RFID基本觀念

※ 什麼是RFID?

RFID : Radio Frequency Identification.

• Radio Frequency無線電(或收音機)的頻率 
• Identification身份識別 
• 「無線射頻辨識技術」

捷運悠遊卡就是一種RFID的應用，基本流程如下:

透過無線電通訊

透過有線或無線網路通訊

• 悠遊卡(晶片) 🡪🡪🡪🡪🡪讀取器從晶片讀出與寫入資料🡪🡪🡪🡪🡪存入資料庫
• 一般RFID流程: 標籤(tag) 🡪讀取器(reader) 🡪資訊系統

※無線射頻

無線射頻是電磁波，包括手機、無線網路、wifi、wimax、收音機、藍芽等都是運用電磁波，只是所用頻道不同，並不會相互干擾，

常用無線射頻依頻率分為低頻、高頻(HF)、超高頻(UHF)、微波，頻率越高能量越高(越有人體傷害性)，越高的頻率(如UHF或微波2.4GHz)傳遞距離越遠且傳遞速度更快(標籤讀取率高)，被動式標籤尺寸也變小，但是較低頻較不受溼氣與金屬影響(降低頻率可以解決水、金屬問題)

 

※ EPCglobal In(C) 歷史

• 1999年 
  • MIT成立AUTO-ID Center，以零售業為出發點的構想下，成功研發EPC (Electronic Product Code, 電子產品碼)
• 2003年 
  • 美國UCC與歐洲EAN兩個主要條碼組織組成GS1 (Global Standard 1全球統一標準)
  • EPCglobal是屬於GS1的四個子單位之一，主要負責推動RFID技術與建立標準
  • Auto-ID Center移轉EPC技術給EPCglobal Inc這個單位
  • EPCglobal接手繼續標準研發與全球推廣工作 
  • 結構框架（Architecture Framework）為EPCglobal相關標準之集合體，包括軟體、硬體、資料標準以及核心服務(Core service)等共14類標準
  • Architecture Framework證照代表對於EPC/RFID標準了解與熟悉, 有助於專業技術能力之認定規範

※ RFID實際應用

供應鏈管理、庫存管理、停車場服務、醫療服務、性侵犯電子管理、軍用物資運籌管理

零售服務(賣場智慧型衣架、快速結帳、防竊、VIP客戶管理、進貨上架、盤點)

圖書館、餐廳、安養院失智老人管理、校園廠區巡邏、

 

※ RFID的基本組成與操作

1. 標籤(tag): 由天線(接收與傳出資料)與晶片(存EPC碼)組成，分為被動式(class0,1)與主動式(class2,3,4)，須訂定標籤資料標籤的各種標準(EPC碼規定)
2. 讀取器(reader): 由天線與讀寫裝置組成，負責喚醒標籤、傳遞命令與讀取與寫入標籤資訊、向後端電腦或軟體傳遞讀取所得資料，須訂定讀取器的標準及與標籤間的空中協定
3. 客戶端電腦(client computer): 或客戶端伺服器，軟體向讀取器索取所須要資料，須訂定電腦系統與讀取器間相互連絡的規範
4. 網路資訊服務: 透過網路將所得及存放的資訊供企業夥伴或顧客查詢，須訂定網址與網路查詢方式，網路架構等。

RFID操作流程:

客戶電腦向讀取器提出查詢需求，讀取器向指定位置的標籤發出無線電磁波，標籤被啟動後會回傳資料，讀取器讀出或寫入資料後傳給電腦，電腦依作業軟體(如ERP軟體)存入其資訊系統或資料庫，最後網路使用者可經由網路查到所須資料，這樣的過程須要有很多的硬體、軟體的標準(standard)與協定(protocol)，才能讓整個系統運作正常，也可讓不同廠商依所訂標準做出可用設備行銷市場。

※ RFID訊號傳遞

讀卡機與標籤的訊號傳遞: 讀卡機(天線送出訊號啟動)🡪標籤(天線接收)🡪標籤(天線送回訊號)

