Αναγνώριση και ταυτοποίηση αντικειμένων με χρήση ραδιοσυχνοτήτων RFID - υλοποίηση αισθητήρων σε ετικέτες RFID, αξιολόγηση απόδοσης WiFi RFID, μοντελοποίηση της κίνησης του δικτύου της αλυσίδας παροχής, ανάπτυξη ενεργών RFID συστημάτων Στέφος Βασίλειος (ΑΕΜ:1661) Επιβλέπων Καθηγητής: Τσίτσος Στυλιανός Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής Τ.Ε. ΤΙΤΛΟΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗΣ

Ανάλυση και ένταξη των συχνοτήτων HF και UHF Έχουμε να επιλέξουμε ανάμεσα στην υψηλή συχνότητα (HF) και στην ultra υψηλή συχνότητα (UHF)  13,56 MHz για την HF  915 MHz για την UHF η επιλογή γίνεται με βάση τους ακόλουθους παράγοντες: Την φυσική Την τεχνολογία και Τον ανθρώπινο (εμπορικό) παράγοντα

Επιλογές Υλοποίησης ενός RFID συστήματος Επιπρόσθετα στο HF και το UHF, δύο επιπλέον ευρέως χρησιμοποιούμενοι όροι είναι σημαντικοί: το κοντινό πεδίο και το μακρινό πεδίο. Βασική επιλογή της υλοποίησης λοιπόν, είναι η επιλογή ενός από την στήλη Α και ενός από την στήλη Β, όπου στήλη Α είναι τα HF, UHF και στήλη Β είναι το κοντινό πεδίο και μακρινό πεδίο.

Μακρινό πεδίο Το μακρινό πεδίο περιλαμβάνει μια κεραία, τυπικά αυτή που χρησιμοποιείται είναι είτε μια ορθογώνια κεραία χαμηλού προφίλ είτε ένα απλό δίπολο (είτε ένας συνδυασμός από αυτά) που εκπέμπει την ενέργεια από την κεραία του αναγνώστη στην κεραία της ετικέτας. Σε αυτή την περίπτωση, οι 2 κεραίες δεν συνδέονται μεταξύ τους με γραμμές ροής ενέργειας όπως στην περίπτωση του κοντινού πεδίου.

Μακρινό πεδίο Για αποτελεσματική μεταφορά αυτής της ενέργειας, οι διαστάσεις της κεραίας πρέπει να είναι της τάξεως του μήκους κύματος της συχνότητας του σήματος π.χ. 13,56x106 κύκλους/sec (13,56 ΜΗz) για τη ζώνη HF και 915x106 κύκλους/sec (915 MHz) για τη ζώνη UHF. το μήκος κύματος UHF (915 MHz) είναι λίγο περισσότερο από ένα πόδι. Το αντίστοιχο μήκος κύματος HF (13,56 MHz) είναι πάνω από 67,5 πόδια. Συνεπώς, θα χρειαζόμασταν διαστάσεις της τάξεως των 67,5 ποδιών, το οποίο θα ήταν μη πρακτικό για τις περισσότερες εφαρμογές της εφοδιαστικής αλυσίδας. Συνεπώς η μετάδοση μακρινού πεδίου στα 13,56 MHz δεν είναι πρακτική στις περισσότερες εφαρμογές της εφοδιαστικής αλυσίδας.

Κοντινό πεδίο Το κοντινό πεδίο, είναι μια μέθοδος λειτουργίας που εμπλέκει μια δραστηριότητα τύπου μετασχηματιστή μέσω του οποίου το ηλεκτρικό σήμα εφαρμόζεται στις περιελίξεις του μετασχηματιστή παράγοντας μαγνητικές γραμμές ροής (πεδίο) που συνδέουν την κύρια κεραία ( αναγνώστης) με την δευτερεύουσα κεραία (ετικέτα). Στο κοντινό πεδίο, η ενέργεια από την κεραία του αναγνώστη επιστρέφει στην κεραία, ανεξάρτητα από την ύπαρξη ετικέτας στο πεδίο. Εάν υπάρχει ετικέτα η προσαρμοσμένη αντίσταση διαταράσσει το πεδίο το οποίο είναι ήδη συζευγμένο μέσω μιας διαδρομής επιστροφής στην κεραία του αναγνώστη.

