Ανάλυση της τεχνολογίας Ασύρματης Αναγνώρισης με Ραδιοκύματα, και εφαρμογή σε Σύστημα Πλοήγησης Εσωτερικού Χώρου.

Transcript

1 ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΛΙΚΩΝ Ανάλυση της τεχνολογίας Ασύρματης Αναγνώρισης με Ραδιοκύματα, και εφαρμογή σε Σύστημα Πλοήγησης Εσωτερικού Χώρου. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Νικόλαος, Χ, Τσουκνίδας Επιβλέπων : Φίλιππος Κωνσταντίνου Καθηγητής Ε.Μ.Π. Αθήνα, Μάιος

2 - 2 -

3 ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΛΙΚΩΝ Ανάλυση της τεχνολογίας Ασύρματης Αναγνώρισης με Ραδιοκύματα, και εφαρμογή σε Σύστημα Πλοήγησης Εσωτερικού Χώρου. ΕΡΓΑΣΙΑ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ Νικόλαος, Χ, Τσουκνίδας Επιβλέπων : Φίλιππος Κωνσταντίνου Καθηγητής Ε.Μ.Π. Αθήνα, Μάιος

4 ... Νικόλαος, Χ, Τσουκνίδας Διπλωματούχος Ηλεκτρολόγος Μηχανικός και Μηχανικός Υπολογιστών Ε.Μ.Π. Copyright Νικόλαος, Χ, Τσουκνίδας Με επιφύλαξη παντός δικαιώματος. All rights reserved. Απαγορεύεται η αντιγραφή, αποθήκευση και διανομή της παρούσας εργασίας, εξ ολοκλήρου ή τμήματος αυτής, για εμπορικό σκοπό. Επιτρέπεται η ανατύπωση, αποθήκευση και διανομή για σκοπό μη κερδοσκοπικό, εκπαιδευτικής ή ερευνητικής φύσης, υπό την προϋπόθεση να αναφέρεται η πηγή προέλευσης και να διατηρείται το παρόν μήνυμα. Ερωτήματα που αφορούν τη χρήση της εργασίας για κερδοσκοπικό σκοπό πρέπει να απευθύνονται προς τον συγγραφέα. Οι απόψεις και τα συμπεράσματα που περιέχονται σε αυτό το έγγραφο εκφράζουν τον συγγραφέα και δεν πρέπει να ερμηνευθεί ότι αντιπροσωπεύουν τις επίσημες θέσεις του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου

5 Περίληψη Ο σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της τεχνολογίας RFID (Radio Frequency Identification - Ασύρματης Αναγνώρισης με Ραδιοκύματα) και η απόπειρα κατασκευής μιας εφαρμογής «έξυπνου σπιτιού», συγκεκριμένα του εντοπισμού σε ένα εσωτερικό χώρο. Αναλύονται οι τύποι ανιχνευτών και ετικετών, και οι γενικές αρχές λειτουργίας αυτών, έτσι ώστε να γίνουν κατανοητές και διαφανείς οι επιλογές που έγιναν κατά τον σχεδιασμό και την εκτέλεση της εφαρμογής. Επίσης αναλύονται κάποιες βασικές υπάρχουσες εφαρμογές της τεχνολογίας RFID, για να γίνει σύγκριση με την δική μας, και να γίνει πιο εμφανής ο λόγος που επιλέξαμε αυτή την τεχνολογία για το σύστημα μας. Η εφαρμογή μας περιέχει ένα πρακτικό μέρος, με μία κατανομή ετικετών στον χώρο, και ένα προγραμματιστικό μέρος, που αποτελεί την απεικόνιση της θέσης του χρήστη στο εκάστοτε σημείο. Τα αποτελέσματα ήταν πολύ ικανοποιητικά, ειδικά αν λάβουμε υπόψη μας ότι αυτή η τεχνολογία δεν έχει εφαρμοστεί με αυτόν ακριβώς τον τρόπο, και δεν σχεδιάστηκε για αυτό. Η μέθοδος εντοπισμού που αναπτύχθηκε, έχει αρκετά καλή ακρίβεια, δεν παρουσιάζει συσσωρευμένα λάθη και έχει αρκετά χαμηλό κόστος και εύκολη εγκατάσταση. Το μόνο ουσιαστικό πρόβλημα που παρουσιάζεται είναι η τοποθέτηση του ανιχνευτή με άνετο τρόπο πάνω στο πόδι του χρήστη, κάτι που αποτελεί μελέτη εργονομίας, και σχεδιασμού της κατάλληλης για την εφαρμογή συσκευής. Στο τελευταίο κεφάλαιο γίνονται διάφορες προτάσεις για την πρακτική εφαρμογή της μεθόδου μας, και για την κατασκευή παρόμοιων μεθόδων, με γνώμονα την εμπειρία που αποκτήθηκε από αυτή τη μελέτη. Λέξεις Κλειδιά Τεχνολογία Ασύρματης Αναγνώρισης με Ραδιοκύματα, Ετικέτες, Ασύρματοι Ανιχνευτές, Σύστημα Εντοπισμού Εσωτερικού Χώρου, Δεοντολογία, Εφαρμογή, Προτάσεις

