Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής Τ.Ε. ΤΙΤΛΟΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗΣ Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής Τ.Ε. ΤΙΤΛΟΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗΣ Αναγνώριση και ταυτοποίηση αντικειμένων με χρήση ραδιοσυχνοτήτων (RFID) – ιστορική αναδρομή, εφαρμογές, απόδοση ετικέτας RFID, χρήση ραδιοσυχνοτήτων (Radio Frequency Identification (RFID) – RFID history, applications, RFID tag performance) ΟΝΟΜΑ ΣΠΟΥΔΑΣΗ: Πρόικος Γεώργιος (ΑΜ:637) ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: Δρ. Τσίτσος Στυλιανός ΣΕΡΡΕΣ, ΜΑΪΟΣ 2015

ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η συγκεκριμένη εργασία σαν κύριο στόχο έχει την περιγραφή της τεχνολογίας του RFID, που είναι τα αρχικά του όρου Radio Frequency Identification. Η απόδοσή του στα ελληνικά ορίζεται ως «ταυτοποίηση μέσω ραδιοσυχνοτήτων». Τα συστήματα RFID αποτελούν ένα υποσύνολο των Συστημάτων Αυτόματου Προσδιορισμού (Automatic Identification Systems). Ειδικότερα λειτουργεί ως γενικός όρος των τεχνολογιών που χρησιμοποιούν ραδιοκύματα για να προσδιορίσουν αυτόματα ανθρώπους ή αντικείμενα και αποτελεί την τεχνολογική εξέλιξη των ραβδωτών κωδίκων (barcode).

ΕΙΣΑΓΩΓΗ 2 Αρχικά γίνεται μία ιστορική αναδρομή της τεχνολογίας RFID καθώς και των εφαρμογών που μπορεί να υλοποιήσει. Στη συνέχεια θα μελετηθεί η απόδοση μιας ετικέτας RFID καθώς και η χρήση ραδιοσυχνοτήτων στις βασικές ζώνες UHF (860-960 MHz) και HF (13.56 MHz) σύμφωνα με τα πρότυπα (EPC GenII/ISO 18000-6c) και (ISO 18000-3) αντίστοιχα.

ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ Η ιστορία της τεχνολογίας ραδιοσυχνοτήτων μπορεί να εντοπιστεί από το 1864, όταν ο James Clerk Maxwell προέβλεψε την ύπαρξη των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, των οποίων τα μικροκύματα είναι ένα μέρος, μέσω των εξισώσεων του Maxwell. Μέχρι το 1888, ο Heinrich Hertz είχε αποδείξει την ύπαρξη των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων με την κατασκευή μιας συσκευής που παρήγαγε και ανίχνευε μικροκύματα στην περιοχή των κυμάτων UHF. Οι πρώτες εφαρμογές RFID αναπτύχθηκαν σε συνδυασμό με την τεχνολογία του ραντάρ στα χρόνια του Δευτέρου Παγκοσμίου Πολέμου, για συστήματα αναγνώρισης και ανίχνευσης φιλικών ή εχθρικών αεροπλάνων.

ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ 2 Στα μέσα της δεκαετίας του 1970 αναπτύχθηκε ο Παγκόσμιος Κώδικας Προϊόντων (UPC), που είναι η πιο γνωστή και περισσότερο διαδεδομένη χρήση της τεχνολογίας των γραμμωτών κωδίκων (AIDC), ως απάντηση στις απαιτήσεις της βιομηχανίας τροφίμων. Στις Ηνωμένες Πολιτείες, ο νόμος για τις συνταγές φαρμάκων του 1987, έχει ως στόχο να αυξήσει την ασφάλεια στο σύστημα διακίνησης των υποβαθμισμένων, ελαττωματικών ή πλαστών φαρμάκων.

Η ΣΤΟΙΒΑ EPC

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ Εντοπισμός περιουσιακών στοιχείων, όπως εξοπλισμός, περιφερειακά, φορτηγά, συμπιεστές, δοχεία, κλπ. σε μια ποικιλία χώρων συμπεριλαμβανομένων εργοστασίων, ναυπηγείων, θεσμικών οργάνων, όπως πανεπιστήμια και νοσοκομεία, εγκαταστάσεων, όπως πλατφόρμες άντλησης πετρελαίου, αποθήκες συντήρησης, πεδία μάχης και εργοτάξια. Πολεμώντας τα πλαστά προϊόντα. Η RFID με τη σημερινή λειτουργία της ετικέτας EPC GenII προσδίδει πρωτίστως ένα προϊόν με ιστορικό. Αυτό παρέχει έναν έμμεσο τρόπο για να συμπεράνουμε αν ένα προϊόν έχει παραμείνει μέσα στη νόμιμη αλυσίδα εφοδιασμού, και αν διασφαλίζεται η γενεαλογία του.

