Langattomat anturit

Tunniste- ja anturiverkot

©Reino Aarinen, a2kons

Halvat anturit tulevat

Aivan samalla tavalla kuin henkilökohtaiset tietokoneet olivat80-luvun symboli ja 90-luvun symboli on ollut WWW, seuraavauusi käänne tulee olemaan halpojen (langattomien) anturientuleminen kaikkialle.

Paul Saffo, Institute of the Future

RFID ja RFID-pohjaiset anturit, LF, HF, UHF

Langaton lähi/lokaali tiedonsiirto

433 MHz radio

Bluetooth, WLAN

ZigBee

UWB (Ultra Wide Band)

Matkapuhelimet

GSM, GPRS, Edge, UMTS

Tavaroiden Internet:Yksittäisten tuotteiden taipalveluiden tunnistaminen javerkottaminen mahdollistaamuistin (älyn) lisäämisen niihin.Voidaan puhua myös läsnä-älystä,UBICOM, jota on pian kaikkialla?

Anturin liittäminen

Sensori

Middleware, muunnin ...

Anturi tai

anturimatriisi

Lukija tai tiedonkerääjä,

Väliaine, media

Informaatiotai tunniste

Teho, virtatai jännite

Fyysinenparametri

Backend,

taustajärjestelmät

Backend,

taustajärjestelmät

Internet

Matkapuhelinverkko

GSM, GPRS, Edge, UMTS

Mediavaihtoehtoja...

Parikierretty tai koaksiaalikaapeli

Virta tai jännite

Tehonsyöttöjohto (VI)

220 V tai 24 V

Kaapelipohjaiset kenttäväylät

LON, CAN, RS-, Interbus, Ethernet, ... (VI)

Optinen kaapeli

Infrapuna, IrDA

Bluetooth, Home RF, IEEE 802.11b, WLAN, M2M (paristo)

UWB, Ultra Wide Band

ZigBee

Langaton USB

Anturi tai

anturimatriisi

Lukija tai tiedonkerääjä

Väliaine, media

Informaatio taitunniste

(Teho, virta taijännite)

Fyysinenparametri

Langaton avaruus

WWAN, Wide Area Network

WRAN, IEEE 802.22

WMAN, Metropolitan Area Network

Wireless Mobility, IEEE 802.20,

WiMax, IEEE 802.16

WLAN, Local Area Network

WiFi, IEEE 802.11

WPAN, Personal Area Network

Bluetooth 802.15.1, ZigBee 802.15.4

High Rate 802.15.3

RFID järjestelmä

RFID tagit

Mikropiiri

Mikropiirissä on muistiID- eli tunnistetietoavarten. Anturi tageistauseimmiten vielä puuttuu.

HUOM. Lukija onmatkapuhelimensijasta useimmitenerikoislaite.

HF/UHF

RFID tagi + anturi

RFID taajuudet

Langattomat RFID tagit/anturit

Passiiviset

Lukija syöttää tehon sähkömagneettisesti (RFkentässä). Tiedonsiirto takaisinsironnan avulla.

Yleisimmin käytetty ratkaisu.

Puolipassiiviset

Sisäinen patteri syöttää tehoa herätyssignaalinjälkeen. Tiedonsiirto takaisinsironnan avulla.

Aktiiviset

Sisäinen patteri. Aktiiviset radiokomponentit

Passiiviset tagit

Takaisinsironta.Kuormaimpedanssin modulointi

Induktiiviset tagit

UHF tagit

Miksi induktiivinen  UHF ?

Kaukokentässä (UHF) radioaaltojen tehovaimenee 1/r2, magneettikentässä (HF) 1/r6.

Pidempi lukualue.

Pieni antenni (50 mm @869 MHz, 20 mm @2.45GHz).

Matkapuhelimen kokoinen lukija.

Lukeminen ei riipu suunnasta tai asennosta.

Kuuntelualue voidaan fokusoida.

Nopeampi tiedon siirto.

UHF toimii myös metallipinnoilla (patch antennit).

Radioaaltojen ongelmia

Interferenssi muiden radiolähettimienkanssa (esim. matkapuhelimet).

Antennin uudelleenviritystarve.

Metallipinnat  heijastumat  solmutRF kentässä. Lukuvaikeudet

Radioaaltoja absorboivat materiaalit,esim. nesteet.

EPC

EPCglobal Network

Tags

The data carriers

Reader

The data capture device; portable or fixed (installed), connectedto a Savant or network.

EPC

Electronic Product Code: the code carried by the data carrier; theglobally unique pointer for making enquiries about the itemassociated with the EPC.

Savant

Servers which act as local repositories for EPCs and associatedinformation, and which support sophisticated, flexible middlewarefor serving PML queries.

