圖書館應用RFID技術之實務性研究 附註：本簡報部分內容曾發表於「RFID校園智慧圖書館座談會」(玄奘大學，2007/3/23)

識別系統 Auto-ID 指紋辨識 條碼 Barcode 光學文字 辨識 (OCR) 生物辨識 聲紋辨識 智慧卡 RFID RFID Smart Card RFID RFID

條碼系統 包含數字與文字 可使用雷射、紅外線掃描器判讀 種類超過225種以上 最普及為EAN碼(European Article Number) 1976由UPC (Universal Product Code)發展 世界第一套商業用條碼 包含13 digitals Country id*2, Company id*5, manufacture’s item No.*5 and check digital*1 基於EAN，衍生多種編碼 Code Codabar: medical/clinical application Code 2/5 interleaved: automotive industry, goods storage, heavy industry Code 39: processing industry, logistics, universities and libraries 二維條碼 可包含中、英文、數字、記號、字型、空白等 尺寸自由選擇，印刷方面，不只在白紙上印黑字，也可以彩色印刷 Ref: http://www.vcollege.org.tw/smartcity/collegeteach/barcodeweb/htm/ch1-1.htm 條碼的種類可區分一維條碼及二維條碼，UPC 碼的結構為一組印在商品包裝上的平行黑線和號碼，故又稱為「條碼」(Bar code)，只要利用條碼閱讀機(Barcode Reader)來讀取商品上的條碼，即可辨別所有商品，在美國和加拿大，UPC 碼一直延用至今。 1974 年，Intermec公司推出了39 碼，在工業及軍事上得到了廣泛的使用。1977 年，歐洲共同體正式成立了歐洲商品編碼協會(EAN)，以UPC 標準碼(UPC-A) 為基楚，制定出歐洲商品代碼(European Article Number) EAN-13 碼與EAN-811 碼。1981 年，EAN 已發展為國際性組織，改名為國際商品編碼協會。1981 年有128 碼被推出應用，1982 年之後又推出93 碼，其符號密度比39 碼高30%。其他還有交錯式25 碼、49 碼、16K 碼等，以上皆屬於一維條碼的種類，目前全世界已知的一維條碼系統約225 種，常用約40 多種

智慧卡 晶片式電子資料儲存與運算系統 最早出現於1984年電話預付卡 智慧卡 各種Card OS RSA DES 傳統卡片 開放式平台 Java Mutols WinCard

智慧卡家族(依ISO標準分類) ISO 7810 Chip cad ISO 7816 Contactless Chip cards Close coupling ISO 10536 Proximity ISO 14443 Vicinity coupling ISO 15693 Memory card Processor card Processor card Memory card Processor card Memory card Combi Card -I Combi Card -II

各種識別系統比較 項目 Barcode OCR Biometry Smartcard RFID system Typical data quantity (bytes) 1-100 — 16-64k Data Density Low High Very high Machine readability Good Expensive Readability by people Limited Simple Difficult Impossible Influence of dirt/damp Possible Influence of covering Total failure Influence of direction and position Contacts Medium Purchase cost/reading electronics Very low Operating costs None Unauthorized copying/modification Slight Possible( voice) Reading speed (including handling of data carrier) ~4 sec ~3 sec > 3-10 sec Very fast ~ 0.5 sec Maximum distance between data carrier and reader 0-50 cm < 1 cm (Scanner) Direct contact 0-50 cm (voice) 0-5 m, microwave

RFID與Barcode比較 RFID Barcode 容量 讀取範圍 運算能力 讀寫功能 價位 大(數bytes~數Kbytes) 小 無線通信 同時讀取多筆(20~1200items/sec) 光罩、雷射掃瞄可及範圍 運算能力 包含運算/認證/加解密能力 無 讀寫功能 分為read, write once, read/write三種 僅能讀取 價位 高(依通訊頻率不同) 極低 Copyright: 余顯強 功能性 成本 磁條、化學藥劑 被動式標籤 主動式標籤

陳年老酒－RFID 舊技術的新生命         1940年發明

RFID 無線射頻辨識系統 RFID，Radio Frequency Identification

RFID系統架構圖 RFID 系統 讀寫器(Reader) 詢答器/標籤 (Transponder;Tag)：常設計成貼標(label)狀 晶片 天線、線圈和金屬箔片-耦合元件(Coupling element) 封膜(Housing) 電源 標籤晶片 讀寫器訊號 標籤訊號 讀寫器天線 射頻模組 控制模組 Copyright: 余顯強

RFID類型-依頻率分 頻率 優點 缺點 應用 125kHz 134kHz 13.56MHz 860MHz 930MHz 2400MHz 低頻 125~134KHz 部署廣泛 金屬干擾低 讀取範圍小(1.5m內) 動物識別；容器管理； 防竊系統 高頻 13.56MHz 溼氣影響低 易受金屬干擾 圖書館應用；存取控制； 行李管理；零售商品追蹤 超高頻 860~960MHz 通信範圍高於其他標準 易受溼氣影響 Tag太近時，易產生頻差(detuning) 貨櫃、容器追蹤； 貨車追蹤 微波 2.45GHz 讀取範圍高 普及率不高；實作複雜； 未完全標準化 ETC Note: 提供RFID的公司可參考：http://transpondernews.com Source: Steven Shepard (2005), RFID, New York: McGraw-Hill, pp.168. 通信距離、電波強度因不同國別有不同距離與強度的規範 RFID主要於1990年進入，此時因電波法使得可用頻道所剩無幾

