RFID, atau Pengecaman Frekuensi Radio, ialah teknologi asas dalam bidang pengecaman automatik dan pengumpulan data. Berbeza dengan definisi popular, dari sudut teknikal, RFID ialah sistem komunikasi tanpa wayar tak simetri, menggunakan medan elektromagnet atau gelombang radio untuk menghantar data antara peranti soal siasat dan peranti tindak balas.

Dokumen ini memberikan pandangan mendalam tentang lapisan fizikal, mekanisme modulasi, teknik antena, faktor persekitaran yang mempengaruhi isyarat dan analisis keberkesanan operasi praktikal.

1. Prinsip Fizikal dan Mekanisme Gandingan

Keupayaan penghantaran data RFID bergantung pada dua prinsip fizikal yang berbeza, bergantung pada frekuensi operasi dan jarak dari medan.

Gandingan Aruhan Magnet - Medan Dekat

Mekanisme ini digunakan untuk sistem frekuensi rendah LF 125 kHz dan frekuensi tinggi HF/NFC 13.56 MHz.

Kawasan medan dekat ditakrifkan oleh jarak d < λ / 2π (di mana λ ialah panjang gelombang).

Beroperasi berdasarkan hukum aruhan elektromagnet Faraday. Antena pembaca ialah gegelung yang menghasilkan medan magnet berubah-ubah. Apabila tag RFID yang mengandungi gegelung sekunder memasuki kawasan medan magnet ini, daya gerak elektrik teraruh muncul, menghasilkan arus yang memberi kuasa kepada mikrocip.

Data dihantar kembali ke pembaca melalui kaedah Variasi Beban. Mikrocip pada tag akan menghidupkan dan mematikan perintang beban selari dengan antena, mengubah impedans bersama, dengan itu menyebabkan penurunan voltan pada gegelung pembaca. Pembaca menyahkod perubahan voltan ini menjadi data binari. Oleh kerana medan magnet berkurangan berkadar dengan 1/r³, julat bacaan biasanya dihadkan di bawah 1 meter.

Gandingan Serakan Balik - Medan Jauh

Mekanisme ini digunakan untuk sistem frekuensi ultra tinggi UHF 860~960 MHz dan Gelombang Mikro 2.4 GHz.

Beroperasi berdasarkan prinsip radar. Pembaca memancarkan gelombang elektromagnet yang merambat di angkasa. Mikrocip pada tag mengubah pekali pantulan atau keratan rentas radar RCS antena dengan mengubah impedans input antara dua keadaan. Pembaca mengesan perubahan keamatan gelombang pantulan untuk menyahkod data.

Di mana pengecilan berkadar terus dengan kuasa dua jarak (d²), membenarkan julat operasi sehingga lebih 10-15 meter.

2. Teori Antena dan Polarisasi Gelombang

Prestasi sistem RFID UHF sangat bergantung pada reka bentuk antena dan penyegerakan polarisasi.

Polarisasi Linear

Gelombang elektromagnet berayun pada satu satah sahaja seperti mendatar atau menegak.

• Kelebihan: Jarak bacaan terjauh kerana tenaga tertumpu.
• Kekurangan: Memerlukan antena tag dan antena pembaca selari. Jika tag berserenjang dengan gelombang atau fenomena polarisasi silang, pembaca tidak akan menerima isyarat.

Polarisasi Bulat

Gelombang elektromagnet berputar dalam bentuk lingkaran apabila bergerak, boleh berputar ke kanan atau ke kiri.

• Kelebihan: Boleh membaca tag dalam sebarang arah, sesuai untuk persekitaran runcit di mana barangan disusun secara rawak.
• Kekurangan: Kehilangan kira-kira 3dB kuasa (50% tenaga) berbanding dengan polarisasi linear, yang membawa kepada jarak bacaan yang lebih pendek sedikit.

