RFID หนึ่งในเทคโนโลยีที่นาจับตามอง
วัชรากร หนูทอง และ อนุกูล นอยไมศูนยพัฒนาธุรกิจออกแบบวงจรรวม/เนคเทค
2
เนื้อหาในการบรรยายRFID คืออะไร
สวนประกอบของ RFID
หลักการทํางานและเทคนิคการรับและสงขอมูล
คลื่นพาหะตางๆ ที่ใชกันในระบบ RFID
มาตรฐานตางๆ ของ RFID ในปจจุบัน
มาตรฐานความปลอดภัยในการรับสงขอมูล
ตัวอยางการนําไปประยุกตใชงาน
แนวโนมการใชงาน RFID ในตลาดโลก
เนคเทคกับการพัฒนาเทคโนโลยี RFID
แนะนําเครื่องอาน RFID พรอมการสาธิตการใชงาน
Q&A
3
RFID คืออะไร
RFID ยอมาจาก Radio Frequency Identificationเปนระบบระบุลักษณะของวัตถุดวยคลื่นความถี่วิทยุ ที่ไดถูกพัฒนามาตั้งแตป ค.ศ. 1980 เพื่อวัตถุประสงคหลักเพื่อนําไปใชงานแทนระบบรหัสแทงหรือบารโคด (Barcode)
4
Radio Frequency IdentificationThe reader (read or write/read device)
high frequency transmitter and a receiver control unit
coupling element (coil, antenna)interface to another system(e.g. PC, robot control system)
The transponder (tag)coupling element (coil, antenna)microchip
5
จุดเดนของ RFIDสามารถอานคาขอมูลจากปายหรือแท็ก (Transponder/Tag) ไดหลายๆ แท็ก พรอมๆ กัน แบบไรสัมผัส
สามารถอานคาไดแมในสภาพที่ทัศนวิสัยไมดี(มองไมเห็น)
สามารถอานคาไดแมไมตองอยูในแนวเสนตรง (Non-Line of Sight) เดียวกับเครื่องอาน (RFID Reader)
ทนตอความเปยกชื้น แรงสั่นสะเทือน การกระทบกระแทก
สามารถอานคาขอมูลไดระยะไกล
สามารถอานคาขอมูลไดดวยความเร็วสูง
Reader IC MCU
Transponder/Tag Read/Write Base Station
RF Field
6
Types of RFID Tags
Active Tags
Passive Tags
7
RFID SystemRFID Systems
Active Passive
Sensor Tags Others ActiveTags EAS LF HF UHF Microwave
ISO 14443 ISO 15693
EAS : Electronic Article Surveillance LF : Low FrequencyHF : High FrequencyUHF : Ultra High Frequency
8
Active Tags
Radio transmitter with batterylong range (up to 100 m)limited lifetime (battery)independent of environment
But
……. expensive
9
Passive Tags
No batteryshort range (up to 1.2 m)unlimited lifetime (no battery)range dependent of environment
But
……. inexpensive
10
Transponder construction formatsGlass housingDisk and CoinPlastic housingSmart labelID-1 format (Credit card)Coil-on-ChipOther formats
11
Basic Tag IC architecture
12
Tag Classes
CLASS 0 – Read Only (Factory programmed)CLASS 1 – Write Once Read OnlyCLASS 2 – Read WriteCLASS 3 – Read Write (With on board sensors)CLASS 4 – Read Write (Active tags)
Defined by EPC Global
13
Readerทําหนาที่เขียนหรืออานขอมูลในแท็ก ดวยสัญญาณความถี่วิทยุ
ภายในเครื่องอานจะประกอบดวย เสาอากาศที่ทําจากขดลวดทองแดง เพื่อใชรับสงสัญญาณ ภาครับและภาคสงสัญญาณวิทยุ และวงจรควบคุมการอาน-เขียนขอมูล โดยทั่วไปเครื่องอานจะประกอบดวยสวนประกอบหลักดังนี้
ภาครับและสงสัญญาณวิทยุ
ภาคสรางสัญญาณพาหะ
ขดลวดที่ทําหนาที่เปนสายอากาศ
วงจรจูนสัญญาณ
หนวยประมวลผลขอมูล
ภาคติดตอกับคอมพิวเตอร
14
ตัวอยางรูปรางของเครื่องอานแบบตางๆRectangular
Round PCB
Terminal
Handheld Tunnel
15
หลักการทํางานและเทคนิคการรับและสงขอมูล
16
Power supply to passive transponders
