A.Romānovs, RTU Modelēšanas un imitācijas katedra

Rīgas Tehniskā universitāte Datorzinātnes un informācijas tehnoloģijas fakultāte

Informācijas tehnoloģijas institūts

Loģistikas informācijas sistēmas

4. lekcija. Objektu identifikācijas tehnoloģijas loģistikā (3): radiofrekvenču

identifikācijas tehnoloģijas

LIS 4.lekcija

MIK

2

Lekcijas saturs

RFID jēdziens

RFID tehnoloģijas attīstība

RFID sistēmas uzbūve un funkcionēšanas principi

RFID transponderu veidi

RFID priekšrocības un trūkumi

RFID izmantošana tautsaimniecībā

LIS 4.lekcija

MIK

3

RFID jēdziens

Radiofrekvenču identifikācija (RFID) ir automātiskās

identifikācijas metode, kas pamatojas uz datu glabāšanu

un atjaunošanu, izmantojot RFID transponderus,

radioviļņus un to inducēto strāvu.

RFID transponderis (etiķete, marķieris, angl. tag) - objekts,

kurš var būt piestiprināts pie produkta, dzīvnieka vai

cilvēka, un kas izmanto radioviļņus.

LIS 4.lekcija

MIK

4

RFID attīstības galvenie posmi

1940-1950 Radars izstrādāts un lietots, 1948.g. ieviests RFID, lielākais II. Pasaules kara attīstības sasniegums

1950-1960 RFID tehnoloģijas izmantošanas sākums, laboratorijas eksperimenti

1960-1970 RFID teorijas pilnveidošana. Pirmie izmantošanas mēģinājumi

1970-1980 Zibenīga RFID attīstība. RFID testi paātrinās. Ļoti agra RFID adaptera ieviešana

1980-1990 Komerciālais RFID pielietojums ienāk plašākā tirgū.

1990- Standartu parādīšanās. RFID plaši izplatīts. RFID kļūst par daļu no ikdienas

LIS 4.lekcija

MIK

5

RFID sistēmas funkcionēšanas princips

Uz objekta, kuru ir nepieciešams regulāri novērot vai izsekot, tiek piefiksēta uzlīme, kas sevī satur unikālu kodu un citu precīzai identificēšanai nepieciešamu informāciju.

Nolasīšana notiek ar speciālām iekārtām, kuras atkarībā no objekta īpašībām un vadāma kontroles procesa, var būt vieglas un mobilas, paredzētas manuālai izmantošanai, vai arī stacionāras, iebūvētas darba telpas punktos.

Iekļūstot nolasītāja darbības zonā uzlīme nodot tam datus no savas atmiņas; no nolasītāja dati, tai skaitā datums un laiks, tiek ierakstīti speciālajā datu bāzē. No šī momenta informācija kļūst pieejama uzņēmuma informācijas sistēmā.

LIS 4.lekcija

MIK

6

RFID sistēmas funkcionēšanas princips

LIS 4.lekcija

MIK

7

RFID sistēmas struktūra

LIS 4.lekcija

MIK

8

RFID transponderi

Transponderi ir iekārtas datu (galvenokārt identifikācijas datu) glabāšanas un nodošanai. Tā pamata komponentes ir iebūvēta (iegulta) integrāla mikroshēma, kas vada sakaru ar nolasītāju un mikroantena.

Pēc barošanas principa uzlīmes dalās aktīvās (satur iebūvēto barošanas elementu) un pasīvās (izmanto nolasītāja enerģiju). Barošanas tips ietekmē datu pārraides attālumu. Aktīvas uzlīmes

identificēšana ir iespējama attālumā līdz 100m, bet pasīvas – 0.05-8m (kas ir atkarīgs no nolasītāja jaudas).

pasīvs aktīvs

LIS 4.lekcija

MIK

9

RFID transpondera sastāvdaļas

LIS 4.lekcija

MIK

10

Transponderi klasifikācija pēc datu glabāšanas principa

RO (read only). Uzlīmes ražošanas gaitā tajā ir ierakstīts identifikācijas numurs, kuru nodzēst vai rediģēt nav iespējams.

WORM (write once read many). Atšķirībā no RO uzlīmēm, šī tipa transponderi satur energoneatkarīgu bloku, kura atmiņā var vienu reizi ierakstīt datus. No atmiņas datus var nolasīt vairākas reizes.

