CC BY
87
Анализ влияния свойств объектов на функционирование систем радиочастотной идентификации
Ключевые слова:
радиочастотная идентификация, специализированные радиометки, логистика
Технология радиочастотной идентификации (РЧИД) является универсальным инструментом отслеживания продукции в глобальной цепи поставок. Однако эффективность работы системы РЧИД зачастую зависит от условий эксплуатации. Сиситемы РЧИД критичны к материалам объектов, на которых расположены метки. Проведен анализ влияния свойств различных объектов на функционирование систем РЧИД.
Зелевич Е.П.,
Профессор МТУСИ, oiris.mtusi@gmail.com Черников К.В.,
Студент дипломник МТУСИ
Радиочастотная идентификация обладает рядом преимуществ по сравнению с другими технологиями идентификации. Расстояние, на которых происходит получение идентификационной информации, варьируется от нескольких миллиметров до нескольких десятков метров. Технология РЧИД позволяет получать информацию о предмете без необходимости обеспечения его прямой видимости. Радиочастотные метки могут быть весьма различны по оформлению. Они могут иметь вид пластиковых карт формата ИД-1 или могут быть выполнены в виде стеклянных капсул, вживляемых в животных, для отслеживания их перемещения и т.п. Частота, на которой работают метки и считывающие устройства также различна и находится в пределах от 125 кГц до 5,8 ГГц [1].
Используя технологию РЧИД, которая обладает рядом преимуществ по сравнению со штриховым кодированием, можно ожидать высокой точности идентификации объектов. В реальных условиях, при решении задач логистики, довольно часто возникает необходимость идентифицировать объекты, содержащие металл или контейнеры с жидкостью. Устройства считывания не всегда способны взаимодействовать с меткой через такие объекты (радиоволны отражаются от металлических поверхностей и сильно поглощаются жидкостями). Специалистам приходится экспериментировать с
расположением устройств считывания, чтобы добиться увеличения точности идентификации данных с метки. Кроме того системы РЧИД подвержены воздействию других систем радиосвязи, работающих на той же частоте.
К иным существующим ограничениям применения систем РЧИД относятся:
— возможность отказа систем при наличие радионепрозрачных и радиопоглощающих объектов.
— условия окружающей среды также могут оказывать негативное влияние на РЧИД системы;
— на функционирование РЧИД системы может отрицательно влиять неправильная установка оборудования (например, неточное расположение и ориентация антенны);
— несмотря на то, что нет необходимости в обеспечении прямой видимости между меткой и считывателем, существует предел проникновения энергии радиоволн, даже через радио-прозрачные объекты [2].
При взаимодействии считывающего устройства с меткой, на параметры радиотракта влияют следующие факторы: поглощение, ослабление, диэлектрические эффекты, дифрак-
ция, потери в свободном пространстве, интерференция, отражение, преломление, а также рассеивание.
Влияние различных материалов на параметры радиотракта. На качество идентификации существенно влияют свойства материала, через который проходят радиоволны. Как известно, материал является радиопрозрачным для определенных частот, если радиоволны проходят через него без существенных потерь энергии. Соответственно — радионепрозрачным, если он блокирует, отражает или рассеивает радиоволны. Радиопоглощающий материал пропускает через себя радиоволны, но с существенными потерями энергии. Уровень радиопоглощения и радионепрозрачности зависят от частоты, используемой конкретной системой. Так, например, материал может быть радиопоглощающим на определенной частоте и радиопрозрачным на другой частоте [3].
Влияние емкостей с жидкостями и металлических конструкций на функционирование системы РЧИД- Вода или влажные поверхности неблагоприятным способом влияют на эффективность взаимодействия считывающего устройства и радиометки. Высокочастотные сигналы
Таблица 1
Внешние воздействия на системы РЧИД
Электромагнитные Механические Химические Температурный Природные
поля нагрузки Материалы режим факторы
Отражающие или Удары, Масло, Рабочая Дождь, туман,
электропроводящие вибрации чистящие температура и влажность,
поверхности, материал, давление, средства, температура мороз, лёд,
поглощающий трение, смазочный хранения солнечное
радиоволны, деформация, материал, оборудования излучение,
электростатический физические кислота, щелочь, солёный
заряд... нагрузки ... растворитель ... морской воздух...
