RFID หนึ่งในเทคโนโลยี ที่น...

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