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物联网进步趋势下,深入了解RFID、NFC技术与应用

2018年10月08日

  RFID与NFC都是短距离的物联网通信技术,由于前者使用多种频段,以及后者被开发出来应用于移动市场,使两者的发展与应用领域也有所不同。RFID主打射频辨识,可应用在物品的辨识上,如今RFID已广泛应用在各行各业;NFC则主打近场通讯,搭配移动装置,以做到移动支付的应用。接下来深入了解RFID与NFC的技术与应用。

物联网进步趋势下,深入了解RFID、NFC技术与应用

  RFID最早应用在敌我辨识 进而开发出更多应用

  RFID(Radio Frequency IDentification;射频辨识)是利用无线射频的技术,来做为标签辨识的一种应用。其最早在二次世界大战时期(1935~1950年)被开发出来,英国空军首度应用在飞航安全领域。

物联网进步趋势下,深入了解RFID、NFC技术与应用

  被动式RFID标签的内部构造

  他们当时研发出一套IFF(Identify Friend of Foe;敌我辨识)系统,在每架飞机上装设Active(主动式)标签,当地面雷达发射并侦测讯号到飞机时,飞机上的标签也会发出适时响应,以分辨飞机是敌是友,避免友方军机被误击。

  到了1960年代,许多与雷达和RF相关的论文被发表出来,而不少公司也开始将RFID的技术商业化、普及化。RFID最早应用在商品的防盗机制,至今这种技术仍被广泛使用:商家在产品包装内安装一组被动式(Passive)卷标,里面仅有1位数据(代表开或关),当该产品有付费时,在结账时就会把该位关闭,若没付费的话,当这个人试图挟带该商品走出商店的话,店门口的读取器就会侦测到,并发出响亮的警铃声。

  直到1973年,第一个申请到美国专利的Mario Cardullo,其主动式RFID卷标具备可擦写内存,可反复使用,成为当今RFID的开山鼻祖。同年,Charles Walton也获得美国被动式RFID的专利,应用在门锁产品上:在一张门卡上安装转发器,当门锁上的读取器侦测到正确的门卡时,就会开锁。如今该技术被广泛应用到饭店与住宅的门锁上。

  RFID提升仓储与物流效率 票务通行也更方便

  拜物联网科技进步之赐,RFID发展至今,已具备轻薄、小型化,并可提供一对多的读取,可重复使用,储存容量高。免电池设计,使用寿命长,安全性高。免接触,在一定距离内即可感应并读取到。可抵抗各种恶劣环境,延展性高,可制作成各种包装类型。因此RFID标签最早被大量应用到仓储、物流的自动化领域。到了2005年随着百货零售业者大量采用之后,加速RFID的市场迅速普及。

  如今RFID的应用范围很广,除了零售通路之外,如今包含物流仓储、国防安全、公共领域、医疗照护、旅游休闲、金融服务、电信服务、交通运输、营建行业、展览会场、公司门禁、学校安全等等,都有RFID导入的应用案例。常见的有门禁系统、货品管理、资产回收、物料管理、废弃物处理、医疗应用、高速公路收费系统、商品防盗防伪、自动化控制、各式票证、动物识别、失智症防走失等等。

  RFID技术与原理

  RFID产品主要分成:Tag(标签)与Reader(读取器或询问器)。Tag依照设计可分成Passive(被动式)、Semi-Active(半主动式)、Active(主动式)的种类。这些标签的共同点,就是内部有一个微型芯片,具备少许内存(主要储存辨识信息)和无线电波收发器(Transceiver) 与天线。

  采用点对点(Point-to-Point)的沟通方式,当Tag靠近Reader时,便会接收到Reader发出来的询问命令与电磁波,让Tag内部芯片导电并运作,让其具有足够的微弱电力来将Tag的各种信息(例如物料编号、生产日期、商品条形码、房门编号、汽车编号等)发射回去,让Reader接收到,便可将数据传到后台的计算机来进行后续的辨识与处理。

  Passive标签需要接收到足够的Reader电磁波,才有足够电力驱动其内部运作,因此反应和访问速度较慢、距离需要较近。而Semi-Active标签则是加入一小颗电池,即使在微弱Reader的讯号下依然能够将信息发射回去,因此具备反应佳、速度快、距离更远的特性。

