RadioFrekvensIdentifiering (RFID)

Transkript

1 SIS/TK446 Automatisk Identifiering och Datafångst En teknik för automatisk identifiering och datafångst Resumé Detta dokument ger en kort överblick av, vad det är, systemet, frekvenser, en jämförelse med streckkodsteknik och vad som finns att tänka på. Inledning RFID-tekniken är inte ny. RFID-applikationer har funnits sedan mer än ett decennium i en-chips lösningar och även längre i mindre integrerade lösningar. Väl kända och prövade applikationer som använder RFIDteknik inkluderar: Kontaktlösa kort för inpasseringskontroll till byggnader och andra säkerhetsområden Tullsystem för vägar Automatiska biljettsystem Identifiering av djur RFID får mer publicitet idag baserat på att införande av RFID-tekniken har potential att effektivisera och förbättra leveransprocessen. Publicerade pilotprojekt, så som Wal-Mart och Department of Defense (DoD), har öppnat upp medvetenheten kring RFID-tekniken generellt, och detta har lett till ett ökat intresse kring RFID. Med detta intresse, har även forskning och utveckling kring RFID ökat och som ett resultat av detta finns det mycket kommersiellt tillgänglig RFID-hård- och mjukvara på marknaden. Det finns också ett ökat tryck från DoD och andra organisationer att vidare undersöka RFID och andra tekniker så som tvådimensionella automatiska identifieringstekniker (t.ex. Data Matrix) för att förbättra unik identifiering av enheter. Streckkodstekniken förlitar sig på fri sikt mellan streckkod (bärare) och skanner (läsare), i den mening att streckkoden måste vara synlig för skannern. Däremot behöver inte RFID-tekniken fri sikt, i den mening att en RF Tag (bärare) kan vara osynlig för läsaren. Det här beror på att RFID är ett radio baserat identifieringssystem som sänder information från en RF Tag på begäran från en läsare genom användning av radiovågor som kan (med vissa reservationer) penetrera emballagematerial. RFID erbjuder fördelar framför streckkoder där: dold (eller ej fri sikt) läsning är kravställd mer än en enhet åt gången ska läsas samtidigt läs- och skrivmöjlighet är ett måste för informationsbäraren Ett typiskt RFID-system Ett typiskt RFID-system består av en tag (bärare av data), en skrivare (laddar data på taggen), en läsare (mottagare av data) och en applikation (mjukvara/databas) som ska behandla informationen. Läsare och skrivare måste anslutas till en värdapplikation av något slag, speciellt om många skrivare/läsare används för att ladda eller fånga information på olika platser. Beroende på kravställningen, kan infrastrukturen variera men principerna är desamma, en tag är given viss information på en plats och sedan läses denna information av en läsare på en annan plats. Figur 1 Illustration av ett RFID-system (5)

2 Tag En tag (aktiv eller passiv) är en av de viktigare komponenterna i RFID-systemet, eftersom informationen för den enhet som ska identifieras lagras i taggen. Beroende på beslut av typ av tag som ska användas, bestäms en stor del av den övriga infrastrukturen i ett RFID-system. De flesta taggar (både passiva och aktiva) är av typen Reader Talks First, dvs taggen kräver en yttre signal från en läsare för att aktiveras och endast en liten del aktiva taggar är av typen Tag Talks First som aktivt sänder ut en signal som fångas upp av en läsare. Kapslingen av en tag existerar i ett stort antal storlekar, former (t.ex. flata, fyrkantiga, runda, cylindriska etc.) och material (t.ex. plast, keramik, glas etc.). Figur 2 Illustration av en passiv tag Figur 3 Illustration av en aktiv tag Passiv En passiv tag (figur 2) består av en modul och en antenn förpackade som en inlaga i ett tag hölje. Modulen är den fysiska bäraren med en integrerad krets och det är modulen som förbinder kretsen med antennen. Det är kretsen som bär informationen. Antennen är gränssnittet mot läsaren och därav omgivningen. Spänningen i en passiv tag uppstår då en tag kommer i det elektromagnetiska fält som skapas av läsaren. Detta elektromagnetiska fält måste kunna skapa tillräcklig energi för att väcka taggen och hålla den vaken under kommunikationen mellan tag och läsare. Semi passiv En semi-passive tag är väldigt lik en passiv tag förrutom tillägget av ett litet batteri, som tar bort behovet av en yttre signal för att aktivera en passiv tag. Semi-passiva taggar svarar därför snabbare, fastän mindre pålitliga och kraftfulla än en aktiv tag. Semi-passiva taggar can erbjuda fördelar i miljöer där det förekommer mycket metal och vätskor, vilket typiskt orsakar oläsbarhet av passiva taggar. Aktiv En aktiv tag (figur 3) har en intern spänningskälla för att mata en integrerad krets och skapa en utgående signal. Den kan ha längre läsavstånd och större minne än en passiv och bättre möjlighet att lagra tilläggsinformation. Spänningen i en aktiv tag kommer från batteriet. Det elektromagnetiska fältet (skapat av läsaren) behövs för att slå på en tag, och genom detta öppna upp kommunikationen mellan tag och läsare. En passiv tag: har en praktisk läsbarhet upp till 3 meter är generellt liten till sin storlek är mer lämpad för individanvändning är fördelaktig för enheter av lågt värde och komplexitet behöver en skrivare/läsare för att aktiveras kan vara läsbar eller skrivbar En aktiv tag: har en praktisk läsbarhet över 10 meters och en batteritid på upp till 10 år har begränsningar i hur liten den kan vara (om batteri ska kunna bytas) är inte tillämplig på enheter av lågt värde är fördelaktig i intelligenta applikationer (t.ex. datafångst av temperatur, tryck etc.) aktiveras i de flesta fall av en skrivare/läsare och i begränsade fall identifierar sig själv för en skrivare/läsare kan vara läsbar eller skrivbar (5)

