Особенности архитектуры распределенных систем хранения данных устройств радиочастотной идентификации Текст научной статьи по специальности «Автоматика. Вычислительная техника»

Научная статья на тему 'Особенности архитектуры распределенных систем хранения данных устройств радиочастотной идентификации' по специальности 'Автоматика. Вычислительная техника' Читать статью
Pdf скачать pdf Quote цитировать Review рецензии
Авторы
Журнал
Выпуск № 1 /
Коды
  • ГРНТИ: 50 — Автоматика. Вычислительная техника
  • ВАК РФ: 05.13.00
  • УДK: 004;621.398;681.5

Статистика по статье
  • 43
    читатели
  • 12
    скачивания
  • 0
    в избранном
  • 0
    соц.сети

Ключевые слова
  • РАСПРЕДЕЛЕННЫЕ СИСТЕМЫ ХРАНЕНИЯ ДАННЫХ
  • РАДИОЧАСТОТНАЯ ИДЕНТИФИКАЦИЯ
  • D-RFID
  • DISTRIBUTED DATA STORAGE SYSTEMS
  • RADIO FREQUENCY IDENTIFICATION

Аннотация
научной статьи
по автоматике и вычислительной технике, автор научной работы — Шишин Олег Игоревич, Егоров Алексей Дмитриевич, Бадрутдинов Айрат Дамирович, Потапкина Татьяна Сергеевна

В данной работе рассматривается новый вид распределенных систем хранения данных под названием D-RFID. Модель таких систем состоит из нескольких радиочастотных меток и считывателей, где все составляющие системы могут независимо перемещаться с течением времени. Главным преимуществом D-RFID по сравнению с «традиционными» систем с центральным сервером, является возможность хранить информацию об объектах расположенных рядом с ними. Диапазон реальных и теоретических применений D-

Abstract 2014 year, VAK speciality — 05.13.00, author — Shishin Oleg Igorevich, Egorov Aleksey Dmitrievich, Badrutdinov Ayrat Damirovich, Potapkina Tatyana Sergeevna

RFID очень широк: от применения на складах до интернет-коммуникаций.The article proposes the new kind of distributed data storage systems called D-RFID. The model of such systems consists of a number of RFID tags and readers, where all the parts of the system can independently move in the course of time. The main advantage of D-RFID in comparison with “traditional” systems with a central server is the ability to store information about the objects locally near them. In different applications the data of each D-RFID point could be associated with its site directly or take a local view of a system’s memory in whole. The range of real and theoretical applications of D-RFID is very wide and runs from warehousing to Internet communications

Научная статья по специальности "Автоматика. Вычислительная техника" из научного журнала "Спецтехника и связь", Шишин Олег Игоревич, Егоров Алексей Дмитриевич, Бадрутдинов Айрат Дамирович, Потапкина Татьяна Сергеевна

 
Читайте также
Читайте также
Рецензии [0]

Похожие темы
научных работ
по автоматике и вычислительной технике , автор научной работы — Шишин Олег Игоревич, Егоров Алексей Дмитриевич, Бадрутдинов Айрат Дамирович, Потапкина Татьяна Сергеевна

Текст
научной работы
на тему "Особенности архитектуры распределенных систем хранения данных устройств радиочастотной идентификации". Научная статья по специальности "Автоматика. Вычислительная техника"

