«Разработка и проектирование оптимальных по различным критериям систем радиочастотной идентификации» (стр. 2 из 4)
Типичная система RFID состоит из радиочастотной метки или тэга (tag, transponder), считывателя информации (reader) и устройства для обработки информации – компьютера. Метка и считыватель связываются между собой радиочастотным каналом.
Радиочастотная метка обычно включает в себя приемник, передатчик, антенну и блок памяти для хранения информации. Приемник, передатчик и память конструктивно выполняются в виде отдельной микросхемы (чипа), поэтому внешне кажется, что радиочастотная метка состоит всего из двух частей: антенны и чипа. Если в состав конструкции метки включен источник питания (например, литиевая батарейка), то такие метки называют активными (active). Батарейка используется для питания схемы чипа и выдачи сигнала считывателю.
Пассивные метки (Passive) не имеют собственного источника питания, а, необходимую для работы энергию, получают из поступающего от считывателя электромагнитного сигнала. Полупассивные (semi-passive) метки имеют батарейку для поддержания работы чипа, но энергию для сигнала они получают от считывателя.
Активные и полупассивные тэги используются для отслеживания дорогих товаров, которые необходимо сканировать на больших расстояниях (100 футов и более), например, в железнодорожных вагонах. Стоимость таких меток превышает 1 доллар. Дальность считывания пассивных меток менее 10 футов, но они значительно дешевле активных и не требуют дополнительного обслуживания.
Глава 2.2 Способы записи информации на радиочастотные метки и способы её обработки
Чипы в тэгах могут быть только читаемыми (read only) или многократно читаемыми/записываемыми (read-write).
На многократно записываемые метки можно добавлять информацию или считывать ее, когда метка находится в пределах считывателя.
На только читаемые метки информация записывается во время ее изготовления, и она не может быть изменена в процессе эксплуатации.
В настоящее время широко используются только читаемые метки с возможностью стирания памяти и нанесения новой информации с помощью специального электронного процесса (EEPROM).
Так как цена метки является решающей для системы идентификации товаров, то усилия ученых направлены на создание чипов, ценой менее 5 центов и которые могут считываться с расстояния 4 футов.
Частоты электромагнитного излучения считывателя и обратного сигнала, передаваемого меткой, значительно влияют на характеристики работы всей радиочастотной системы. Как правило, чем выше диапазон рабочих частот системы RFID, тем больше расстояние, на котором считывается информация с радиочастотных меток.
На выбор рабочих частот, в первую очередь, влияет государственное регулирование использования электромагнитного спектра, причем в разных странах одинаковые части спектра используются для различных целей. За исключением специальных полос спектра, которые установлены для промышленности, науки и медицины, почти нет части спектра, доступного во всем мире. Даже, если и нашлась бы такая полоса, непродуктивно ограничивать все RFID метки одной полосой. Это объясняется тем, что различные частоты имеют разные характеристики, которые делают их полезными для различных приложений. Так, например, метки, работающие в низкочастотном диапазоне от 100 до 500 КГц, имеют меньшую стоимость, чем метки ультравысокой частоты, используют меньше энергии и лучше проникают через неметаллические субстанции. Они идеальны для сканирования объектов с высоким содержанием воды (например, фрукты) на коротком расстоянии. Низкочастотные метки применяются, в основном, в таких сферах, как контроль доступа, идентификация животных, системы инвентаризации. Высокочастотные метки могут работать на больших расстояниях и с высокими скоростями считывания, но при этом требуется весьма точное прицеливание считывателя на метку.
Регистрация грузов при железнодорожных перевозках, системы взимания платы с водителей за пользование дорог – вот типичные сферы применения высокочастотных меток.
Многие знают, что радиоволны поглощаются водой и искажаются при наличии металла, делая бесполезными RFID метки для отслеживания продуктов с большим содержанием воды, или упакованных в металлические контейнеры. Но, используя метки с различной частотой, можно устранить эти недостатки.
Радиочастотные RFID считыватели используют различные методы для связи с метками. Наиболее распространенным методом для чтения пассивных меток на близком расстоянии является индуктивная связь. Антенна считывателя создает электромагнитное поле вокруг антенны метки. Метка извлекает энергию из этого поля и посылает обратно волны считывателю, который превращает их в цифровую информацию – электронный код продукта.
Рисунок 3. Примеры RFID-считывателей.