ТЕХНОЛОГИИ
Таблица 2
Свойства некоторых типов материалов
Материалы НЧ ВЧ УВЧ Микроволны
Одежда - - - -
Древесина - - - О
Графит - - X X
Металлы - - X X
Бумажные изделия - - - -
Вода - - о о
Радиопрозрачный — "-"; Радиопоглощающий — "О"; Радионепрозрачный — "X".
(ВЧ) лучше проникают сквозь объекты, содержащие воду, чем УВЧ и микроволновые сигналы, которые имеют большее поглощение. Таким образом метки, работающие в ВЧ-диапазоне, являются наиболее подходящими для контейнеров, содержащих жидкости.
Металлические конструкции препятствуют распространению радиоволн затрудняют коммуникацию между меткой и считывателем не только, в случае если они будут помещены между ними, но и если будут расположены в непосредственной близости от них. Когда металлический объект помещен около антенны, характеристики этой антенны изменятся, и может возникнуть эффект расстройки частоты. Системы, работающие в высокочастотном диапазоне сильнее подвержены влиянию металлических объектов, чем системы, использующие более низкий частотный диапазон.
Наличие некоторых материалов между считывателем и меткой, не только может затруднить работу системы, но и полностью блокировать радиоволны. Эффективность функционирования РЧИД систем будет снижена, если метка помещена на поверхность из такого материала, что приведёт к уменьшению дальности считывания. Также может произойти смещение рабочей частоты метки. Если рабочую частоту метки сдвинуть, так что она выйдет из полосы частот считывателя, то считыватель не будет в состоянии идентифицировать данную метку.
Для идентификации объектов, выполненных из металла, контейнеров, содержащих жидкость, а также материалы с высокой диэлектрической постоянной, нужно прибегнуть к специальным мерам [6].
Например, некоторые материалы, такие как жидкости или металлы, оказывают сильное влияние на функционирование УВЧ меток, которые имеют рабочую частоту 915 МГц
(США). Антенны таких меток принимают сигнал с частотой от 900 МГц (на 15 МГц ниже) и до 930 МГц (на 15 МГц выше. Если метка помещена на металлическую поверхность, рабочая частота может сместиться до 800 МГц, и тогда диапазон, в котором она сможет принять сигнал считывателя, будет лежать в пределах от 785 МГц (-15 МГц) до 815 МГц (+15 МГц).
Если известно, что метка прикрепляется к металлическому объекту, который изменит рабочую частоту метки с 915 МГц до 800 МГц, то можно спроектировать метку, у которой в идеальном состоянии была бы рабочая частота 1030 МГц (+115 МГц). При размещении метки на металлическом объекте, ее частота снизится до стандартной частоты 915 МГц и будет функционировать в диапазоне 900-930 МГц.
Для повышения эффективности работы систем РЧИД в неблагоприятных условиях, изготовители разработали метки, предназначенные для использования с определенными материалами. Такие метки имеют специальные оболочки. Например, существуют метки для размещения на металлической, стеклянной поверхности, на контейнерах с жидкостью, и тд. Как правило, нежелательно использовать метки, предназначенные для работы с объектами, сделанными из одного материала, для объектов, сделанных из иных материалов, т.к. это может привести к нарушению функционирования системы.
Несмотря на то, что металлы являются отражателями, однако, они также могут поглотить часть радио энергии и рассеять ее через металлическую поверхность.
Размещение метки на металлической поверхности. Если метку в стеклянном корпусе поместить горизонтально в небольшое углубление на металлической поверхности, то она смо-
жет эффективно взаимодействовать с устройством считывания. Существует возможность защитить метку металлической крышкой. Однако, необходимо оставить узкий промежуток из диэлектрического материала (краска, пластик, воздух и т.д.) между двумя металлическими поверхностями для эффективной работы метки. Помещение метки в металлическую основу позволяет использование ее в жестких условиях (они могут выдерживать нагрузку в несколько тонн) [5].
