超高頻RFID技術於安防門禁之應用
- 廖大穎
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前言：
您是否曾在半夜開車回家，卻因為車庫搖控器的電池沒電了，被擋在家門口，不得其門而入？您是否曾在傾盆大雨時要進停車場，必須搖下車窗，將門禁卡片貼近感應器，把自己弄得全身濕淋淋的經驗？最新的超高頻RFID技術可以讓您遠離這些夢魘。
本文：
現代人的日常生活與安防門禁系統，息息相關。無論是住家還是汽車上的門鎖，或是銀行提款時所使用的提款卡及個人密碼等，都是安防門禁系統的一環。安防門禁系統對於貴重、機密、隱私等資訊與財產，提供有形及無形的防護及保障。
傳統的安防門禁系統採用機械式門鎖與鑰匙，主要是管制何人(who)可以進出何處(where)。其中，人員的管理係透過鑰匙的配發來達成。一旦鑰匙遺失，就必須更換門鎖，以確保安全。傳統機械式門鎖無法得知鑰匙持有者進出的時間與次數，亦無法規定及限制某些特定鑰匙的使用日期及時段。對於經常有臨時人員進出的場所，如大學或醫院等，很難有效地管理人員進出狀況。
電子式安防門禁系統
不同於機械式門鎖與鑰匙，電子式安防門禁系統使用微處理機或電腦，可記錄所有授權進出者及其使用的時間(when)與地點。電子式安防門禁系統亦可透過系統設定，限制人員的使用時段與有效進出日期。萬一人員變動或門禁感應卡(credential)遺失，只要將該人員或卡片的授權取消，即可確保新安全設定全面立即生效，不用浪費時間與金錢去更換所有門鎖。
電子式安防門禁系統依據其操作方式可分為接觸式、非接觸式、感應式、主動式等系統。其中，資料驗證方式可分為密碼(如個人密碼或出廠鎖碼)、生物特徵(如指紋或虹膜)、或整合密碼與特徵等系統設計方法。接觸式磁碼門禁系統已使用數十年。感應式安防門禁系統則因其符合個人衛生及讀取速度快等優點，為目前市場的主流。
感應式安防門禁系統主要採用無線電射頻識別技術(Radio Frequency Identification，RFID)，由門禁讀取器(reader)發射、接收並解調感應卡中之識別碼後，傳送至安防門禁系統控制器(control panel)，以判別此卡片的合法性及有效性。感應式門禁系統技術依其建置時間不同而有所差異。北美地區佈建最早，多採用125 KHz低頻(low frequency，LF)系統。歐洲及亞洲等地區則偏好13.56 MHz 高頻(high frequency，HF)智慧卡(smart card)技術。主動式安防門禁系統主要採用2.4 ~ 5.8 GHz 微波(microwave)技術，多用於自動化車輛識別(automatic vehicle identification，AVI)及停車場等門禁應用。
一般而言，低頻感應式系統具有高抗雜訊及金屬反射等優點，其缺點為可讀取距離較短。高頻感應式系統可增加讀取距離，惟其雜訊處理較複雜，所需技術層次較高。主動式系統因其具主動電源(如電池等)，故其發射與接收距離較長，但因需要電力消耗，成本較高，較不具綠色環保概念，且有電池耗盡等疑慮。
超高頻RFID技術
近年來，由於超高頻(Ultra High Frequency，UHF) RFID技術的突飛猛進，已有部份感應式門禁系統採用900MH超高頻RFID技術。有別於低頻與高頻系統使用磁性感應偶合(magnetic inductive coupling)方法，超高頻RFID系統則採用電磁後向發射(electro magnetic backscattering)技術。超高頻RFID具發射與接收距離長(5至7米)，無需主動電源及電池等優點。由於RFID電子標籤技術與成本的不斷改善，超高頻RFID已被廣泛地應用於供應鏈與物流管理、圖書文件管理、資產管理等。
相較於125KHz及13.56MHz技術，900MHz超高頻RFID屬於技術層次更高，應用範圍更廣的專業領域。無論使用低頻或高頻RFID系統，其讀取距離都只能達到近場(near field)範圍，而超高頻RFID技術可同時滿足近場與遠場(far field)的需求。對於讀取距離需求相同，超高頻RFID天線的尺寸大小遠小於其它低頻天線，施作上也容易許多。除了讀取距離較長外，超高頻RFID亦有讀取速度快的優點。以ISO 18000-6C(EPC Class 1，Gen 2)協定為例，其讀取率可達1,700 read/sec。超高頻RFID協定亦提供32 bits鎖碼及隱藏模式，以加強其私密性，同時亦提供鑑別與加密等機制，以確保其安全性。
超高頻RFID安防門禁系統
超高頻RFID可同時讀取近場與遠場電子標籤的特性，可實現人員與車輛進出一卡通的門禁管理目標。人員車輛進出管制區時，只需攜帶一張感應卡，戶內戶外門禁一卡通。不僅可避免額外的車輛專用卡片製作花費，亦可同時整合車輛與人員門禁卡片管理作業。超高頻RFID技術將是未來高級社區、辦公大樓、工業園區、醫院或校園等門禁系統的主流。圖一顯示芝加哥地區大型教學醫院停車場中應用超高頻RFID技術於安防門禁系統之實例。