ONS

Object Name Service; the distributed resource that “knows”where information about EPCs is held (just like DNS).

PML

Physical Markup Language; like XML, with XQL query structure toallow structured querying and reporting of EPCs and attributeddata.

HUT DIALOG

Shop2box mediator.

Shop2Box

BlueBox

HUT DIALOGkonsepti

Palomar/Auto-ID/HUT

VTT Palomar: RFID tagien muisti kasvaa.

Kaikki tuotetta koskeva tieto voidaan tallentaa tagiin.

Lisäksi antureita: lämpötila, kosteus, CO2, ...

Kallis?

MIT Auto-ID: Tagille talletetaan vain yksilöllinen koodi,

Tagit ovat hyvin yksinkertaisia ja halpoja.

EPC-koodi, joka on 96 bittiä (globaali standardi). Kaikki koodiaja tuotetta koskeva tieto talletetaan (inter)nettiin, josta se löytyyEPC-koodin avulla.

HUTin DIALOG-hankkeessa globaalisti yksiselitteiseksitunnisteeksi esitettiin sähköpostiosoitetta esim. id-koodi@firma.com.

125 kHz

13,56 MHz

UWB, uusin innovaatio

ZigBee

ZigBee pähkinänkuoressa

Pieni tehonkulutus (paristonkesto kuukausia/vuosia).

Suuret sensoriverkot (64000 laitetta).

Joustavat verkkotopologiat.

Pieni yksikköhinta (<4€).

Pieni bittinopeus (max. 250 kbps).

Yksinkertainen protokollapino (4 – 32 kbit).

Toiminta-alue 10 – 100 m.

Muita teknologioita

Näistätarinaaerikseenmuualla.

Sovelluksia

eLukot.

Kulunvalvonta.

Maksupäätteet: kassat, liput, pysäköinti...

Pakkauksissa jo osittain pakollisia

Wall-Mart vaati 100 suurimmalta tavaran toimittajaltapakkauksiin vuoden 2005 alusta RFID:n...

Metro-Group Saksassa ja ABB alihankkijoiltaan samoin ...

Alkuperämerkinnät tuotteisiin ja materiaaleihin (kierrätys).

Auton renkaat.

jne.

Katso myös http://www.rfid.fi ja http://rfidlab.fi.

ERP

RFID-järjestelmän integrointi taustajärjestelmiin(teollisuus, kauppa ja logistiikka).

Yleisimmät ERPit ovat SAP R/3, Oracle, NovoSonet,Microsoft Axapta...

Integrointiin tarvitaan välipalvelin, mediaattori.Teknologiat ovat J2EE ja .NET. Rewise/shop2box-palvelin on J2EE teknologiaa.

Nokia Field Force Solution

Rewise laajennus

Haluttaessa Nokian Service Manager välipalvelimen toiminnotshop2box sovelluksessa voitaisiin todennäköisesti ohjelmoidakohtuullisen helposti suoraan Rewiseenkin:

Linux-palvelin,

MySQL tietokanta,

Orion tai Geronimo J2EE palvelin

ja jättää arkkitehtuurista Service Manager (kallein osa?) kokonaanpois.

Valitettavasti Near Field Communication konsepti on toistaiseksisaatavissa vain Nokian puhelimille 5140, 5140i ja 3220. Päätelaitteet(puhelimet ja RFID/NFC-kannet) ohjelmistoineen pitää vielä tässätapauksessa ostaa Nokialta.

Lisäksi RFID tageissa on tyydyttävä 13,56 MHz:n taajuuteen, jonkalukuetäisyys on hyvin lyhyt, 0 – 5 cm ja toiminta metallipinnanläheisyydessä epävarmaa.

Älykäs tuote tai objekti

Älykkäällä objektilla (oliolla) on sekä fyysinen, aineellinen (atomit)että virtuaalinen, aineeton (bitit) ulottuvuus.

Se voidaan yksikäsitteisesti identifioida.

Se osaa säilyttää tietoa itsestään ja kykenee keskustelemaan siitäympäristönsä kanssa jollakin kielellä.

Objektiin liittyvä tieto voi olla esim. elinkaareen liittyvää historiaa taiohjeistoa (valmistus-, toimitus-, ylläpito- ja huolto-ohjeet,vanhenemis- ja hävitys/uudellenkäyttöohjeet).

Älykäs objekti kykenee apuvoimien avulla osallistumaan itseensä,ympäristöönsä tai omaan käyttäytymiseensä liittyviin päätöksiin,kuten esim. ennakkohuolto tai jakelureitin muutos.

Älykäs infrastruktuuri

Shop2box palvelin

-WWW ja WAP sivut

-SMS

-Puhelut

Java, XML, SOAP

Web Services

Siirtotie

Pakettiliikenne

Informaation jakelujärjestelmä

- Kuljetusprotokolla (TCP/IP)

- HTTP, FTP, SMTP ...