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ 2 Παρακολούθηση σε νοσοκομεία. Η παρακολούθηση των ασθενών, του εξοπλισμού και των φαρμακευτικών προϊόντων είναι μια πολύ σημαντική λειτουργία. Οι εφαρμογές περιλαμβάνουν την παρακολούθηση αναπήρων ή βρεφών, εξοπλισμού, όπως φορεία και μηχανήματα Ηλεκτροκαρδιογραφίας, παρακολούθηση οργάνων στα χειρουργεία, παρακολούθηση εγγράφων, όπως διαγράμματα ακτίνων Χ, τη διασφάλιση της διατήρησης ψύξης σε φάρμακα στα οποία είναι απαραίτητη, παρακολούθηση του αίματος και του ιστού, και παρακολούθηση εργαστηριακών δειγμάτων. Αποσκευές. Η ασφάλεια απολεσθέντων αποσκευών σε αεροπορικές εταιρείες προάγει την παρακολούθηση τους.

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ 3

ΑΠΟΔΟΣΗ ΕΤΙΚΕΤΑΣ - ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ Εμβέλεια ανάγνωσης. Ένας περιορισμός είναι η μέγιστη εμβέλεια ανάγνωσης κατά την οποία η ετικέτα λαμβάνει αρκετή ισχύ για να λειτουργήσει ώστε να ενεργοποιηθεί και να οπισθοσκεδάσει. Ένας άλλος περιορισμός είναι η μέγιστη εμβέλεια ανάγνωσης στην οποία ο αναγνώστης μπορεί να ανιχνεύσει το οπισθοσκεδαζόμενο σήμα. Καθορίζεται από την ευαισθησία του αναγνώστη και από την οπισθοσκεδαζόμενη ενέργεια. Ταχύτητα εξατομίκευσης, αντιπροσωπεύει τον αριθμό των ετικετών που αναγνωρίζονται και ξεχωρίζονται σε ένα δευτερόλεπτο σε συστήματα RFID. Καθορίζεται από πολλές παραμέτρους, όπως η ταχύτητα downlink, η ταχύτητα uplink, ο ρυθμός σφάλματος, ο αλγόριθμος αντι-σύγκρουσης, και ο συνολικός αριθμός των ετικετών που ενεργοποιούνται.

ΑΠΟΔΟΣΗ ΕΤΙΚΕΤΑΣ – ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ 2 Ρυθμός ανάγνωσης ορίζεται ως το ποσοστό των προσπαθειών στις οποίες ένας αναγνώστης μπορεί να έχει πρόσβαση επιτυχώς σε ετικέτες. Οι αναγνώστες RFID δεν είναι πάντα σε θέση να διαβάσουν τις ετικέτες σε ποσοστό 100%. Ένας από τους κύριους λόγους είναι κακή τοποθέτηση, μερικές φορές σε περιοχές που ονομάζεται μηδενικά σημεία, οδηγούμαστε σε έλλειψη επαρκούς ενέργειας.

ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΤΗΣ ΑΠΟΔΟΣΗΣ ΕΤΙΚΕΤΑΣ

ΤΣΙΠ ΕΤΙΚΕΤΑΣ RFID

ΒΕΛΤΙΩΣΗ ΤΗΣ ΑΠΟΔΟΣΗΣ ΤΩΝ ΕΤΙΚΕΤΩΝ RFID Μοντελοποίηση της ενέργειας του Τσιπ Απόδοση μετατροπής ενέργειας Η διαχείριση ενέργειας Κυκλώματα Χαμηλής τάσης, χαμηλής ισχύος Αποδιαμορφωτής Αύξηση του ρυθμού εξατομίκευσης Ρύθμιση της ταχύτητας επικοινωνίας Επιλέγοντας αλγόριθμους αποφυγής σύγκρουσης

ΒΕΛΤΙΩΣΗ ΤΗΣ ΑΠΟΔΟΣΗΣ ΤΩΝ ΕΤΙΚΕΤΩΝ RFID 2 Μερική μέθοδος αποκωδικοποίησης Βελτίωση του ρυθμού ανάγνωσης (αποφυγή του αποτελέσματος ελβετικού τυριού) Μετακίνηση ετικετών έναντι στρατηγικών quiet-tag Διαχείριση ενέργειας και τεχνολογία ανάκτησης κατάστασης Το μοντέλο ζεύγους κεραίας και τσιπ που ταιριάζουν Προσαρμογή σύνθετης αντίστασης χρησιμοποιώντας μετατόπιση συχνότητας Δυναμική κεραία και τσιπ που ταιριάζουν

