無線射頻識別系統(RFID)

RFID硬體裝置

  電能與資料的無線傳輸技術可應用在自動鑑別系統(Automatic Identification system,Auto ID) ,而傳輸電能和資料且採非接觸式自動的鑑別系統稱為射頻鑑別系統(Radio Frequency Identification system,RFID system)。RFID中文稱為『無線射頻辨識系統』。由英國人(1948年)發展出來[6],用以在戰爭時,機場辨別敵我戰機時使用,而後進而由世界各國引用於不同用途。

   近年來無線射頻識別系統(RFID)已經被列為未世紀十大重要技術,預估將大幅度改變人類消費習慣。該系統針對接觸式系統的缺點,利用射頻訊號以無線電波方式傳送數碼資料,因此感應器不需與接收器接觸即可做資料的交換。此種無線方式的資料傳送並無方向性的要求,且無需接觸。

RFID系統是利用無線電波來傳送識別資料,以達到身份識別的目的。該系統包含三個主要之部分[8]

  1. 天線 Antenna, or Coil

  2. 感應器 Transponder, or Tag

  3. 接收器 Transceiver, Reader

感應器Transponder

   稱為感應器或智能標籤,感應器內含微細的晶片(如Philips的I-CODE)及天線(Antenna),感應器如果透過電池(Battery)作動,一般稱之為Active(主動式)Tag,主動式Tag可儲存較大的記憶體及較遠的讀取距離,但唯一的缺點為價格較昂貴而且每隔7~10年需更換電池;感應器如果靠內感電耦動作,則稱之為Passive(被動式)Tag,被動式Tag的記憶體較小,但好處是價格較具競爭力。

 

圖 RFID TAG 資料來源: www.planet.nl

圖 RFID TAG 資料來源:www.freedomfiles.org/

接收器Transceiver

  接收器最主要的功能在於接收主機(Host)端的命令,對於儲存在感應器的資料以有線(如RS422或Ethernet)或無線(如Bluetooth or GPS)方式傳送回主機,接收器內含Controller(控制器)及Antenna(天線),如果讀取距離較長,則Antenna會單獨存在。

 圖 RFID系統  資料來源:科學人雜誌[5]

RFID與條碼比較

  目前全球之商品,都靠著產品條碼來辨別產品身份。但是條碼只能記載著產品簡單的背景,例如生產商和品項名稱,而且還得透過紅外線接觸掃瞄才能讀取數據。更重要的是目前全世界每年生產超過五億種商品,而全球通用的商品條形碼,由十二位排列出來的條形碼號碼已經快要用光了。條形碼是只讀的、需要對準標的、一次只能讀一個、且容易破損;而RFID是可擦寫的、使用時不需對準標的、同時可讀取多個、堅固全天候使用,可不需人力介入操作。所以(條形碼)Bar Code是有可能被RFID標籤替代的。

 表 條碼與RFID之功能比較

功能

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

遠距讀取

 讀條碼時需要光線  

RFID標籤不需要光線就可以讀取或更新

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以讀取資料

資料正確性

條碼需要靠人工讀取,所以有人為疏失的可能性 

RFID標籤可傳遞資料作為貨品與保全

堅固性

當條碼污穢或損壞將無法讀取,即無耐久性

RFID標籤可在嚴酷、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 

 可進行高速動讀取

資料來源:工研院經資中心整理

RFID TAG較條碼具有更多優越性如下:

1.資料可更新性與重複使用性:條碼印刷後就無法更改,故會隨著商品的壽命結束而結束;而RFID TAG則可利用相關系統不限制次數新增、修改、刪除RFID TAG內儲存的資料,因此可以重複使用。

2.資料方便辨識及讀取:條碼閱讀器需在近距離而且沒有物體阻擋下,使掃描光源照射在條碼上才能辨讀。RFID TAG只要花無線電波的範圍內,即可傳遞訊號。

3.可同時讀取數個資料:條碼閱讀器一次只能讀取單一條碼資料;RFID TAG的辨識器可同時間內讀取數個RFID TAG。

4.安全性:RFID TAG讀取方面皆有密碼保護,高度安全性的保護措施使之不易被偽造及變造,而條碼沒有保護措施。

美國零售業大廠威名百貨(Walmart)
要求其前100名供應商在2005年1月1日前,
必須在所有包裝箱和貨箱架上使用
射頻識別標籤(RFID tag)。
 資料來源:科學人雜誌[5]

