RFIDの入門ガイド

はじめに

RFIDについて、興味はあってもよくわからないという方も多いのではないでしょうか。本日は、RFIDを体系的に理解するための方法をご紹介します。RFIDとはどのような技術なのか、どのように使われるのか、どのような種類があるのか、必要なタグや機器についてなど、初めてRFIDに触れる方に最適なガイドです。

RFIDとは？

RFIDとは、radio-frequency identificationの頭文字をとったもので、RFIDタグやスマートラベル（以下に定義）に記録されたデジタルデータを、電波を通じて読み取り機に取り込む技術である。RFIDは、タグやラベルのデータを読み取り、データベースに格納するという点で、バーコードと似ている。しかし、RFIDは、バーコードの資産管理ソフトウェアと比較して、いくつかの利点があります。最も顕著なのは、バーコードが光学式スキャナで位置合わせをする必要があるのに対し、RFIDタグは視線外でもデータを読み取ることができる点である。

RFIDの仕組みは？

RFID（Radio Frequency Identification）とは、電波を利用して非接触でデータを送受信する無線通信技術です。RFIDタグを商品に貼ることで、在庫や資産を自動的かつ一意に識別・追跡することができます。また、RFIDの種類によっては、数センチから20数メートルの範囲でタグを読み取ることができるため、自動認識技術をより高度なものにすることができます。

RFIDは、第二次世界大戦中に飛行機を敵か味方か識別するために使われた最初のアプリケーションから、長い道のりを歩んできました。技術は年々向上しているだけでなく、RFIDシステムの導入や利用にかかるコストも下がり続け、RFIDはより費用対効果の高い、効率的なものとなっています。

RFIDの主な特徴

1. 直接触れずにデータの読み書きが可能 RFタグには、最大で数キロバイトの豊富な情報を格納することができます。各工程で必要なデータ（工程履歴、検査履歴など）を、直接触れることなく、すべて自由に保存することが可能です。これにより、生産停止の原因を減らすペーパレス現場を実現することができます。
2. アイテムとその情報を組み合わせる」ことで、柔軟で信頼性の高いシステム構成が可能になる 情報を分散させる技術により、上位システムの負荷が軽減されます。つまり、システム開発コストも削減でき、システム導入のスピードも大幅に向上し、変更時の柔軟性も格段に高まります。また、工程や現場ごとに「項目とその情報を統一」することで、生産／工程や製品の品質を誤りなく管理することが可能になります。そして、RFタグに含まれる最新情報により、非常時にはオフラインで作業を継続することができ、工程復旧に要する時間を大幅に短縮することができます。
3. バーコードが単に「1」か「0」を探すのに対し、高度な宇宙伝送技術と専用プロトコルを採用し、空中を伝送することで、信頼性の高い通信を可能にしている。16ビットのCRCを付加して伝送する。18ビット以上のバーストエラーを00.9985%の割合で検出することができ、非常に高い信頼性で転送を行うことができます。また、バーコードのラスタースキャン方式のような機械的な装置がないため、誤動作などの可能性が大幅に低減されます。
4. 電気・電磁波による通信を利用しているため、バーコードと異なり、汚れ、水分、油分などによる誤読を打ち消すことができます。アンテナとRFタグの間に、ほこりや水分など金属以外のものがあっても、通信に影響を与えることはありません。また、通信範囲が広いため、極端な位置合わせをする必要がなく、設計の時間やコストを大幅に削減することができます。
5. 複数のRFタグの情報に同時にアクセス可能 リーダライタの送信エリア内に存在する複数のRFタグの情報を同時に読み取ることができる機能を搭載しているRFIDシステムもあります。

RFIDタグの読み取り範囲はどのくらいですか？

RFIDタグは、アクティブタグとパッシブタグの違いにより、読み取り範囲が異なります。アクティブタグは信号をブロードキャストするため、パッシブタグよりも読み取り距離が長く、30メートル以上となります。パッシブタグの読み取り範囲は、動作周波数、リーダーのパワー、他のRF機器からの干渉など、多くの要因に左右されます。一般に、低周波および高周波タグは3フィート（1メートル）以内、UHFタグは10～20フィート（1メートル）以内から読み取られます。フェーズドアレイアンテナを搭載したリーダーは、パッシブタグの読み取り距離を60フィート以上まで伸ばすことができます。

タグはどれくらいの情報を記憶できるのですか？

他の自動認識技術品種では、データ容量の最大値は2,725個の数字しか格納できません。文字を含めると、さらに記憶量は少なくなります。RFIDラベルの記憶容量は2の94乗（約10,000Byte）であり、バーコードの様々な制約を完全に捨て、世界中のすべての対象物が異なるものになるようにします。ユニークな識別子を持つことができる。

しかし、タグのデータ量は2キロバイト（KB）以下と少ない。ナンバープレート型タグは、96ビットまたは128ビットのシリアルナンバーを格納するのみです。このシンプルなタグは製造コストが低く、製品パッケージと一緒に廃棄されるようなアプリケーションに適しています。航空宇宙産業では、高メモリのタグに部品の履歴を保存することを望んでおり、そのため、4KBまたは8KBのデータを保存するパッシブUHFタグが導入されています。