Особенности радиочастотных меток, работающих в различных диапазонах. Системы РЧИД в диапазоне низких частот (30-300 кГЦ) имеют малую дальность считывания — дальность идентификации у систем РЧИД, работающих в НЧ-диапазоне, меньше полуметра, а также низкую скорость передачи данных. Из-за более высокой длины волны, НЧ-сигналы меньше подвержены поглощению атмосферой и материалом, через который они проходят. Поэтому системы РЧИД, работающие в НЧ-диапазоне, эффективно работают рядом с металлическими конструкциями и контейнерами с жидкостью. Имея малую дальность считывания и хорошую проникающую способность, НЧ-системы являются более устойчивыми к внешним воздействиям, по сравнению с системами, работающими на более высоких частотах.
Системы РЧИД, работающие в высокочастотном диапазоне (3 МГц — 30 МГц) используют частоту 13,56 МГц, которая является глобально принятой частотой для систем РЧИД. Сигналы ВЧ-диапазона не могут проникать сквозь материалы, так же как хорошо, как НЧ-сигналы. Использование этого частотного диапазона, обеспечит большие скорости передачи данных, в сравнении с НЧ-диапазоном.
Высокую скорость считывания и передачи данных имеют системы РЧИД, работающие на ультра высокой частоте (300 МГц — 3 ГГц). Однако системы в этом диапазоне относительно новы и сталкиваются с некоторыми проблемами. Из-за меньшей длины волны, радио энергия может быть легко поглощена жидкостями, что может значительно сократить дальность считывания. Страны распределили различные частоты для РЧИД-систем в этом диапазоне, поэтому система УВЧ, которая работает в одной стране, не могла бы работать в другой. Много потребительских устройств также функционируют в этом частотном диапазоне, что может привести к помехам от них.
Системы РЧИД в микроволновом диапазоне (1 ГГц — 300 ГГц) обычно работают на частотах 2,44 и 5,80 ГГц, которые предлагают высокую скорость передачи данных и большую
Таблица 3
Характеристики систем РЧИД, работающих в различных радиочастотных диапазонах
Частота Достоинства Недостатки Использование
НЧ Эффективная работа вблизи металла и воды. Общеприняты во всём мире. Маленькая дальность считывания и низкая скорость передачи данных. Идентификация животных, продуктов, меток на объектах, содержащих воду.
ВЧ Высокая точность идентификации и скорость считывания. Большой объем информации. Требуют большую мощность передатчика считывателя Контроль доступа, авиабагаж, библиотеки.
УВЧ Большая скорость считывания. Большой объем информации. Мало эффективно работают вблизи воды и металла. Доступ на автостоянки, автоматический сбор пошлины, канал поставок
Микроволны Большая скорость считывания. Мало эффективно работают вблизи воды и металла. Идентификация транспорта, автоматический сбор пошлины, канал поставок
дальность считывания. Однако они имеют низкую эффективность работы рядом с металлическими конструкциями и продуктами, содержащих воду [4].
Выводы
При внедрении систем РЧИД необходимо учитывать некоторые ограничения, а именно: невозможность размещения меток под экранирующими поверхностями, подверженность вли-
янию помех от радиосредств, функционирующих в том же частотном диапазоне и т.п.
Системы РЧИД критичны к материалам объектов, на которых расположены метки. Это затрудняет их применение на металлических поверхностях и контейнерах, содержащих жидкости.
Необходимо принимать специальные меры для минимизации негативного влияния объектов, содержащих металлические элементы и воду, на функционирование систем РЧИД.
Целесообразно создание специализированных радиометок, предназначенных для установки на объекты, свойства которых влияют на процесс их идентификации.
Литература
1. Дшхунян В.Л. Электронная идентификация. Бесконтактные электронные идентификаторы и смарт-карты / В.Л. Дшхунян. В.Ф. Шаньгин. — М: Издательство "НТ Пресс". 2004. — 695 с.