RFID特點[9]

1.數據的讀寫(Read Write)機能:只要通過RFID Reader即可不需接觸,直接讀取訊息至數據庫內,且可一次處理多個標籤,並可以將物流處理的狀態寫入標籤,供下一階段物流處理的讀取判斷之用。

2.容易小型化和多樣化的形狀:RFID在讀取上並不受尺寸大小與形狀之限制,不需為了讀取精確度而配合紙張的固定尺寸和印刷品質。此外,RFID TAG更可往小型化與多樣型態發展,以應用在不同產品。

3.耐環境性:紙張一受到髒污就會看不到,但RFID對水、油和藥品等物質卻有強力的抗污性。RFID在黑暗或髒污的環境之中,也可以讀取數據。

4.可重複使用:由於RFID為電子數據,可以反覆被覆寫,因此可以回收標籤重複使用。如被動式RFID,不需要電池就可以使用,沒有維護保養的需要。

5.穿透性:RFID若被紙張、木材和塑料等非金屬或非透明的材質包覆的話,也可以進行穿透性通訊。不過如果是鐵質金屬的話,就無法進行通訊。

6.數據的記憶容量大:數據容量會隨著記憶規格的發展而擴大,未來物品所需攜帶的資料量愈來愈大,對卷標所能擴充容量的需求也增加,對此RFID不會受到限制。

RFID使用頻率

  為避免各國無線電頻率使用標準不一,造成使用上的混亂與困擾,國際上大多遵守國際電信聯合會(ITU)的規範[12]。目前RFID使用的頻率有6種,分別為135KHz以下、13.56MHz、433.92MHz、860M~930MHz(即UHF)、2.45GHz以及5.8GHz,其各有特色和缺陷。135KHz以下傳輸距離短約10公分左右,通訊速度慢。此頻段在絕大多數的國家屬於開放,不涉及法規開放和執照申請的問題,因此使用最廣,主要使用在寵物、門禁管制和防盜追蹤。13.56MHz薄化的效果最佳傳輸距離為1公尺以下,代表性應用為會員卡、識別證、飛機機票和建築物出入管理,通訊距離10公分左右的近距離非接觸式IC卡發展快速。UHF頻段的RFID標籤最遠可達近5公尺的傳輸距離,可大幅提升現階段的應用層次,通訊品質佳,適合供應鍊品項管理,但有各國頻率法規不一的問題,現有的使用者頻率騰挪問題必不可免,否則跨區應用必然會出現管理的盲點。

 表 RFID頻譜比較分析表

頻率

優點

 缺點

應用範圍

低頻
(9-135Khz)  

1.此頻段在絕大多數的國家屬於開放,不涉及法規開放和執照申請的問題。  

讀取範圍受限制
 (在1.5公尺內)

1.畜牧或寵物的管理。
2. 門禁管理、防盜系統。

高頻
(13.56Mhz)

 1.高接受度的頻段
 2.在絕大多數的環境都能正常運行 

1.在金屬物品附近無法正常運作
2.讀取範圍在1.5公尺左右 

1. 圖書館管理
2. 貨版追蹤
3.大樓識別証
4. 航空行李標籤或電子機票

超高頻(300-1200Mhz)

 1.讀取範圍超過1.5公尺
 2.不易受天候影響

1.此頻段在日本不允許作為商業用途
2.頻率太相近時會產生同頻干擾
3.在陰濕的環境下會影響系統運作  

1.工廠的物料清點系統
2.卡車與拖車的追蹤

微波
(2.45或5.8Gzh)   

超過1.5公尺的取範圍

1.此頻段在某些歐洲國家不允許作為商業用途
2.複雜的系統開發流程
3.在先今環境不被廣泛使用  

高速公路收費系統

     資料來源:Forrester Research, Inc.