Faktor Gandaan dan Lebar Alur

• Faktor gandaan tinggi (contohnya 9-12 dBi): Alur gelombang sempit, pergi jauh. Sesuai untuk pintu gudang, tali sawat.
• Faktor gandaan rendah (contohnya -20 hingga 3 dBi): Alur gelombang lebar, medan dekat. Sesuai untuk rak barang pintar atau tempat pembayaran untuk mengelakkan pembacaan tag berdekatan secara tidak sengaja.

3. Seni Bina dan Pengelasan Tag

Tag RFID dikelaskan secara teknikal berdasarkan sumber tenaga dan struktur memori.

Pengelasan mengikut sumber tenaga

• Tag pasif: Tiada sumber kuasa dalaman. Beroperasi terima kasih kepada tenaga gelombang RF. Kos rendah, jangka hayat panjang.
• Tag separa pasif: Mengintegrasikan bateri untuk memberi kuasa kepada cip dan penderia, tetapi masih menggunakan kaedah serakan balik untuk menghantar maklumat. Kepekaan lebih tinggi daripada tag pasif (-30dBm berbanding -18dBm).
• Tag aktif: Mempunyai bateri dan pemancar gelombang aktif. Julat bacaan >100m.

Seni Bina Memori EPC Gen 2

Piawaian ISO/IEC 18000-63 menetapkan 4 partition memori:

1. Partition Keselamatan (Bank 00): Mengandungi kata laluan akses 32 bit dan kata laluan pembatalan tag 32 bit.
2. Partition EPC (Bank 01): Mengandungi kod produk elektronik dari 96-bit hingga 496-bit. Ini ialah kunci utama untuk pengenalan. Termasuk juga bit Kawalan Protokol dan kod semakan ralat CRC-16.
3. Partition TID (Bank 10): Kod pengenalan transponder. Mengandungi kod pengeluar dan nombor siri unik cip. Data ini biasanya ditulis mati dari kilang untuk mengelakkan pemalsuan.
4. Partition Pengguna (Bank 11): Memori boleh ubah suai untuk pengguna (512 bit - 8 Kbyte). Digunakan untuk menyimpan maklumat tambahan apabila tiada sambungan rangkaian.

4. Antara Muka Udara dan Modulasi Isyarat

Dari Pembaca ke Tag

Menggunakan modulasi amplitud. Mengekod data menggunakan teknik Pengekodan Jarak Nadi. Dalam teknik ini, nilai '0' ialah nadi pendek, '1' ialah nadi panjang. Ciri penting ialah sentiasa mengekalkan tenaga gelombang dalam keadaan tinggi untuk sebahagian besar masa kitaran bit, memastikan tag tidak kehilangan kuasa semasa menerima data.

Dari Tag ke Pembaca

Tag bertindak balas lemah dengan mengubah pekali pantulan. Pengekodan yang digunakan ialah FM0 atau Subpembawa Miller.

• FM0: Kelajuan tertinggi, tetapi mudah terdedah kepada gangguan.
• Miller (M=2, 4, 8): Kelajuan lebih perlahan tetapi keupayaan anti-gangguan yang sangat baik. Dalam persekitaran dengan banyak logam atau gangguan gelombang, pembaca akan meminta tag untuk bertukar kepada mod Miller M=4 atau M=8.

5. Algoritma Anti-perlanggaran

Apabila beratus-ratus tag bertindak balas bersama-sama, perlanggaran isyarat berlaku. Sistem UHF Gen 2 menggunakan algoritma ALOHA slot rawak, atau juga dikenali sebagai Algoritma Q.

1. Pembaca mengeluarkan arahan Query yang mengandungi parameter Q (contohnya Q=4, bersamaan dengan 2^4 = 16 slot masa).
2. Setiap tag menjana secara automatik nombor rawak 16 bit dalam julat [0, 2^Q-1].
3. Tag yang mendapat nombor 0 akan bertindak balas serta-merta.
4. Pembaca menghantar isyarat pengesahan bersama-sama dengan nombor rawak itu.
5. Tag menghantar semula kod EPC penuh.
6. Jika terdapat perlanggaran (banyak tag mendapat nombor 0 bersama-sama), pembaca menghantar arahan yang meminta tag untuk memilih nombor lain.

