Отличия систем RFID и NFC, их применение и альтернативы

RFID расшифровывается как «radio-frequency identification», что означает «радиочастотная идентификация». Это технология беспроводной связи, способная автоматически идентифицировать объекты с помощью радиоволн. Любые RFID-системы состоят из следующих элементов:

• Считывающее устройство (ридер, интеррогатор, считыватель)
  
• RFID-метка (транспондер)
  
• Встроенное ПО, которое хранит считанную информацию и обеспечивает корректную работу системы
  

RFID-устройства могут считывать данные с меток, даже если те не находятся на прямой линии со считывателем. Кроме того, RFID-считыватели могут получать данные как со стационарных, так и с движущихся меток.

NFC расшифровывается как «near field communication», что означает «связь ближнего поля». Этот тип беспроводной связи является развитием технологии RFID и может рассматриваться как ее более тонко настроенный, специализированный подтип. Если RFID-устройства – это радиопередатчиками, то NFC-устройства – это скорее магнитные передатчики.

NFC-системы состоят из тех же функциональных элементов:

• Устройство-инициатор (считыватель)
  
• Целевое устройство (метка, брелок-контроллер, стикер, карта и т.д.)
  
• Встроенное ПО
  

В некоторых случаях такие системы можно создавать на базе готовых компонентов. Однако для решения уникальных задач может потребоваться как проектирование аппаратной части, так и разработка программного обеспечения. Если вы хотите воспользоваться преимуществами этих технологий для развития своего бизнеса, свяжитесь с нашей командой, чтобы обсудить детали.

Дальность действия

Дальность считывания зависит от частоты, которую использует устройство, и мощности трансивера. Дальность большинства RFID-считывателей для гражданского применения не превышает 3-5 метров.

Что касается связи ближнего поля, дальность считывания таких устройств не превышает нескольких сантиметров. Кроме того, целевое устройство должно находиться на одной линии со считывателем. С другой стороны, это также осложняет перехват передачи.

Тип связи: односторонняя и двусторонняя

Технология радиочастотной идентификации обеспечивает только одностороннюю связь. Метка (активная или пассивная) передает данные на считыватель. Сам считыватель может сканировать данные, но не хранит никакой информации.

Каждое NFC-устройство может быть как считывателем, так и меткой, т.е. может обеспечивать одностороннюю и двустороннюю связь.

Скорость передачи и объем передаваемых данных

Скорость передачи данных связи ближнего поля не превышает 424 кбит/с, что довольно медленно. Кроме того, считыватель может сканировать только одну метку за раз.

RFID-считыватели могут сканировать несколько меток за раз и имеют более высокую скорость передачи данных. Поэтому эта технология лучше подходит для отслеживания множества объектов.

Типы данных

RFID-метки могут хранить только простую идентификационную информацию. NFC-устройства могут хранить разные типы данных и больше информации. Поэтому связь ближнего поля больше подходит для передачи платежных реквизитов, данных с электронных билетов и т.п.

Технологии RFID и NFC имеют множество применений в различных отраслях.

Типовые применения RFID-систем

• Контроль доступа. RFID-карты и жетоны надежны и безопасны. На них также может храниться достаточно идентификационной информации, чтобы предоставлять персоналу доступ к дверям, компьютерам и т.п.
  
• Системы позиционирования в реальном времени. Они позволяют отслеживать местоположение персонала, клиентов, товаров и ресурсов. У таких систем могут быть разные задачи: измерять производительность труда, улучшать планировку коммерческих помещений, отслеживать количество и местоположение ценных ресурсов и т.д.
  
• Логистика и цепочки поставок. Активные ультравысокочастотные RFID-метки можно легко считывать даже во время движения. Поэтому их часто применяют для отслеживания транспортных средств и грузовых контейнеров.
  
• Управление запасами. Предприятиям розничной торговли, особенно розничным сетям, очень важно отслеживать количество и местоположение товаров в торговых точках. Кроме того, технология радиочастотной идентификации значительно ускоряет инвентаризацию.
  
• Отслеживание животных. Низкочастотные радиоволны легко проникают сквозь тела животных, содержащие много воды. Поэтому их используют для идентификации и отслеживания скота.
  
• Маркетинг. Технология RFID позволяет потенциальным клиентам взаимодействовать с постерами, мобильными приложениями, умной рекламой и т.п.
  
• Контроль доступа к транспортному средству. RFID-стартеры, иммобилизаторы и системы отпирания дверей снижают вероятность угона автомобиля.
  
