§ 2.1. История появления стандартов РЧИ
Основы технологии радиочастотной идентификации закладывались в 3040-е гг. ХХ в., но только в 90-е гг. началось её бурное развитие, что было обусловлено успехами в развитии цифровой техники и микроэлектроники. Отсутствие общепринятых правил обмена данными между устройствами РЧИ и прикладными технологическими системами на начальном этапе стало причиной появления на рынке множества различных видов оборудования считывателей и меток РЧИ. Использование оборудования РЧИ с различными характеристиками приводило к несовместимости и низкой повторяемости прикладных технических решений с использованием оборудования от разных производителей. Все это сдерживало развитие технологии РЧИ и ограничивало масштабность проектов её внедрения.
Принято считать, что начало развития технологии РЧИ в современном её понимании было положено учеными из Массачусетского технологического института (США), которые в конце 90-х гг. занялись разработкой стандартов, необходимых для широкого применения РЧИ на практике. Применение стандартных подходов позволяло снизить стоимость микросхем для меток за счет их массового производства. Это делало технологию РЧИ доступной во многих областях. Финансовую поддержку этого проекта оказывала организация «Uniform Code Council, Inc.» (Некоммерческая организация США по стандартам идентификации продукции и средств электронных коммуникаций. В 2005 г. вошла в GS1). В 1999 г. в рамках проекта был открыт специализированный научный центр «Auto-ID Center» в Кембриджском исследовательском центре Массачусетского технологического института, затем появились аналогичные центры при университетах Англии, Китая, Кореи, Японии, Швейцарии, Австралии. В 2003 г. «Auto-ID Center» был преобразован в научное объединение «Auto-ID Labs», которое, совместно с созданной организацией «EPC Global», продолжило развитие и стандартизацию технологии РЧИ в системе стандартов EPC (Electronic Product Code). В настоящее время развитием стандартов EPCGlobal занимается международная некоммерческая организация GS1, образованная в 2005 г. на базе международной ассоциации EAN, в которую вошла «EPC Global».
В настоящее время стандарты EPC широко используются для производства СВЧ оборудования РЧИ, широко применяемого в области складской и транспортной логистики.
Еще одно направление в области стандартизации средств РЧИ связано с такими организациями как Международная организация по стандартизации (ИСО) и Международная электротехническая комиссия (МЭК). В 1987 г. ими был образован Совместный технический комитет ИСО/МЭК ОТК1 «Информационные Технологии», в рамках которого в 1996 г. был создан Подкомитет ПК31 «Автоматическая идентификация и технология сбора данных», в котором были разработаны первые стандарты, упорядочивающие технические характеристики различных устройств РЧИ и методы их применения.
Первый международный стандарт, описывающий параметры радиоканала и протокол обмена данными между считывателем и пассивной меткой РЧИ был принят Совместным техническим комитетом СТК1 ИСО/МЭК в 2000 г. Стандарт ИСО/МЭК 15693 [4] определяет условия использования и технические характеристики для идентификационных карт РЧИ удаленного действия, работающих на частоте 13,56 МГц. Карты этого типа имеют сравнительно большую дальность считывания, до 1 м. Действие стандарта также распространяется на радиочастотные метки на бумажной основе для маркировки учетных единиц и их автоматизированной идентификации.
Следующим международным стандартом, разработанным СТК1 стал ИСО/МЭК 14443 [5], который определил технические характеристики для карт РЧИ ближнего радиуса действия, с малой дальностью чтения и большими скоростями обмена данными. Стандарт определяет работу семейства карт, разработанных компанией «NXP Semiconductors» под торговой маркой «Mifare». В семейство входят карты ряда типов, отличительной особенностью которых является наличие сравнительно большого объема встроенной памяти, защищенной средствами криптозащиты. Карты этих типов находят применение преимущественно в системах бесконтактной оплаты.
В дальнейшем основные положения стандартов ИСО/МЭК 15693 и ИСО/МЭК 14443 вошли в стандарт ИСО/МЭК 18000, который появился позднее. В настоящее время эти стандарты являются действующими и являются базовыми для стандартов прикладного уровня в области РЧИ.
§ 2.2. Общая нормативная база РЧИ
2.2.1. Система стандартов ИСО/МЭК 18000
Стандарты ИСО/МЭК 18000, под общим названием «Информационные технологии. Радиочастотная идентификация для управления предметами», сегодня являются базовыми для всех видов устройств РЧИ. Первая версия стандартов была принята в 2004 г. Стандарты получили широкую, хотя и не всеобщую поддержку со стороны производителей оборудования РЧИ. Сегодня эти стандарты представлены 6 частями [6], определяющими работу РЧИ устройств в различных установленных частотных диапазонах. В настоящее время стандарт состоит из 6 частей с номерами от 1 до 7, с пропуском 5 части.
Первая часть стандарта является общей для всех остальных и определяет положения, применяемые во всех стандартах группы.
