Radio Frequency IDentification – RFID

In deze post wil ik het hebben over Radio Frequency IDentification ofwel RFID. De RFID techniek maakt het mogelijk om via radiosignalen een object te identificeren. Ken je die sleutelpasjes die je in hotels krijgt om je kamerdeur te openen? Deze maken meestal gebruik van RFID techniek. Ook andere digitale sleutels in de vorm van badges, druppels, pasjes, chips etc. maken gebruik van RFID. Binnenkort verschijnt er een andere post over een RFID project en in deze post wil ik alvast de techniek achter RFID uitleggen.

RFID kan voor ontzettend veel toepassingen worden gebruikt. Eigenlijk is RFID de opvolger van de streepjescode. Het voordeel van RFID is echter dat het op afstand werkt. De chip met toegangscode kan gelezen worden zonder dat deze ergens “doorheen” gehaald hoeft te worden. Daarnaast kan er meer op een RFID chip worden opgeslagen.

RFID stamt al uit de jaren 60 en is uitgevonden door Philips. Deze techniek is daarna ontzettend doorontwikkeld. Toepassingen waarvoor o.a. RFID gebruikt wordt zijn:

• Toegangscontrole (b.v. in hotels)
• Procesmonitoring (producten die diverse processen ondergaan in een fabriek monitoren)
• Product identificatie (producten scannen voor meer informatie zoals de prijs)
• Diefstalpreventie
• Fraude preventie (medicijnen, bankbiljetten, paspoorten e.d. voorzien van RFID tegen vervalsing)
• Identificatie (chip implementatie bij dieren en zelfs mensen)
• Passen zoals bankpas, creditkaart, bonuskaart

En nog heel, heel veel meer!

Hoe werkt het RFID principe?

Bij RFID vindt de communicatie plaatst tussen de RFID Tag en de transceiver (lezer / ondervrager). De transceiver leest de chip uit welke verbonden is met een antenne. Zo’n chip noemen we ook wel een transponder ofwel “het integrated circuit”. Deze chip bevat de unieke (beveiligings)code ofwel de Electronic Product Code (EPC).

Voor een goede werking is het zaak dat zowel de transceiver als de RFID tag op dezelfde frequentie opereren. De CEPT heeft voor deze “short range devices” bepaalde frequenties toegekend. Veelgebruikte frequenties zijn:

• 125 kHz (Low Frequency, LF)
• 3,56 MHz (High Frequency, HF)
• 860 tot 950 MHz (Ultra High Frequency, UHF)
• 2,45 GHz (Microwave, MW)

De tranceiver zend een radiosignaal via een bepaalde frequentie uit welke door de antenne in de RFID tag ontvangen wordt. Het elektromagnetische veld zorgt ervoor dat de chip geactiveerd wordt en via zijn kleine antenne data retour stuurt naar de tranceiver. De chip in de RFID tag wordt voorzien van stroom via de antenne. De antenne verzameld energie en stuurt deze door naar de chip. Hoe groter de antenne des te verder het leesbereik is. Dit komt omdat een grotere antenne gebruik kan maken van een lagere frequentie. En over het algemeen geldt de regel “hoe lager de frequentie des te verder het leesbereik”. Daarnaast hebben RFID tags met hogere frequenties meer last van vocht en blokkerende metalen.

Electronic Product Code (EPC)

De Electronic Product Code in de chip is meestal een 96-bits datastring. De eerste 8 bits van deze string vormen de header. In de header staat omschreven welk protocol er gebruikt wordt. De volgende 28-bits identificeren de organisatie welke de data op de tag beheerd. De organisatie is gekoppeld aan een ID nummer uitgegeven door de GS1. Dit nummer staat in deze 28-bits. De volgende 24-bits vormen de “object-class”. De “object-class” identificeert het type product. De laatste 38-bits vormen dan het unieke nummer voor tag. In grafische weergave ziet er dit als volgt uit:

Soorten RFID

Zoals al gezegd zijn er een aantal soorten RFID. 3 om precies te zijn, namelijk:

• PRAT – Passive Reader Active Tag
• ARPT – Active Reader Passive Tag
• ARAT – Active Reader Active Tag

Deze soorten hebben te maken met de verschillende soorten tags die er op de markt zijn.