• Предотвращение краж. RFID-метки помещаются на товары. Вы наверняка видели такие в магазинах одежды. Если их не деактивировать перед выходом, включится тревога.
  
• Определение победителя в беге. Метки закрепляются на номерах участников. Так можно отслеживать местоположение каждого спортсмена. Кроме того, по меткам можно точно определить, кто и когда пересек финишную линию.
  
  

Типовые применения NFC-систем

• Бесконтактные платежи. Это одна из сфер, где впервые начали применять технологию NFC. Из-за очень малого радиуса действия устройств перехватить такой платеж очень сложно.
  
• Обмен данными. NFC позволяет устанавливать двустороннюю связь. Благодаря этому два устройства могут обмениваться электронными визитками, документами, изображениями и др. Примером такого применения технологии является Android Beam.
  
• Контроль доступа. Связь ближнего поля также используется для бесключевого допуска к транспортным средствам или закрытым зонам.
  
• Здравоохранение. NFC-метки широко применяются в здравоохранении. Они упрощают регистрацию пациентов и оплату услуг, помогают следить за состоянием пациентов и отслеживать истории болезней, следить за расписанием и контролировать допуск к оборудованию. Наконец, такие метки применяются для сбора диагностической информации с различных датчиков.
  
• Электронные билеты. Как и в системах контроля доступа, NFC-метки используются для допуска в автобусы, самолеты, кинотеатры, на концерты и т.д.
  
• Промышленность и логистика. В промышленности NFC-метки могут применяться для идентификации изделий на разных этапах производства: изготовления, упаковки, перевозки и т.д. Технология полезна и в логистике.
  
• Маркетинг. Многие смартфоны могут считывать NFC-метки. Поэтому маркетологи широко используют эту технологию для рекламы товаров и мероприятий или привлечения потенциальных покупателей на сайты, видеоканалы и в блоги. Кроме того, считывая NFC-метки, можно получать купоны и специальные предложения или просто узнавать больше о товаре или событии.
  
  

Креативное и необычное применение NFC- и RFID-систем

Возможности RFID и NFC-устройств почти безграничны. Многие компании находят этим технологиям неожиданное применение. Если у вас тоже возникла свежая идея, свяжитесь с нашей командой, и мы поможем воплотить ее в жизнь. Вот несколько примеров таких идей.

• Отслеживание багажа. Сегодня некоторые круизные и авиакомпании прикрепляют RFID-метки к багажу. Считыватели, установленные на разных контрольных точках, сканируют метки и передают информацию о местонахождении багажа персоналу.
  
• Умные полки. Некоторые супермаркеты в США начали устанавливать NFC-метки на полках с товаром. Просканировав метку смартфоном, покупатели могут получит скидку или специальное предложение. Кроме того, метки передают ссылки на релевантную информацию: видеоинструкции, рецепты, адреса других магазинов и т.п.
  
• Умные мячи для гольфа. RFID-метку помещают внутрь мяча, чтобы его было легче найти.
  
• Отслеживание документов. Некоторым предприятиям и организациям приходится хранить важную информацию в печатном виде – например, больницам, юридическим и бухгалтерским фирмам. Тогда к важнейшим документам прикрепляют RFID-метки, чтобы отслеживать их местоположение.
  
• Прачечные. Водонепроницаемые NFC-метки широко применяются в организациях, которым приходится иметь дело с большим количеством одежды. Это прежде всего логистические фирмы, предприятия красильной промышленности и компании, в которых сотрудники носят униформу. Метки позволяют отслеживать местоположение индивидуальных вещей, следить за тем, сколько раз их стирали, как давно их носят и т.д.
  
• Наклейки для защиты от подделок. Некоторые ритейлеры нашли применение хрупким NFC-меткам. На них хранится информация о товаре: партия изделия, дата изготовления, канал сбыта и т.д. При попытке снять такую метку, она легко ломается. Поэтому если метка на месте, можно быть уверенным, что товар подлинный.
  
  

К числу уникальных применений данных технологий относятся чипирование сотрудников RFID-метками для контроля доступа, отслеживание еды «от изготовления до тарелки», размещение меток внутри фишек для отслеживания поведения посетителей казино, бесконтактные билеты в парках аттракционов и на стадионах, геолокация питомцев, подсветка пути к товару на складах с помощью светодиодов и многое другое.