  讀卡機送出訊號: 編碼器(指令轉數位訊號)🡪調變器(數位訊號轉類比電波)🡪讀卡機天線送出

標籤接收與回應: 解調器(類比電波轉數位訊號)🡪解碼器(轉譯為指令)🡪指令與資料處理電路🡪編碼器(指令轉數位訊號)🡪調變器(數位訊號轉類比電波)🡪標籤(天線送回訊號)。

訊號資料錯誤偵測: 訊號傳遞會因雜訊干擾造成資料錯誤，偵測法如循環冗餘檢查法(CRC)。

通訊碰撞: 多個標籤同時傳電波給讀取器或多個讀取器間的訊號會相互干擾就是碰撞，所以協定中也會規範防止碰撞的方法，如Q程序(Q algorithm)。

資料訊號傳遞過程為防止被其他有心人士竊取或追蹤資訊，讀卡機與標籤的訊號傳遞時會加入金鑰及加密程序，故會事先相互鑑別後才會允許互傳資料。

 

※ 結構框架(Architecture Framework):

結構框架(Architecture Framework)標準有資料標準及介面標準兩大類，可用於協助伙伴企業間使用RFID的三種活動:

1. Identify識別, 

2. Capture擷取, 

3. Exchange交換

• Identify識別: 包含標籤資料標準(tag data standard TDS)、標籤資料轉換(tag data translation TDT)、UHF C1 G2超高頻標籤協定與HF高頻標籤協定等四種標準與協定
  • 供應鏈中物件運送、接收需要透過EPC賦予物件統一識別碼 (EPC碼)，也是 EPC網路架構最基本的鍵值(key word或關鍵字)供網路查詢貨品追蹤等用途
  • 識別的標準與協定主要目的在於協助物件的EPC碼且能被正確判讀。
• Capture擷取: 包含低階讀取器協定(LLRP)、查詢組態與起始(DCI)、讀取器管理(reader management)、應用層事件(ALE)、資訊服務(EPC IS)、核心商務字彙(CBV) 等六種標準與協定(另外UHF C1 G2超高頻標籤協定與HF高頻標籤協定也有擷取的特性)
  • 讀取EPC碼用來追蹤物件移動，並收集資訊存放在內部紀錄系統 。
  • 定義收集與紀錄EPC資料基礎建設構件介面標準 
• Exchange交換: 目標名稱服務(ONS)、查詢服務(discovery service)、安全機制(securty profile)、產品履歷(pedigree)等四種標準與協定(另外資訊服務(EPC IS)及核心商務字彙(CBV)也有交換的特性)。
  • EPCglobal建立的網路架構可稱為「物聯網」(The Internet of Things)或EPCglobal Network；EPCglobal Network利用現有網際網路架構，在全球建立起一個龐大的物品資訊交換網路，並且使所有參與流通的物品都具有全球唯一的產品電子碼，藉由EPCglobal網路架構相關元件，將使具備EPC號碼的物品，在網路上準確的定位與追蹤，並且為每項物品建立一套完整的電子履歷，使偽造商品不能流通(俱防偽功能)
  • 供應鏈不同成員針對各自所收集到的物件資訊進行交換分享 
  • EPCglobal網路架構協助供應鏈物件移動資訊之可視性(Visibility)
  • 定義EPC資料交換標準

※ Architecture Framework標準特色

• 全球標準
  • 與知名全球標準組織共同批准EPCglobal內部開發的標準 
• 開放系統 
  • EPCglobal社群組織(業界與研究人員)共同制定 
  • 參與開發團體都需通過EPCglobal標準開發程序

※ 結構框架基本原理 

• 唯一身份（Unique Identity）:一個全球獨一無二的身份(EPC號碼)
• 分散實施（Decentralized Implementation）: EPCglobal網路非為集中管理，而將功能散佈在各個不同的EPCglobal成員中 
• 資料標準垂直分層: 多層的資料標準，分別對應至個別產業的特別需求 
• 軟體標準分層實施（Layering of Software Standards） 
• 擴充性（Extensibility）: 因應企業需求可以擴充延伸

EPCglobal 結構框架的各種標準與協定

 

EPCglobal 結構框架: Tag Data Standard (TDS)