RW (read and write). Uzlīmes satur identifikatoru un atmiņas bloku, kuru drīkst daudzkārtēji pārrakstīt.

LIS 4.lekcija

MIK

11

Transponderi klasifikācija pēc frekvenču diapazona

zemfrekvenču (125 un 134 kHz)

augstfrekvenču (13,56 MHz)

ultraīsviļņu (800-900 MHz)

mikroviļņu (2,45 GHz)

LIS 4.lekcija

MIK

12

Transponderi klasifikācija pēc frekvenču diapazona

Zemās frekvenču (125 un 134 kHz) RFID transponderi tiek plaši pielietoti, kad attālums starp objektu un nolasītāju nav liels. Tie ir lētāki par pārējiem uzlīmju tipiem, patērē mazāk enerģijas, to signāls labāk izplatās caur nemetāliskiem objektiem. Parasti nolasīšanas attālums ir 0,5 m, bet mazos objektos iebūvētām uzlīmēm nolasīšanas attālums ir mazāks, - ap 0,1 m.

Lielākajai daļai piekļūšanas kontrolei, ražošanas un noliktavu vadības sistēmās tiek izmantotas zemes frekvenču uzlīmes.

LIS 4.lekcija

MIK

13

Augstās frekvenču RFID transponderi (13,56 MHz) ir efektīvi, kad ir nepieciešams pārsūtīt lielu datu apjomu. Tiem ir augstākais datu pārsūtīšanas ātrums, tomēr tie patērē vairāk enerģijas, signālu izplatīšana caur materiālu ir sliktāka, tāpēc tiek rekomendēts nodrošināt tiešu redzamību starp nolasītāju un uzlīmi (transponderu).

Ultraīso viļņu (800-900 MHz) un mikroviļņu (2,45 GHz) RFID transponderi tiek izmantoti, kad ir nepieciešama objektu identificēšana lielos attālumos ar augstu nolasīšanas ātrumu. Šis uzlīmju tipu tiek pielietots autotransporta, vagonu, dzelzceļa vilcienu kontrolē.

LIS 4.lekcija

MIK

14

Informācijas apmaiņas nesējfrekvenču

Reģions

Frekvenču

MW (GHz) UHF (MHz) HF (MHz)

LF (kHz)

Eiropa 2.45 5.8

867.6 – 868.0 (0.5W)

865.6 – 867.6 (2W)

865.0 – 865.6 (1W) 13.56 125 – 134

Ziemeļamerika 902 – 928 (4W)

13.56 125 – 134

Japāna 950 – 956 13.56 125 – 134

Austrālija 918 – 926 (1W)

LIS 4.lekcija

MIK

15

Informācijas apmaiņas nesējfrekvenču

LIS 4.lekcija

MIK

16

RFID nolasītāji

Nolasītāji ir ierīces, kas pieņem informāciju no transponderiem un konvertē radiosignālu digitālā signālā to turpmākai nodošanai uzskaites sistēmā.

Nolasītājā ir iebūvēti:

uztvērējs un antena (atkarībā no izvēlētā režīma signāls tiek nosūtīts/saņemts uz RFID etiķeti vai marķieri);

mikroprocesors (veic datu pārbaudi un dekodēšanu);

atmiņas bloks (saglabā datus to tālākai importēšanai uzskaites sistēmā; saglabā pēdējos uzstādījumus, lai izvairītos no aparatūras pārprogrammēšanas nepieciešamības pēc katras izslēgšanas reizes).

LIS 4.lekcija

MIK

17

RFID nolasītāji

Mobilais nolasītājs ir paredzēts nelieliem nolasīšanas attālumiem, saglabājot tiešu vizuālu kontaktu ar identificējamo objektu.

Stacionārais nolasītājsparasti ir piestiprināts pie sienas vai citās piemērotās vietās. Tam ir lielāks nolasīšanas attālums, jauda un iespēja nolasīt informāciju vienlaicīgi no vairākām uzlīmēm. Stacionāram nolasītājam ir raksturīga vairāku ārējo antenu izmantošana, kuras bieži izvieto vārtu formā.

LIS 4.lekcija

MIK

18

RFID rakstītāji

RFID rakstītājs ir ierīce, kas nodrošina datu bezkontakta ierakstīšanu transponderī, atbilstoši noteiktam protokolam. Rakstītājs var būt veidots printera formā, lai vienlaikus nodrošinātu ne tikai RFID transponderu ierakstīšanu, bet arī svītrkoda drukāšanu uz RFID uzlīmēm duālas identifikācijas sistēmās.