Κοντινό πεδίο

Θεμελιακές αρχές του προσανατολισμού Το μακρινό πεδίο συνεπάγεται ότι η ενέργεια μεταφέρεται μέσω του ηλεκτρικού πεδίου, στην περίπτωση του οποίου ο προσανατολισμός και των δύο κεραιών επηρεάζει απευθείας την οπισθοσκεδασμένη ενέργεια και ονομάζεται πόλωση. Η πόλωση συνεπάγεται ότι αυτές οι κεραίες πρέπει να έχουν συγκεκριμένο σχετικό προσανατολισμό για αποτελεσματική μεταφορά ενέργειας. Για να αντισταθμίσουμε την κακή ευθυγράμμιση του συνδυασμού κεραίας ανάγνωσης – κεραίας ετικέτας, μερικές ετικέτες περιέχουν στην πραγματικότητα δύο διπολικές κεραίες σε ορθή γωνία.

Θεμελιακές αρχές του προσανατολισμού Η μεταφορά ενέργειας του κοντινού πεδίου εμπεριέχει την σύζευξη της ενέργειας μέσω των γραμμών ροής στο μαγνητικό πεδίο. Τυπικά μια κεραία του κοντινού πεδίου θα έχει πολλαπλές στροφές σε ομόκεντρους κύκλους που θα δημιουργούν ένα πηνίο. Η ενέργεια που μεταφέρεται είναι μια λειτουργία ενός αριθμού από γραμμές ροής που περιβάλλονται από το δευτερεύων της κεραίας. Ποιοτικά, το κοντινό πεδίο με σύζευξη ροής είναι περισσότερο στιβαρό σε σχέση με τους αποδεκτούς προσανατολισμούς του πεδίου ηλεκτρικής ενέργειας στο μακρινό πεδίο.

Συστήματα RFID Ένα βασικό RFID σύστημα αποτελείται από μια ετικέτα RFID ή από ένα σετ από πολλαπλές ετικέτες και έναν αναγνώστη. Στις πιο πρόσφατες εφαρμογές μια ετικέτα προσαρμόζεται σε ένα αντικείμενο που πρέπει να αναγνωριστεί ή να ακολουθηθεί η πορεία του. Ο αναγνώστης επικοινωνεί με τις ετικέτες που βρίσκονται μέσα στο πεδίο του. Ο αναγνώστης ελέγχει την επικοινωνία με τις ετικέτες. Βασικά υπάρχουν τρεις τύποι ετικετών: ενεργητικές ετικέτες, ημιενεργητικές ετικέτες παθητικές ετικέτες.

Ενέργεια στις ετικέτες Οι ενεργητικές ετικέτες και οι ημιενεργητικές ετικέτες περιέχουν μια πηγή ενέργειας, συνήθως μια μπαταρία. Οι παθητικές ετικέτες δεν περιέχουν πηγή ενέργειας και πρέπει να μετατρέψουν ενέργεια από το RFID σήμα που στέλνεται από τον αναγνώστη έτσι ώστε να λειτουργήσει το ηλεκτρονικό τσιπ που βρίσκεται πάνω τους. Η ετικέτα μπορεί να στείλει πίσω δεδομένα που υπάρχουν αποθηκευμένα στο τσιπ.

Επικοινωνία στα συστήματα RFID

Οι βασικές αρχές των συστημάτων εντοπισμού θέσης RFID Οι συσκευές με αισθητήρες μετρούν χαρακτηριστικά σχετικά με την απόσταση, μεταξύ της RFID συσκευής και ενός σταθερού σημείου αναφοράς (RP) γωνία άφιξης (ΑΟΑ) του σήματος ισχύς του λαμβανόμενου σήματος (RSS) χρόνος άφιξης (ΤΟΑ) διαφορά του χρόνου άφιξης (TDOA) Ο αλγόριθμος τοποθέτησης επεξεργάζεται τις αναφερόμενες μετρήσεις προκειμένου να υπολογίσει τις συντεταγμένες της θέσης της RFID ετικέτας.

Οι βασικές αρχές των συστημάτων εντοπισμού RFID

Χρόνος άφιξης (ΤΟΑ) Στον εντοπισμό θέσης που βασίζεται στον ΤΟΑ, ο ΤΟΑ της πρώτης εντοπισμένης κορυφής (FDP) του λαμβανόμενου σήματος, χρησιμοποιείται για να καθορίσει τον χρόνο που χρειάστηκε το σήμα για να φτάσει από τον πομπό στον δέκτη και συνεπώς την απόσταση μεταξύ του πομπού και του δέκτη. Η κρουστική απόκριση του καναλιού παράγεται από λογισμικό ιχνηλάτησης ακτίνας για διάφορες τοποθεσίες πομπού και δέκτη. Μπορεί να αποδειχθεί ότι το ικανοποιητικό εύρος ζώνης για ακριβή RFID εντοπισμό θέσης που βασίζεται σε μετρήσεις ΤΟΑ, είναι γύρω στα 200 ΜHz.