RFID Energyはどうですか？

アクティブ型RFIDタグは、内蔵された電池から電力が供給され、タグによって使用する電池の量や形状が異なります。パッシブ型RFIDタグは、電池を内蔵しておらず、RFIDリーダーから電力を得ます。パッシブ型RFIDタグをRFIDリーダーに近づけると、パッシブ型RFIDタグのアンテナが受信した電磁波エネルギーを電気エネルギーに変換し、RFIDタグ内のチップを作動させ、RFIDチップ内のデータを送信する。

RFID通信プロトコル

RFIDの規格とプロトコルは、RFIDチップの設計の基礎となるものです。現在、RFIDの国際標準規格やプロトコルは、ISO/IEC 18000、ISO11784、ISO11785、ISO/IEC 14443、ISO/IEC 15693などが一般的である。

ISO/iec 18000-1:2008:情報技術 - 品目管理のための無線周波数識別 - Part 1:リファレンスアーキテクチャと標準化されるべきパラメータの定義

ISO/iec 18000-2:2009:情報技術 - 品目管理用無線周波数識別 - 第2部：135kHz以下のエアインターフェース通信用パラメータ

ISO/iec 18000-3:2010:情報技術 - 品目管理用無線周波数識別 - 第3部：13,56 MHzにおけるエアインターフェース通信用パラメータ

ISO/iec 18000-4:2018:情報技術 - 品目管理用無線周波数識別 - 第4部：2,45 GHzにおけるエアインターフェース通信用パラメータ

ISO/iec 18000-6:2013:情報技術 - 品目管理のための無線周波数識別 - 第 6 部：860MHz から 960MHz におけるエアインタフェース通信のためのパラメータ 一般

ISO/iec 18000-7:2014:情報技術 - 品目管理用無線周波数識別 - 第7部：433MHzにおけるアクティブエアインタフェース通信のためのパラメータ

ISO/iec 14443-3:2016:識別カード-非接触ICカード-近接カード-第3部：初期化および衝突防止

ISO/iec 15693-3:2019:個人認証用カード及びセキュリティ機器-非接触近傍物体-第3部：衝突防止及び伝送プロトコル

ISO 11784:1996:動物の無線識別 -コード構成

ISO 11785:1996:動物の無線識別 - 技術コンセプト

ISO 14223-1:2011:動物の無線自動識別 - 先進トランスポンダ - Part 1:エアインターフェース

ISO 14223-2:2010:動物の無線識別 -高度なトランスポンダ- 第2部：コードとコマンド構造

RFIDの種類

電磁波スペクトルの中で、RFIDの通信に使用される主な周波数帯は、低周波、高周波、超高周波の3つです。

低周波

低周波（LF）帯は、30kHz～300kHzの周波数帯で、波長は約2,400mと長波長です。この帯域では複数の種類の信号が通信しているため、LF帯のRFIDシステムでは125～134 kHzの小さな帯域しか使用できません。波長が大きいため、金属や水を透過することができるのが特徴です。

• 一般的な周波数範囲30〜300KHz
• 一次周波数範囲125〜134KHz
• レンジを読む。 コンタクト - 10センチメートル
• 平均タグ単価。 $0.08 - $5.00
• アプリケーションアニマルトラッキング、アクセスコントロール、車のキーフォブ、大量の液体や金属を扱うアプリケーション
• 長所:液体や金属の近くでも使える、グローバルスタンダード
• 短所 読み取り距離が非常に短い、メモリ容量に制限がある、データ転送速度が遅い、製造コストが高い

ハイフリークエンシーの場合

高周波（HF）帯は、3 MHzから30 MHzの周波数帯である。高周波の波長は、低周波の波長よりもはるかに短く、約22mとスクールバス2台弱の長さしかありません。高周波は、低周波と同様に磁気結合を利用して、タグとRFIDリーダー／アンテナ間の通信を行います。高周波は、水と高密度金属を除くほとんどの物質を通過することができます。アルミニウムのような薄い金属でも、高周波タグを貼付すれば正常に機能します。

• 一次周波数帯域。 13.56MHz
• レンジを読む。 ニアコンタクト - 30センチメートル
• 平均タグ単価。 $0.08 - $10.00
• アプリケーションです。 アクセスコントロール、偽造防止、DVDキオスク、図書館の本、個人IDカード、ポーカー/ゲーミングチップ、NFCアプリケーションなど。
• 長所:NFCグローバルプロトコル、大型化、メモリーオプション、高い安全性能、グローバルスタンダード
• 短所:読み取り距離が短い、データ転送速度が遅い

超高周波

UHF帯は、300MHzから3GHzの周波数帯ですが、ほとんどのUHF帯RFIDシステムは、860～960MHzの周波数帯で動作しています。ただし、433MHzと2.45GHzで動作するRFIDは例外である。

• 一般的な周波数範囲:300〜3000MHz
• 一次周波数範囲:433 MHz、860 - 960 MHz
• 平均タグ単価。 $0.06 - $10.00
• アプリケーションです。 資産管理、生産ライン管理、サプライチェーン管理、倉庫管理、各種アイテム偽造防止源（タバコ、酒、薬など）、小売、車両管理など。
• 長所:複数のラベルを一度に読み、距離を遠くまで識別し、高速配信、高信頼性、および使用します。
• 短所:液体や金属の近くでは動作が悪く、環境に応じてラベルをカスタマイズする必要があります。

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