Читать онлайн Игорь Тимошенко - Устройства радиочастотной идентификации в библиотечных технологиях

Работа устройств РЧИ основывается на распространении радиоволн и управления их параметрами при помощи электронных устройств, поэтому можно сказать, что появление и развитие технология РЧИ связано с успехами ученых и инженеров в понимании законов распространения электромагнитных волн, а также с развитием радиоэлектроники и компьютерной техники.

Широкое распространение технология РЧИ началось с середины 1990-х гг. В сравнении с уже существующими тогда технологиями автоматической идентификации по штриховому коду и по магнитной полосе, системы РЧИ имели ряд существенных преимуществ. Технология РЧИ позволяла существенно упростить и ускорить процесс идентификации, в сравнении со штрих-кодовой, так как не требовала визуального контакта с идентифицирующим устройством. Оборудование РЧИ было более надежным и защищенным, в сравнении с системами с магнитной полосой. Сегодня применение технологии РЧИ стало привычной практикой во многих областях деятельности, связанных с необходимостью учета перемещений различных объектов. Вместе с тем, внедрение этой технологии связано с рядом проблем, возникающих при разработке и внедрении систем РЧИ различной специализации. В полной мере это относится к библиотечным системам РЧИ. Успешное решение возникающих проблем и эффективное использование средств автоматизации, основанных на РЧИ возможно только при понимании принципов и знании особенностей работы оборудования РЧИ.

Предпосылками к появлению технологии РЧИ можно считать работы российского и советского инженера, изобретателя Льва Сергеевича Термена. В 1920 г. работая в московском физико-техническом институте, под руководством академика А.Ф. Иоффе, он создал установку для радиоизмерений физических свойств газов при переменной температуре и давлении. Одним из неожиданных результатов его работы стало изобретение первого в мире электромузыкального инструмента, названного им «Аэрофоном», но известного сейчас под названием «Терменвокс», с лёгкой руки газетных корреспондентов. Внешний вид терменвокса показан на рисунке 1.

Терменвокс менял громкость и высоту звука в зависимости от положения рук и тела музыканта, относительно его антенны. Принцип работы этого музыкального инструмента был также использован Львом Терменом в изобретенных им же радиочастотных системах охранной сигнализации.

Наиболее близким к технологии РЧИ стали системы распознавания «свой-чужой» (IFF – «Identification Friend or Foe»), изобретённые в Великобритании в 1939 г. и применяемые в авиации до настоящего времени. Система состояла из активного приёмопередатчика, устанавливаемого на самолёте, который улавливал сигналы радиолокаторов и посылал в ответ зашифрованный сигнал используемый в системе противовоздушной обороны для идентификации «своих» самолётов. В 1942 г. первые серийные радиоответчики СЧ-1 стали устанавливаться и на самолётах военно-воздушного флота РККА (Красной Армии).

Уровень развития радиоэлектроники в то время не позволял делать такие устройства портативными. Электронная часть их была сделана с применением радиоламп. Устройства были громоздкими, потребляли много электроэнергии и совсем не походили на современные метки РЧИ, но принципы, заложенные в основу их работы, используются и в настоящее время.

Рисунок 1 Лев Сергеевич Термен (1896–1993) демонстрирует своё изобретение

Теоретически идея передачи информации через отраженный сигнал, ставшая основой технологии РЧИ, была впервые изложена американским инженером Гарри Стокманом в работе «Коммуникации посредством отражённого сигнала» [1]. В частности, в ней отмечалось, что «…значительные работы по исследованию и разработке были сделаны до того, как были решены основные проблемы связи посредством отражённого сигнала, а также до того, как были найдены области применения данной технологии».

Рисунок 2 Микрофотография интегральной микросхемы метки РЧИ

Появление транзисторной электроники сделало радиочастотные устройства намного компактнее и экономичнее, это существенно расширило их область возможного применения, а появление полупроводниковой микроэлектроники позволило создавать миниатюрные радиоэлектронные устройства (интегральные схемы) на одном кристалле. Это дало дополнительный импульс развитию технологии РЧИ. Микрофотография кристалла радиочастотной метки показана на рисунке 2.