1. Tag Data Standard (TDS): 標籤資料標準 

• TDS是訂定EPC(電子產品碼)編碼的結構方式，這些編碼結構有很多是延用原來GS1的條碼編號，並加入品項序號(流水號)，電子產品碼是EPC網路架構最基本的鍵值(key word)供讀取寫入網路查詢貨品追蹤等用途
• 透過EPC碼是不重複而獨一無二的號碼，無法修改或重置，能協助辨識出個別物件、位置、資產等等須要被追蹤的物品，其中品項類號與品項序號可做為查詢的過濾值
• 因應不同產業的使用，也可將過去使用中的編碼架構加入EPC碼中(如條碼號)
• EPC碼是以二進位(binary)方式存於標籤中，以數值(URN)形態存於資訊系統中
• 標準範圍含標簽EPC資料標準、編碼、供後端EPC資訊系統使用的規則。
• EPC Manager (管理者): 發佈中心將編碼系統中某區塊產品電子碼分配給EPC管理者(稱為Manager Number管理者代碼) ，供其獨立分派物件類別與序號給物件
• 管理者代碼將協助ONS縮小並加速搜尋資訊

EPCglobal 結構框架:  Tag Data Translation (TDT)

 

2. Tag Data Translation:  標籤資料轉換 

• 此標準協助將EPC標籤資料格式轉換為資訊系統可以了解的格式
• EPC編碼有多種儲存格式(BINARY, tag-encoding URI, pure-identity URI, legacy formats). TDT 協助不同格式間的轉譯(下例為二進位EPC標籤資料轉換為URI格式)

URI格式:

如何辨識商品真偽技術?

RF ID標籤的唯一序號TAG ID及商品資訊的EPC碼，該序號無法修改或重置，全球RF ID標籤無相同，在EPCglobal Network裡，EPC碼具獨一性

 

EPCglobal 結構框架: Tag Protocol標籤協定

• 標籤協定含UHF超高頻及HF高頻兩種電波通訊協定，即所謂air protocol(空中協定)
• Tag Protocol標籤協定內容包括定義: (1)讀取器與標籤間的溝通方式(如何下命令與反應)、(2)讀取器如何從多個標籤中選讀出其中一個標籤資料(3)如何讓讀取器與標籤間減少相互干擾
• 標籤及讀取器間傳遞的資訊包含兩個部分: (1) 讀取器至標籤所下達的命令: 讀取、寫入、殺除資料, (2) 標籤傳遞含EPC碼與CRC(循環冗餘核對碼)

3. UHF Class 1 Gen 2: 超高頻Gen 2標籤協定 

• EPC全球UHF頻道規範:  860-960 MHz並納入ISO18000-6C (台灣NCC規定 922-928MHz且室內最大輸出功率1瓦以下，室外最大輸出功率0.5瓦以下)
  • EPC定義標籤等級有Class 0(唯讀), Class 1(被動式，一次寫入，僅存EPC碼；可具記憶體級永久關閉能力), Class 2(被動式，可讀可寫，較多的記憶體，資料加密處理), Class 3(半主動式，可能有感測器), Class 4(主動式，可以主動連絡讀取器或標籤)，UHF Class 2,3,4標準均尚未完成

4. EPC HF: EPC 高頻標籤協定 

• 13.56MHz , 標準尚未完成(Class 1 Gen2)

 

EPCglobal 結構框架: Reader Protocol讀取器

• UHF RFID讀取器功能 
  • 根據讀取器通訊協定從標籤上讀取、覆寫、刪除、鎖定EPC碼及使用者資料 
  • 統計、過濾EPC資料，將EPC回傳至後端資訊系統 
• 讀取被動式標籤過程
  • 起始設定: 工作環境下的使用頻段以及操作功率
  • 選擇天線 並發送無調變RF信號將標籤活化 
  • 執行讀取／寫入／殺除標籤記憶體
• UHF RFID讀取器將所得結果回報後端控制器

5.Low-Level Reader Protocol: 低階讀取器協定LLPR(將等同ISO24791-5)