Two different ways of energy and information transfer between reader and tag
Inductive coupling (LF and HF)Backscatter coupling (UHF and Microwave)
17
Data Encoding
18
Digital Modulation
Amplitude shift keying (ASK)Frequency shift keying (FSK)Phase shift keying (PSK)Modulation procedures with subcarrier
ASK
FSKPSK
19
Load modulation with ASK modulatedsubcarrier
20
Communicating between Tag and Reader
FDX (Full duplex)HDX (Half duplex)SEQ (Sequential)
21
Anti-collisionAbility to communicate with several transponders simultaneouslyImportant in longer range readersMust be implemented in the silicon of the RFID device
Reader
* HF < 50 tags/s, UHF up to 200 tags/s
22
?????????13.56 MHz433 MHz
315 MHz
915 MHz
2.45
GH
z5.8 GHz
27.1 MH
z
125 kHz
23
ยานคลื่นความถี่ที่ใชในระบบ RFIDในปจจุบันคลื่นพาหะที่ใชงานกันในระบบ RFID จะอยูในยานความถี่ ISM(Industrial-Scientific-Medical) อาจแบงออกไดเปน 4 ยานหลักไดแก
ยานความถี่ต่ํา (Low Frequency : LH) ต่ํากวา 150 kHzยานความถี่สูง (High Frequency : HF) 13.56 MHzยานความถี่สูงยิ่ง (Ultra High Frequency : UHF) 433/868*/915** MHzยานความถี่ไมโครเวฟ (Microwave) 2.4/5.8 GHz
10 kHz 100 kHz 1 MHz 10 MHz 100 MHz 1 GHz
6.8 MHz
2.45 GHz125kHz, 133 kHz 13.56 MHz
5.8 GHz433 MHz
10 GHz
915 MHz
* 868 MHz : Europe (ECR : European Radio communications Committee)** 915 MHz : US (FCC: Federal Communications Commission
24
Frequency ranges and radio licensing regulation
10 10 kHzkHz 100 100 kHzkHz 1 1 MHzMHz 10 10 MHzMHz 100 100 MHzMHz 1000 1000 MHzMHz 300 300 GHzGHz
Low FreqLow Freq. . EASEAS MidMid. . FreqFreq..EASEAS
Cell PhoneCell Phone
RFIDRFID: : Item Item
ManagementManagement
DataDataModemModem AMAM
RadioRadioToysToys
GarageGarageDoorDoorCBCB FMFM
RFIDRFID::Access ControlAccess Control
Animal IDAnimal ID
RFIDRFID::Toll Roads Toll Roads
& Item & Item ManagementManagement
MicrowaveMicrowaveEASEAS
TVTV
DataDataTerminalTerminal
RFID &RFID &II..CC. . CardsCards
2.452.45 GHzGHz
25
RFID Frequency Comparison (1)
Reference: RFID Application, IET Co., Ltd. 2004
26
RFID Frequency Comparison (2)
Reference: RFID Application, IET Co., Ltd. 2004
27
Smart Card Standardization
28
RFID Standardization
Identification cards – contactless integrated circuit cards
ISO 10536 (ISO SC17/WG8) - Close coupled cardsISO 14443 (ISO SC17/WG8) - Proximity cardsISO 15693 (ISO SC17/WG8) - Vicinity cards
Animal IdentificationISO 11784 (ISO TC 23/WG19) Radio-frequency identification of animals - code structureISO 11785 (ISO TC 23/WG19) Radio-frequency identification of animals - technical conceptISO 14223 (ISO TC 23/WG19) Radio-frequency identification of animals - Advanced Transponders
ISO: International Organization for Standardizationhttp://www.rfid-handbook.de/rfid/standardization.html
29
ISO 14443 (ISO SC17/WG8) - proximity cards