Вторая часть стандарта определяет работу систем РЧИ с пассивными метками, работающих в НЧ диапазоне 135 кГц. Метки этого диапазона имеют очень малое расстояние считывания, обычно не превышающее один сантиметр, и преимущественно используются в виде карт в системах контроля и управления доступом (СКУД) для оборудования автоматизированных шлагбаумов, турникетов и т. д. В настоящее время карты этого диапазона выходят из употребления и замещаются картами, определяемыми третьей частью стандарта.
Третья часть стандарта определяет работу систем РЧИ с пассивными метками, работающих в ВЧ диапазоне 13,56 МГц. Дальность считывания меток этого диапазона лежит в пределах 1 м, они предназначены для работы в системах логистики, на транспорте и в системах бесконтактной оплаты. В стандарте определены три типа систем независимых и несовместимых друг с другом:
Тип Mode 1 соответствуют меткам стандартов ИСО/МЭК 15693 и ИСО/МЭК 14443. Метки этого типа сегодня являются самыми востребованными в ВЧ диапазоне и широко используются в системах РЧИ, в том числе и в библиотечных системах автоматизации.
Тип Mode 2 на сегодняшний день не нашел применения у производителей оборудования РЧИ.
Тип Mode 3 соответствует стандарту организации GS1 для меток типа «EPC Class 1 HF». В настоящее время разработка систем РЧИ на базе меток типа Mode 3 является перспективным направлением, но пока слабо поддержанным разработчиками оборудования и систем РЧИ.
Четвертая часть стандарта определяет работу систем РЧИ с пассивными метками, работающих в МВЧ диапазоне 2,45 ГГц. Дальность считывания меток этого диапазона может достигать 150 м. Метки этого типа обычно применяются в системах локальной навигации и локального позиционирования.
Шестая часть стандарта определяет работу систем РЧИ с пассивными метками, работающих в СВЧ диапазоне 860960 МГц. Дальность считывания меток этого диапазона находится в пределах десяти метров, они предназначены для работы в системах логистики, на транспорте. В шестой части стандарта выделено пять разделов, объединенных общим названием: «Параметры радиоинтерфейса для диапазона частот 860960 МГц». Первый раздел определяет общие требования к СВЧ системам РЧИ. Последующие четыре раздела определяют четыре независимых типа систем: A, B, C и D. Метки типа C соответствуют стандарту организации «GS1» для меток «EPC Class 1 Generation 2» (EPC Cl1g2). В настоящее время это самый распространенный в мире тип меток, применяемых в системах автоматизации на базе РЧИ в области складской и транспортной логистики.
Седьмая часть стандарта определяет работу систем РЧИ с активными метками, работающих в СВЧ диапазоне 433 МГц. Дальность считывания меток этого диапазона достигает 100 м, они применяются в системах логистики для маркировки контейнеров и возвратной тары.
2.2.2. Система стандартов ИСО/МЭК 14443
Стандарты ИСО/МЭК 14443 под общим названием «Карты идентификационные. Карты на интегральных схемах бесконтактные. Карты близкого действия» состоит из 4 частей, определяющих основные характеристики карт этого типа.
Наиболее известной реализацией карт типа ИСО/МЭК 14443 являются бесконтактные смарт-карты семейства Mifare, производимые компанией «NXP Semiconductors«. Семейство Mifare включает в себя несколько типов карт, отличающихся размером встроенной памяти и алгоритмами криптозащиты данных. Базовым типом является тип карт «Mifare Classic», имеющий два подтипа 1K и 4K, отличающихся размером памяти: 1 Кбайт и 4 Кбайт соответственно.
Существуют некоторые другие типы карт, например, семейства Smart, применяемые в банковских бесконтактных платежных системах, которые имеют режим эмуляции «Mifare Classic».
Каждая карта семейства Mifare имеет уникальный серийный номер UID. С 1998 г. компания NXP выпускала карты с идентификатором UID (Unique identificator) длиной 4 байта. В 2010 г. компания объявила о том, что диапазон 4-х байтных номеров подходит к концу и начала производство карт «Mifare Classic EV1» с идентификатором UID длиной 7 байт, обеспечивающим абсолютную уникальность.
Интегральные схемы карт этого типа имеют сравнительно сложную организацию и содержат большое количество полупроводниковых элементов (транзисторов), что является причиной сравнительно высокого потребления электроэнергии и низкой чувствительности, а следовательно малой дальности действия в РЧИ системах. Дальность считывания таких карт обычно не превышает 15 см, поэтому на базе таких интегральных схем производят только карты идентификации.
Карты этого типа имеют ограниченное применение в библиотеках в качестве читательских билетов, обычно только в случаях, когда читатели уже имеют корпоративные карты (электронные пропуска, удостоверения, кампусные карты и т. д.) такого типа. В случае использования таких карт для автоматизированной идентификации читателей используется идентификатор UID карты. Использование карт Mifare в библиотечных системах РЧИ на сегодняшний день не поддерживается библиотечными стандартами прикладного уровня.