Γωνία άφιξης (ΑΟΑ) Όπως υπονοεί το όνομα, η ΑΟΑ προσδίδει μια ένδειξη της κατεύθυνσης του λαμβανόμενου σήματος. Προκειμένου να υπολογίσουμε την ΑΟΑ, η RFID ετικέτα και/ή τα σημεία αναφοράς (RP) πρέπει να είναι εξοπλισμένα με μια κεραία ειδικής κατασκευής, ειδικότερα, μια συστοιχία κεραιών. Στην πράξη, οι έντονες συνθήκες πολλαπλών διαδρομών σε ένα εσωτερικό περιβάλλον μπορούν να οδηγήσουν σε λανθασμένους υπολογισμούς της ΑΟΑ. Έτσι, το να βασιζόμαστε μόνο σε τεχνικές ΑΟΑ σε τέτοια περιβάλλοντα θα είχε σαν αποτέλεσμα να υπάρχει χαμηλή ακρίβεια στον υπολογισμό της θέσης. Παρόλα αυτά ο υπολογισμός της ΑΟΑ μπορεί να χρησιμοποιηθεί κάτω από αντίξοες συνθήκες καναλιού ώστε να βελτιωθεί η ακρίβεια του χρόνου άφιξης (ΤΟΑ).

Ισχύς του σήματος λήψης (RSS) Ενώ είναι απλή, αυτή η μέθοδος υποκύπτει σε μεγάλη ανακρίβεια στον υπολογισμό της απόστασης σε εσωτερικούς χώρους, καθώς η στιγμιαία RSS στο εσωτερικό ενός κτιρίου έχει διακυμάνσεις με την πάροδο του χρόνου ακόμα και στην ίδια θέση. Αυτό οφείλεται κυρίως σε σκιάσεις και σε πολλαπλές διαδρομές που εξασθενούν με την πάροδο του χρόνου. Σε αντίθεση, αν γνωρίζουμε τι τιμή περιμένουμε να έχει η RSS σε ένα συγκεκριμένο σημείο σε έναν εσωτερικό χώρο, τότε μπορούμε να υπολογίσουμε την θέση του, ως την θέση όπου οι αναμενόμενες RSS τιμές της ήταν πιο κοντά στις παρατηρούμενες RSS τιμές. Αυτή είναι η φύση της προσέγγισης του υπολογισμού της θέσης μέσω της αναγνώρισης προτύπων.

Ασφάλεια στην εφοδιαστική αλυσίδα Αυτοματοποίηση: Η υψηλή ταχύτητα και ο μεγάλος όγκος των αγαθών καθιστούν μη πρακτική και οικονομική την χειροκίνητη αυθεντικοποίηση των πακέτων από όσους συμμετέχουν στην εφοδιαστική αλυσίδα. Έτσι, γεννιέται η ανάγκη της αυτοματοποιημένης αυθεντικοποίησης των πακέτων – απαιτώντας ελάχιστη έως καθόλου ανθρώπινη συμμετοχή στην διαδικασία αυθεντικοποίησης. Η αυτόματη αυθεντικοποίηση χρειάζεται την ηλεκτρονική απόκτηση πληροφοριών από τα πακέτα προϊόντων, η οποία θα πρέπει να μπορεί να γίνει μαζικά και χωρίς ιδιαίτερους χειρισμούς. Ασφάλεια: Προκειμένου να μπορούμε να έχουμε μεγάλη εμπιστοσύνη στο γεγονός ότι το προϊόν είναι αυθεντικό, θα πρέπει τα αναμενόμενα χαρακτηριστικά του πακέτου ή η φυσική ονομασία του ή κάποιος συνδυασμός των δύο, να είναι δύσκολο ή οικονομικά ασύμφορο να αντιγραφεί ή να μιμηθεί.

Ασφάλεια στην εφοδιαστική αλυσίδα Ιδιωτικότητα: Υπάρχει η έγνοια ώστε η ιδιωτικότητα να είναι σεβαστή. Χρόνος Απόκρισης: Από την στιγμή που οι εταιρίες δεν θα μπορούν να αποστείλουν ή να χρησιμοποιήσουν τα προϊόντα μέχρι το πιστοποιητικό να ληφθεί και να αυθεντικοποιηθεί, απαιτείται μια χρονική απόκριση για όλες τις συναλλαγές που σχετίζονται με τα πιστοποιητικά.

Το μοντέλο – βάση αναφοράς για μια ασφαλή εφοδιαστική αλυσίδα (EPCGlobal INC e-Pedigree).

Σας ευχαριστώ για την προσοχή σας