6. Faktor Persekitaran dan Pengecilan

Pelaksanaan RFID praktikal lebih rumit daripada teori disebabkan oleh fenomena fizikal persekitaran.

• Kesan Pudar berbilang laluan: Gelombang UHF memantul melalui dinding, lantai, logam menghasilkan banyak laluan penghantaran ke antena. Gelombang ini boleh mengganggu secara merosakkan antara satu sama lain mewujudkan titik mati dalam kawasan bacaan. Inilah sebabnya tag kadangkala tidak boleh dibaca walaupun terletak sangat dekat dengan antena.
• Penyerapan tenaga: Air dan cecair polar menyerap tenaga gelombang UHF dengan kuat. Tubuh manusia juga menyebabkan pengecilan isyarat yang besar.
• Sisihan frekuensi: Apabila tag RFID diletakkan terlalu dekat dengan permukaan logam, kapasitans parasit mengubah frekuensi resonans antena tag, menyebabkannya tidak lagi menangkap gelombang 915 MHz pembaca. Perlu menggunakan jenis tag khusus dengan lapisan penebat.

7. Keselamatan dan Piawaian Gen 2 V2

Untuk menentang risiko menghendap dan pemalsuan, piawaian Gen 2 Versi 2 telah menambah ciri keselamatan:

• Pengesahan Kriptografi: Tag dan pembaca mesti membuktikan identiti melalui mekanisme Soal Jawab menggunakan algoritma AES-128. Mencegah pemalsuan tag dari.
• Ciri Tanpa Nama: Membenarkan tag menyembunyikan sebahagian atau keseluruhan memori, atau mengubah tindak balas rawak untuk mengelakkan pengesanan lokasi pembawa tag.
• Kunci Memori Pengguna: Mengunci secara kekal kawasan memori tertentu untuk mengelakkan penimpaan data tanpa kebenaran.

8. Perisian Tengah dan Pemprosesan Tepi

Data mentah daripada pembaca perlu ditapis melalui lapisan perisian tengah mengikut piawaian Peristiwa Lapisan Aplikasi:

1. Penapisan: Menghapuskan penduaan. Satu tag boleh dibaca 50 kali/saat, sistem hanya perlu melaporkan "Tag A telah muncul".
2. Pelicinan: Memproses fenomena tag berkelip, iaitu membaca dengan baik tiba-tiba kehilangan isyarat disebabkan oleh gangguan dan kemudian mendapatkannya semula.
3. Pemetaan Logik: Menukar kod EPC (contohnya: 303405...) kepada maklumat perniagaan (contohnya: Baju saiz M, Penghantaran 123).

9. Analisis Faktor Perniagaan dan Keberkesanan Operasi

Penggunaan RFID bukan sahaja masalah teknikal tetapi juga strategi untuk mengoptimumkan kos dan proses.

Pengoptimuman Rantaian Bekalan

• Ketepatan inventori: Meningkatkan daripada purata 65% (dengan kod bar) kepada lebih 99%. Ini mengurangkan keadaan kehabisan stok maya dan inventori mati.
• Kelajuan inventori: Mengurangkan masa pengiraan sehingga 90-95%. Seorang pekerja boleh mengimbas 20,000 produk dalam satu jam berbanding beberapa ratus produk apabila menggunakan kaedah manual.
• Pengesanan asal: Kod EPC mengenal pasti setiap unit produk secara berasingan, membenarkan penjejakan tepat perjalanan dari kilang ke tempat jualan, menyokong anti-pemalsuan dan pengurusan penarikan balik yang berkesan.