2.2.3. Система стандартов ИСО/МЭК 15693
Система стандартов ИСО/МЭК 15693 под общим названием «Карты идентификационные. Карты на интегральных схемах бесконтактные». Интегральные схемы для карт этого типа имеют встроенную энергонезависимую память, имеющую пользовательскую область, доступную для записи и чтения специальными командами считывателя РЧИ. Записанные в память данные могут быть защищены от перезаписи специальной командой блокировки. Кроме того, карты этого типа имеют следующие основные параметры:
Уникальный серийный номер-идентификатор UID (Unique IDentifie), доступный для чтения специальной командой считывателя РЧИ. Уникальность идентификатора обеспечивается соглашением между всеми производителями интегральных схем этого типа.
Байт семейства приложений AFI (Application Family Identifier), доступный для записи специальными командами. Установка определенных значений этого параметра в карте и использование его в командах считывателя РЧИ позволяет считывать только «свои» карты. Карты с другим значением AFI будут «не видимы» для считывателя. Значение AFI может быть защищено от перезаписи.
Интегральные схемы для карт этого типа имеют сравнительно простую организацию, содержат не большое количество полупроводниковых элементов (транзисторов), что обеспечивает низкое потребление электроэнергии и повышенную чувствительность, и дальность действия в РЧИ системах. Дальность считывания таких карт может достигать 1 м, поэтому на базе таких интегральных схем также производят радиочастотные метки для маркировки различных предметов учета для их автоматизированной идентификации. Карты и метки этого типа поддерживают механизм антиколлизии, позволяющий считывателю РЧИ работать с каждой меткой в отдельности при нахождении в его рабочей зоне множества меток.
Крупнейшим производителем интегральных схем для карт и меток этого типа сегодня является компания «NXP Semiconductors», которая выпускает их в соответствии со своим корпоративным стандартом ICode SliX2 (ранее ICode Sli, ICode SliX). Корпоративный стандарт уточняет положения, определенные в базовом стандарте ИСО/МЭК 15693. Интегральные схемы для карт и меток типа ICode SliX2 имеют 2528 бит пользовательской памяти с гарантией на 100 000 циклов перезаписи и 50 лет сохранения записанных данных. К особенностям карт и меток этого типа следует отнести наличие противокражного признака бита EAS (Electronic Article Surveillance). Этот параметр не определен стандартом ИСО/МЭК 15693 и поддерживается только метками семейства ICode Sli. Тем не менее, большинство считывателей РЧИ поддерживают работу с этим параметром и используют его для реализации противокражной функции в системах РЧИ. Бит EAS может быть однократно защищен от перезаписи командой блокировки. В случае если работа с меткой ICode SliX2 предполагает многократное изменение значений EAS и AFI они могут быть защищены от несанкционированной перезаписи 32 битным паролем. Кроме того, паролем может быть защищено от перезаписи содержимое пользовательской памяти.
В настоящее время все три части стандарта ИСО/МЭК 15693 введены в систему российской стандартизации как идентичные международным и имеют наименование ГОСТ Р ИСО/МЭК 15693.
Сегодня радиочастотные метки и карты именно этого типа получили наиболее широкое применения в библиотеках.
§ 2.3. Стандарты применения РЧИ в библиотеках
2.3.1. История появления библиотечных стандартов РЧИ
Первые попытки внедрения технологии РЧИ в библиотеках начались с середины 1990‐х гг. Пионером в этой области стала компания 3М (США), которая с конца 1960‐х гг. производила и устанавливала в библиотеках радиочастотные противокражные системы. В 1994 г. компанией 3М был анонсирован первый проект автоматизации школьной библиотеки на базе РЧИ, а в 2000-е гг. технология РЧИ была уже внедрена в нескольких тысячах библиотек развитых стран мира.
В августе 2004 г. датская организация «Danish National Library Authority» сформулировала ряд основных принципов применения технологии РЧИ в библиотеках:
возможность применения в межбиблиотечном абонементе;
стандартный интерфейс для систем автоматизации библиотек;
возможность приобретения меток и оборудования РЧИ от различных поставщиков;
обратная совместимость с системами штрихового кодирования (уникальные штриховые коды для удостоверения личности в Дании);
соответствие международным стандартам.
На основе этих принципов датская организация по стандартизации «Dansk Standards» в ноябре 2004 г. предложила проект стандарта, который был поддержан поставщиками оборудования РЧИ в Дании. Проект стандарта был опубликован на английском языке, что предполагало международное участие в его обсуждении. Уже в 2005 г. в Дании был принят первый национальный стандарт, определяющий правила применения оборудования РЧИ ВЧ диапазона (13,56 МГц) в библиотеках [7], который был поддержан сразу во многих странах. В 2011 г. техническим комитетом ИСО ТК46/ПК4 была принята система международных стандартов ИСО 28560, представлявшая собой группу из трёх стандартов, под общим названием «Информация и документация Радиочастотная идентификация в библиотеках» [8]. В принятых стандартах были обобщены и развиты положения, изложенные в датском стандарте, кроме того были регламентированы основные технические параметры библиотечных систем РЧИ, а также структуры и протоколы обмена данными с библиотечными системами автоматизации. Позднее, в 2014 г. система стандартов была пересмотрена и к ней была добавлена четвёртая часть [9], определяющая применение в библиотеках РЧИ оборудования СВЧ диапазона 850960 МГц.