除了傳統識別證型式的門禁感應卡(信用卡尺寸大小)外，超高頻RFID技術提供更多樣的電子標籤型式可供選擇，以滿足不同應用的需要。擋風玻璃型 (Windshield Tag)是目前最受歡迎的電子標籤。成本低廉、安裝容易(貼於車內擋風玻璃上)、不會遺失、拷貝困難(撕開即失效)等都是擋風玻璃型電子標籤的優點。對於短期門禁需求(如大學校園或教學醫院中短期實習人員的停車問題)，擋風玻璃型電子標籤是最佳選擇。系統管理者只需在電子標籤上設定其有效使用期限，貼有該電子標籤的車輛即可在校園或院區中所有授權可通行及停車的區域內行動。一旦超過使用日期，該電子標籤即自動失效，也無須繳回，避免回收作業困擾。
目前許多高級車所使用的擋風玻璃都具有多層膜防紫外線或隔熱等設計。這些防護鍍層會阻礙無線電波穿透擋風玻璃的能力，降低RFID讀寫距離與正確性。因此，無論是超高頻RFID讀取器或是電子標籤，在其設計上必須強化特殊金屬薄膜反射及穿透補償。擋風玻璃於太陽下日照，其溫度將升高四十多度，擋風玻璃型電子標籤所採用的RF IC必須能在此高溫環境下確保其正常運作。
有些人不喜歡在擋風玻璃上貼太多貼紙擋住視線，可以選擇使用後視鏡型(Rear View Tag) 或遮陽板型(Visor Tag)電子標籤。因為受到後視鏡背面，可用面積較小，超高頻RFID天線大小受到限制，所以後視鏡型電子標籤的讀取距離一般較短。遮陽板型電子標籤因其天線可設計範圍較大，讀取距離也較長。後視鏡型及遮陽板型電子標籤的優點為隱密性高，但缺點在不易查覺電子標籤的所在位置，對於停車場巡邏員來說，將增加許多困擾。
懸掛式(Hang Tag)電子標籤具有醒目的優點。如同擋風玻璃式電子標籤一樣，懸掛式電子標籤可以印刷，除了超高頻RFID外，提供色彩或圖像等視覺化安防門禁管理功能。與其他車內用電子標籤(擋風玻璃式、後視鏡型、遮陽板型)一樣，懸掛式電子標籤於陽光日照下，亦受到環境高溫因素影響，其設計規格必須能確保高溫環境下正常作業。
超高頻RFID在金屬或潮濕的應用上，較低頻及高頻RFID技術困難許多。然而，很多門禁系統應用都避免不了金屬或潮濕作業環境，如砂石場車輛門禁、醫院病床輪椅管理、運輸公司卡車進出管理等。金屬型(Metal Tag)電子標籤即是專門為超高頻RFID在金屬及潮濕作業環境下之安防門禁應用所設計。金屬型電子標籤一般貼於車身金屬外殼上或汽車牌照上，配合超高頻RFID讀取器的金屬補償設計，金屬型電子標籤的讀取距離可達20英呎遠。除了抗金屬能力外，金屬型電子標籤也必須在潮濕環境下(如雨天、洗車等)能正常作業。圖二說明金屬型電子標籤貼於貨車駕駛座車外右前方位置。
超高頻RFID具有快速存取電子標籤資料的優點。此外，金屬型電子標籤可提供記憶體容量存放資料，對於記錄環境參數或發行通行證等應用，助益良多。如超高頻RFID應用於水泥車門禁管理實務，水泥車在水泥預拌場裝滿水泥後，必須先將車身及輪胎清理乾淨，以符合公路環保規定。車輛在完成清潔作業後，先由RFID讀取器在此水泥車的金屬型電子標籤登錄清潔時間，並載入通行證發行資料，最後在水泥場門口管制點上檢查無誤後放行。
可以預見的是，未來幾年內，超高頻RFID技術於安防門禁的應用，將相當廣泛。由於超高頻RFID技術應用的多樣性，在許多作業環境下，單一讀取器可能無法有效地達到各式各樣電子標籤的讀取需求。如在製造工廠的廠區內，大小型貨車、卡車、員工及訪客車輛等魚貫其中，其安防門禁系統必須考量所有車輛的需求與限制。以擋風玻璃式電子標籤為例，一般房車的擋風玻璃高度遠低於貨車或卡車的擋風玻璃高度。雖然超高頻RFID具有遠場讀取的優點，但是在此安防門禁系統的設計上，可採用架設高低天線(HiLo)的方式，來滿足不同高低位置的電子標籤讀取需求。圖三顯示超高頻RFID安防門禁系統於國家公園入口之應用。
超高頻RFID亦可搭配手持式安檢裝置
除了固定式(fixed)讀取器外，超高頻RFID安防門禁系統經常配置手持式(handheld)或移動式(mobile)RFID讀取器，以供校園或廠區巡邏等物業管理之應用。超高頻RFID技術的近場與遠場優勢，讓巡邏人員不用貼近車輛玻璃，可以在車輛前方較遠處持手持式讀取器，直接讀取及驗證電子標籤資料。
對於巡邏範圍較大的應用(如大學校園或大型醫院院區)，也可將超高頻RFID讀取器架設在巡邏車上，巡邏人員坐於車內，即可直接讀取及驗證電子標籤資料。
結論
在數位化、IP化之後，超高頻RFID技術無疑是安防門禁的另一個明日之星。相較於現行低頻與高頻RFID安防門禁產品，超高頻RFID的技術層次要求較高，所涉及的系統設計與安裝程序也較複雜。目前市場上雖然已經有不少的超高頻RFID產品，但是大多集中在供應鏈與物流管理等應用上，只有少部份超高頻RFID讀取器是專門為停車場管理使用。
實務上，能夠提供全系列(長/短距離讀取器、手持/長距離電子標籤)超高頻RFID安防門禁的廠商，又更是少之又少。讀者在考慮採用最新超高頻RFID技術作為安防門禁系統時，除了要選擇品質優良的超高頻RFID安防門禁產品外，對於廠商是否能提供全系列產品及服務等因素，也應一併加以考量。(本文作者為AWID公司CEO)