2. RFID for the Optimization of Business Processes. Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG. 2007.-286 c.
3. Sandip Lahiri. RFID Sourcebook. Издательство Prentice Hall PTR. 2005. — 304 c.
4. Paul Sanghera. RFID + Exam Study Guide. Syngress Publishing. 2007. — 354 c.
5. Klaus Finkenzialler. RFID Handbook, 2nd ed. John Wiley & Sons Ltd. 2003. — 446 c.
WiMAX Forum региональное видение: Россия и СНГ
C 18 по 19 ноября 2009 г. в Москве прошла очередная международная конференция Ассоциации WiMAX Forum "WiMAX Forum региональное видение: Россия и СНГ", проводимая компанией INFORMA Telecoms & media (Великобритания).
В работе международной конференции "WiMAX Forum региональное видение: Россия и СНГ" приняло участие более 80 участников из 20 стран мира, представляющих регулятора (Минкомсвязь РФ, Роском-надзор РФ), разработчиков и системных интеграторов, инвесторов, консалтинговых и научных центров и Ассоциаций операторов связи.
Международная конференция "WiMAX Forum региональное видение: Россия и СНГ" была посвящена следующим вопросам: на каких рынках в пределах России и СНГ сегодня наиболее благоприятные условия для WIMAX; тенденции регионального широкополосного рынка и перспективы прироста абонентов; какие сервисы определяют революцию 4G; какое воздействие на пропускную способность оказывает совместное использование новых устройств и программного обеспечения; индустрия WiMAX: Вызовы и возможности WiMAX; позиционирование WiMAX услуг на местном конкурентном рынке: когда мобильность имеет смысл; ценовая стратегия и стратегия пакетирования услуг для стимулирования спроса и привлечения новых абонентов; когда в России состоится аукцион по выделению спектра для WiMAX и в каком частотном диапазоне; какие ограничения в настоящее время существуют в диапазонах 2,5/3,5 ГГц и каковы последствия этого для WiMAX.
Конференцию открыли Зам. министра связи и массовых коммуникаций д.т.н. проф. Н.С. Мардер и Директор WiMAX Forum по России и СНГ, член отделения "Информационных и телекоммуникационных технологий"
РАЕН — д.т.н., академик РАЕН СЛ.Портной. Н.С. Мардер доложил о задачах инновационного развития широкополосных беспроводных технологий связи и роли регулятора в стимулировании и поддержке этого развития на территории России. В ходе конференции было заслушано более 20 докладов и сообщений. Отделение "Информационные и телекоммуникационные технологии" РАЕН приняло участие в работе международной конференции.
В рамках конференции компанией DETECON и ее московским представительством был проведен семинар по актуальным вопросам строительства сетей и развития бизнеса WiMAX на котором с докладами выступили Иностранный член ИТТ РАЕН, руководитель группы управления жизненным циклом продукта, компании DETECON International, д-р Юлиус Головачев (Германия), а также Региональный директор по России и СНГ Rainer Seelig и Глава московского представительства DETECON А.Плот-ников.
Доклады Председателя ИТТ РАЕН, д.э.н, академика РАЕН. Тихвинского В.О "WiMAX в период экономического спада: определение влияния воздействия мирового экономического кризиса на амбиции операторов и ожидания инвесторов в России и странах СНГ", Руководителя РГ11 ИТТ РАЕН, д.т.н., академика РАЕН СЛ.Портного "Обзор рынка и новинок: как WiMAX изменяет динамичность конкуренции в России и СНГ" и Иностранного члена ИТТ РАЕН, д-ра Юлиуса Головачева доступны по запросу.
В ходе конференции Директор WiMAX Forum по России и СНГ, член отделения ИТТ РАЕН - д.т.н., академик РАЕН СЛ.Портной представил свою новую книгу "Энциклопедия WiMAX: путь к 4G", написанную в соавторстве с В.М. Вишневским и И.В. Шахновичем.