工作原理 天線 標籤 讀寫器 1.包含AC電能的電波(Continuous Wave, CW)及時脈訊號透過天線發送 2.標籤天線將AC電能轉成DC供給標籤晶片運作的電源，並將接受訊號中的時脈截取出來 標籤 3.標籤模組將接收的訊號解碼，並將運作後的資料傳回給讀寫器的天線 4.讀寫器將接收到標籤回傳的訊號解碼並取得資料 讀寫器

RFID類型-依結構分 RFID種類 特徵 成本 應用 讀取專用型 製程管控 物流系統 防止偽造 行李管理 低 可寫入資料型 低~中 只能讀取資料。由數十bits構成的特定ID編號 製程管控 物流系統 防止偽造 行李管理 低 可寫入資料型 內建數bytes~數Mb記憶體(EEPROM、FeRAM等)，可讀寫資料 低~中 內建微處理器型 內建微處裡器，使用內建ROM儲存之OS運作，用於提高安全性的用途 電子結帳 出入管理 會員卡務 高 含有感應器型 以內建溫度、壓力感應器為主流 動物識別 輪胎管理 ◆所有物品都成為通信對象 1

橘色參考書一本 藍色字典一本 灰色小說一本 讀取器 不需拆箱即可 同時讀取多筆資料 店頭倉庫即時庫存 讀取器 耐污、熱性強

同時讀取理論 休眠 休眠 可通訊範圍內多個RFID，對reader發出的訊號會一起回應，而發生衝突 解決方式 Time slot方法：依據RFID之ID錯開response time 休眠 回應 符合前兩bit者回應 1 ID 00 11 01 …00 休眠 回應 衝突 2 ID 10 01 01 …00 符合次兩bit者回應 衝突 3 ID 10 10 00 …00 符合後兩bit者回應 依binary code 先後次序回應 ∴先3後4 4 ID 10 10 11 …00

圖書館應用 門禁安全管理 防止未經授權情況攜出館外 (自助)流通借還 自動/批次借還作業 盤點作業 尋書、順架、盤點 自動分類

圖書館應用優點 減少流通出納負荷 降低圖書館員工作，增加與讀者之互動 擴增圖書館內部安全 降低館藏處理與管理成本 提供點收、移送、上架自動化 容易找出錯放狀況

實作研究 (計畫編號：NSC 95-2413-H-128-001-CC3)

研究步驟 計劃內容 評估 發展 佈署 ©余顯強 編製 場地環境 分析 產品測試 硬體設備 選擇 架構 設計 讀寫器 實測 網路連結 系統 整合 壓力測試 使用評量 評估 發展 佈署

圖書館應用之分析 (自助)流通借還 安全管理 盤點順架&尋書 自動分類 應用無線感應原理 優點 缺點 非接觸式，無磨損、可回收 瞬間自動讀取大量標籤，加快作業效率 內建資訊儲存空間，提供主動式資訊服務 缺點 單位裡館藏須全面安置標籤 感應失誤率高於磁條 投入成本不低 電磁輻射疑慮

研究應用目標 協尋與定位 取閱率計量 書架導覽服務 自動記錄館藏資料自動記錄館藏資料被使用的動線與最後出現的位置，可結合資料採礦軟體，分析館藏利用與使用者行為分析 取閱率計量 透過上架與離架的時間差，記錄開架式(不外借)館藏的使用次數，提供圖書館核心期刊使用率調查，以及採購的參考依據 書架導覽服務 導覽資料來源完全依據自動化系統統計之資料，完全不需增加館員額外處理導覽資料的負荷

流程說明

執行說明

問題與採用方案 1. 標籤型式 採用被動式標籤 主動式標籤具備自有電池，依電池決定使用壽命 感應距離過遠(over 5~100m) 體積大 價格高 採用被動式標籤

問題與採用方案 2. 頻率 13.56MHz感應距離過短 2.45GHz尚未標準化 採用900MHz，提供1.5m的感應範圍(實測)

問題與採用方案 3. 讀寫器設備 採用多重收發器 天線與讀寫器成本不低 天線角度與距離影響感應效率 多個天線降低感應之失誤率 讀寫器 標籤 控制模組 RF模組 天線 RF晶片 標籤 讀寫器外接天線 讀寫器 RF模組 控制模組

問題與採用方案 4. 橋接方式 採用TCP/IP橋接 現有方式為RS232或USB為主 距離短&需與電腦直接連接 移動不便 讀寫器 標籤 4. 橋接方式 現有方式為RS232或USB為主 距離短&需與電腦直接連接 移動不便 採用TCP/IP橋接 應用系統 網路 讀寫器 控制模組 RF模組 天線 RF晶片 標籤 TCP/IP RS232 訊號 轉換器

實務問題與困難 感應準確性 A天線供電，標籤回應，B天線先感應 輻射強度 距離與輻射成正比 設備穩定性 離成熟產品尚須努力 News

問題與討論