ШИШИН1 Олег Игоревич ЕГОРОВ2 Алексей Дмитриевич БАДРУТДИНОВ3 Айрат Дамирович ПОТАПКИНА4 Татьяна Сергеевна
ОСОБЕННОСТИ АРХИТЕКТУРЫ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ СИСТЕМ ХРАНЕНИЯ ДАННЫХ УСТРОЙСТВ РАДИОЧАСТОТНОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ
В данной работе рассматривается, новый вид распределенных систем, хранения, данных под названием D-RFID. Модель таких систем, состоит, из нескольких радиочастотных меток и считывателей, где все составляющие системы, могут независимо перемещаться, с течением, времени. Главным, преимуществом. D-RFID по сравнению с «традиционными» системами с центральным, сервером,, является возможность хранить информацию об объектах, расположенных рядом, с ними. Диапазон. реальных и теоретических применений D-RFID очень широк: от. применения на складах до интернет-коммуникаций. Ключевые слова: распределенные системы, хранения, данных, радиочастотная, идентификация, D-RFID.
The article proposes the new kind of distributed, data storage systems called D-RFID. The model of such, systems consists of a number of RFID tags and readers, where all the parts of the system, can independently move in the course of time. The main advantage of D-RFID in comparison, with, "traditional" systems with, a central server is the ability to store information, about the objects locally near them.. In different applications the data of each. D-RFID point could, be associated, with, its site directly or take a local view of a system's memory in whole. The range of real and theoretical applications of D-RFID is very wide and. runs from, warehousing to Internet communications.
Keywords: distributed, data storage systems, radio frequency identification, D-RFID.
Технология радиочастотной идентификации (ЯРГО) получила в последние годы широкое распространение и используется в различных областях науки, техники и промышленности. Достижениям в сфере радиочастотной идентификации посвящены многие научные труды, в том числе [1 — 7]. Отметим, что новейшие разработки в ЯРГО-области делают возможным физическое построение распределенных систем хранения данных, а теоретические изыскания последних лет обосновывают защищенное хранение информации в таких системах с точки зрения целостности данных и защиты от несанкционированного доступа [8]. В данной статье доказывается жизнеспособность распределенных систем
хранения информации, строящихся на базе радиочастотной идентификации. К настоящему времени ЯРГО-техно-логии сделали шаг в своем развитии от простейших однобитных меток до многобитных. Причем, если ранее под многобитностью подразумевалась возможность хранить в единичной метке длинный уникальный идентификатор (порядка 100 бит), то сейчас уже существуют миниатюрные устройства, обладающие собственной памятью, объем которой приближается к мегабайту. Применение таких «интеллектуальных меток» при построении распределенных ЯРГО-си-стем позволяет уменьшить количество используемых меток и увеличить их объем.

