В этой статье мы сосредоточимся на распознавании, а точнее на датчиках, основанных на технологии RFID.
Цель состоит в том, чтобы синтетическим образом осветить УВЧ RFID и ее концепции и в то же время описать, как эта технология развивается в последние годы с точки зрения новых возможностей (с акцентом на обнаружение), приводя примеры ее приложений и элементы перспективы.
Ключевые слова: здравоохранение; идентификация; Интернет вещей; RFID; Метка датчика RFID.
Технология RFID: от идентификации к распознаванию RFID — это технология автоматического беспроводного сбора данных, очень популярная в различных приложениях и услугах, включая логистику, производство, контроль доступа и безопасность.
Сегодня технология RFID уже повсеместно используется в нашей повседневной жизни, и многие люди используют ее ежедневно, даже не подозревая о ее существовании. Транспортные билеты, платежные системы, электронные дорожные сборы, паспорта, ключи от машины и карты доступа являются примерами его применения.
Параллельно с этой эволюцией, связанной с контекстом приложения, RFID наделяется новыми возможностями, с необходимостью улучшения аспектов безопасности и конфиденциальности, а также, в частности, с растущим развитием сенсорных меток.
Начиная с идентификации (своей первоначальной функции), RFID используется, например, для управления доступом, логистики и отслеживания товаров, людей и животных, поиска утерянного багажа в аэропортах и определения времени проведения спортивных мероприятий.
Общий принцип RFID-системы основан на одном (или даже нескольких) считывателях, способных считывать метки (или так называемые «умные» этикетки), которые крепятся (в зависимости от случая, приклеиваются, пришиваются, вставляются и т. объекту, животному или человеку и присутствует в среде читателя.
Чтение заключается в извлечении идентификатора тега или даже в записи информации в тег, который также можно прочитать.
Как показано на рис. 1, существует множество типов меток, форма и размеры которых различаются в зависимости от стандартов (напрямую связанных с используемой частотой).
Рис. 1. Примеры различных типов меток
Для систематизации многочисленных видов тегов, которые используются в разных типах и стандартах технологии RFID, можно использовать общую таксономию, изображенную на рисунке 2.
Эта таксономия учитывает различные параметры, такие как мощность, дальность связи, обработка данных, программирование и протоколы, что помогает нам классифицировать разнообразные системы RFID, анализируя разные аспекты, начиная от оборудования и заканчивая передачей сигнала и программным обеспечением.
Рис. 2. Классификация по нескольким критериям различных семейств тегов
Важно отметить, что классификация тегов представляет собой более сложный и нестандартный процесс, который может потребовать использования перекрестных ссылок для более точного понимания.
Но, тем не менее, категоризация тегов позволяет выявить их основные характеристики.
На низких частотах (НЧ), в диапазоне от 125 до 134,2 кГц, максимальная дистанция, на которой метка может быть обнаружена при использовании этой частоты, составляет приблизительно 50 см. Этот стандарт применяется, например, для идентификации животных или ключей от автомобилей.
На высоких частотах (ВЧ) 13,56 МГц. Максимальная дальность обнаружения метки, реагирующей на эту частоту, составляет около 1 м. Примерами приложений являются контроль доступа или электронные паспорта. Кроме того, NFC (коммуникация ближнего радиуса действия) относится к этой категории.
Ультравысокая частота (УВЧ) охватывает диапазон частот от 864 до 928 МГц. Максимальная дистанция обнаружения пассивной метки в этом диапазоне частот может варьироваться от 3 до 20 метров в зависимости от условий распространения сигнала. Этот стандарт находит широкое применение в областях, таких как логистика, идентификация предметов, прослеживание и сбор платы за дороги, среди других.
Сверхвысокая частота (СВЧ) охватывает диапазон частот от 2,45 до 5,8 ГГц. Максимальная дистанция обнаружения активной метки в этом диапазоне частот составляет около 100 метров. Важно отметить, что диапазон частот, используемый в системах SHF RFID, не требует глобальной лицензии, что позволяет их использование по всему миру. Однако эти частоты могут быть перегружены и подвержены помехам из-за широкого спектра устройств, таких как беспроводные телефоны и микроволновые печи, которые также используют этот диапазон частот.
Необходимо также подчеркнуть разницу между пассивными и активными RFID-тегами. Пассивный RFID-тег, как следует из его названия, полностью пассивен, то есть он не содержит батареи или радиочастотного передатчика.
Пассивный тег использует электромагнитные волны (магнитные или электромагнитные) от устройства считывания (RFID-считыватель с антенной) для питания встроенной электронной схемы, такой как микрочип, и позволяет этой схеме передавать информацию, которая хранится в ее памяти, с использованием принципа обратного рассеяния.
Существует также категория полупассивных RFID-меток, также известных как пассивные с батарейным питанием (BAP). Эти метки имеют встроенный источник питания в виде батареи. Полупассивные метки требуют периодической замены батареек и обслуживания.