Как и любые другие электронные приборы, RFID и NFC-устройства должны соответствовать различным требованиям и стандартам. Чтобы попасть на рынок, продукт должен пройти соответствующие сертификационные процедуры.

Компаниям, разрабатывающим устройства на основе технологий RFID или NFC на экспорт, скорее всего, потребуется получить сертификаты FCC (для рынка США) и CE (для европейского рынка).

NFC и RFID-устройства имеют внутри радиопередатчики, радиоприемники и транспондеры. Поэтому такие системы подпадают под действие федерального регламента FCC part 15. Однако ультравысокочастотные и пассивные высокочастотные RFID-метки не требуют сертификации FCC, т.к. не излучают энергию.

Для доступа на рынок Евросоюза система должна пройти тестирование на соответствие Директиве по радиооборудованию (CE RED). Вот некоторые стандарты, которым изделие должно соответствовать:

• ETSI EN 300 440 (радиооборудование, работающее на частотах 1-40 ГГц);
  
• ETSI EN 300 330 (радиооборудование, работающее на частотах 9 кГц - 25 МГц, и индуктивные контурные системы, работающие в диапазоне частот 9 кГц - 30 МГц);
  
• ETSI EN 300 220 (устройства малого радиуса действия, работающие на частотах 25-1000 МГц);
  
• ETSI EN 300 328 (широкополосные передающие системы, работающие на частоте 2,4 ГГц).
  
  

Что до сертификации на российском рынке, компаниям необходимо получить сертификаты соответствия ГОСТ Р. Вот некоторые стандарты, регулирующие использование технологии радиочастотной идентификации:

• ГОСТ Р ИСО 17363-2010
  
• ГОСТ Р ИСО/МЭК 15693
  
• ГОСТ Р ИСО/МЭК 18000
  
• ГОСТ Р ИСО/МЭК 14443
  
• ГОСТ Р ИСО/МЭК 7810
  
• ГОСТ Р 54621-2011/ISO/IEC TR 24729-1:2008
  
• ГОСТ Р 58701-2019
  
• ГОСТ Р ИСО 28560-1-2014
  
  

Для продажи продукции на территории Евразийского таможенного союза потребуется получить декларацию ТР ТС. Кроме нее, скорее всего, также потребуется получить заключение РадиоЧастотного Центра (РЧЦ).

Обратите внимание, что в разных странах передатчикам ближнего радиуса действия разрешено использовать разные частотные диапазоны. Например, в России UHF RFID-системам разрешено использовать диапазон 863-868 МГц. Аналогичным системам в США и Европе разрешено транслировать на частотах 902-928 МГц и 865-868 МГц, соответственно.

Часто для решения этой проблемы систему проектируют так, чтобы она работала в диапазоне частот, который разрешен всеми странами.

Производителям могут также потребоваться такие сертификаты, как UL (его часто требуют ритейлеры в США), California Proposition 65, ATEX, IECEx, IP, IK, ARC и др.

Кроме того, устройства, использующие связь ближнего поля, могут быть сертифицированы некоммерческой организацией NFC Forum. Этот сертификат необязателен, но доказывает, что устройство совместимо с другими приборами, сертифицированными этой организацией. Узнать больше о Сертификационной программе NFC Forum можно по этой ссылке.

В зависимости от того, какую систему вам необходимо спроектировать, вы можете воспользоваться одной из альтернативных технологий. Многие из них можно применять для схожих целей, что RFID и NFC. Далее приведены технологии, которые можно считать их прямыми альтернативами, применяемыми в системах отслеживания местоположения и управления запасами.

Штрихкоды применялись для отслеживания и хранения информации об объектах еще до появления новых технологий. По сравнению с радиочастотной идентификацией или связью ближнего поля, у штрихкодов есть ряд серьезных недостатков. Для считывания информации оптический сканер должен находиться на одной линии со штрихкодом, и он может считать только один код за раз. Бумага быстро пачкается и легко отрывается. В штрихкоде может храниться лишь очень ограниченный объем данных.

QR-коды для записи информации используют как вертикальное, так и горизонтальное пространство, так что на них можно записать больше информации, чем на штрихкодах. У них те же недостатки, но они так же дешевы и не требуют дорогого оборудования.

Проводные ID-чипы. Еще одна альтернатива, данные с которой нельзя считать дистанционно. Она представлена умными картами, контактными ключами и подобными устройствами. Хранимая на них идентификационная информация передается только при замыкании контактов, что делает их более безопасными.

