системам РЧИ. Успешное решение возникающих проблем и эффективное использование средств
автоматизации, основанных на РЧИ возможно только при понимании пр инципов и знании
особенностей работы оборудования РЧИ.
§ 1.1. История возникновения и развития технологии РЧИ
Предпосылками к появлению технологии РЧИ можно считать работы российс кого и советского
инженера, изобретателя Льва Сергеевича Термена. В 1920 г. работая в мо сковском физико-
техническом институте, под руководством академика А.Ф. Иоффе, он создал устан овку для
радиоизмерений физических свойств газов при переменной температуре и да влении. Одним из
неожиданных результатов его работы стало изобретение первого в мире электромузыка льного
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 т акже
использован Львом Терменом в изобретенных им же радиочастотных систем ах охранной
сигнализации.
Наиболее близким к технологии РЧИ стали системы распознавания «свой-чуж ой» ( 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» самолёт ов. В
1942 г. первые серийные радиоответчики СЧ-1 стали устанавливаться и на са молётах военно-
воздушного флота РККА (Красной Армии).
Уровень развития радиоэлектроники в то время не позволял делать такие устройс тва
портативными. Электронная часть их была сделана с применением радиоламп. Устройства были
7
громоздкими, потребляли много электроэнергии и совсем не походили н а 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 применени я, а появление
полупроводниковой микроэлектроники позволило создавать миниатюрные радио электронные
устройства (интегральные схемы) на одном кристалле. Это дало дополнительный импуль с
развитию технологии РЧИ. Микрофотография кристалла радиочастотной метки показан а на
рисунке 2.
8
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 све дения 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 на правление,
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 — «Радиочастотн ая 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 с ообщения о
проектах автоматизации библиотек на базе технологии РЧИ, реализованн ых 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 а ктивно она
используется в таких областях производственной деятельности, как складска я 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 си стемах
автоматизации. Термины «электронный читательский билет» или «радиочастотная метка» давно
уже знакомы и понятны как сотрудникам библиотек, так и их читателям.
§ 1.2. Основные виды устройств РЧИ
Технология РЧИ востребована и применяется во многих областях деятельности. В зави симости
от области применения, оборудование РЧИ может иметь различные характеристи ки и
особенности, отвечающие требованиям конкретной технологии и условиям испол ьзования
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, обеспечи вающий работу её
электронных модулей. Такие метки имеют большую дальность считывания, к оторая может
составлять сотни метров, и допускают большую скорость перемещения метки относительно
считывателя при обмене данными. К их недостаткам можно отнести огранич енный срок
действия, который определяется в основном типом элемента питания, температ урными
условиями использования и, как правило, не превышает 10 лет. Кроме того, ак тивные метки
отличаются сравнительно большими размерами и большой стоимостью, что ограничивает их
9
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 с истемах
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 с истемах
оплаты проезда по скоростным дорогам.
Рисунок 3 Активные метки РЧИ
Пассивные метки не имеют своего источника питания и получают эн ергию для работы
электронных модулей из электромагнитного поля, создаваемого считывателем. Та кие 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 раз меры, которые
определяются размерами антенны. Электронный модуль представляет собой интегральн ую
микросхему, имеющую малые размеры и стоимость. Различные примеры исполнения пассивных
радиочастотных меток показаны на рисунке 4.
Рисунок 4 Пассивные метки РЧИ
Именно пассивные метки из-за своей низкой стоимости и большого с рока службы обеспечили
массовое использование технологии РЧИ для автоматической идентификации самых различных
объектов в разных областях человеческой деятельности. Именно такие метки на шли широкое
применение в библиотеках.
10
Системы РЧИ могут работать в нескольких частотных диапазонах. Рабочие диапа зоны частот
систем РЧИ законодательно определены на уровне государственных регламентов и
международных соглашений. От выбора частотного диапазона существенно зависят технические
характеристики меток и, как следствие, преимущественные области применения меток того или
иного типа. От частоты сигнала зависят физические свойства электромагни тных волн и такие
характеристики считывателей как проникающая способность, направленность их излучения, что
определяет возможную дальность считывания метки, а также условия безопас ности персонала,
находящегося рядом с активной антенной устройства РЧИ.
По частотному диапазону пассивные метки РЧИ подразделяются на:
— НЧ (LF) — низкочастотный диапазон (125–134 кГц),
— ВЧ (HF) — высокочастотный диапазон (13,56 МГц),
— СВЧ (UHF) — сверхвысокочастотный диапазон (860–960 МГц),
— МВЧ (SHF) — микроволновый диапазон (2,4 ГГц).
