Hva er RFID? En grundig gjennomgang av radiofrekvensidentifisering

Denne gjennomgangen er laget for de som er nye innen RFID og vil vite mer om hva det er, hvordan det brukes, hva de forskjellige typene RFID er, og hvordan man lager RFID-systemer.

Hva er egentlig RFID?

Radio Frequency Identification er trådløs, kontaktfri overføring av data ved hjelp av radiofrekvensbølger. RFID-systemer består vanligvis av en leser, brikker og antenner.

Hvordan fungerer RFID

RFID-brikker gjør det mulig for brukere å automatisk og unikt identifisere og spore produkter, varelager og eiendeler. RFID fremmer auto-ID-teknologi ved å tillate at brikker kan leses uten siktlinje og, avhengig av type RFID, har en leserekkevidde som strekker seg fra noen få centimeter til 100 meter eller mer.

RFID har kommet langt siden det ble brukt for første i andre verdenskrig hvor man identifiserte fly som vennlige eller fiendtlige. Ikke bare forbedres teknologien år etter år, men kostnadene ved å ta i bruk og drifte et RFID-system synker. Ta kontakt for å lære mer om RFID.

RFID varianter

Det er tre grunnleggende frekvensområder som brukes for overføringer innenfor det elektromagnetiske spekteret: lav frekvens (Low Frequenzy – LF), høy frekvens (High Frequenzy – HF) og ultrahøy frekvens (Ultra High Frequenzy – UHF).

Low Frequenzy

• 30 – 300 kHz – generelt frekvensområde
• 125 – 134 kHz – primært frekvensområde
• 0 – 10 centimeter rekkevidde
• Den gjennomsnittlige kostnaden per brikke varierer fra 5,- til 100,- kroner
• Brukes til dyresporing, tilgangskontroll, bilnøkler og bruksområder med store mengder væsker og metaller
• Fordeler: fungerer effektivt i umiddelbar nærhet til væsker og metaller, globale standarder
• Ulemper: svært begrenset rekkevidde, begrenset minnekapasitet, lav dataoverføringshastighet, høye produksjonskostnader

High Frequenzy

• 13,56 MHz – primært frekvensområde
• 0 – 30 centimeter rekkevidde
• Den gjennomsnittlige kostnaden per brikke varierer fra 5,- til 200,- kroner
• Brukes til asset management, bibliotekbøker, personlige ID-kort, poker-/spillbrikker og NFC-applikasjoner
• Fordeler: globale NFC-protokoller, utvidede minnealternativer og globale standarder
• Ulemper: begrenset rekkevidde og lav dataoverføringshastighet

Ultra High Frequenzy

• 300 – 3000 MHz – generelt frekvensområde
• 433 MHz, 860 – 960 MHz – primært frekvensområde

Innenfor Ultra High Frequency er det to typer RFID – aktiv og passiv.

Aktiv RFID

• 433 MHz – primært frekvensområde
• 0 – 100+ meter rekkevidde
• Den gjennomsnittlige kostnaden per brikke varierer fra 100,- til 500,- kroner
• Brukes til sporing av kjøretøy, bilproduksjon, gruvedrift, konstruksjon og sporing av eiendeler
• Fordeler: ekstremt lang rekkevidde, lavere infrastrukturkostnader (sammenlignet med passiv), stor minnekapasitet og høy dataoverføringshastighet
• Ulemper: dyre brikker, fraktrestriksjoner (på grunn av batteriet), kompleks programvare kan være nødvendig, høy interferens fra metaller og væsker, få globale standarder

Passiv RFID

• 860 MHz – 960 MHz – primært frekvensområde
• 0 – 25 meter rekkevidde
• Den gjennomsnittlige kostnaden per brikke varierer fra 10,- til 200,- kroner.
• Brukes til forsyningskjedesporing, produksjon, legemidler, elektronisk tolling, inventarsporing, tidtaking, asset management
• Fordeler: lang rekkevidde, lav pris per etikett, et bredt spekter av etikettstørrelser og -former, globale standarder og høye dataoverføringshastigheter
• Ulemper: dyrt utstyr, begrenset minnekapasitet og høy interferens fra metaller og væsker.

Passiv RFIDs primære frekvensområde

860 – 960 MHz er anerkjent som “Global Standard” for UHF Passiv RFID. I tillegg er den delt inn i to deler: 865 MHz – 868 MHz og 902 MHz – 928 MHz.