• 讀取器介面是讓客戶端(client)電腦的軟體可以控制讀取器的各種操作，包括讀取器對標籤在空中協定所有功能。所以低階讀取器協定是介於客戶端(client)電腦設備與讀取器(reader)間的通訊程序與格式
• LLRP功能: (1)將命令從RFID讀取器傳送至物件標籤、讀取標籤資料、寫入資料至標籤、處理標籤使用者與標籤身份資料、並進行其他如刪除、鎖定等功能。 (2)以標籤讀取事件為基礎來達到讀取器控制 (3)LLRP應用RFID空中通信協定的指令和計時的參數，提供更底層讀取器運作的存取控制 (4)LLRP目前是針對EPCglobal C1G2的空中協定，但其規格架構可以允許未來其他的空中介面協定整合進來
• 客戶端傳送讀取器訊息: Reader讀取器的組態(configuration)獲得和設定、搜尋Reader讀取器能力以及管理Reader盤查和存取操作
• 讀取器傳送客戶端訊息: 回報Reader狀態、無線射頻調查(RF Servey)以及盤點和存取結果
• 預設讀取器未來操作時可執行的動作而不動用client端的資源

 

EPCglobal 結構框架: 讀取器管理

6.Reader Management: 讀取器管理 (將等同ISO24791-5)

讀取器管理是針對RFID讀取器中，管理各個讀取器之設定、狀態監控、以及事件警示通知等功能標準，其功能為：(1)可以搜尋RFID讀取器資訊例如身份、天線數量等設定. (2)可以監控RFID讀取器的作業狀態，例如讀取的標籤數量、通訊頻道狀態、健康狀態監控、天線連線程度、傳遞能量等級等. (3)可控制RFID讀取器的設定，例如啟動/關閉特定天線或功能等. (4)可以使用RFID讀取器管理功能，包括搜尋、韌體/軟體設定與更新，並管理讀取器耗電量

 

EPCglobal 結構框架:  DCI

7.Discovery, Configuration & Initialization (DCI): 搜尋、組態與起始化 (將等同ISO24791-3)

• DCI規範RFID讀取器和存取控制器(Access Controller)及其運作網路中溝通的介面標準 
• 讓讀取器及Client端，藉由網路連接能與其他設備溝通、交換組態設定資訊、並起始讀取器之運作 
• 讓讀取器與存取控制器與Client端相互搜尋到對方 
• 讀取器與存取控制器與Client端間的交換與驗證身分 
• 讓存取控制器能啟動讀取器，提供必要參數讓讀取器開始運作 
• 規範讀取器, 存取控制器與網路的溝通介面 
• 讓存取控制器能對讀取器進行組態設定，包括升級讀取器的軟體及/或韌體

 

EPCglobal 結構框架: ALE 基本 

中介軟體的功能:

(1)讀取設備管理，讓使用者組態、展開或下令給讀取器；(2)資料管理: 將所收取之資料過濾與整理並送到合適位置；(3)與應用層整合，與ERP或CRM等軟體整合；(4)與伙伴企業間的整合；(5)流程管理: 讓前、後端流程透過整合而更自動化；(6)RFID套裝化系統，減少必須自己重頭開發的作業；(7)結構大小可自動化調整，可平衡程序中的設備與需求，當設備出問題時可以自動變更伺服器與路徑

8.Application Level Events: 應用層事件 (將等同ISO24791-2)

• 接收各讀取器傳來資料並予以過濾(減少資料的量)與重組資料並提供給後端EPCIS(具有中介軟體的功能)

• 過濾多餘與重複資料，重組成為可用資料，介於前端的資料收集設備如讀取器與應用層(EPCIS)中間

• EPCglobal 結構框架: ALE 基本 
  • ALE所負責工作 
    • 接受由一個到多個資訊源如讀取器所擷取的資料(read cycle是讀取事件時最短的互動最短的事件時間，even cycle是讀取一個標籤所須時間)
    • 聚集特定時段收集的資料，經過濾並且消除重複或是不需要的資料內容，將收集到的資料計算並且重組以降低資料量的負擔 
    • 提供不同的資料格式並向client端提供report。整理資料提供企業其他應用，這也是ALE在此的最大目的。 

 

