CC BY
16КОМПЬЮТЕРНЫЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
(COMPUTER & INFORMATION TECHNOLOGIES) УДК 004.1082
Потапова К.А.
аспирант
Морской государственный университет имени адмирала Г.И. Невельского (г. Владивосток, Россия)
ИДЕНТИФИКАЦИЯ ДАННЫХ С ПОМОЩЬЮ RFID-МЕТОК
Аннотация: в работе был проведен анализ и выбран наиболее оптимальный набор оборудования для реализации будущей системы передачи данных о контейнере с морского транспорта на берег.
Ключевые слова: радиочастотная идентификация, частота, считыватель,
метка.
Перевозка контейнеров строго регламентирована, сопровождается циркуляцией потоков данных. Одна из технологий, позволяющих решить вопрос хранения и защиты данных о грузе на этапах погрузки, транспортировки и выгрузки, - радиочастотная идентификация.
RFID позволяет защитить рассматриваемые логистические процессы путем их автоматизации: отраженный от метки радиосигнал передается на считыватель, затем полученные данные отправляются в сетевое хранилище.
Существует пять основных частотных диапазонов, в которых работают системы RFID. Как правило, низкочастотное оборудование отличается короткими диапазонами считывания, низкой скоростью считывания и более низкой стоимостью. Высокочастотное используется там, где требуются большие диапазоны считывания и высокая скорость работы.
Считыватель - устройство, подающее радиосигнал на метку и получающее в ответ информацию, содержащую параметры груза.
Типы считывателей:
стационарные - обычно монтируются в фиксированном месте (например, на судне), могут связываться с одной или несколькими антеннами; стационарный считыватель может контролировать положение широковещательного радиолуча и таким образом определять местоположение меток, которые он видит;
портативные - меньшего размера по сравнению со стационарными считывателями, могут сопрягаться со смартфонами для передачи сведений в базу данных через мобильное устройство.
Метка - чип, в основе которого передающая антенна. Имеет обширную классификацию (см. таблицу 1).
Таблица 1. Классификация RFID-меток
Классификация Описание
По источнику питания Активные метки содержат портативный аккумулятор, что увеличивает размер устройства, но положительно сказывается на дальности действия радиосигнала; обеспечивают высокую точность считывания на максимальном расстоянии (в зависимости от производственных параметров); Пассивные метки функционируют за счет и индуцированного электромагнитным сигналом электрического тока. По сравнению с предыдущим типом отличаются компактностью.
По рабочей частоте Низкочастотные (Low-frequency, LF): диапазон 125-148 КГц, дальность действия до 80 миллиметров.
Высокочастотные (High-frequency, HF): диапазон 13.56 МГц, дальность действия до 1 метра. Ультравысокочастотные (Ultra-high frequency, UHF): активные метки: диапазон 433 МГц, дальность действия до 100 метров; пассивные метки: диапазон 860-930 МГц, дальность действия до 15 метров.
По типу памяти Read only: данные записываются только один раз производителем метки, пригодны только для идентификации. Write Once Read Only: однократно записываемая память, которую можно читать. Read and Write: многократное чтение и запись.
Технология RFID следует стандартам ISO 18000-6B и ISO 18000-6С, последний из которых предполагает большую скорость считывания, чаще используется в логистике. Основа обоих стандартов - ISO/IEC 18000-6 «Параметры для воздушного интерфейса связи на 860 до 960 МГц», что позволяет использовать считыватели и метки без привязки к конкретным моделям и производителям. Согласно документам, память меток разделена на 4 составляющие: Reserved Memory, Electronic Product Code, Transponder ID, User Memory [11].
Reserved Memory (команда 00) хранит KILL-пароль длиной 32 бита, отвечающий за функционирование метки в целом, и 32-битный ACCESS-пароль. Если его задать, то доступ к содержимому метки будет возможен после аутентификации.
Electronic Product Code (команда 01) достигает 240 бит и задает уникальный идентификатор конкретной метки.
Transponder ID (команда 10) необходим для идентификации производителя и модели чипа. Защищен от перезаписи.
User Memory (команда 11) хранит пользовательские данные. Может быть организован в отдельные блоки данных, называемые файлами. По умолчанию принято наличие одного файла. Размер блока данных (от 1 до 1024 слов) определяет производитель тегов. Пользовательская память и файлы могут быть закодированы в соответствии со стандартом GS1 E PC Tag Data, ISO/IEC 15961, ISO/IEC 15962 и ISO/IEC 20248. Данные, хранящиеся в теге, защищены циклическим избыточным кодом (CRC). Что позволяет считывателю рассчитать CRC уже для полученных данных и сравнить с искомым, удостоверившись таким образом в достоверности метки [1].
Данные, считываемые с метки на каждом этапе рассматриваемой логистической цепи «порт погрузки - судно - порт выгрузки», поступают в сетевое хранилище данных.
При проектировании модели защиты необходимо учитывать универсальные угрозы безопасности, свойственные выбранной технологии RFID.