Первая демонстрация меток РЧИ с применением специализированных интегральных микросхем была проведена в США в исследовательской Лос-Аламосской национальной лаборатории в 1973 г. В демонстрации использовались как пассивные, так и активные метки, работающие на частоте 915 МГц и имеющие 12 битную память. С середины 80-х гг. начали появляться сведения об использовании РЧИ меток для идентификации крупного рогатого скота. Первая в мире РЧИ система для идентификации и отслеживания вагонов на железнодорожном транспорте была разработана в Норвегии, затем последовал аналогичный проект в США.

Несмотря на то, что РЧИ, как техническая область и технологическое направление, сформировалась уже к началу 70-х гг., сам термин «Radio Frequency Identification» (RFID) появился не сразу. Впервые он был использован в 1983 г. в патенте, выданном инженеру Чарльзу Уолтону в США [2]. Вскоре его стали широко использовать в своих публикациях, как технические специалисты, так и журналисты. В настоящее время термин «Radio Frequency Identification», сокращённо «RFID», является общепринятым во всем мире. В России, в технической документации, также используют русскоязычный термин – «Радиочастотная идентификация», сокращение от него «РЧИ».

В 90-е гг., в связи со снижением стоимости микроэлектронных устройств, технология РЧИ начала активно внедряться на транспорте, в торговле. В это же время появились первые сообщения о проектах автоматизации библиотек на базе технологии РЧИ, реализованных компанией 3М (США).

В настоящее время технология РЧИ широко известна в мире и используется в самых различных областях деятельности, сфера её применения постоянно расширяется. Наиболее активно она используется в таких областях производственной деятельности, как складская и транспортная логистика, платежные, противокражные, охранные системы, системы контроля доступа в помещения и т. д. Все более широкое распространение эта технология получает и в библиотеках, как зарубежных, так и отечественных, где призвана заменить собой штриховое кодирование и расширить возможности автоматической идентификации в библиотечных системах автоматизации. Термины «электронный читательский билет» или «радиочастотная метка» давно уже знакомы и понятны как сотрудникам библиотек, так и их читателям.

Технология РЧИ востребована и применяется во многих областях деятельности. В зависимости от области применения, оборудование РЧИ может иметь различные характеристики и особенности, отвечающие требованиям конкретной технологии и условиям использования идентификационных меток. Существующее многообразие типов меток можно классифицировать по ряду признаков. Рассмотрим некоторые из них, наиболее существенно определяющие условия их использования.

По наличию элемента питания метки бывают активные и пассивные.

Активные метки включают в себя автономный элемент питания, обеспечивающий работу её электронных модулей. Такие метки имеют большую дальность считывания, которая может составлять сотни метров, и допускают большую скорость перемещения метки относительно считывателя при обмене данными. К их недостаткам можно отнести ограниченный срок действия, который определяется в основном типом элемента питания, температурными условиями использования и, как правило, не превышает 10 лет. Кроме того, активные метки отличаются сравнительно большими размерами и большой стоимостью, что ограничивает их массовое использование. Примеры исполнения активных меток, применяемых в различных автоматизированных системах, показаны на рисунке 3.

По своим техническим возможностям такие метки похожи на системы распознавания «свой-чужой» и используются преимущественно в области транспортной логистики и в системах оплаты проезда по скоростным дорогам.

По своим техническим возможностям такие метки похожи на системы распознавания «свой-чужой» и используются преимущественно в области транспортной логистики и в системах оплаты проезда по скоростным дорогам.

Рисунок 3 Активные метки РЧИ

Пассивные метки не имеют своего источника питания и получают энергию для работы электронных модулей из электромагнитного поля, создаваемого считывателем. Такие метки имеют сравнительно небольшую дальность действия, до 10 метров, но при этом они имеют значительно больший срок службы, который ограничивается только технологией их изготовления и может достигать 50 лет и более. Пассивные метки имеют меньшие размеры, которые определяются размерами антенны. Электронный модуль представляет собой интегральную микросхему, имеющую малые размеры и стоимость. Различные примеры исполнения пассивных радиочастотных меток показаны на рисунке 4.

Именно пассивные метки из-за своей низкой стоимости и большого срока службы обеспечили массовое использование технологии РЧИ для автоматической идентификации самых различных объектов в разных областях человеческой деятельности. Именно такие метки нашли широкое применение в библиотеках.