ETSI 865 – 868 MHz

European Telecommunications Standards Institute (ETSI) er det styrende organet i Europa som etablerer og håndhever nasjonale standarder for kommunikasjon via ulike kanaler, inkludert radiobølger. RFID-utstyr og -brikker er kun tillatt å kommunisere på det lavere frekvensområdet (865 – 868 MHz) under ETSI-standarder siden andre typer radiokommunikasjon er allokert til undersett av det større området på 860 – 960 MHz. Fordi ETSI etablerer europeiske standarder kan standarden bli referert til som enten ETSI eller EU.

FCC 902 – 928 MHz

Federal Communications Commission (FCC) er den statlige organisasjonen i USA som etablerer og håndhever nasjonale standarder for kommunikasjon gjennom ulike kanaler, inkludert radiobølger. Fordi andre kommunikasjonstyper er allokert til de andre delene av det bredere området på 860 – 960 MHz, sier FCC-regelverket at RFID-brikker og utstyr kun kan operere mellom 902 – 928 MHz. Utstyr og brikker som er FCC-sertifisert, eller som opererer på det nordamerikanske frekvensområdet, kan brukes over hele Nord-Amerika.

Annet

Fordi ETSI og FCC var de første store standardene som ble autorisert, aksepterte mange land enten det ene eller det andre, eller utviklet sine egne standarder innenfor en undergruppe av begge frekvensområdene. Argentina for eksempel, tok i bruk FCC-området på 902 – 928 MHz, mens Armenia iverksatte sitt eget, mindre bånd på 865,6 – 867,6 MHz innenfor ETSI-området.

Selv om regionale forskrifter som FCC og ETSI ofte nevnes når det gjelder frekvensområder, regulerer hvert land ytterligere spesifikasjoner som mengden utstrålt kraft (ERP eller EIRP). Enkelte land er strengere, og regulerer hvor RFID kan brukes, hvor mye «frekvenshopping» som må brukes, og hvorvidt det kreves lisens for å bruke.

Eksempler på bruksområder med RFID

RFID har en mengde bruksområder. Bruken spenner seg fra lagersporing til mer spesialiserte områder som forsyningskjeder, avhengig av bedriften eller bransjen. Applikasjoner spenner fra IT Asset Management og tekstilsporing, til spesielle tilfeller som sporing av leievarer.

Behovet for å identifisere individuelle varer raskt og effektivt, der tradisjonelle systemer kommer til kort, skiller en potensiell RFID-applikasjon fra de som kan bruke andre typer teknologi. Nordic Mobility selger både hardware og software til RFID. Kontakt oss så hjelper vi deg.

Viktig om RFID

Når du vurderer kjøp og distribusjon av et nytt system, er to av de mest kritiske bekymringene, om og når organisasjonen vil se avkastning på investeringen. Før du installerer et nytt system, burde faste og løpende utgifter analyseres. Både gjennomførbarhet og kostnader bør evalueres før et RFID-system tas i bruk.

Levedyktighet

Prosessen med å fastslå om RFID passer til et bestemt bruksområde, refereres til som levedyktighet i denne artikkelen. RFID, som all annen teknologi, har begrensninger. Miljø, begrensninger for leseområdet og materialsammensetning er bare noen få av de mange faktorene som kan ha en betydelig innvirkning på hvor effektivt et RFID-system er for en bestemt applikasjon. Som et utgangspunkt bør prosessen inkludere gjennomgang av prosjektet og dets miljø, etterfulgt av å bestemme om RFID (eller annen teknologi) passer best. Trenger du hjelp med å vurdere levedyktigheten – kontakt oss så hjelper vi deg.

Kostnader

Kostnader er knyttet til å avgjøre om det er økonomisk mulig å ta i bruk et RFID-system, eller ikke. Dette innebærer ikke bare å bestemme om en avkastning er oppnåelig, men også å jobbe med eksisterende og potensiell statistikk for å bestemme forventet tidsrom for avkastning på investeringen da RFID-systemer kan være kostbare. De krever en innledende utgift for testing og håndtering av ulike typer utstyr og brikker. Dette kan være investeringer som ikke vil gi avkastning hvis man ser bruksområdet ikke passer. Etter testfasen begynner distribusjonskostnadene. Først når et system er iverksatt og i driftsmessig forsvarlig stand kan tidsskalaen for å se avkastning på investeringen fastsettes.

Løpende kontra faste kostnader

Gruppering av kostnader som enten faste eller løpende, vil bidra til å gi et mer nøyaktig bilde av et RFID-systems estimerte årlige kostnader, og avkastning på investeringen.