Возможные сценарии работы злоумышленника:
злоумышленник получает физический доступ к помещению, где хранится метка и перезаписывает её;
считыватель злоумышленника сканирует данные с плохо защищённого
тега;
считыватель получает данные с поддельных меток (в системе две одинаковые метки);
злоумышленник перехватывает трафик между считывателем и сетевым хранилищем;
злоумышленник получает доступ к хранилищу, где содержатся считанные данные.
Рекомендации по безопасности:
ужесточение мер физической безопасности на объекте (охрана периметра, установка видеонаблюдения и системы контроля и управления доступом и другое в зависимости от параметров объекта);
перезапись и смена ACCESS-пароля после каждой логистической операции или цепочки операции, что более реалистично;
временная или постоянная (до следующей перезаписи) деактивация
метки;
внедрение датчиков, определяющих удаленность считывателя от метки; в таком случае встроенный алгоритм определяет объем разрешенной информации для выдачи считывателю в зависимости от его отдаленности от метки;
введение бита конфиденциальности в связке «метка - считыватель»; так, например, при нулевом значении бита считыватель распознаёт только ГО метки, если же значение равно единице, то выдаётся полная информация [3];
криптографическая защита канала связи при передаче считанных данных в сетевое хранилище;
принятие мер по повышению защищённости баз данных, в том числе, минимизация угрозы SQL-инъекций, распределенное хранение.
Внедрение дополнительных датчиков и алгоритмов в RFГО-метки влияет на её энергопотребление. Поэтому нет чётких указаний к мероприятиям по защищённости RFID-систем: это индивидуально с учётом особенностей конкретного объекта и условий внешней среды.
В настоящее время рынок RFГО-оборудования насыщен. Производители предлагают считыватели и метки для различных целей.
Систему RFID следует выбирать, опираясь на особенности внешней среды. Так, учитывая тот факт, что в узком смысле данное исследование сопряжено с грузовым планом, КБГО-оборудование внедряется в порту для записи метки и фиксации местоположения груза, в дальнейшем - на морских судах-контейнеровозах.
Требования к RFID-системе:
внедрение оборудования с большим радиусом действия (от 10 метров) в силу габаритов грузов и контейнеров;
компактность меток с возможностью многоразового использования, то есть с функцией перезаписи;
возможность установки считывателей на палубе судна, на причале или на погрузочной технике;
защита от коллизии и эффекта экранирования меток, может возникать при размещении контейнеров вплотную в несколько ярусов;
защита от проникновения морской воды (класс защиты не менее IP55). Таким образом, перечисленным критериям удовлетворяет UHF RFID-система, включающая:
стационарные считыватели, что позволяет автоматизировать процесс идентификации, минимизируя человеческий фактор;
портативные считыватели для записи метки и в случае невозможности идентифицировать метку стационарным оборудованием;
пассивные или активные «Read and Write» метки, крепящихся на боковой стенке металлического контейнера, перезаписать метку может любой пользователь, имеющий специализированный комплект программного обеспечения.
Путём изучения характеристик портового радионавигационного оборудования установлено, что считыватель, работающий на частоте 865-868 МГц ультравысокочастотного диапазона, не представляет помех. Согласно Решению Государственной комиссии по радиочастотам при Министерстве Российской Федерации по связи и информации №07-20-03-001 «О выделении полос радиочастот устройствам малого радиуса действия» (Приложение №10), разрешена работа устройств радиочастотной идентификации на частотах 866 -868 МГц [2].
В данном работе представлена сравнительная характеристика стационарных и ручных считывателей (см. таблицы 2 и 3) и меток (см. таблицу 4) по несколько позиций разной ценовой категории. Указана средняя рыночная цена по состоянию на 1 октября 2023 года.
В таблице 1.6 приведены сведения о трёх разновидностях стационарных считывателей. Все товарные позиции работают на нужных частотах, имеют основной внешний порт для подключения к ПК - RS232, соответствуют классу защиты не менее 1Р55, то есть стойкие к воздействию морской воды.
Таблица 2. Сравнительная характеристика стационарных RFID-считывагелей
Основные характеристики Считыватели
Royal Ray RRU9816- USB/232 Clou 7206B5A Impinj Speedway Revolution R220
Цена, руб. 16000 61290 113034
Частота, МГц 866-868 865-868 865-928
Выходная мощность передатчика, dBm 0-26 0-30 10-32.5
RFID-протокол ISO18000-6C (EPC C1G2) ISO/IEC18000-6B/6C ISO/IEC18000-6B/6C
Антенна Н/д Встроенная, круговая поляризация, 9dBi Не входит в комплект
Дальность считывания (max), м. 0,5 16 9
Дальность записи (max), м. 0,5 8 4
Скорость чтения меток, шт/с. 50 400 1100
Внешние порты USB, RS232, Wiegand RS-232, RS-485, Wiegand 26/34/66, Ethernet RS-232, USB 1.1, GPIO
Класс защиты н/д IP66 IP52
Внешние габариты, мм. 122.4*84*20 290*290*55 190*175*30
Вес, кг. 0,1 2 0,68
Бюджетный вариант - настольный считыватель Royal Ray - не подходит, как минимум, по характеристике «Дальность считывания». Такое оборудование часто размещают на шлагбаумах, на въездах на парковку, что не требует дальних расстояний, так как метка может располагаться непосредственно рядом со считывателем. Самый дорогой вариант -стационарный Impinj - также не удовлетворяет вышеперечисленным требованиям, так как требуется дополнительное приобретение съёмной антенны, что приводит к большему удорожанию.