Активная RFID-метка включает в себя радиочастотный передатчик и, следовательно, имеет свой источник питания в виде батареи. Эти теги могут автономно взаимодействовать со средой, отправлять информацию о своем местоположении, измерять температуру и так далее. Однако активные метки требуют более частой замены батареи по сравнению с полупассивными метками.
Чтобы продемонстрировать разнообразие и эволюцию RFID-меток в этой области, основное внимание уделяется их применению в сфере здравоохранения.
Использование RFID-технологии в области здравоохранения имеет несколько важных применений:
- Идентификация пациентов: это позволяет идентифицировать и отслеживать пациентов во время их пребывания в медицинских учреждениях, даже если они находятся там в течение длительного времени. Это особенно полезно для пациентов из группы риска, у которых может не быть разрешения на выход. Также автоматически регистрируется информация о предоставляемом уходе, лечении и потребляемых лекарствах.
- Идентификация медицинских файлов: RFID позволяет отслеживать и управлять медицинской документацией для обеспечения её автоматического и безопасного хранения и архивирования.
- Отслеживание органических тканей и образцов крови: это позволяет автоматизировать процессы отслеживания и управления биологическими образцами, что делает их более надежными.
- Управление медицинским оборудованием: RFID помогает упростить управление большим медицинским оборудованием и поддержание его в рабочем состоянии. Оборудование можно легко локализовать и отслеживать его состояние. Эта прослеживаемость оборудования на протяжении всего его срока службы также способствует планированию обновлений, инвестиций и утилизации.
RFID значительно упрощает учет запасов и управление ими в различных областях, включая лекарства, медицинские протезы и даже небольшое оборудование, такое как шприцевые насосы и хирургические инструменты.
RFID становится ключевой технологией для электронной коммерции, безбумажного бизнеса, развертывания датчиков по всему миру, автономных сетей датчиков, распределенного интеллекта и Интернета вещей.
В ближайшей перспективе ожидаются дополнительные возможности, такие как миниатюризация меток для меньших объектов, расширение функциональности, применение в суровых условиях, улучшение безопасности и аутентификации, а также развитие систем локализации.
В долгосрочной перспективе ожидается появление новых стандартов, таких как бесчиповые технологии (chipless RFID) и MMID (идентификация миллиметрового диапазона), для которых уже существуют прототипы. Также вероятно, будут разработаны мультистандартные сенсорные метки, а концепция tag-to-tag должна будет стать более распространенной, позволяя меткам взаимодействовать друг с другом и создавать новые архитектуры сенсорных сетей, где метки обмениваются информацией и совместно используют свои ресурсы.
Чтобы продемонстрировать, как технология RFID в области здравоохранения развивается и разнообразна, стоит обратить внимание на ее многочисленные применения. В сфере медицины RFID находит широкое применение и становится одной из самых динамично развивающихся областей технологии RAIN RFID.
В здравоохранении уже используются разнообразные приложения RFID, включая:
- Идентификацию пациентов, что обеспечивает их идентификацию во время перемещения по медицинским учреждениям, включая пациентов из группы риска, которым необходимо ограничить передвижение. Это также автоматически регистрирует оказанный уход и принимаемые лекарства.
- Идентификацию медицинских файлов, обеспечивая автоматическое и эффективное управление, архивирование и безопасное хранение.
- Отслеживание органических тканей, образцов и крови, обеспечивая надежное и автоматизированное управление этими данными.
- Упрощение управления большим медицинским оборудованием и поддержание его в рабочем состоянии. Следя за состоянием оборудования, его можно эффективно обслуживать и планировать обновления и утилизацию.
- Оптимизацию учета запасов, управление ими и закупки медицинских товаров, включая лекарства и медицинские устройства, такие как шприцевые насосы, шприцы и хирургические инструменты.
С ростом применений беспроводной связи в этих областях становится все более важным соблюдать принципы предосторожности, особенно при работе с уязвимыми группами, такими как новорожденные, в связи с потенциальными эффектами от воздействия электромагнитных полей, последствия которых еще не полностью изучены, несмотря на существующие нормативы и правила.
Литература:
- Kumar, S.; Tiwari, P.; Zymbler, M. Internet of things is a revolutionary approach for future technology enhancement: A review. J. Big Data 2019, 6, 111. [Google Scholar] [CrossRef] [Green Version]
- Hotte, D.; Siragusa, R.; Duroc, Y.; Tedjini, S. Radar cross-section measurement in millimeter-wave for passive MMID tags. IET Int. J. Microw. 2015, 9, 1733–1739. [Google Scholar]
- Zhang, K.; Li, Z.; Meng, Z.; Zhou, W.; Gao, N.; Zhang, Z. UHF-HF integrated RFID sensor: A novel information interface for industrial integration. IEEE Sens. J. 2022, 22, 15477–15487. [Google Scholar] [CrossRef]
- Nikitin, P.V.; Ramamurthy, S.; Martinez, R.; Rao, K. V. S. Passive tag-to-tag communication. In Proceedings of the IEEE International Conference on RFID, Orlando, FL, USA, 3–5 April 2012. [Google Scholar]
