正式的名稱為 ISO14443A 是目 前 RFID 儲值扣款技術中最普遍的一個標準，又俗 稱 MIFARE 卡片，起初是由荷蘭飛利浦公司所制 定，包含有 MIFARE 1 、 MIFARE UltraLight 與 MIFARE Prox 三類，頻率為 MHz ，傳輸速 度為 106K/s ，目前最常用的為 MIFARE 1 ，例如 捷運優遊卡便是屬於這一類  而 MIFARE 1 又可以分成 S50 與 S70 這兩大類，主 要在於 EEPROM 記憶體大小不同，記憶體的控制 與存取方式皆相同。大致上是使用 Sector 與 Block 來劃分記憶體區塊，每個 Sector 內都有控制 Block 可以控制資料的存取權限

記憶體區塊範例說明

讀取器組成元件 (Reader)  RFID 讀取器由以下元件組成：  收發器 (Transceiver) 由發送器 (Transmitter) 和接收器 (Receiver) 組成 發送器負責發送讀取器的信號於標籤，然後再透過 讀取器的天線接收標籤的回應；而接收器則負責將 接收到的類比訊號傳送給微處理器處理  微處理器 將接收器傳來的類比訊號進行解碼和錯誤檢查  記憶體 儲存讀取器的配置參數和讀取到的標籤資料

讀取器組成元件 (Cont.)  Reader 元件組成 ( 續 ) ：  輸入輸出單元 根據外部事件將讀取器打開開關或關閉  控制器 允許使用者或是電腦程式控制讀取器的功能  通訊介面 提供讀取器與外部的互動；例如：傳輸內部儲存資 料或是接受和回應命令  電源供應 提供所有讀取器元件的電力來源

讀取器的構造 微處理器 電源 收發器 記憶體 控制器 讀取器 外觀範例

RFID 運作流程 讀取器 天線 標籤 ）））） （（（（ 應用系統 1 、讀取器透過天線送出 一定頻率的射頻信號 2 、當標籤進入無線範圍時產生感應電 流而獲得能量，向讀取器送出 ID 碼等訊 息 3 、讀取器採集訊息並解碼 4 、讀取器將訊息 / 數據送至應用系統 主機進行處理 被動式範例

RFID 通信技術原理  RFID 的通信原理可分為以下二種：  電磁感應（低頻和高頻） 當電流通過讀取器的天線時，會在天線周遭產生磁 場，此時 RFID 標籤一旦切入該磁場就會因為磁場的 改變而在標籤上產生感應電流，成為標籤運作的電 力來源  微波存取（超高頻和微波） 此類讀取器的天線成正負兩極狀，當電流通過時會 產生電波，使得遠方的標籤天線因為共振而產生電 力

通信原理 - 電磁感應 電磁感應原理 資料來源取自：資通安全專論 T RFID 相關應用與安全機制簡介

通信原理 - 微波存取 微波存取原理 資料來源取自：資通安全專論 T RFID 相關應用與安全機制簡介

RFID 關鍵問題  RFID Tag 讀取率／正確率  訊號干擾  訊號衰減／讀取距離／讀取角度  處理速度  電力來源

RFID VS Barcode 功 能功 能條 碼條 碼 RFID 讀取數量條碼讀取時只能一次一個可同時讀取多個 RFID 標籤資料 ; 降低人員處理速度 遠距讀取讀條碼時需要光線 RFID 標籤不需光線就可以讀或更新 資料容量儲存資料的容量小儲存資料的容量大 讀寫能力條碼資料不可更新電子資料可以反覆被覆寫（ R/W ） 讀取方便性條碼讀取時需要可看見與清楚 智慧型標籤可以很薄且如隱藏在包裝內仍然可讀 取資料 資料正確性 條碼要靠人工讀取，所以有人為 缺失的可能性 RFID 標籤可傳遞資料作為貨品追蹤與保全 堅固性 當條碼污穢與損壞將無法讀取即 無耐久性 RFID 標籤在嚴酷、惡劣與骯髒的環境下仍然可讀 取資料 高速讀取移動中讀取有所限制可以進行高速移動讀取 建置成本低高 環境限制低怕水與金屬