  而Active卷标则是具备电源供应器或容量大的电池,可利用自有电力在其周围形成有效的活动区,主动侦测周围是否有读取器,以便将ID讯息发送过去。

  至于RFID使用到的频带与种类,共有6种:LF(低频,用在动物识别与工厂资料搜集)、HF(高频,通常设计成卡片类,如MIFARE,ISO/IEC 14443规范,运用在公交卡等商品,也是NFC应用的频段)、UHF(超高频,搭配主动式标签,应用在国防领域)、ISM频段的欧洲与北美UHF频(应用在EAN欧洲商品编码,与各种规范)、ISM频段的微波(即802.11 WLAN和蓝牙的标准)、超宽带(UWB,搭配半主动或主动式标签)段的微波。速度从低速、中速、到高速,距离从10公分到最高200公尺都有。

  从RFID演变而来 NFC进攻移动装置市场

  NFC(Near-Field Communication;近场通讯)技术系自RFID技术演变而来,由NXP(恩智浦)、Nokia和Sony共同研发、以RFID为基础的一种互连技术,该技术已通过ISO/IEC IS 18092、EMCA-340、ETSI TS 102 190等国际标准,成为RFID的另一种衍生技术,专攻移动装置市场。

物联网进步趋势下,深入了解RFID、NFC技术与应用

  NFC芯片在移动支付领域的3种整合应用

  NFC采用HF(高频,13.56MHz)的频带,让两种装置能够在20公分的距离内,以106Kbps、212Kbps、424Kbps等3种传输速度模式来进行信息互通。NFC类似蓝牙的装置认证技术,只不过蓝牙需要先进行装置“配对”才能互通,而NFC则不用,只要装置近距离感应即可。因此NFC亦可当作蓝牙技术的互补,以加速装置间的互相认证。

  NFC瞄准移动装置市场,目前以智能型手机为主。透过内建NFC芯片,即可达到许多RFID的相关应用。NFC具备3种模式:卡片仿真模式(类似取代悠游卡)、读取器模式(可主动读取其他装置所提供的信息)、点对点模式(可做为装置之间的数据传输),能应用到员工识别证、上下班打卡、门禁管理、电子票证、会员卡集点、计算机安全登入、大众运输票券、电子支付等领域。

  ICT大厂首先支持 金融产业也看好NFC技术

  NFC虽然2004年就出道,但碍于当时电子支付与相关法令尚未成气候,使其发展受到限制。然进行在许多NFC大厂的推广,与ICT大厂和软件巨头的纷纷支持之下,使得NFC近期的发展开始出现曙光。

  Google在Android 4.0版本内,便支持NFC功能,而微软也在其Windows Phone 8与Windows 8,加入NFC的支持功能,此举可让内建NFC芯片的Android手机/平板或WP8手机/Windows 8平板/笔电之间,在经由NFC认证之后,便能打开蓝牙功能,以便互相传递网址、Google/Bing地图信息、联络人(vCard)与图片。而三星推出的S Beam,则内建在自家的手机内,其在NFC认证之后则是打开Wi-Fi Direct功能来进行高速传输,以便传递大容量的音乐、影片等档案。NFC可协助手机,让数据共享更加简单,不需要再做繁复的设定。

  Android的NFC手机,依照其SE(Secure Element;安全组件)的配置方式,可分成内建于手机、内建于SWP SIM卡、内建于SD卡等3种。为统一管理NFC卡片问题,GSMA联盟定义了TSM(Trusted Service Management;信托服务管理)平台,来满足移动支付提供者在营运整合上的需求。

  然在苹果部分,其iPhone 6/6 Plus手机也内建NFC芯片,先应用在Apple Pay移动支付。搭配其Touch ID(指纹辨识)与NFC技术,消费者能够在美国地区超过2.2万个支持Apple Pay的在线商店或实体商店来结账,不须拿出信用卡或签名,该服务还会扩及到Apple Watch智能手表。因此NFC的流行,将改变消费习惯。

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