Свойства электромагнитных волн в различных диапазонах определяют дальность де йствия, и
проникающую способность рабочего поля считывателей РЧИ, что, в свою очередь, оп ределяет
способ связи между считывателем и меткой, а также конструкцию антенн, используемых в
оборудовании.
Системы МВЧ диапазона имеют наибольшую дальность действия — обычно ~10 м, но для
некоторых систем с активными метками дальность действия может доходить до 200 м.
Системы СВЧ диапазона также имеют большую дальность действия, обычно 5–10 м , что
сопоставимо с дальностью действия систем микроволнового диапазона.
Системы ВЧ диапазона работают на дальностях до 1 м, что существенно меньше по сравнению с
системами СВЧ и МВЧ (см. п. Б.1 приложения Б), но во многих случаях бывает дос таточно для
автоматизации различных технологических операций, связанных с идентификацией.
Системы НЧ диапазона имеют наименьшую дальность действия, которая состав ляет единицы
сантиметров, что существенно ограничивает их область применения.
При сравнении проникающей способности рабочего поля считывателей различн ых
радиочастотных диапазонов можно увидеть, что она значительно выше в НЧ и ВЧ области, по
сравнению с СВЧ и МВЧ.
Электромагнитные волны МВЧ диапазона имеют наименьшую проникающую способность и по
своим свойствам похожи на световой луч. Связь между считывателем и меткой в этом диапазоне
практически возможна только на прямой видимости.
Электромагнитные волны СВЧ имеют несколько большую проникающую спос обность, что
позволяет им пройти сквозь небольшие препятствия на небольшом расстоян ии от антенны, но
если метка будет прикрыта ладонью или на пути радиоволн встанет человек, то такая метка
окажется незамеченной считывателем. Вся энергия излучаемого электромагни тного поля
окажется поглощенной препятствием. Это обстоятельство делает СВЧ системы потенциал ьно
опасными для людей, находящихся в рабочей зоне считывателей РЧИ.
Электромагнитные волны ВЧ диапазона имеют большую проникающую способность и
практически свободно проходят через диэлектрические материалы, такие как картон, бумага,
дерево, что позволяет уверенно считывать метки этого диапазона на книгах, сложенных в стопках
11
или размещенных на стеллажах. Наличие в рабочей зоне токопроводящих материалов (мета лл,
вода) оказывает влияние на работу антенн считывателей и меток и может помешать работе РЧИ
системы. Для работы меток на металлических поверхностях или при маркировке ем костей с
водой, используют специальные метки и считыватели, учитывающие такое влияние.
Системы НЧ диапазона имеют наибольшую проникающую способность, но при этом их рабочая
зона не превышает 1 см, поэтому очень высокая проникающая способнос ть рабочего поля
считывателя не имеет существенного значения для работы таких систем РЧИ.
Рассмотренные свойства систем РЧИ существующих частотных диапазонов определяют области
их применения.
Высокая дальность действия и скорость обмена данными систем МВЧ диапазон а позволяет их
эффективно использовать в системах позиционирования реального времени (RTLS — системы),
а также в транспортной логистике, для идентификации движущихся автомобилей и контейнеров,
находящихся в прямой видимости.
Системы СВЧ нашли широкое применение в складской и транспортной логисти ке, в системах
учета движения товаров в цепочке поставок, там где требуется повышенн ая дальность
считывания меток и не требуется долгое нахождение персонала в рабоч ей зоне считывателей. В
настоящее время производители СВЧ оборудования работают над его совершенствование м с
целью расширения сферы его применения, активно внедряясь в области, где традиц ионно
работает оборудование других диапазонов. К таким областям можно отнести с истемы оплаты
проезда по скоростным дорогам, маркировку упаковок с жидкостями, маркировку документов в
библиотеках.
Системы ВЧ широко используются там, где требуется передача относительно больших объемов
данных при невысокой дальности и обеспечении информационной безопасности — в банковских
платежных системах, системах оплаты услуг транспорта, на горнолыжных курортах, в системах
контроля доступа. Там, где требуется высокая проникающая способность ра бочего поля
считывателей для работы с маркированными объектами при небольшой и средней дальности, не
находящимися в прямой видимости, контактирующими с металлом или жидкостям и —
маркировка продуктов питания, фармацевтической продукции, а также в библио теках для
маркировки документов и в качестве электронных читательских билетов.
Системы НЧ диапазона широко применялись в системах контроля доступа — для автоматизации
проходных, автомобильных стоянок, также они использовались как подко жные импланты для
маркировки животных. В настоящее время НЧ системы активно вытесняются сис темами РЧ И
более высокочастотных диапазонов.
Из всех видов устройств РЧИ, обладающих разными техническими характеристиками, наиболее
подходящими для использования в условиях библиотеки, оказались устройства, работаю щие с
