tunniste- ja anturiverkot

Tunniste- ja anturiverkot

©Reino Aarinen, a2kons

(c) Reino Aarinen, a2kons

Halvat anturit tulevat Aivan samalla tavalla kuin henkilökohtaiset

tietokoneet olivat 80-luvun symboli ja 90-luvun symboli on ollut WWW, seuraava uusi käänne tulee olemaan halpojen (langattomien) anturien tuleminen 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 tai palveluiden tunnistaminen ja verkottaminen mahdollistaa muistin (älyn) lisäämisen niihin. Voidaan puhua myös läsnä-älystä, UBICOM, jota on pian kaikkialla?

Tavaroiden Internet: Yksittäisten tuotteiden tai palveluiden tunnistaminen ja verkottaminen mahdollistaa muistin (älyn) lisäämisen niihin. Voidaan puhua myös läsnä-älystä, UBICOM, jota on pian kaikkialla?


Anturin liittäminen

SensoriSensori Middleware, muunnin ...Middleware, muunnin ...

Anturi tai anturimatriisi Lukija tai tiedonkerääjä,Väliaine, media

Informaatio tai tunniste

Teho, virta tai jännite

Fyysinen parametri

Backend,taustajärjestelmät

Backend,taustajärjestelmät

Internet

MatkapuhelinverkkoGSM, 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 tiedonkerääjäVäliaine, media

Informaatio tai tunniste

(Teho, virta tai jännite)

Fyysinen parametri


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 muisti ID- eli tunnistetietoa varten. Anturi tageista useimmiten vielä puuttuu.

HUOM. Lukija on matkapuhelimen sijasta useimmiten erikoislaite.

HF/UHF


RFID tagi + anturi


RFID taajuudet


Langattomat RFID tagit/anturit

Passiiviset Lukija syöttää tehon sähkömagneettisesti (RF

kentässä). Tiedonsiirto takaisinsironnan avulla. Yleisimmin käytetty ratkaisu.

Puolipassiiviset Sisäinen patteri syöttää tehoa herätyssignaalin

jälkeen. Tiedonsiirto takaisinsironnan avulla. Aktiiviset

Sisäinen patteri. Aktiiviset radiokomponentit


Passiiviset tagit


Takaisinsironta.Kuormaimpedanssin modulointi


Induktiiviset tagit


UHF tagit


Miksi induktiivinen UHF ? Kaukokentässä (UHF) radioaaltojen teho

vaimenee 1/r2, magneettikentässä (HF) 1/r6. Pidempi lukualue. Pieni antenni (50 mm @869 MHz, 20 mm @2.45

GHz). 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

radiolähettimien kanssa (esim. matkapuhelimet).

Antennin uudelleenviritystarve. Metallipinnat heijastumat

solmut RF kentässä. Lukuvaikeudet Radioaaltoja absorboivat materiaalit,

esim. nesteet.


EP

C


EPCglobal Network

Tags The data carriers

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

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

Savant Servers which act as local repositories for EPCs and associated information, and which support sophisticated, flexible middleware for serving PML queries.

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

PMLPhysical Markup Language; like XML, with XQL query structure to allow structured querying and reporting of EPCs and attributed data.


HUT DIALOG Shop2box mediator.

Shop2Box

BlueBox


HUT DIALOG konsepti


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

koodia ja tuotetta koskeva tieto talletetaan (inter)nettiin, josta se löytyy EPC-koodin avulla.

HUTin DIALOG-hankkeessa globaalisti yksiselitteiseksi tunnisteeksi esitettiin sähköpostiosoitetta esim. [email protected].


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

Näistä tarinaa erikseen muualla.


Sovelluksia

eLukot. Kulunvalvonta. Maksupäätteet: kassat, liput, pysäköinti... Pakkauksissa jo osittain pakollisia

Wall-Mart vaati 100 suurimmalta tavaran toimittajalta pakkauksiin 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 toiminnot

shop2box sovelluksessa voitaisiin todennäköisesti ohjelmoida kohtuullisen helposti suoraan Rewiseenkin:

Linux-palvelin, MySQL tietokanta, Orion tai Geronimo J2EE palvelin

ja jättää arkkitehtuurista Service Manager (kallein osa?) kokonaan pois.

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

Lisäksi RFID tageissa on tyydyttävä 13,56 MHz:n taajuuteen, jonka lukuetäisyys on hyvin lyhyt, 0 – 5 cm ja toiminta metallipinnan läheisyydessä 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 siitä ympäristönsä kanssa jollakin kielellä.

Objektiin liittyvä tieto voi olla esim. elinkaareen liittyvää historiaa tai ohjeistoa (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-PuhelutJava, XML, SOAPWeb ServicesSiirtotie

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 tailaatikosto-Identifioitu kaappi

Jakelukeskus-Identifioidut tuotteet-Keräilyjärjestelmä, ”Ostoskorien kokoonpanolinja”


shop2box Kuljetuslaatikot (”BlueBox”) ja

vastaanottokaapit (”Shop2Box”) pitää tarkoitusta varten varustaa Nokia NFC yhteensopivilla RFID tageilla (MIFARE) ja ohjelmoida niihin tarvittavat shortcut-tiedot shop2box palveluiden kutsumista varten.

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

Lisäksi voidaan ohjelmoida SMS-palveluja ja tarvittaessa käyttää vaikka automaattista puhelinvastaajaa.


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 niihin liittyvät aika ja paikkatiedot. Objekteja voidaan ohjata ja seurata niihin 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:n Automaatiotekniikan 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:n Sähkötekniikan osasto. Katariina Penttilä (2003), 860 – 930 MHz kaistan RFID-määrittelyt. TTY, Elektroniikan

laitos, Rauman tutkimusyksikkö. 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 and Environments (Passiivisten UHF-taajuuksien RFID-tunnisteantennien kehitys haastaviin kohteisiin ja ympäristöihin). Väitöskirja, TTY, Sähkötekniikan osasto.

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

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

Antennien miniatyrisointi ja RF-osan integrointi (MiniRFID). Loppuraportti (2004). TTY, Rauman tutkimusyksikkö.

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 ja DIALOG projektit.

tunniste- ja anturiverkot

Business