RFID之爭議

1隱私權問題:RFID Journal和市場研究機構ABI,共同進行的一項名為「RFID Journal Live」的調查顯示「採用RFID技術最大的好處是可以對企業的供應鍊進行透明管理,有效降低成本,但最近RFID的安全性也非常令人關注,很多公司推出了增強安全性能的RFID 產品。」(http://www.rfidjournal.com/)因為沒有人會因為它使用起來方便而自願讓個人隱私權曝光。

2失業問題:企業採用射頻識別系統後,將接手原來由人工完成的工作並進一步取代人工操作,其衍生而來的的問題,將是許多的勞工面臨失去工作的危機。政府與企業要共同合作來進行失業危機所需的配到措施。

3技術的突破:根據機構Auto-ID Center所做的一項調查顯示,即使貼上雙重卷標,RFID卷標牌仍有3%無法判讀;只貼一個標籤的吊牌則只有78%正確判讀。此外,射頻識別標籤與讀取機具有方向性及射頻識別訊號容易被物體所阻斷,亦為射頻辨識技術未來發展的一大挑戰。

4成本的降低:RFID系統不論是卷標、讀取器和天線可望隨著各大業者應用而使製造成本大幅降低,另外著名顧問公司麥肯錫分析指出,廠商不能只著眼於RFID未來價格下跌就垂涎不已,因為這項技術還需進行企業資源規劃(ERP)軟件升級,而這部份可能所費不貲。

5.國際標準的制定與推行:標準化是推動產品廣泛獲得市場接受的必要措施,但射頻識別讀取機與標籤的技術仍未見統一,因此無法一體適用。而不同製造商所開發的卷標通訊協議,適用於不同的頻率,且封包格式不一。就目前看來,現在普遍使用的134KHz和13.56MHz因傳輸距離不夠長而限制了閱讀器和RFID標籤間的傳輸距離,使得若干標籤不能有效地被讀取,而跨越UHF頻段的最大問題是既有之絕大多數的RFID系統和卷標供貨商,以及設備無法支持UHF頻段。也因此,各公司、自動識別中心與國際標準組織都正致力於訂定射頻識別標籤的標準,以求所有的標籤能與任何讀取機兼容。

結論

  綜觀上述的發展,RFID技術在現今供應鏈管理的相關領域已成了眾所矚目的焦點。此議題能受到如此重視的關鍵因素,乃是RFID技術能提供即時貨品辨識、掌握貨品動向的優點。其實,RFID的應用不單只侷限在承載商品條碼的供應鏈應用上,舉凡需要自動識別的應用環境,諸如機場的行李管理、認證防盜的應用、郵件管理與貨品保管等,也都是RFID的適用對象,下表二依據RFID的頻譜分佈,整理出各種RFID技術的相關應用。當然,未來RFID的應用要能順利運作,其與近年來長足進步的資訊系統結合是不可或缺的一環。換句話說,將RFID元件技術與現在ERP資訊系統作進一步整合應用,將會是RFID技術下一步的發展重點,以賦予RFID技術更大的應用價值。

參考資料

[5] SCIENTIEIC AMERICAN 科學人雜誌2004 年2 月號

[6] Jeremy Landt,Shrouds of Time: the history of RFID,the Association of Automatic Identification and Data capture Technologies (AIM),October 1, 2001

[7] 田柏冠,電能與資料傳輸技術於射頻鑑別系統之應用,國立台北科技大學電腦通訊與控制研究所碩士,民國91 年

[8] Microchip Technonlogy Inc.,MicroID 125khz RFID System Design Guide., USA,Microchip Technonlogy Inc.,1998.

[9] 黃昌宏,RFID 無線射頻識別標識系統的探討(上)-《印刷新訊》第49期,財團法人印刷工業技術研究中心研究發展組,2003 年9 月

[10] 黃昌宏,RFID 無線射頻識別標識系統的探討(下)-《印刷新訊》第50期,財團法人印刷工業技術研究中心研究發展組,2003 年9 月

[11] Roland Schuler,RFID Anwendungen und Auto-ID Center Initiative,Seminar "Smart Environments" SS2004,Juni 2004

[12] Radio Frequency Identification (RFID) White Paper,Accenture,2001年11 月