ΕΝΣΩΜΑΤΩΣΗ ΑΙΣΘΗΤΗΡΩΝ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΣΕ ΕΤΙΚΕΤΕΣ RFID Το RFID είναι ακριβώς ένα άλλο είδος αισθητήρα, δηλαδή ένας αισθητήρας ταυτότητας. Στην περίπτωση των φρέσκων τροφίμων, ή των βιομηχανιών υγείας, η παρακολούθηση της θερμοκρασίας συνδέεται με την ταυτότητα και είναι ζωτικής σημασίας. Μπορεί να προστατεύσει τους καταναλωτές από τα προϊόντα που έχουν χαλάσει κατά την μεταφορά, ή να ελέγξει τις συνθήκες μεταφοράς των δειγμάτων αίματος. Επίσης αισθητήρες επιτάχυνσης, πίεσης, υγρασίας και άλλοι μπορούν να γίνουν σημαντικοί για δεδομένα των RFID. Οι ανάγκες περιορισμών στις ετικέτες RFID στον σχεδιασμό των τσιπ είναι εξίσου σημαντικές για τον αισθητήρα θερμοκρασίας, όπως και η εξαιρετικά χαμηλή ισχύς, μικρή περιοχή, χαμηλό κόστος και υψηλή απόδοση. Ταυτόχρονα, ακύρωση σφαλμάτων και βαθμονόμηση θερμοκρασίας σε έναν αισθητήρα πρέπει να εφαρμοστούν με χαμηλό κόστος.

ΕΝΣΩΜΑΤΩΣΗ ΑΙΣΘΗΤΗΡΩΝ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΣΕ ΕΤΙΚΕΤΕΣ RFID 2

ΜΑΚΡΙΝΟ ΚΑΙ ΚΟΝΤΙΝΟ ΠΕΔΙΟ

ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΕΝΤΑΞΗ ΤΩΝ HF ΚΑΙ UHF Επαγγελματικοί στόχοι για όλες τις εταιρείες που εξετάζουν το ενδεχόμενο εγκατάστασης RFID περιλαμβάνουν, το κόστος του προϊόντος και την ασφάλεια των προϊόντων. Οι συνθήκες υποδηλώνουν συνήθως ταχέως κινούμενα καταναλωτικά προϊόντα ή φαρμακευτικά προϊόντα, αντίστοιχα, με δύο κύριες επιλογές της τεχνολογίας, δηλαδή μεταξύ HF (13.56 MHz ) και UHF (915 MHz ), καθώς και μεταξύ του κοντινού πεδίου και του μακρινού πεδίου.

ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΕΝΤΑΞΗ ΤΩΝ HF ΚΑΙ UHF 2 Οι κεραίες των συστημάτων LF και HF πρέπει να κατασκευάζονται πολύ μεγαλύτερες από τις κεραίες UHF, προκειμένου να επιτύχουν συγκρίσιμη λήψη σήματος εξαιτίας του μεγάλου μήκους κύματος της χαμηλής συχνότητας ραδιοσυχνοτήτων. Αυτό έρχεται σε σύγκρουση µε τον στόχο κατασκευής ετικετών RFID μικρού μεγέθους και χαμηλού κόστους. Σχεδιαστές συστημάτων που παραβλέπουν το κέρδος της κεραίας προκειμένου να ελέγξουν το κόστος, έχουν τελικό αποτέλεσμα την χαμηλή εμβέλεια ανάγνωσης για τα συστήματα LF και HF.

ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΕΝΤΑΞΗ ΤΩΝ HF ΚΑΙ UHF 3 Η συχνότητα λειτουργίας θα καθορίσει τον τύπο της κεραίας που θα χρησιμοποιηθεί σε ένα σύστημα. Στα LF και HF χρησιμοποιούμε επαγωγικές κεραίες που συνήθως είναι τύπου βρόχου, ενώ στις συχνότητες UHF χρησιμοποιούμε κεραίες διπολικού τύπου.

ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΕΝΤΑΞΗ ΤΩΝ HF ΚΑΙ UHF 4 Ο προσανατολισμός της κεραίας της ετικέτας θα κρίνει αν το σήμα το οποίο εκπέμπεται από τον αναγνώστη θα γίνει αποδεκτό. Έτσι, εάν η κεραία είναι παράλληλα τοποθετημένη σε σχέση µε τον αναγνώστη, η επικοινωνία δεν θα είναι εφικτή. Για τον λόγο αυτό, οι κατασκευαστές οδηγούνται στην κατασκευή κυκλικών κεραιών, οι οποίες έχουν την ικανότητα να διαβάζουν σήματα ανεξαρτήτως της γωνίας εκπομπής. Ωστόσο, οι γραµµικές κεραίες έχουν την ικανότητα να διαβάζουν σήματα σε µεγαλύτερες αποστάσεις. Το κοντινό πεδίο εικάζεται ότι είναι πιο ισχυρό σε σχέση με μεταβολές προσανατολισμού από το μακρινό πεδίο.

ΚΕΡΑΙΕΣ ΚΑΙ ΥΛΙΚΑ Οι ετικέτες μπορούν να ομαδοποιηθούν σε τρεις κύριες κατηγορίες: επίπεδο παλετών, επίπεδο χαρτοκιβωτίου και επίπεδο αντικειμένου ετικέτες. Ανάλογα με την εφαρμογή τους, υπάρχουν συγκεκριμένοι τύποι κεραιών για προϊόντα όπως χαρτοκιβώτια, αποσκευές, φιαλίδια, και ενδύματα.

ΜΟΝΤΕΛΟ ΕΠΤΑ ΣΤΡΩΜΑΤΩΝ OSI ΚΑΙ RFIF n ΣΤΡΩΜΑΤΩΝ