RFID 結合 Barcode Walmart 要求其前 100 名供應商在 2005/1/1 前， 必須在所有包裝箱和貨箱架上使用 RFID tag 資料來源： Scientific American, 2004/2

RFID 分類 - 以電池的有無區分  被動式 (Passive)  標籤由讀取器傳送的無線電訊號進行充電，來 回應相關資訊  半被動式 (Semi-passive)  標籤上有電池，當有事件觸發時可提供電力給 標籤，以增加讀取距離、運算能力或效率  主動式 (Active)  標籤上有電池，可由標籤主動傳輸射頻信號

RFID 以運作頻率區分  低頻 (Low Frequency, LF) ： 30~300KHz  高頻 (High Frequency, HF) ： 3~30MHz  超高頻 (Ultra High Frequency, UHF) ： 300~3000MHz  微波 (Micro Wave) ： 2.45~5.8GHz  所使用運作頻率會影響讀取距離

ISO 標準之頻段、特色與應用 頻段 ISO 對應標準特色典型應用 低頻 125kHz 135kHz ISO Two Type 被動式 通訊距離 < 1 米 Tag 厚度最厚 讀取速度慢 金屬及水之阻擋影響最小 易有環境雜訊干擾 無法製成貼紙形狀 門禁系統 動物識別 存貨控制 汽車晶片防盜鎖 高頻 MHz ISO Two Mode 被動式 通訊距離 < 1 米 金屬及水之阻擋影響次小 讀取速度中等 Tag 天線製作容易可製成貼紙形狀 門禁系統 智慧卡 悠遊卡 特高頻 433MHz ISO 主動式 通訊距離最長 ( 可達 100 米 ) 較不受阻擋物影響 Tag 有電源管理問題 Tag 尺寸略大 貨櫃電子鎖 車隊管理 鐵路車廂監控 道路收費系統 物流管理 停車場管理 超高頻 MHz ISO Two Type 被動式 / 半主動式 通訊距離長（被動 3 ～ 5 米、半主動可達 10 米） 直線前進特性次強 受水分影響 被動式整體特性適合物流業應用 極高頻 ( 微波 ) 2.45 GHz ISO Two Mode 被動式 / 半主動式 通訊距離長（半主動可達 15 米） Tag 尺寸最小 直線前進特性最強，易受金屬及水之阻擋影響 半主動式適合讀取速度快之電子標籤 最易受水分吸收影響

RFID 以標籤可讀寫性區分  Class0 – 唯讀 只能讀取不能作任何寫入，這是最基本類型的電子標籤，在出產時就將 EPC （ Electronic Product Code ）寫入晶片，並且無法對 EPC 做更改。  Class1 – 只可寫入一次 這是可寫入一次的電子標籤，這一種標籤在出產時不會寫入資料，購買的廠 商可以利用編碼器加入資訊。像 Wal-Mart 要求其供應商使用的就是這種的電 子標籤。  Class2 – 可讀寫 這是可重覆讀寫的電子標籤，適合用來儲存貨品編碼外的很多資料，例如有 效日期、產地或其他參考編號等。由於所寫入的資料會較多，所以標籤記憶 體容量也較大。  Class3 – 半被動式 除擁有讀寫功能外，是一種內附感應器的電子標籤  Class4 – 主動式 是含有電池的電子標籤，能發出訊號與其它標籤進行溝通，不須經過感應器

RFID 特性  可重複讀寫  可一次讀取多個  微型化／形狀多樣化  耐磨損／耐環境性  重複使用性  非可視／穿透性  資料記憶容量大

RFID 發展限制因素  標準  技術可靠度  專利  相容性  電波頻譜標準未定  成本  隱私權  業界作業流程或習慣

RFID 應用

課程小結  依照各種不同的環境與情況挑選適合的 RFID 類型  在 RFID 導入前須評估是否能在導入後真正增 加效益  如何利用 RFID 結合不同領域，成為更多有幫 助的應用是可討論的議題  RFID 在未來將會慢慢融合到我們的日常生活 中，但其安全性和隱私權的保護還是需要多 方的考量

RFID Information System Present By Jack Wang (2009 Fall)