• EPCglobal 結構框架:  ALE運作 
  • 選擇位置: 指定必要的讀取器讀取資料並且列入提報
  • 指定邊界: 指定何時擷取資料，何時整合資料成報告
  • 訂定報告內容: 特別要求要哪一類的的資料，增加或刪除某些資料，針對某些資料集合進行相關過濾、組合
• Client端向ALE Engine索取資料三種方式 
  • 訂閱模式: 向ALE Engine定義報告格式，依定義提供報告給客戶端，是「Push」模式
  • 被動同步模式: 客戶主動發出需求後，ALE將報告回覆(Poll )至客戶端，報告是採取單一的報告發送
  • 單次立即模式: 每次客戶端提出需求才反應
• EPCglobal 結構框架:  ALE API(應用介面)
• Reading API 
  • 控制介面(提出需求與回應的介面) 
  • 回傳(callback)介面 (將資料push給登錄客戶) 
  • 多重相容性(相容SOAP、HTTP、binary等協定) 
• Writing API :與Reading API相同，具備控制與回傳介面 
• Tag Memory API : 負責處理使用者針對標籤記憶體中自行定義的非EPC格式資料 
• Logical Reader API : 管理使用者定義的讀取器名稱與混合體(composites) 
• Access Control API: 管理client端依據權限或是角色辨別決定是否許可登錄

 

EPCglobal 結構框架:  EPCIS 資訊服務 

9. EPCIS: EPC Information Service資訊服務 

EPCIS負責處理歷史及最新資料，把標籤實體資料與商業流程統整合並轉換成有意義的資訊，並提供企業內及企業間EPC的資料分享；EPCIS提供標準資料模組，藉由擷取介面Capture interface與查詢介面Query Interface達到商品追蹤與追溯、以及產品驗證。

• EPCIS為一分層式、可延伸、模組化的架構，含抽象資料模型層（Abstract Data Model Layer）、資料定義層（Data Definition Layer）、服務層（Services Layer）及具網路資料交換能力的繫結層(bindings)。
• 抽象資料模型層: 定義EPCIS資料結構與特性、相關性，以及使用規則，其中Event Data紀錄每一筆商務流程中EPC號碼讀取，Master Data則為Event Data提供更完整使用者判讀的EPC資訊，例如讀取地點和地址等。 
• 資料定義層: 定義EPCIS核心事件資料型態，有實體事件(Object Event)、集成事件(Aggregation Event)、數量事件(Quantity Event)、執行事件(Transaction Event)，每種事件型態都有其衍伸資料欄。
• 服務層:  EPCIS藉由擷取介面Capture Interface捕捉真實世界的EPC Event，由查詢介面Query Interface負責處理EPCIS查詢請求並回傳相關資料。 
• 資料繫結層Bindings: 連結資料定義層與服務層的元件讓EPCIS具有資料分享的能力
• 資料交換的相互關係: EPCglobal成員夥伴具備「EPCIS存取程式」作為供應鏈夥伴對特定EPC資訊之應用程式，EPCIS存取程式取得所需資訊的方式: (1)依商業合約知道另一方的EPCIS服務網路位置，(2)藉由先前取得的資訊找到所要資訊，(3)使用物件命名程式（ONS）找出EPCIS服務 (4)使用EPCIS搜尋服務

EPCglobal 結構框架:  CBV(核心商業字彙標準)

10. CBV: 核心商業字彙標準 

• 本標準定義符合EPCIS使用之特定字彙和其資料值，使得不同公司以及公司內部進行資料交換時能有得以依據的機制
• CBV定義EPCIS之Event data內核心字彙，並適用於一般商業情境之資料分享。因此該標準提供統一的字彙及其代表的意義，讓供應鏈裡不同的節點對該物件資料能有相同的理解
• 在EPCglobal架構裡，CBV與 EPCIS為並行的標準
• 定義EPCglobal相關商業字彙的結構、詞彙和詞彙語法相互結合，用於EPCIS供應鏈上資料共享和企業內部資訊交換標準
• 提供基本符合企業共同商業字彙的需要，但無法涵蓋所有的字彙因為每一個行業領域並不相同，各產業可以視實際商業需要而定訂的字彙
• CBV定義內容涵蓋三大部分: (1)語法、詞彙特定元素值及標準詞彙 (2)字彙語法選項(3) Master Data中的特性值
• 選定CBV字彙shipping， EPCIS事件資料之描述(有cbv與shipping)