3 Läsare och skrivare En läsare eller skrivare i ett RFID-system består av en modul och en eller flera antenner. Läsarmodulen förbinder antennen med värdapplikationen och består av en radiodel (RF), som skapar det radiofrekventa fält som möjliggör kommunikationen med en tag, och en kontrollmodul, som är gränssnittet mot omgivningen (t.ex. en PC). Beroende på typ av RFID-system kan läsaren ha en intern eller extern antenn för mobil eller stationär användning. Figur 4 Illustration av en läsare Värdapplikation Värdapplikationen är den miljö till vilken läsaren eller skrivaren ska anslutas och är den komponent som initierar lagring av information i en tag och ska ta omhand informationen när en läsare har identifierat en tag (inom räckvidden för läsarens antenn). Värdapplikationen kan bestå av en ensam PC eller ett företags affärslösning beroende på vad RFID-systemet är avsett för och ska supportera. Beroende på typ av tag som används i RFID-systemet ska värdapplikationen kunna koppla enhets information till en unik tagidentitet eller initiera lagring av enhetsinformation i en tag. Figur 5 Illustration av en värdapplikation ansluten till mobil och stationär läsare (5)

4 Frekvenser för RFID Frekvenser och parametrar för en tags kommunikation med en skrivare eller läsare är också variabler som måste beaktas i det övergripande designarbetet med ett RFID-system. Generellt hanteras allokering av frekvenser och kravställning mot dessa i 3 regioner (definerade av ITU) och i vissa fall även enskilda länder. En implementering måste därför ske med beataktande av gällande lagstiftning där RFID-systemet är tänkt att användas. Det existerar ett antal frekvenser som kan användas för RFID och dessa är standardiserade under ISO/IEC 18000, Information technology Radio frequency identification for item management. De gemensamma frekvenserna definierade av dessa standarder för enhetshantering är: <135kHz (Lågfrekvens - LF), ISO/IEC MHz (Högfrekvens - HF), ISO/IEC MHz, ISO/IEC MHz (Ultrahögfrekvens - UHF), ISO/IEC GHz (Mikrovåg), ISO/IEC Då varje frekvens har olika fysiska egenskaper, är inte varje frekvens användbar under alla omständigheter och måste utvärderas beroende på i vilken typ av applikation RFID ska användas. Som ett exempel, Ultrahögfrekvens (UHF) är känslig mot vätska, hög fuktighet och ytor av metall som absorberar högre frekvenser. Däremot är inte högfrekvens (HF) känslig i de miljöerna. Men å andra sidan erbjuder UHF längre läsavstånd och snabbare överföring, om förhållandena är de rätta. RFID jämfört med streckkoder Både RFID och streckkod är tekniker som möjliggör automatiska processer och förbättrade arbetsrutiner. minskade resurser eliminering av mänskliga fel RFID är olikt, i det att taggar: kan vara inbyggda och osynliga utan krav på fri sikt (t.ex. som en inlaga i en etikett) kan omprogrammeras (read-write) är mer användbara i svåra miljöer (t.ex. lackning) kan lagra större mängder information beroende på kretsens minneskapacitet och om kretsen ska vara läs- eller skrivbar Streckkod är olikt, i det att: mängd information är beroende på om en konventionell linjär streckkod eller en tvådimensionell symbologi används den kan inte omprogrammeras den kan skadas och genom det bli oläsbar den alltid kräver fri sikt för en fullgod läsning Figur 6 Exempel på linjära streckkoder och 2D symboler Figur 7 Exempel på RFID taggar (5)

5 Överväganden att tänka på vid användning av RFID RFID som lösning måste ses i sitt sammanhang inom ett företag, och speciellt i relationen och funktionen mot existerande informationssystem. Detta beror på att RFID är en delkomponent av det totala systemet och måste fungera ihop med andra system. Det ersätter inte något av ett företags kärnsystem, men det kan förbättra dess prestanda och produktivitet. Systemdesign och konstruktion o Stängt (tillgängligt inom ett företag) o Öppet (tillgängligt mellan olika företag) Systemintegrering (fysisk) Affärsprocessförändring och implementering Integrerad informationshantering (logisk) Andra utmaningar med RFID att tänka på är: att använding av frekvenser och effekter regleras på regional nivå och i vissa fall även inom enskilda länder svårigheter att applicera RFID taggar på ett konsekvent och pålitligt sätt på ytor av metall och vätskor, härav för närvarande begränsande till applicering på kartong-, pappers- och plastbaserade förpackningar teknik inkompatabilitet med avseende på att samverkan mellan system inte kan garanteras tillförlitligheten av lästa taggar och strategier för att klara av ofrånkomliga fysiska begränsningar tag karakteristik o minneskapacitet o överföringshastighet o arbetsområde (läsavstånd) o läsning av flera taggar samtidigt o arbetstemperatur (5)