Faste kostnader

Faste utgifter er engangsutgifter knyttet til oppstart. En fast kostnad i utrulling av RFID er vanligvis maskinvare som lesere, antenner og kabler som kreves for å sette opp systemet. Faste utgifter betyr ikke nødvendigvis at du aldri kommer til å kjøpe mer. De indikerer ganske enkelt at maskinvaren ikke blir brukt én gang, og aldri igjen under levetiden. Maskinvare vil fortsatt bli ansett som en fast kostnad hvis du planlegger å sette opp en første installasjon og deretter utvide systemet senere. RFID-brikker regnes kun som faste kostnader når de kontinuerlig gjenbrukes i hele systemet, for eksempel tilgangskontroll som tildeles og omfordeles til personell etter behov.

Løpende kostnader

Gjenstander som benyttes én gang og deretter kastes, defineres som løpende kostnader. Et vanlig eksempel på en løpende kostnad i et RFID-system er en RFID-etikett. På grunn av dens rimelige pris, festes disse etikettene vanligvis på et produkt for engangsbruk, eller i en svært kort periode. Når perioden er over, vil ikke etiketten brukes igjen og er ute av systemet. Hvis en RFID-skriver benyttes, vil skriverbånd (ribbon) være en løpende kostnad. Hvis en programvarelisens fornyes årlig eller anskaffes som et SaaS-produkt (Software as a Service), bør det også betraktes som en løpende kostnad.

Miljøaspekter

RFID-systemer er sårbare for spesifikke materialer og miljøvariabler, noe som kan resultere i reduserte leseområder og en reduksjon i total systemnøyaktighet. Metall og væsker er de to mest utbredte kildene til forstyrrelser for RFID, men de kan reduseres med riktig brikker, utstyr og design.

Hva er et RFID-system?

Selv om enhetstypene og kompleksiteten til hvert system vil variere, inneholder alle RFID-system minst tre av fire komponenter.

• Lesere
• Antenner
• Brikker
• Kabler

Det mest grunnleggende RFID-systemet består av en mobil håndholdt RFID-leser (med en integrert antenne) og RFID-brikker. Mer komplekse systemer bruker multiport-lesere, GPIO-bokser, ekstra funksjonsenheter (f.eks. sensorer), flere antenner og kabler, brikker og en komplett programvare. I vår nettbutikk finner du mange av produktene.

RFID-brikker

Hva er en RFID-brikke?

I sin mest grunnleggende form består en RFID-brikke av to deler. En antenne for å sende og motta signaler, og en RFID-brikke (eller integrert krets, IC) som inneholder brikkens ID og annen informasjon. Brikker er festet til produkter eller eiendeler slik at de kan spores ved hjelp av en leser og antenne.

RFID-brikker sender data til en antenne/leser-kombinasjon gjennom radiobølger. Brikker inkluderer normalt ikke et batteri, med mindre de er aktive. I stedet mottar de energi fra radiobølgene som lages av leseren. Når brikken mottar en overføring fra leseren/antennen, sendes energien gjennom den interne antennen til brikken. Energien aktiverer brikken, som modifiserer energien med riktig informasjon og sender deretter et signal tilbake til antennen/leseren.

Hver brikke inneholder fire minnebanker: EPC, TID, User og Reserved. Avhengig av minnebanken og hva som er definert, lagrer hver av disse informasjon om det merkede produktet/eiendelen eller selve taggen.

Hundrevis av brikker er tilgjengelige i en rekke former og størrelser, med funksjoner og alternativer, skreddersydd for bestemte miljøer, overflatematerialer og applikasjoner. Trenger du hjelp med å finne brikker som passer ditt behov? Kontakt oss så hjelper vi deg.

Varianter av RFID-brikker

Da det er så mange bruksområder for RFID, er det også mange brikker og måter å kategorisere dem på. Etiketter eller annet med innlegg (inlay) og brikker er en typisk tilnærming til å kategorisere RFID. Innlegg er rimeligere, og varierer ofte fra 2,- til 15,- kroner avhengig av egenskapene. Brikker er ofte mer holdbare og værbestandige, med priser som varierer fra 10,- til 500,- kroner.

Priser på RFID-brikker

Prisen på en RFID-brikke bestemmes av type brikke og hvor mange man bestiller om gangen. Som tidligere nevnt varierer innlegg normalt fra 2,- til 15,- kroner, mens brikker kan variere fra 10,- til 500,- kroner. Jo mer tilpasset eller spesialisert brikken er, desto dyrere blir den.

Spørsmål ved valg av RFID-brikke

• Hva slags overflate skal du feste brikken på? Metall, plast, tre, annet?
• Hvilken rekkevidde trenger du?
• Størrelsesbegrensninger? Må brikken være innenfor visse dimensjoner?
• Er det miljøforhold å ta hensyn til? Ekstrem varme, kulde, fuktighet, støt, annet?
• Hvordan skal brikken festes? Lim, epoksy, nagler/skruer, strips, annet?
• Nøkkelen til å velge en brikke er å teste en rekke alternativer grundig på de faktiske produktene/eiendelene du vil merke i miljøet ditt.