 

EPCglobal 結構框架:  Object Name Service 

11. Object Name Service:名稱解析服務(ONS)

• ONS為EPC Network重要網址查詢構件，用EPC碼為輸入，負責找到相關資訊所在EPCIS 的URL網路位址，再依此URL關聯出產品之相關訊息資訊
• EPC編碼三部份組成:  EPC Manager Number (管理者代碼)、Object Class Identifier(物件類型指示碼)和Unique Serial Number(唯一性商品序號)。 
• 參考下圖: Manager Number 0614141由Root ONS (由EPCglobal負責管理) 管理並以此為主鍵值Key Index，指向到Local ONS (或稱第二層second-tier ons)，類型碼122345 Object Class Identifier由廠商Local ONS管理，並以此為Key Index指向至相對應之EPCIS，序號400 Unique Serial Number則為提供商品訊息儲存與查詢服務之Key Index
• ONS係建構成一個網域名稱服務（DNS）的程式，也是一個以層級與分散式執行的全球巨大搜尋服務(並非集中式管理)，此搜尋除找到EPCIS資料，也找到產品在網路上的資訊

URI 轉換 Internet網路DNS 查詢格式: urn:epc:id:sgtin:0614141.000024.400

• 000024.0614141.sgtin.id.onsepc.com

EPCglobal 結構框架:  Discovery Service DS

12. Discovery Service : 搜尋服務 

• EPCglobal的核心服務標準DS 仍在發展階段 ，與ons相同用於查詢服務，DS目的在於解決更複雜的供應鏈，其成員間甚至不知道對方的存在，要查詢到相關EPCIS序號的商品動態資訊，而同時亦頇兼顧資料傳輸安全性、身分驗證以及隱密性的問題
• DS也協助找到產品生命週期中(設計，製造，行銷，回收等)眾多個供應商的資訊
• DS以EPC碼的序號為主要查詢值，ONS是以類型碼或管理者代碼為主要查詢值，所以DS並不是一種ONS

 

EPCglobal 結構框架:  Certificate Profile

13. Certificate Profile: 資安認證 

• • 在EPCglobal安全機制標準中，包含簽署 (Subscribers)、服務 (Services) 及實體設備 (Physical Devices) 等機制，提供EPCglobal在網路安全的服務
  • 目前EPCglobal採用的驗證機制為X.509，也是網路相關產業所採用的驗證機制，這種數位憑證標準是一種公開金鑰的電信通訊標準
  • 就EPCIS而言，Certificate Profile標準主要用途為改善事件資料存取的安全性及隱私性，以防止EPCIS 使用者端存取未授權之其他企業的事件資訊
  • 在RFID讀取器與中介軟體或讀取器管理系統間作資料的交換動作時，也可運用EPCglobal安全機制標準，來達到系統或設備間驗證的目的

 

EPCglobal 結構框架: Pedigree

14. Pedigree: 電子履歷 

• • Pedigree標準目前僅針對藥品建立一套維護和交換藥品電子履歷的標準規範與XML資料交換格式，以確保該藥品並非偽藥，Pedigree包含從製藥商到藥局整個通路上的資訊，含藥品資訊, 採購資訊, 配銷資訊, 收貨資訊與真品證明等等，電子資料均受保護不受他人更改。

 

近場通訊(Near Field Communication, NFC):近場通訊配備 

到手機、手錶、PDA、數位相機、攜帶式遊戲機、 電腦以及數位消費性電子之上，並通過ID資料的認證， 使雙方產品透過收費方式進行資料和服務的交換。

 

• RFID推廣問題點 

  • 1.TAG與設備成本高(尤其長距離) 
  • 2.金屬與溼氣水份會干擾訊號 : 訊號不能穿透金屬
  • 3.隱私權問題(解決方法: 清楚告訴消費者與購買後能刪除標題資料)  
  • 4. 標籤只有70-90％正確判讀(無100%) 
  • 5.RFID涉及其他如企業資源規劃(ERP)軟體升級
  • 6.射頻識別讀取機與標籤技術仍未見完全統一
  • 7.健康議題 
  • 8. 成功案例少