Analisis Kos Pelaburan ROI

• Kos Tag (Kos Berubah): Merupakan faktor kos terbesar dalam jangka panjang. Harga tag pasif berbeza-beza dari 4-10 sen AS bergantung pada kuantiti. Untuk barangan bernilai rendah, kos tag boleh menjejaskan margin keuntungan.
• Kos Infrastruktur (Kos Tetap): Termasuk pembaca tetap, antena pintu, peranti pegang tangan dan pencetak pengekodan.
• Kos Integrasi: Perisian tengah dan usaha untuk disepadukan ke dalam sistem ERP sedia ada.
• Faedah pulangan: Perniagaan biasanya mencapai titik pulang modal selepas 12-24 bulan terima kasih kepada penjimatan kos buruh, pengurangan kerugian barangan dan peningkatan jualan kerana barangan sentiasa tersedia di rak.

10. Aplikasi Praktikal Tipikal

Pengangkutan Pintar: Sistem Kutipan Tol Tanpa Henti (VETC/ePass)

Tujuan: Menghapuskan masa berhenti kenderaan untuk membayar tunai, mengurangkan kesesakan di plaza tol dan ketelusan hasil.

Konfigurasi Teknikal:

• Tag pengenalan (E-tag): Menggunakan tag pasif UHF yang dilekatkan pada lampu kenderaan atau cermin depan. Tag direka untuk menahan persekitaran matahari dan hujan serta anti-pengelupasan.
• Pembaca jarak jauh: Dipasang pada gantri, menggunakan antena polarisasi linear dengan faktor gandaan tinggi (12 dBi) untuk menumpukan alur gelombang ke lorong tertentu.

Mekanisme operasi: Apabila kenderaan bergerak ke lorong tol pada kelajuan 40-60 km/j, pembaca mengaktifkan tag E-tag dari jarak 6-8 meter. Sistem backend mengesahkan kod pengenalan kenderaan, menyemak baki dalam dompet elektronik dan menolak wang secara automatik dalam masa kurang daripada 0.2 saat.

Runcit Fesyen: Model Uniqlo/Decathlon

Tujuan: Mempercepatkan kelajuan pembayaran (Daftar keluar sendiri), mengurangkan kakitangan juruwang dan memastikan ketepatan inventori mutlak.

Konfigurasi Teknikal:

• Tag RFID bersepadu: Cip RFID dibenamkan terus ke dalam label harga kertas (hangtag) atau label penjagaan kain (care label).
• Mesin pembayaran (POS): Kawasan penerimaan barangan ialah "petak" yang ditutup dengan bahan pelindung gelombang (Sangkar Faraday) untuk mengasingkan isyarat.

Mekanisme operasi: Pelanggan meletakkan keseluruhan bakul barangan ke dalam petak mesin. Pembaca di dalam mengimbas semua tag serentak (Pembacaan kelompok) tanpa mengira kedudukan atau arah produk. Data dibandingkan dengan sistem ERP untuk memaparkan invois.

Pengurusan Aset dan Logistik

Tujuan: Mengautomasikan rakaman barangan yang masuk dan keluar dari gudang tanpa perlu menghentikan forklift.

Mekanisme operasi: Pintu bacaan (Portal RFID) dipasang di pintu gudang (Pintu dok). Apabila forklift membawa palet barangan melaluinya, pintu bacaan akan mengimbas semua tag pada kotak dan tag pengenalan forklift. Sistem WMS mengemas kini secara automatik status "Masuk gudang" atau "Keluar gudang".

11. Kesimpulan

Teknologi RFID moden ialah gabungan fizik medan elektromagnet, kejuruteraan mikrocip kuasa rendah, teori kebarangkalian statistik dan kriptografi. Pelaksanaan yang berjaya memerlukan keseimbangan antara faktor teknikal seperti pemilihan frekuensi, reka bentuk antena dan faktor perniagaan seperti kawalan kos tag dan penstrukturan semula proses operasi.