6 Abstract Analysis of Radio Frequency Identification Technology and application in Indoor Location Systems Nikolaos Tsouknidas, Prof. Filippos Konstantinou Electrical and Electronic Engineering Department National Technical University of Athens, Greece, 2007 The goal of this diploma thesis, is to study RFID (Radio Frequency Identification Technology) and to try to develop a smart home application, namely the location of a person in an indoor environment. We study the types of Readers and Identification Tags, and the way in which they function, so that the decisions we finally made during the design and implementation process are clear and understandable. Some current applications of RFID technology are studied, so there can be a definite comparison with our application, and to show why we chose RFID as the means to our Indoor Location System. Our application has a physically constructed part, a tessellated distribution of Tags in the space we are interested in, and a programming part, that shows the placement of the user at a given time. The results were quite satisfactory, especially if we take into account the fact that this technology was not designed for Indoor Location Systems. The method we developed has quite good accuracy, does not present accumulated errors and has a low cost and easy installation. The only really important problem was the comfortable placement of the Reader on the user, something that is a device design problem, and can be eliminated if a unique Reader is developed. In the last chapter we make some suggestions for the practical use of our method, and the development of similar methods, according to the experience we acquired during this study. Keywords RFID Technology, Tags, Indoor Location System, Ethics, Application, Suggestions

7 Περιεχόμενα 1. Τρόπος Λειτουργίας συστημάτων RFID Συνοπτική εισαγωγή Στοιχεία και επεξήγηση Τύποι Συστημάτων RFID Μερικά είδη Ετικετών Συχνότητα,Απόσταση και Σύζευξη Κριτήρια Επιλογής για Συστήματα RFID Συχνότητα Απόσταση Ασφάλεια συστημάτων RFID Μέγεθος Μνήμης Μερικά Ιστορικά στοιχεία Αναλυτικές Αρχές Λειτουργίας Ετικέτες 1-bit Διαδικασίες Full και Half Duplex Επαγωγική σύζευξη Τροφοδοσία σε Παθητικές Ετικέτες (Passive Tags) Μεταφορά δεδομένων από την Ετικέτα στη Συσκευή Ανάγνωσης Ηλεκτρομαγνητική Σύζευξη Επανασκέδασης (BackScatter) Τροφοδοσία στην Ετικέτα (Tag) Μεταφορά Δεδομένων στον Reader Κοντινή Σύζευξη Τροφοδοσία στην Ετικέτα Μεταφορά Δεδομένων Ηλεκτρική Σύζευξη Τροφοδοσία για τις Παθητικές Ετικέτες (Passive Tags) Μεταφορά Δεδομένων (Ετικέτα προς Συσκευή Ανάγνωσης) Μεταφορά Δεδομένων (Συσκευή Ανάγνωσης προς Ετικέτα) Ακολουθιακές διαδικασίες Επαγωγική Σύζευξη Τροφοδοσία της Ετικέτας (Tag) Μία σύγκριση μεταξύ των FDX/HDX και των Σειριακών Συστημάτων Μεταφορά δεδομένων από την Ετικέτα (Tag) στην Συσκευή Ανάγνωσης (Reader) Παραδείγματα από Εφαρμογές RFID «Έξυπνες κάρτες» Δημόσια Μέσα Μεταφορών Πλεονεκτήματα στις Συγκοινωνίες Αναγνώριση Δοχείων Φιάλες Φυσικού Αερίου και Χημικών Ουσιών Αποκομιδή Απορριμμάτων Αθλητισμός