Сегодня, стоимость считывателя колеблется от 300 долларов и выше. Большинство их могут считывать данные только на одной частоте. Научный центр Auto-ID Center разработал спецификации для считывателей с изменяемой частотой. Они могут «опрашивать» метки на различных частотах. Таким образом, компании могут использовать различные метки и не покупать для каждой частоты отдельный считыватель. Но даже и в этом случае, компаниям необходимо купить много считывателей для различных приложений, поэтому, чтобы сделать систему RFID привлекательной, необходимо существенно снизить цену на считыватели. Расчеты, проведенные в научном центре, говорят о возможности в скором времени снизить цены на считыватели с изменяемой частотой до 100 долларов.
При считывании данных возможны конфликты между считывателями: сигнал одного может интерферировать с сигналом другого в зоне пересечения их сфер деятельности. Эта ситуация называется конфликтом считывателей. Чтобы преодолеть эти трудности была разработана схема разделения времени доступа нескольких считывателей (TDMA). По этой схеме каждый считыватель настраивают на работу в «свой» квант времени. Это помогает избежать взаимного влияния считывателей друг на друга, но метки продуктов, попадающие в пересечение сфер деятельности двух считывателей, будут читаться дважды, порождая проблему дублирования кодов. Система решения этой проблемы разработана на уровне программного обеспечения.
Другой проблемой, возникающей при чтении, является конфликт меток. Он возникает, когда в сферу действия считывателя попадают несколько меток. Интерференция обратных сигналов сбивает с толка считыватель. Решение этой проблемы основано на построении запроса считывателя. В случае конфликта меток, считыватель создает ряд запросов, опрашивая только те метки, первые знаки электронного кода продукта которых совпадают с кодом запроса. Если ответов несколько, считыватель создает запрос с большим по длине кодом. Процесс продолжается пока не будет один ответ от метки. Скорость чтения в таких случаях примерно 50 меток в секунду.
Радиус действия чтения метки зависит от мощности излучения считывателя и частот, которые используют считыватель и метка. Вообще говоря, метки с большей частотой имеют больший радиус считывания, но они требуют и большей энергии выхода считывателя. Обыкновенная низкочастотная метка должна читаться на расстоянии одного фута. Высокочастотная метка может читаться на расстоянии от 10 до 20 футов.
Радиус действия может быть критической величиной в некоторых приложениях, таких как идентификация вагонов. Не всегда больший радиус дает преимущество. Если два считывателя обслуживают оптовый склад размером в футбольное поле, то они хороши для инвентаризации, но не для того, чтобы найти конкретный продукт. В этом случае лучше иметь сеть считывателей, которые могут точно определить место, где находится требуемый продукт. Научный центр разработал считыватели с изменяемой частотой и радиусом действия около 4 футов.
Глава 2.3 Типы РЧ-считывателей
В зависимости от используемого диапазона частот все Proximity-карты (идентификатор) можно условно разбить на три группы:
· низкочастотные (33-500 кГц);
· среднечастотные (10-15 МГц);
· высокочастотные (850-950 МГц и 2,4-10 ГГц).
В большинстве случаев с увеличением частоты растет дальность считывания идентификатора.
Наиболее важным является деление идентификаторов на две группы: активные и пассивные. Активные идентификаторы оснащаются встроенным источником питания (батареей), кроме того они требуют меньшей мощности считывателя и обычно имеют большую дальность действия. Пассивные - получают электроэнергию за счет наведения токов во встроенной антенне, которое происходит во время попадания идентификатора в поле действия считывателя.
Пассивные идентификаторы обычно меньшего размера и существенно легче активных, они дешевле и имеют практически неограниченный срок службы. Однако дальность действия у пассивных идентификаторов существенно меньше, чем у активных.
Глава 3.1 Разработка базы данных
Было изучено большое количество RFID-ридеров, и составлена база данных, на основании которой разработанный алгоритм и будет искать оптимальные варианты построения радиочастотной сети.
| Db | ||||||
| Код | Name | Count | Chastota | Rast | Degree | Price |
| 1 | Intermec IF5 | 4 | High | 20 | 30 | 450 |
| 2 | HID R40 iCLASS | 1 | Low | 11,4 | 60 | 210 |
| 3 | HID MiniProx Считыватель Proximity | 1 | Medium | 14 | 45 | 240 |
| 4 | HID ProxPro Keypad | 1 | Medium | 11 | 60 | 400 |
Таблица 1. Структура базы данных Db