1 - НИЯУ МИФИ, аспирант;2-3 - НИЯУ МИФИ, студенты;
4 - НИЯУ МИФИ, инженер.
Как правило, системы, использующие метки-идентификаторы, строятся так называемым псевдораспределенным образом. При этом все физические объекты, составляющие систему, снабжаются меткой с уникальным номером, а информация об объекте хранится в удаленной базе данных. При необходимости получить данные, связанные с объектом, пользователь считывает идентификатор и отправляет содержащий его запрос к базе. Сама по себе удаленная база данных может быть и реплицированной, но механизмы доступа к базе в любом случае остаются традиционными. Сохраняются также и все недостатки, связанные с такой архитектурой систем хранения — прежде всего, это
необходимость в большом числе транзакций, приводящая к тому, что канал связи с базой данных становится наиболее узким местом в системе. Представим себе распределенную систему, построенную по совершенно иному принципу. Данные о любой структурной единице, составляющей рассматриваемую систему, физически связаны с ней и полностью располагаются в памяти RFID-метки. Такая сущность, как уникальный идентификатор объекта, автоматически исчезает, вместе с ней пропадает и необходимость в централизованной базе данных. Подобная распределенная система наследует свое предназначение — хранить пользовательскую информацию об определенном наборе разрозненных структурных единиц. Классический пример создания подобных систем — организация складского учета, при которой описание и данные о состоянии продукта хранятся вместе и подвергаются анализу лишь при использовании/перемещении последнего. Также распространена модель, в которой RFID-метки совмещены с датчиками температуры, движения и т.д. Такие системы часто именуются «база данных датчиков». Иногда к классу этих систем причисляют и так называемую «умную пыль» (smartdust) [9, 10]. При полном сохранении функций псевдораспределенных систем исключаются лишние операции пересылки данных, хотя существуют и свои недостатки — гораздо проще обеспечить защиту централизованной базы данных, чем разрозненных носителей. Посмотрим на распределенную RFID-систему хранения данных под новым углом, а именно как на совокупность множества универсальных меток, содержащих память, и множества считывателей, способных к чтению и перезаписи этих меток. Предположим также, что положения всех компонентов системы в пространстве могут независимо изменяться с течением времени. Такая модель системы именуется распределенной - D-RFID (Distributed RFID).
Архитектура хранилища данных D-RFID создает новые проблемы в прежних методах. RFID-метки, будучи пассивными устройствами, не могут производить обмен данными друг с другом
напрямую [11]. Все операции производятся только при помощи считывателя (ридера), который должен быть физически помещен в зону обнаружения метки.
Таким образом, каждая метка может быть представлена как кортеж базы данных с атрибутами текущего местоположения pt(t) и текущих данных d(t). Используя декларативный язык наподобие SQL, пользователь может, например, вычислить местонахождение метки с нужной информацией в момент времени t. Предполагается, что с учетом задания начальных условий при помощи сложных запросов можно будет осуществлять полноценное манипулирование данными, расположенными в метках.
Когда принимается во внимание взаиморасположение RFID-меток и считывателей при построении модели данных, становится очевидным, что хранилище D-RFID находится в постоянно изменяющемся состоянии. Это можно использовать, когда вместо поиска по всей информации пользователи могут сосредоточиться на рассмотрении изменений, происходящих в определенной локации.
Архитектура систем D-RFID может базироваться на принципе «публикация — подписка», в котором каждое приложение, использующее распределенное хранилище, может выступать в качестве подписчика лишь специфически отобранной информации — например, данных, появившихся за последние сутки на метках, доступных в определенной зоне. Когда тот или иной ридер системы обнаруживает метку в заданной зоне и с нужным содержимым, формируется событие, уведомление о котором отправляется всем приложениям-подписчикам [12].
Достижение эффективного считывания и обновления информации в хранилище D-RFID является значимой проблемой и требует специального приспособления механизмов считывания, например, оптимизации энергии, расходуемой считывателями системы на совершение операций. Знания о существующих подписках и взаиморасположении ридеров на данный момент времени позволяет системе производить опрос только тех меток, на которые распространяется хотя бы
одна подписка. Интерпретация хранилища D-RFID как обыкновенной базы данных, опрашиваемой при помощи декларативных языков, позволяет абстрагироваться от хранения информации специфичным для отдельного приложения образом.