LIS 4.lekcija

MIK

19

RFID starpprogrammatūra

RFID starpprogrammatūra (middleware) ir programmatūras un aparatūras komplekss, kas:

nodrošina mijiedarbību starp RFID transponderiem, nolasītājiem/rakstītājiem un uzņēmuma informācijas sistēmu

uzkrāj un analizē no uzlīmēm nolasīto informāciju.

Parasti RFID risinājumu piegādātāji kopā ar aprīkojumu piedāvā specializētas programmas to integrēšanai ar vairāk izplatītām biznesa procesu automatizētās vadības sistēmām.

LIS 4.lekcija

MIK

20

RFID starpprogrammatūra

RFID starpprogrammatūra saņem neapstrādātus nolasījumus no viena/vairākiem transponderiem. Starpprogrammatūras notikumu pārvaldes komponente datus savāc, pārveido vai filtrē, lai sagatavotu tos izmantošanai lietotnēs. Middleware nodrošina datu uzglabāšanu, pārsūtīšanu, savākšanu, filtrēšanu un grupēšanu. Tā parasti atbalsta uz pakalpojumiem orientētas saskarnes izmantošanu un tādus standartus kā Java, J2EE, .NET, kā arī nodrošina attālinātas vadības iespējas

LIS 4.lekcija

MIK

21

RFID priekšrocības

Nav nepieciešams mehānisks vai vizuāls kontakts

RFID transponderu nolasīšanas precizitāte ir pietiekami augsta

Transponderus var izmantot agresīvās vidēs

RFID tehnoloģija atļauj identifikāciju nosacīti netīrās vidēs, kā arī tvaikos un ūdenī. Transponderis var tikt iekausēts plastmasas apvalkā, ievietots koksnē, kā piestiprināts pie metāla virsmas

Pasīvajiem transponderiem ir praktiski neierobežots ekspluatācijas ilgums

LIS 4.lekcija

MIK

22

RFID priekšrocības

RFID transponderi pieļauj ne tikai nolasīšanu, bet arī ierakstīšanas operācijas

Transponderu viltošana ir apgrūtināta

Transponderu dizainu un izmērus var piemērot vides prasībām

Pastāv iespēja, veikt RFID identifikāciju pietiekami lielā attālumā no objekta

LIS 4.lekcija

MIK

23

RFID trūkumi

Jutīgums pret elektromagnētisko viļņu iedarbi. Tas nozīmē, ka mobilā telefona darbība un citi intensīvi starojumi var traucēt RFID tehnoloģijas pielietošanai

Relatīvi augsta cena (salīdzinot ar svītrkodēšanu)

Privātuma pārkāpšanas iespēju ievērojama paplašināšanās

Nepietiekami sekmīga standartizācijas attīstība

LIS 4.lekcija

MIK

24

RFID izmantošana tautsaimniecībā

LIS 4.lekcija

MIK

25

RFID izmantošana tautsaimniecībā

Pirmās RFID pases tika izdotas Malaizijā 1998.gadā, saglabājot pasēs arī tradicionālo personas fotogrāfiju un rakstveida informāciju. Pases RFID ISO 14443 standartu ir noteikusi Internacionālā Civilās Aviācijas organizācija. Sākot ar 2006. gadu, RFID marķējums ir ieviests Apvienotās Karalistes un dažās ASV valstu pasēs, bet sākot ar 2008.gadu arī Latvijas Republikas pasēs.

LIS 4.lekcija

MIK

26

RFID izmantošana tautsaimniecībā

Implantētie RFID marķējumi tiek lietoti galvenokārt mājdzīvnieku identifikācijai. Tomēr bieži arī mājlopu krotālijās tiek ievietoti RFID transponderi, lai sekmētu ciltsdarbu un dzīvnieku veterināru uzraudzību.

LIS 4.lekcija

MIK

27

RFID izmantošana tautsaimniecībā

Pirmie publiskotie eksperimenti ar RFID cilvēku implantiem noritēja angļu profesora kibernētiķa Kevina Varvika vadībā, kurš 1998.gadā savā rokā implantēja RFID transponderi. Nakts klubi Barselonā un Roterdamā izmanto implantus, lai identificētu VIP apmeklētājus. Implantu pielietošana ir uzsākta armijā, policijā un citās augsta riska profesijās. Tiek apsvērta ideja par implantu izmantošanu diabēta slimnieku identifikācijai.