В качестве альтернатив RFID и NFC для отслеживания местоположения большого количества активов можно использовать следующие технологии. В ряде случаев это даже дешевле или проще. Но, как правило, такое применение данных технологий несколько нетипично.

Wi-Fi чаще используется в системах умного дома, чем в решениях для отслеживания местоположения или управления активами. У Wi-Fi больший радиус действия, однако, в отличие от пассивных RFID-меток, эта технология потребляет много энергии. Главное преимущество этой альтернативы в том, что вы можете использовать уже существующую инфраструктуру, а не создавать ее с нуля. Последнее может стоить очень дорого.

BLE (Bluetooth Low Energy) применяется в домашних системах мультимедийных развлечений, в медицинских приборах, устройствах для фитнеса и других сферах. Его можно применять для отслеживания местоположения, но у него те же недостатки, что у Wi-Fi. И хотя у таких систем долгий срок службы батарей, их все равно придется регулярно заменять. Наконец, понадобится создавать инфраструктуру с нуля.

Zigbee и Z-Wave – это протоколы беспроводной связи, у которых много общих черт. Их в основном применяют в системах умного дома для создания mesh-сетей, соединяющих умные устройства. Обе технологии отличаются низким энергопотреблением. Тем не менее им не хватает автономности и компактности пассивных RFID-систем.

В отличие от маячков, использующих Wi-Fi, BLE и подобные технологии, RFID и NFC-метки могут быть очень маленькими и гибкими. Поэтому они подходят для отслеживания сотен и тысяч небольших объектов. Кроме того, пассивные метки не требуют источника питания. Упомянутые выше альтернативы могут передавать больше информации, что требуется в системах умного дома. Однако в системах отслеживания местоположения не нужно передавать столько данных. Кроме того, RFID и NFC обычно не требуют сложных методов защиты.

Тем не менее в ряде ситуаций такие альтернативы могут оказаться полезнее, чем RFID и NFC. Наша команда работала со всеми перечисленными технологиями и может адаптировать их под ваши бизнес-задачи, если посчитает это разумным. Свяжитесь с нами, чтобы обсудить, какую систему вам нужно создать.

Приведенные ниже примеры показывают, как связь ближнего поля можно применять для различных целей.

Разработка прошивки для NFC

Один из наших заказчиков разрабатывал систему умного дома. Нашей задачей было проектирование печатных плат для панели управления системой. Мы также должны были разработать прошивку и ПО, а также ядро и драйверы ОС.

Помимо прочего, в системе использовался NFC-модуль для контроля доступа, способный считывать идентификационную информацию с карточек. Оригинальный драйвер для NFC-считывателя не работал с ядром Linux-Sunxi. Мы должны были доработать драйвер, чтобы он стал совместим с ОС.

Разработка прошивки для NFC-модуля стала одной из главных задач этого проекта.

Устройство для вызова официанта

Данный пример показывает, как связь ближнего поля может расширить функционал системы, основанной на другой технологии.

Заказчик разрабатывал mesh-сеть для ресторана. Сеть состояла из нескольких устройств. Их главная функция – отправлять сообщение официанту при активации. Нашей задачей была разработка ПО и прошивки для устройств.

Время от времени устройства нужно заряжать. Пока одно из них заряжается, его заменяют другим. В результате в течение дня одно и то же устройство может побывать на разных столиках. Поэтому его нужно перенастраивать, чтобы прибор «понял», на каком столе он сейчас находится. Менять настройки оказалось проще всего с помощью NFC-меток.

На каждом столике закрепляется NFC-метка. Устройства для вызова официанта были оснащены NFC-считывателями. Когда устройство помещается на метку, оно считывает с нее информацию и перенастраивается автоматически.

В данном случае связь ближнего поля упрощает работу системы.

Система геопозиционирования

Это пример использования технологии NFC для спорта и развлечений. Заказчик хотел создать систему для отслеживания местоположения участников состязаний по спортивному и городскому ориентированию и подобных игр. В данном проекте NFC-метками заменили контрольные пункты. Чтобы подтвердить посещение пункта, участникам достаточно просканировать метку смартфоном.

Изначально заказчик планировал использовать в качестве считывающих устройств смартфоны с модулем NFC. Однако затем он попросил нас разработать для своей системы специальный NFC-трекер. Так что этот проект в большей степени посвящен проектированию аппаратного обеспечения для NFC.