Passieve RFID Tag
Een passieve RFID tag werkt zoals eerder omschreven. Hierbij wordt de chip voorzien van stroom door het opgewekte elektromagnetische veld van de antenne. Deze RFID tags zijn het goedkoopste en vaak statisch (dus niet te herschrijven met een andere code). Er bestaan overigens wel herschrijfbare passieve RFID tags. Statische tags kosten gemiddeld 30 cent en herschrijfbare tags tussen de 1 en 5 euro. De passieve RFID tag kan slechts uitgelezen worden op een korte afstand. Gemiddeld tot maximaal 10 cm.

Dit is dus de ARPT (Active Reader Passive Tag) variant waarbij de reader actief is en de tag passief.

Actieve RFID Tag
Een actieve RFID tag is voorzien van een batterijtje welke de microchip van stroom voorziet. De actieve tag zend zelf zijn signaal uit. Dit signaal wordt meestal met periodiek verzonden. Het signaal van een actieve RFID tag kan kilometers ver reiken waardoor producten b.v. op grote afstand gevolgd kunnen worden. Actieve RFID tags zijn dus bruikbaar tot de batterij op is. Dit duur gemiddeld 2 tot 5 jaar. Actieve tags kunnen gekoppeld worden met andere sensoren zoals temperatuur en druk sensoren. Ook zijn dit type tags vrijwel altijd herschrijfbaar. Actieve tags kosten gemiddeld 50 tot 100 euro.

Dit is dan de PRAT (Passive Reader Active Tag) variant. Actieve tags zenden actief hun eigen signaal en de ontvanger onderschept deze wanneer het signaal verzonden wordt.
Semi-passieve RFID Tag
De semi-passieve RFID tag heeft net zoals een actieve RFID tag een batterijtje maar stuurt zijn signaal alleen als antwoord op het leesverzoek van een tranceiver retour. Deze tags verbruiken dus minder vermogen waardoor ze vaak langer meegaan dan actieve tags (uiteraard, net zoals bij actieve tags afhankelijk van de omgevingsfactoren zoals temperatuur en luchtvochtigheid). Ook zijn dit type tags vrijwel altijd herschrijfbaar en kosten tussen de 10 en 50 euro.

Dit is de ARAT (Active Reader Active Tag) variant waarbij een actieve tag alleen een signaal verzend als de reader daar (actief) om vraagt.

Beveiliging

De voordelen en toepassingen van RFID zijn legio. Over de gehele wereld wordt RFID voor miljoenen toepassingen gebruikt. Toch gek dat de beveiliging van RFID te wensen overlaat. Zelfs pasjes die momenteel versleuteld worden middels een encryptiemethode zijn vaak nog relatief gemakkelijk te hacken. Een andere gegronde vraag is “hoe staat het met mijn privacy”. Wanneer je “iets” bijhebt met RFID erin zoals een bankpas of een identiteitsbewijs, wie kan mij daarmee dan allemaal volgen? Wordt het signaal onderweg niet onderschept door iemand anders en hoe gemakkelijk is het om mijn RFID tag te kopiëren? Daarnaast kan de straling van RFID apparatuur verstoren dus hoe zit het eigenlijk met de gezondheid als je dit de hele dag dicht bij je draagt.

Near Field Communication (NFC)

NFC is voortgekomen uit RFID en heeft veel overeenkomsten. Het grote verschil is dat NFC tweerichtingsverkeer is (zenden en ontvangen) in plaats van eenrichtingsverkeer zoals (alleen zenden) bij RFID. NFC wordt b.v. gebruikt als betaalmiddel in mobiele telefoons en in ticketsystemen.

Ook OPID (Optical RFID) is een RFID variant welke actief is in het elektromagnetische spectrum (333THz en 380 THz).

RFID in a nutshell

Dat was RFID in een nutshell! Ik hoop dat deze post de techniek en globale verschillen van RFID inzichtelijk gemaakt heeft. Want met deze kennis in het achterhoofd kunnen we echt gaan stoeien met RFID. Op naar het volgende project dus!