LIS 4.lekcija

MIK

28

RFID izmantošana tautsaimniecībā

RFID sāk pakāpeniski aizstāt svītrkodus bibliotēkās. Ar tiem tiek apzīmētas grāmatas, CD, DVD, u.c. Informācija tiek nolasīta ar RFID uztvērēju, kurš aizstāj tradicionālo svītrkoda nolasītāju. RFID identifikators atļauj pietiekami ērti atrast vajadzīgo grāmatu lielā nesašķirotu grāmatu kaudzē. RFID marķējumu var izmantot arī kā drošības risinājumu pret grāmatu nesankcionētu iznešanu no bibliotēkas. Šobrīd vairāk kā 30 miljonu bibliotēku materiālu satur RFID uzlīmes.

LIS 4.lekcija

MIK

29

RFID izmantošana tautsaimniecībā

Izmantošanas sfēras

Fre

kven

ce

No

lasīš

an

as

att

ālu

ms,

m

Tehnoloģija Apkārtējā vide Citas prasības

Da

tu a

pjo

ms,

biti

Pā

rra

kstīša

nas

iesp

ēja

s

Tie

šā

red

za

mīb

a

Te

mp

era

tūra

Aiz

sa

rdzīb

a

pre

t m

itru

mu

Da

rbīb

a

ag

resīv

ās

vid

ēs

No

turī

ba p

ret

me

hā

nis

kā

m

ied

arb

ībā

m

Atk

ārt

ota

lieto

ša

na

Sta

nd

art

izā

cija

Dzīvnieku identifikācija kHz 1 64 R/O X X X

Transporta identifikācija kHz 0,1 64 R/O, R/W

X X X

Autostāvvietu sistēmas GHz 1 – 5 64 R/W X X X X

Konteineru pārvadājumi kHz 0,1 – 1 64 R/O (X) X (X) X

Personāla identifikācija kHz 1 64 R/O (X) (X)

Bagāžu šķirošana MHz 1 256, 384 R/W X (X) X X

Sūtījumu šķirošana MHz 1 256, 384 R/W X X

Maksāšanas sistēmas MHz 1 256, 384 R/W X (X)

Ražošanas līnijas MHz 1 256, 384 R/W X X X X X

X – obligātas prasības, (X) – bieži izvirzītas prasības

LIS 4.lekcija

MIK

30

RFID konteineru termināļu vadībā

Noliktava

1.

2.

3.

4.

5.

RFID lasītājs pie noliktavas

durvīm pieraksta konteineru

ierašanu

RFID lasītājs pie noliktavas

durvīm pieraksta konteineru

izbraukšanu

Paletes ar RFID tiek iekrauti

konteineros. Izmantojot tagus,

noliktavu vadības sistēma

nodrošina, lai palete būtu pareizi

iekrauta konteinerī

Aprīkojumu vadības sistēma (atjaunota

ar konteineru statusa izmaiņām, t.i.

kustība, izvietošana un saturs)

Konteineru depo Konteineru laukums

RFID uzlīme uz

konteinera tiek nolasīta,

izbraucot no depo

RFID uzlīme uz konteinera

tiek nolasīta, iebraucot

konteineru laukumā

LIS 4.lekcija

MIK

31

RFID konteineru termināļu vadībā

Priekšrocības:

informācija par katra konteinera saturu maršruta jebkurā punktā;

jebkura konteinera dislokācijas vietas parkā noteikšana;

manuāla pieraksta datu kļūdas nav iespējamas;

piegādātāju integrēšanas iespējas informācijas apstrādes sistēmā;

pilnveidota konteineru aprite.

LIS 4.lekcija

MIK

32

RFID noliktavu vadībā

LIS 4.lekcija

MIK

33

RFID noliktavu vadībā

Ieguvumi:

Darbaspēka produktivitātes paaugstināšana

Krājumu samazināšana

Telpu/aprīkojuma produktivitāte

Citi

LIS 4.lekcija

MIK

34

RFID transportēšanā

Uzdevumi:

RFID transponders izpilda autotransporta caurlaides lomu. Nolasot informāciju, RFID sistēma atpazīs mašīnu, kura pieder autoparkam, un atvērs barjeru vai automātiskos vārtus;

Iebraukšanas vai izbraukšanas brīdī tiek nolasīti dati no transpondera, un automātiski atjaunota informācija datu bāzē;

RFID nolasītājus var novietot ne tikai maršruta galapunktos, bet arī remonta zonā.