ISO: International Organization for Standardizationhttp://www.rfid-handbook.de/rfid/standardization.html
30
ISO 15693 (ISO SC17/WG8) - vicinity cards
Logic 0
Logic 1
ISO: International Organization for Standardizationhttp://www.rfid-handbook.de/rfid/standardization.html
31
ISO 11784 - Code structure ISO 11785 - Technical concept
Specification- Radio frequency (RF): 134.2 KHz- 128 bit memory- Bit Rate : 4192 bits/second- Encoding Format: Differential Biphase- Modulation : ASK- Error Detection: CRC-CCITT
32
RFID Applications
Security access control/ Personal IdentificationMember card/ Credit cardSupply Chain Management/LogisticsAnimal TaggingElectronics ImmobilizationRetail Store (EPC)
33
Security RFID Systems
Mutual Symmetrical Authentication
Authentication Using Derived Keys
Encrypted Data Transfer
34
Mutual Symmetrical Authentication
Mutual Symmetrical Authenticate จะเปนการพิสูจนกุญแจทั้งสองฝาย
ขอดี - มีความปลอดภัยสูง - สามารถตรวจสอบกุญแจรหัสไดทั้งสองฝาย- ไมมีการสงกุญแจรหัสออกไปตรงๆ โดยสงในรูป Token 1 และ Token 2
35
Authentication Using Derived Keys
เปนการพิสูจนกุญแจรหัสโดยวิธีการใชการสรางกุญแจรหัสยอย (Derived Key) จากกุญแจรหัสหลัก (Master Key) และหมายเลขประจําบัตร (ID-Number) ที่ไมซ้ํากัน ขอดี- กุญแจหลักจะไมถูกใชโดยตรง ทําใหไมสามารถเจาะเอากุญแจหลักได เปนการเพิ่มระดับความปลอดภัยอีกระดับหนึ่ง
36
Encrypted Data Transfer
Symmetric Algorithms (DES/3DES) เปนการเขารหัส และ ถอดรหัสดวยกุญแจรหัสเพียงตัวเดียว Asymmetric Algorithms (RSA) เปนการเขารหัส และ ถอดรหัสดวยกุญแจรหัสเปนคู โดยที่การเขารหัสจะทําโดยกุญแจรหัสตัวหนึ่ง และถอดรหัสดวยกุญแจอีกตัวหนึ่ง แตกุญแจรหัสที่ใชในการเขารหัสจะไมสามารถนํามาถอดรหัสขอมูลได
37
ตัวอยางการประยุกตใชงาน RFID
38
Access Control / Personal ID
Access controlBuilding AccessTime AttendanceHuman Resource Management
Personal Identificatione-Passport e-Citizen
39
Member card / e-Ticket
Credit card/ Debit cardToll Tagse-Tickete-Purchasing
40
Supply Chain Management / Logistics
Supply Chain ManagementWarehouse ManagementCargo ManagementLogistics
41
Animal Tagging
National Animal IdentificationAnimal TaggingFood TraceabilityDisease Control
42
e-Seal and anti-tamperBolt Seal Security Tag
Electronically secures ocean containers, air cargo ULD containers, trailers, Monitors presence and integrity of bolt seal, generates alarm upon bolt removal or breakageRe-usable tagReduces manual inspectionsMinimizes theft, loss and tampering
43
Electronics Immobilization
44
The EPC-Electronics Product CodeEPC is a standardized naming scheme used for automatic identification of object.Developed by Auto-ID center or EPCglobal(www.epcglobalinc.org)The EPC is the next evolution of the UPC (Universal Product Code), which is found as a barcode on most products today.
Layout of an EPC which is 96 bits in length
45
Instant Checkout… A Dream Come True??A Dream Come True??