- XHTML

Fyysinen jakelujärjestelmä

-Jakeluautot

-Kuljetuslaatikot

- RFID

Kuluttaja

eKauppa

Käyttöliittymä

-PC, PDA

-Matkapuhelin

-Kommunikaattori

-DigiTV

Ruokaposti-

laatikko tai

laatikosto

-Identifioitu

kaappi

Jakelukeskus

-Identifioidut

tuotteet

-Keräilyjärjestelmä,

”Ostoskorien

kokoonpanolinja”

shop2box

Kuljetuslaatikot (”BlueBox”) ja vastaanottokaapit(”Shop2Box”) pitää tarkoitusta varten varustaa NokiaNFC yhteensopivilla RFID tageilla (MIFARE) jaohjelmoida niihin tarvittavat shortcut-tiedot shop2boxpalveluiden kutsumista varten.

Palvelimelle pitää koodata web-sivuja (Java web-sovelluksia), joille matkapuhelimen selain eri shortcut-tiedoilla/eri tilanteissa ohjataan.

Lisäksi voidaan ohjelmoida SMS-palveluja jatarvittaessa käyttää vaikka automaattistapuhelinvastaajaa.

Identifioituja objekteja/s2b

Kaikkiaan identifioituja fyysisiä objekteja voisivat olla

Tilaus, ostoskori ja sen yksittäiset tuotteet.

Jakelukeskus ja sen eri osat.

Jakeluauto ja sen kuljettaja.

Kuljetuslaatikot.

Vastaanottokaappi ja sen eri lokerot.

Vastaanottaja

Elinkaareen liittyvää tietoa ovat tapahtumat/toimenpiteet ja niihinliittyvät aika ja paikkatiedot. Objekteja voidaan ohjata ja seurataniihin liittyvän virtuaalisen tiedon perusteella.

Ostoskorin kokoonpanon alkaminen ja päättyminen. Puuttuvat tuotteet?

Kuljetuslaatikoiden lähtö jakelukeskuksesta ja saapuminen vastaanottokaapille.

Vastaanottokaapin avaaminen ja oikeiden kuljetuslaatikoiden toimitus kaappiin.

Toimituksen kuittaus kauppiaan, jakelijan ja vastaanottajan tietojärjestelmiin.

Tavaran noutaminen vastaanottokaapista.

Tieteellisiä julkaisuja

Reino Aarinen (2002), Uudet konseptit elektronisessa päivittäistavarakaupassa. Lisensiaattityö, TTY:nAutomaatiotekniikan osasto.

Lauri Sydänheimo (2005), Studies towards Advanced Mobile Systems in Industrial Applications.Väitöskirja, TTY, Sähkötekniikan osasto.

Katariina Ruhanen (2002), Passivinen RFID-järjestelmä ja tunnistekoodit. Diplomityö, TTY:nSähkötekniikan osasto.

Katariina Penttilä (2003), 860 – 930 MHz kaistan RFID-määrittelyt. TTY, Elektroniikan laitos, Raumantutkimusyksikkö.

Katariina Penttilä (2006), Studies towards improving RFID reader performance. Väitöskirja, TTY,Sähkötekniikan osasto.

Leena Ukkonen (2003), Metallipintaan liitettävien RFID-tunnisteantenniratkaisujen kehitys.Diplomityö, TTY:n Sähkötekniikan osasto.

Leena Ukkonen (2006), Development of Passive UHF RFID Tag Antennas for Challenging Objects andEnvironments (Passiivisten UHF-taajuuksien RFID-tunnisteantennien kehitys haastaviin kohteisiin jaympäristöihin). Väitöskirja, TTY, Sähkötekniikan osasto.

Materiaalivirran passiivinen RFID eTunnistus (eSCID) (2006). Tekesin ELO-teknologiaohjelmaankuulunut hanke. TTY, Elektroniikan laitos, Rauman tutkimusyksikkö.

Antti Permala, Johan Scholliers, Jani Granqvist (2006), eSCID – Materiaalivirran passiivinen RFIDeTunnistus. VTT Rakennus- ja yhdyskuntatekniikka, VTT Tuotteet ja tuotanto.

Antennien miniatyrisointi ja RF-osan integrointi (MiniRFID). Loppuraportti (2004). TTY, Raumantutkimusyksikkö.

Mikko Kärkkäinen (2000), Wireless item identification in supply chain management. Master’s Thesis,HUT, Industrial Engineering and Management.

Kari Tanskasen, Jan Holmströmin ja Kary Främlingin tutkimusryhmät HUTissa. Esim. CYCLOG jaDIALOG projektit.