LIS 4.lekcija

MIK

35

RFID risinājumi dzelzceļam

RFID nolasītāju sistēmas atļauj automātisku dzelzceļa vagonu pārvietošanās kontroli un sekmē dažāda veida informācijas ieguvi:

Satiksmes un pasažieru informācija. Sistēma nodrošina precīzu informāciju par vilciena atrašanās vietu. Dati tiek nodoti stacijas informācijas sistēmai, lai atjauninātu informāciju uz informatīvajiem displejiem un stendiem;

Vilciena atrašanās vietas noteikšana. Vilciena borta sistēmā integrēts RFID nolasītājs noskenē pie sliežu ceļa novietotu RFID transponderi. Šie atrašanās vietas dati kalpo pasažieru informatīvo displeju satura automātiskai atjaunināšanai;

Vilcienu kontrolēšana un pozicionēšana. Dažas borta sistēmas pieprasa precīzu vilciena pozīciju, piemēram, lai kontrolētu apstāšanās pozīcijas. Nolasītājs precīzi nodod informāciju, kad vilciens ir šķērsojis RFID transponderi.

LIS 4.lekcija

MIK

36

RFID risinājumi dzelzceļam

Iespējas un priekšrocības:

Sistēma glabā etiķetes datus, ieskaitot laiku, datumu, vilciena virzienu un ātrumu.

Tā arī atbild uz pieprasījumiem caur modemu un interfeisiem uz svariem, video sistēmām un siagnostiskajām un uzraudzības iekārtām.

Savlaicīgi dati, lai palielinātu jaudu, ātrumu, automatizācijas un operāciju elastību.

Ierašanās un aiziešanas dati signālu un kontroles operācijām.

LIS 4.lekcija

MIK

37

RFID krājumu vadībā

Wal-Mart ietaupījumi, izmantojot RFID

Funkcija Izpilde Ietaupījumi

Skenēšana Samazinot svītrkoda skenēšanu piegādes ķēdē, var samazināt darbaspēka izmaksas par 15%.

$6.7 miljardi

Krājumu iztrūkums

„Saprātīgie” plaukti seko līdzi plauktā novietotā produkta apjomam.

$600 miljoni

Kontrole Vairāk nekā 1 miljarda palešu un kastu, kas katru gadu pārvietojas cauri sadales centram, kontrole.

$300 miljoni

Produktu pārskatāmība

Redzama produktu atrašanās vieta piegādes ķēdē. RFID pielietošana Wal-Mart un tā piegādātāju noliktavās palīdzēja samazināt krājumu izmaksas un šo krājumu pārvietošanas izmaksas.

$180 miljoni

LIS 4.lekcija

MIK

38

RFID salīdzinājums ar svītrkodēšanu

Raksturojumi RFID Svītrkods Objekta identifikācija bez tieša vizuāla kontakta ir nav Apslēptu objektu identifikācija, sliktas redzamības apstākļos ir nav

Datu pārrakstīšanas iespēja ir nav

Nolasīšanas attālums (vairāk nekā daži metri) ir nav

Iespēja vienlaicīgi identificēt vairākus objektus ir nav

Izturība pret mehānisku iedarbību ir nav

Izturība pret temperatūras maiņu ir nav Izturība pret ķīmisku iedarbību ir nav

Mitruma izturība ir nav

Datu aizsardzība ir nav

Kustīgu objektu identifikācija ir nav

Elektromagnētisko viļņu ietekme ir nav Automātiska informācijas ierakstīšana jebkurā laikā ir nav

Aptuvenas izmaksas vienai uzlīmei, $ 0.1-1 0,01

Informācijas kapacitāte (vidēji) 8 Кb 100 b

Viltošana Grūti Viegli

LIS 4.lekcija

MIK

39

Literatūra

Kursa mācību grāmatas:

Loģistikas informācijas sistēmas, E.Ginters, J.Merkurjevs, A.Romānovs, O.Soško RTU, Rīga, 2008, 45.-51.lpp. Logistics Information System, Part I, Ginters, Jumi Ltd., Riga, 2002, 195-200p.

Rekomendējama literatūra:

Bill Glover, Himanshu Bhatt. RFID Essentials. Oreilly & Associates Inc., 2006, 240p.