RFID-lesere

Hva er en RFID-leser?

En RFID-leser er en sentral komponent i alle RFID-systemeter. De er nødvendig for at systemet skal fungere. Lesere er enheter som bruker radiobølger til å kommunisere med RFID-brikker. Lesere er vanligvis klassifisert i to typer. Faste lesere og mobile lesere. Faste lesere forblir på ett sted og er vanligvis installert på vegger, bord, porter eller i andre faste posisjoner.

Integrerte lesere er en undergruppe av faste lesere. En integrert RFID-leser har en innebygd antenne, samt minst en ekstra antenneport for tilkobling av en valgfri, ekstern antenne. Integrerte lesere har typisk et pent design og er beregnet for bruk i innendørs omgivelser med lite trafikk av merkede produkter/eiendeler.

Mobile RFID-lesere

Mobile lesere er mobile enheter som gir større fleksibilitet. De kan skanne RFID-brikker og fortsatt kommunisere med et system eller smarttelefon, PC, nettbrett med mer. Det finnes to typer mobile RFID-lesere. De med eget operativsystem som smarttelefoner og håndterminaler, og de som bruker en Bluetooth eller USB-tilkobling for videre kommunikasjon. 

Faste RFID-lesere

Faste RFID-lesere inneholder ofte eksterne antennetilkoblinger som kan koble til opptil åtte forskjellige antenner. Noen lesere, med inkludering av en multiplekser, kan koble til opptil 32 RFID-antenner. Antallet antenner koblet til en enkelt leser bestemmes av det nødvendige dekningsområdet for RFID-applikasjonen. Noen bruksområder, for eksempel å sjekke eiendeler inn og ut, krever et lite dekningsområde, derfor er én antenne tilstrekkelig. Andre applikasjoner som krever en bredere dekningssone, for eksempel porter på et lager, eller tidtaking i konkurranseløp, krever ofte bruk av flere antenner. 

Priser

I de fleste RFID-systemer er den dyreste komponenten leseren. RFID-lesere kan koste alt fra 4.000,- til 30.000,- eller mer, avhengig av funksjonene og egenskapene som trengs. USB-lesere, som har en gjennomsnittlig pris på omtrent 5.000,- kroner, er en av de rimeligste alternativene. USB-lesere brukes vanligvis til skrivebordsapplikasjoner og har små leseområder. Prisen på håndholdte lesere og faste lesere varierer betydelig basert på egenskapene og funksjonaliteten som tilbys.

Spørsmål ved valg av RFID-leser

• Hvilken rekkevidde trenger du?
• Er det noen miljøforhold å ta hensyn til? Ekstrem varme, kulde, fuktighet, støt, annet?
• Vil du koble leseren til et nettverk?
• Hvordan vil du montere leseren? Er den i fast posisjon eller på et kjøretøy?
• Er det nødvendig for leseren å være mobil?
• Hvor mange skannepunkter/soner trenger du?
• Hvor mange brikker må kanskje leses samtidig?
• Hvor raskt vil brikkene passere gjennom skannesonen? Er det for eksempel et saktegående transportbånd eller paller som kjøres i rask fart gjennom skannesonen?

RFID-antenner

Hva er en RFID-antenne?

Antenner er viktige komponenter i et RFID-system fordi de konverterer leserens signal til RF-bølger som brikker kan oppdage. Leseren kan ikke sende og motta signaler til brikker uten en eller annen form for RFID-antenne, enten integrert eller ekstern.

RFID-antenner, i motsetning til RFID-lesere, er dumme enheter som får strøm rett fra leseren. Når leserens energi leveres til antennen, danner antennen et RF-felt, som deretter sendes til de nærliggende brikkene. Antennens forsterkning er effektiviteten til RF-bølger som den lager i en bestemt retning. Enkelt sagt, jo høyere forsterkning, desto kraftigere og mer vidtrekkende er RF-feltet til en antenne.

RFID-antennen sender ut RFID-bølger i enten et horisontalt eller vertikalt plan. Dette omtales som antennens polaritet. RF-feltet beskrives som horisontalt lineært hvis det er et horisontalt plan, og samme teori gjelder for en RFID-antenne som danner et vertikalt plan.

Polariteten til en antenne kan ha en betydelig innvirkning på leserekkevidden til et system. Nøkkelen til å maksimere leseområdet er å sikre at polariteten til en antenne samsvarer med polariteten til brikken. Leseområdet vil bli drastisk begrenset dersom disse ikke samsvarer med for eksempel en vertikal lineært polarisert antenne, og en brikke med en horisontal lineært polarisert antenne.