Помимо прочего, концепции D-RFID удовлетворяют такие математические модели, как синхронизация данных методом логических векторных часов. Основной идеей метода является то, что каждая метка и считыватель имеют свое локальное представление распределенной памяти. С каждым таким представлением ассоциируются свои векторные часы. Когда считыватель начинает взаимодействие с меткой (или другим считывателем напрямую), оба элемента D-FRID синхронизируют свои локальные представления посредством сравнения значений векторных часов. Таким образом, оба они получают преимущественно более свежую информацию, способствуя обновлению системы в целом [13].
Логично предположить, что клиентским средством доступа к системам D-RFID чаще всего выступает мобильное устройство (планшет, КПК или телефон, снабженный модулем RFID-связи, например, NFC (Near Field Communication)), что и позволяет пользователям системы осуществлять доступ к ней из любой точки внутри системы. Поэтому одной из наиболее популярных областей применения систем D-RFID являются ситуации, в которых вся информационная структура локализована на сравнительно небольшой территории. Это может быть круизное судно, развлекательный комплекс или лесопарковая зона, на территории которой реализована навигационная система для туристов и любителей спортивного ориентирования. Конкурентными преимуществами D-RFID в этих приложениях являются дешевизна подобного решения и, что особенно важно, скорость развертывания хранилища данных в экстремальных условиях и при отсутствии сложных технических средств. Таким образом, D-RFID могут оказать существенную помощь при организации информационных систем для штабов спасательных операций при стихийных бедствиях, терактах и т.д.
Другим практически значимым приложением Б-ЯРГО может стать обеспечение средствами связи регионов, географически удаленных от крупных населенных пунктов и слаборазвитых в экономическом плане. Суть данной идеи состоит в том, что населению предоставляются уже упомянутые мобильные считыватели, а элементы хранилища данных — метки — размещаются на
муниципальном транспорте (рейсовые автобусы, почтовая служба), а также на специальных киосках связи, расположенных вдоль постоянных маршрутов их следования в непосредственной близости к населенным пунктам. Местные пользователи оставляют в метках киосков свои запросы к информационным ресурсам «большой земли», а постоянно проезжающий мимо транспорт
копирует их на свои носители и оставляет пакеты информации, полученные по предыдущим запросам. При кажущейся простоте подобные решения в некоторых ситуациях способны обеспечить значительную пропускную способность при стоимости внедрения, гораздо меньшей, чем стоимость спутникового Интернет-канала
Литература
1. Po Yang, Wenyan Wu, Moniri M, Chibelushi C.C. Efficient Object Localization Using Sparsely Distributed Passive RFID Tags. / IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2013. - Volume 60. - Issue: 12. - Pages 5914 - 5924.
2. Minho Jo, Hee Yong Youn, Si-Ho Cha, Hyunseung Choo. Mobile RFID Tag Detection Influence Factors and Prediction of Tag Detectability. /IEEE Sensors Journal, 2009. - Volume 9. - Issue 2. - Pages 112 - 119.
3. Jadhav G.N., Hamedi-Hagh S. UHF class-4 active two-way RFID tag for a hybrid. RFID-based system.. / IEEE International RF and Microwave Conference (RFM), 2011. - Pages 337 - 342.
4. Ming-Hsien Lee, Chia-Yu Yao, Hsin-Chin Liu. Passive Tag for Multi-carrier RFID Systems. /IEEE 17th International Conference on Parallel and Distributed Systems (ICPADS), 2011. - Pages 872 - 876.
5. Rajagopalan H., Rahmat-Samii Y. Ingestible RFID bio-capsule tag design for medical monitoring. /IEEE Antennas and. Propagation. Society International Symposium. (APSURSI), 2010. - Pages 1 - 4.
6. Se Won Oh, Hyochan Bang, Jae Gak Hwang. Light-weight RFID device interface for controlling RFID tag memory access. /The 12th International Conference on Advanced. Communication. Technology (ICACT), 2010. - Volume 2. - Pages 1516 - 1521.
7. Nakamori E., Tsukuda D., Fujimoto M., Oda Y., Wada T., Okada H., Mutsuura K. A new indoor position estimation, method, of RFID tags for continuous moving navigation, systems./ International Conference on Indoor Positioning and. Indoor Navigation. (IPIN), 2012. - Pages 1 - 8.
8. V. Wu, M. Montanari, N. Vaidya, R. Campbell. Distributed RFID Tag Storage Infrastructures./ University of Illinois at Urbana-Champaign, IL. - USA, 2007.
9. Pam Frost Gorder. Sizing up smartdust. /Computing in Science & Engineering, Nov.-Dec. 2003. - Volume 5. - Issue 6. - Pages 6 - 9.
10. Yuwen Sun, Shimeng Huang, Oresko J.J., Cheng, A.C. Programmable Neural Processing on a Smartdust for Brain-Computer Interfaces. /IEEE Transactions on Biomedical Circuits and. Systems, 2010. - Volume 4. - Issue 5. - Pages 265 - 273.
11. Сандип Лахири. RFID. Руководство по внедрению - The RFID Sourcebook./ Дудников С. - М.: Кудиц-Пресс, 2007. - 312 с.
12. M. Simatic. RFID-based. Distributed Memory for Mobile Applications. Institut Télécom, Télécom & Management SudParis, 9 rue Charles Fourier, 91011 Evry Cedex. - France, 2007.
13. J. Bohn. Prototypical Implementation, of Location-Aware Services based, on a Middleware Architecture for Super-Distributed. RFID Tag Infrastructures. /Institute for Pervasive Computing ETHZurich. - Switzerland, 2006.

читать описание
Star side в избранное
скачать
цитировать
наверх