Таким образом, CLOU 7206B5A - подходящее оборудование для текущего исследования по соотношению цены к дальности действия.
Таблица 3. Сравнительная характеристика ручных RFID-считывателей
Основные характеристики Считыватели
Clou 7202K1 MobileBase DS5 CipherLab 1860
Цена, руб. 78000 67000 70000
Частота, МГц 866.6-867.4 860-960 865-868
Выходная мощность передатчика, dBm 0-30 н/д н/д
КРГО-протокол IS0/IEC18000-6B/6C IS0/IEC18000-6B/6C IS0/IEC18000-6B/6C
Антенна Встроенная, круговая поляризация, Встроенная, круговая поляризация, Встроенная, линейная поляризация
4dBi 9dBi
Дальность считывания (max), м. 8 10 5
Дальность записи (max), м. Н/д Н/д 1,5
ОС Microsoft Windows Embedded CE 6.0 Microsoft Windows Embedded CE 6.0 Microsoft Windows Embedded CE 6.0
Внешние порты USB, RS232 USB USB
Аккумулятор, мАч 4000 5200 2500
Класс защиты IP65 IP67 IP64
Внешние габариты, мм. 225*130*163 225*78*37 163,5*85,7*146,5
Вес, кг. 0,7 0,5 0,52
Основные критерии при выборе ручного считывателя - дальность чтения и записи, ёмкость батареи, поддерживаемая ОС. В конечном итоге, по соотношению требуемых параметров к цене оптимальный выбор - CLOU 7202K1.
Таблица 4. Сравнительная характеристика RFID-меток
Основные характеристики Метки
Alien RU03E Impinj RU-R181 Impinj RU-R101 Confidex Survivor B
Цена, руб. 130 170 160 2500
Частота, МГц 840-960 840-960 840-960 865-869
Тип Пассивная, на металл Пассивная, на металл Пассивная, на металл Пассивно-активная, на металл
КРГО-протокол ISO18000-6C IS0/IEC18000-6B/6C IS0/IEC18000-6B/6C IS0/IEC18000-6C/6D
Память 64bit TID, 96bit EPC, 512bit User, 32bits Access, 32bits Kill 96bit TID, 128bit EPC, 512bit User, 32bits Access, 32bits Kill 96bit TID, 128bit EPC, 512bit User, 32bits Access, 32bits Kill 48bit TID, 352bit EPC, 3072bit User, 32bits Access, 32bits Kill
Дальность действия (тах), м. 5 12 8 60
Рабочий диапазон температур От минус 35°C до плюс 65°C От минус 30°C до плюс 70°C От минус 30°C до плюс 70°C От минус 35°C до плюс 65°C
Класс защиты IP67 IP55 IP55 IP68
Внешние габариты, мм. 134*22*12 155*27*14.5 86.5*22.5*8.5 155*26*14.5
Вес, кг. 0,017 0,033 0,02 0,034
Из всех меток, рассмотренных в таблице 4, ценность для текущего проекта представляет Confidex Survivor B, что связано c большей дальностью действия и лучшим параметрам пользовательской памяти. Причем, по словам производителей, аккумулятор в метке рассчитан до 10 лет непрерывной работы.
Таким образом, был проведен анализ и выбран наиболее оптимальный набор оборудования для реализации будущей системы передачи данных о контейнере с морского транспорта на берег.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. ГОСТ Р 56546-2015 Защита информации. Уязвимости информационных систем. Классификация уязвимостей информационных систем М.: Стандартинформ, 2018. - 11 с.
2. Shain Armstrong. Types of Memory in RFID Tags [Электронный ресурс] / "Atlas RFID Store", 2008. URL: https://atlasrfidstore.com/rfid-insider/types-of-memory-in-gen-2-uhf-rfid-tags (дата обращения: 10.10.23).
3. Author unknown. EPC Tag Data Standard [Электронный ресурс] / "GS1", 1973. URL: https://www.gs1.org/standards/epcrfid-epcis-id-keys/epc-rfid-tds/1-11 (дата обращения: 12.10.23).
4. Dolgui Alexandre, Proth, Jean-Marie. RFID technology in supply chain management: State of the art and perspectives URL: // 17th IFAC World Congress. 2008. P. 1-12. doi: 10.3182/20080706-5-KR-1001.1399 (дата обращения: 10.10.23).
Potapova K.A.
Maritime State University named after admiral G.I. Nevelsky (Vladivostok, Russia)
IDENTIFICATION OF DATA USING RFID-TAGS
Abstract: the analysis was carried out and the most optimal set of equipment was selected for the implementation of the future container data transmission system from sea transport to shore.
Keywords: radio frequency identification, frequency, reader, label.