En sirkulært polarisert antenne sender bølger som konstant roterer mellom horisontale og vertikale plan. Dette gir bruken større fleksibilitet ved at RFID-brikker kan leses i mange retninger. Men fordi energien er fordelt over to plan, er leseområdet til en sirkulært polarisert antenne kortere enn for en lineær antenne med lignende forsterkning.

Antennevarianter

RFID-antenner kan klassifiseres i ulike kategorier som hjelper til med å bestemme den best mulige antennen for et bestemt bruksområde. Selv om antenner er klassifisert i henhold til en rekke kriterier, er de mest utbredte klassifiseringene for RFID-antenner polaritet (sirkulær vs. lineær) og robusthet (innendørs vs. utendørs).

Priser for antenner

De fleste RFID-antenner er priset mellom 500,- til 4.000,- kroner per antenne, men noen er dyrere på grunn av avgjørende, bruksspesifikke egenskaper, for eksempel jord-/matteantenner. Disse antennene er designet for bruksområder som tidtaking i bilrace og må være tøffe nok til å overleve og fungere effektivt mens de blir kjørt over. Spesialiserte antenner kan øke kostnadene betraktelig for et system, men de er også en investering som kan bety forskjellen mellom et fungerende og ikke-fungerende system.

Spørsmål ved valg av RFID-antenne

• Hvor stort leseområde trenger du?
• Er det mulig med ditt tenkte bruk å alltid vite eller håndtere retningen til RFID-brikken i forhold til antennens posisjon?
• Er det noen ekstreme miljøforhold å ta hensyn til? Ekstrem varme, kulde, fuktighet, støt og annet?
• Skal antennen installeres innendørs eller utendørs?
• Størrelsesbegrensninger, må antenne være mindre enn en gitt størrelse?

Ytterligere produkter

Utviklingssett

Et RFID-utviklingssett (development kit) er et sett laget av produsenter som inkluderer alt som trengs for å begynne å lese og skrive RFID-brikker. Utviklingssett anbefales som den beste metoden for å komme i gang med RFID-teknologi da de lar brukere hoppe rett inn i teknologien og begynne å teste applikasjonen deres. Fordi disse settene vanligvis lages av produsenten, er det mange tilgjengelige alternativer som kombinerer leser med en anbefalt antenne og noen eksempler på brikker. Et eksempelprogram for lesing og skriving av brikker, samt tilgang til produsentens Software Development Kit, eller SDK, er ofte inkludert i utviklingssett. En SDK inkluderer dokumentasjon, API-tilgang og kodeeksempler, slik at en programvareutvikler kan begynne å utvikle applikasjonen.

RFID-antennekabler

RFID-antennekabler tillater kommunikasjon mellom en leser og en antenne. Leseren kan ikke strømme eller sende signaler til brikkene via antennen uten ledningen. Å velge en RFID-kabel kan se ut til å være en enklere jobb enn å velge andre komponenter. Likevel kan kabler variere mye på tre områder – tilkoblingstyper, lengde og tykkelse/isolasjonsgrad. Derfor er det viktig å vurdere alle tre før du kjøper.

Se først på kontaktene på RFID-leseren og antennen når du velger de riktige kontaktene for hver ende av ledningen. Hvis en RFID-leser har en RP-TNC-hunnkontakt, bør den andre siden av kabelen ha en RP-TNC-hannkontakt, og omvendt.

Lengden og tykkelsen på kabelen (også kjent som isolasjonsgraden) vil variere avhengig av løsningen. Lengden på kabelen bestemmes normalt av avstanden mellom RFID-leseren og antennen, men det er viktig å huske at jo lengre kabelen er, desto mer energi går tapt under transporten. Å bruke en høyere isolasjonsgrad er en teknikk for å redusere strømtap. Jo lengre kabelen er, desto mer isolert må den være for å maksimere effektiviteten og begrense mengden energi eller strøm, som går tapt over hele kabelens lengde. Det er verdt å merke seg når isolasjonsgraden øker, blir kabelen tykkere og mer stiv, noe som gjør den vanskeligere å bøye og arbeide med.

Andre produkter og tilbehør

Forskjellig systemmodifikasjoner og tilbehør er tilgjengelig for å forbedre funksjonaliteten eller brukervennligheten til et system. For eksempel RFID-skrivere, RFID-portaler, GPIO-adaptere, antennemonteringsbraketter og RF-kraftkartleggere, vil alle utfylle eller utvide systemet ditt.