“Chip to remove shopping blues”
—Post-Courier, January 1994
“Tiny microchip identifies groceries in seconds.”
—Chicago Tribune
“Checkout in one minute”
—The Times, London
“Scanning range of four yards”
—NY Times
“1.5¢ electronic bar code announced”
—San Francisco Chronicle
46
The Global Market Trend
RFID spending for US retail supply chain expected to reach US$1.3 billion in 2008Global market size for RFID will expand to $10 billion by 2010Wal-Mart and Tesco already directed their suppliers to use RFID on their products by 1 January 2005 and September this year respectively (approximately 70% of the products sold in these retailers’ originally produced in Asia)Increasing of Food Traceability Using RFIDe-Passport, e-Citizen, e-Purchasing
Reference: RFID Application, IET Co., Ltd. 2004
47
เนคเทคกับการพัฒนาเทคโนโลยี RFID (1)พ.ศ. 2544 TIDI/NECTEC พัฒนาและออกแบบชิพ RFID ซึ่งเปนถือวาเปน “ชิพ RFID ตัวแรกของประเทศไทย”
TechnologyTechnology: : 0.80.8 umumDie sizeDie size: : 22..22xx22..6 6 mmmm22
RF interface unitRF interface unit
6464--bit OTP memorybit OTP memory
BasebandBaseband unitunit
RF padRF pad
48
เนคเทคกับการพัฒนาเทคโนโลยี RFID (2)
พ.ศ. 2545 TIDI/NECTEC พัฒนาตนแบบเครื่องอาน RFID ความถี่ 13.56 MHz เพื่อใชงานกับชิพ RFID ที่ออกแบบ พรอมกับซอฟตแวรใชงาน
พ.ศ. 2546 TIDI/NECTEC ชวยสนับสนุน คุณมานพ ธรรมสิริอนันต ในการกอตั้งบริษัท Silicon Craft Technology (www.sic.co.th) ซึ่งเปนบริษัทแรกที่ทําธุรกิจทางดานการออกแบบวงจรรวม ซึ่งทางบริษัทไดทําการออกแบบและพัฒนาไมโครชิพทางดาน RFID หลายรุนในยานความถี่ต่ําและความถี่สูง RFID Software interface
49
จัดตั้ง RFID/Smart Card Cluster เปาหมาย เครือขายวิสาหกิจ Smart Card/RFID เปนเครือขายของนักพัฒนา (developers) ที่ทําใหเกิดขีดความสามารถในการพัฒนาระบบ Smart Card/RFID เชนใน e-logistics โดยทีมงานไทยทั้งหมด โดยเปนแหลงพัฒนา แลกเปลี่ยนขอมูลเทคโนโลยี รวมทั้งการทําตลาดรวมระหวางสมาชิกและผูใชบริการในลักษณะ one-stop service เพื่อที่หนวยงานรัฐและเอกชนไดมีโอกาสใชเทคโนโลยีโดยคนไทยคุณภาพสากล ในราคาที่แขงขันได เปนการลดการนําเขา และเสริมสรางความแข็งแกรงของอุตสาหกรรม ซอฟตแวร อิเล็กทรอนิกส และไมโครชิพของประเทศไทย
รูปแบบการดําเนินงานจัดตั้งเครือขายเพื่อตอยอด พัฒนา สนับสนุนใน 4 กลุมงานหลักใน value chain คือ - C (Chip & Card)- A (Application software)- T (Terminal)- S (System & Solution)
50
เนคเทคกับการพัฒนาเทคโนโลยี RFID (3)
พ.ศ. 2547 TIDI/NECTEC พัฒนาเครื่องอาน RFID ยานความถี่ต่ํา สําหรับประยุกตใชงานดาน Animal Id. และทางดาน Access Control
51
แนะนําเครื่องอาน RFID พรอมการสาธิตการใชงาน
52
สวนประกอบของเครื่องอาน RFID
53
สวนประกอบของเครื่องอาน RFID (1)
RF Interface Chip
ทําหนาที่