В отличие от смартфона, трекер не позволяет жульничать, а значит, у участников равные шансы на победу. Кроме того, мы поместили устройство в водонепроницаемый и ударопрочный корпус. Наконец, трекер имеет ряд дополнительных функций:

• С помощью акселерометра и гироскопа устройство отслеживает местоположение участников в реальном времени. Данные передаются организаторам соревнования.
• Устройство оснащено экраном, на который могут выводиться подсказки и предупреждения, если участники покидают зону соревнования.
• Прибор также оснащен тревожной кнопкой, при нажатии на которую организаторам передается сигнал.

Внедрить в устройство связь ближнего поля было несложно. Однако в данном случае команде нужно было учесть, что устройство должно работать в жестких условиях. Это типичная проблема применения RFID и NFC-систем вне помещений.

Прочтите нашу статью о разработке RFID и NFC-систем, чтобы узнать больше о том, как инженеры проектируют такие устройства.

Стоимость разработки NFC или RFID-устройства может сильно варьироваться в зависимости от размера системы, ее функциональности, объема и сложности задач и т.д. Цена зависит и от того, можно ли использовать в проекте готовые компоненты или придется создавать их с нуля. К итоговой сумме добавляется и стоимость разработки корпуса. Наконец, услуги разработчиков электроники в Северной Америке или Европе стоят дороже, чем у российских компаний.

Ниже приведена очень приблизительная оценка себестоимости устройства. В цену не включена стоимость услуг по разработке.

1. Простая система

Простые NFC и RFID-устройства не требуют вычислительной системы (микропроцессора или микроконтроллера). В этом случае существует два варианта.

А) Вместо разработки собственного NFC-модуля команда может использовать готовую модель. Это ускорит процесс разработки, но стоимость продукта, скорее всего, вырастет. Такое решение подойдет для прототипирования и мелкосерийного производства. Например, модули NFC-NTAG от TechNexion стоят около $4.

Б) Другой вариант – спроектировать собственный модуль на основе специализированного транспондера, например, Microchip Technology или STMicroelectronics. Разработка займет больше времени, т.к. команде понадобится спроектировать собственную печатную плату. Однако себестоимость устройства должна быть ниже, чем у аналога с готовыми модулями.

Для такого модуля потребуются следующие компоненты:

• Транспондер (микросхема), $0,30.
  
• Пассивные компоненты для транспондера, <$0,5.
  
• Простая 2-слойная плата, ~$0,45.
  
• Сборка печатной платы, ~$1,2.
  
• Антенну можно сформировать на плате или купить готовую выносную. Molex 146236-0051 обойдется в $0,38.
  
  

Итоговая стоимость модуля не должна превысить $2,84.

2. Сложная система

Если в устройстве нужна вычислительная система, потребуются более сложные компоненты.

А) Первый вариант – использовать готовый модуль. Например, TnL-FIT203 IoTize стоит $26,14. Как и в случае более простых систем, данный подход займет меньше времени, но увеличит стоимость продукта.

Б) Если в системе уже присутствует вычислительная система, можно просто добавить динамическую RFID или NFC-метку. Она играет роль моста между радио (RFID или NFC) и проводными внутренними интерфейсами системы (обычно I2C). Для такого модуля потребуются следующие компоненты:

• Динамическая метка (микросхема), <$0,36.
  
• Пассивные компоненты, <$0,5.
  
• Если сформировать антенну на основной плате невозможно, можно спроектировать дочернюю плату. Она будет стоить еще $0,45. В стесненных условиях может потребоваться гибкая плата, которая обойдется в $3,5.
  
• Если метка размещается на дочерней плате, сборка платы обойдется в $1,2. При использовании гибкой платы – в $4.
  
• Антенну можно сформировать на плате или использовать готовую модель стоимостью в $0,38.
  
  

Итоговая стоимость модуля не должна превысить $8,74.

В) Если система базируется вокруг RFID или NFC, но не имеет особых требований к микроконтроллеру, рекомендуется использовать МК с интегрированным интерфейсом RFID/NFC – например, LPC8N04FHI24E. Для такого устройства потребуются следующие компоненты:

• МК с интегрированным интерфейсом RFID/NFC, ~$6,7.
  
• Пассивные компоненты, <$1,0.
  
• 2-слойная печатная плата с интегрированной антенной, $0,6; или гибкая плата, $4.
  
• Сборка печатной платы: $1,5-$4,5.
  
• Если сформировать антенну на плате невозможно, то готовая антенна обойдется в $0,38.
  
  

Итоговая стоимость не должна превысить $16,58.