• แปลงสัญญาณ analog ใหเปน digital ในกรณีสงขอมูลจาก Coil ไปยัง MCU
• แปลงสัญญาณ digital เปน analog ในกรณีสงขอมูลจาก MCU ไปยัง Coil
RFinterface
chipcoil
54
สวนประกอบของเครื่องอาน RFID (2)
Microcontrollerทําหนาที่
• ควบคุมการทํางานของ RFID Reader
• ถอดรหัสสัญญาณตามรูปแบบที่เขารหัสสัญญาณมา เชน Manchester, Bi-phase เปนตน
RFinterface
chipMicro
controller
55
สวนประกอบของเครื่องอาน RFID (3)
RFinterface
chip
ทําหนาที่
• เปนตัวรับขอมูลจากภายนอก เชน keypad เปนตน
• เปนอุปกรณแสดงผลหรือควบคุมอุปกรณที่อยูภายนอก เชน LED, 7-segment, LCD, Relay เปนตนMicro
controller
Input / OutputInput
output
56
สวนประกอบของเครื่องอาน RFID (4)
RFinterface
chip
ทําหนาที่
• แสดงผลของขอมูลใหอยูในรูปแบบที่ผูใชงานสามารถเขาใจไดงาย
• ควบคุมการทํางานของ RFID Reader
Microcontroller
Graphic User Interface
Inputoutput
Computer
GUI
57
สวนประกอบของเครื่องอาน RFID (5)
58
การนําไปประยุกตใชงาน (1)
งาน สวทช 47
ณ อุทยานวิทยาศาสตรประเทศไทย
59
การนําไปประยุกตใชงาน (2)
งาน สัปดาหวิทยาศาสตร 47
ณ เมืองทองธานี
60
การนําไปประยุกตใชงาน (3)
งาน Embedded System
20 ธันวาคม 2547
ณ สถาบันวิจัยจุฬาภรณ
61
การนําไปประยุกตใชงาน (4)
• รวมกับบริษัท ฟอรเวิรด ซิสเต็ม จํากัด จัดทําระบบควบคุมรถเขา – ออก ณ อุทยานวิทยาศาสตรประเทศไทย
62
การนําไปประยุกตใชงาน (5)
• รวมกับสมาคมคนตาบอดแหงประเทศไทย จัดทํา “ฉลากยาอัจฉริยะ”โดยนํา RFID ไปใชงานรวมกับ output ทางดานเสียง
63
แนวทางการพัฒนา (48-49)
• RFID Reader แบบพกพา
• RFID Reader with Booster
• Low Cost RFID RFID Reader
64
การสาธิตการใชงาน RFID Reader
65
Summary
66
Summary (2)
Identification media of the future
Different type of tags for different application
Unlimited type of packages
Re-usable tags
67
ReferenceMichael L. Davis, “RFID: Definitions”, Slide presentation, Oct 1997.Auto Id, “Standard”, Slide presentation, Jan 2001, http://www.autoid.org/presentations/standards.htmEero Kytö, “Radio Frequency Identification Tags”, Slide presentation, 2002.Craig K. Harmon, “An RFID Primer” Mississippi Valley State University, Slide presentation, Nov 2002.W. Noothong, N. Panitantum, A. Yordthein, A. Worapishet and M. Thamsirianunt“ASIC Design of a Single Chip CMOS RFID Transponder”, NECTEC, Slide presentation, 2002.EURO IQ AG, “Customized RFID solutions for your business”, Slide presentation, 2002.Klaus Finkenzeller, “RFID Handbook: Fundamentals and Application in ContactessSmart Cards and Identification”, John Wiley & Sons, 2003.IET Co., Ltd. “RFID Application”, Slide presentation, 2004.วัชรากร หนูทอง อนุกูล นอยไม และ ปรินันท วรรณสวาง, “ RFID เทคโนโลยีสารพัดประโยชน”, สาร NECTEC, กันยายน – ตุลาคม พ.ศ. 2547
68
Q&A
69
ขอบคุณครับ