8 3.4 Ιατρικές Εφαρμογές Έλεγχος Διοδίων Θέματα Δεοντολογίας στη Χρήση RFID Τεχνολογίας Εισαγωγή Απειλές προς την Ιδιωτική Ζωή και τις Δημόσιες Ελευθερίες Πλαίσιο Χρήσης RFID τεχνολογίας και Ευθύνες από τους Παροχούς Πρακτικές που πρέπει να απαγορευτούν Αποδεκτές χρήσεις Περιορισμοί της Τεχνολογίας RFID: Μύθοι που Καταρρίπτονται Κριτική επί των Προτάσεων της Βιομηχανίας,για ασφαλή χρήση...53 Κατάργηση των Ετικετών στα σημεία πώλησης...53 Κλειστά Συστήματα Μία σύγχρονη περίπτωση Νέα Διαβατήρια Σύστημα Εντοπισμού Εσωτερικού Χώρου Εισαγωγή Εξοπλισμός που χρησιμοποιήθηκε Κατασκευαστικά μεγέθη Πειραματικές μετρήσεις Απόσταση Ανάγνωσης Ταχύτητα Ανίχνευσης Συμπεράσματα Μέθοδος Εντοπισμού Τοποθέτηση του Ανιχνευτή πάνω στον Χρήστη Κατανομή Ετικετών στο Έδαφος Προγραμματιστικό Μέρος Πειράματα Εντοπισμού Πειραματικές Συνθήκες Πειράματα Σχολιασμός Αποτελέσματα Συμπεράσματα Προτάσεις Εφαρμογές Προτάσεις για καλύτερο Εντοπισμό Περιγραφή Συμπληρωματικών Συστημάτων Ανιχνευτής χειρός (iglove) Μια πολύ ενδιαφέρουσα εφαρμογή Κλείνοντας Βιβλιογραφία

9 1. Τρόπος Λειτουργίας συστημάτων RFID 1.1 Συνοπτική εισαγωγή Πρόσφατα οι διαδικασίες αυτόματης αναγνώρισης (Auto-ID) έχουν βρει εφαρμογές σε πολλούς τομείς της βιομηχανίας, στην επιστήμη διαχείρισης πόρων (logistics), στη διανομή και αγορά προϊόντων και γενικά σε κάθε εφαρμογή «ροής υλικού». Σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας δεν είναι η μελέτη ενός εκ των παραπάνω τομέων. Αντιθέτως, θα προσπαθήσουμε να χρησιμοποιήσουμε μία Auto-ID τεχνολογία για τον υπολογισμό της θέσης κάποιου ατόμου σε ένα εσωτερικό χώρο. Συγκεκριμένα επιλέξαμε την ραγδαίως αναπτυσσόμενη τεχνολογία Ασύρματης Αναγνώρισης με Ραδιοκύματα (RF-ID, Radio Frequency IDentification). Είναι λοιπόν απαραίτητη η περιγραφή του τρόπου λειτουργίας ενός τέτοιου συστήματος, των βασικών αρχών του και των φυσικών εμποδίων που μπορούν να παρουσιαστούν. Η Ασύρματη Αναγνώριση RFID, είναι μία τεχνολογία αποθήκευσης και ανάκτησης δεδομένων μέσω ηλεκτρομαγνητικής μετάδοσης, σε ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα,συμβατό με συχνότητες ραδιοκυμάτων. Η μεταφορά των δεδομένων γίνεται χωρίς επαφή μεταξύ της συσκευής «απόκτησης» πληροφοριών και της συσκευής που «φέρει» τα δεδομένα, και μάλιστα δεν χρειάζεται οπτική επαφή (Line of Sight). Αυτό καθιστά την τεχνολογία RFID αρκετά εύχρηστη, αν και το μέτρο και ο βαθμός αυτής της ευχέρειας διαφέρει πάρα πολύ ανάλογα με το είδος του εξοπλισμού. Οι βασικές αρχές λειτουργίας της Ασύρματης Αναγνώρισης RFID είναι αρκετά απλές, μόνο βέβαια στο επίπεδο του απλού χρήστη, μιας και ουσιαστικά είναι ένας συνδυασμός πολλών επιστημονικών τομέων, όπως τηλεπικοινωνιών, μικροηλεκτρονικής και πληροφορικής. 1.2 Στοιχεία και επεξήγηση. Μπορούμε να χωρίσουμε ένα σύστημα Ασύρματης Αναγνώρισης σε τρία μέρη: Συσκευή Ανάγνωσης (Reader). Συμπεριλαμβάνει και την κεραία. Είναι η συσκευή που εξάγει και εισάγει δεδομένα στις RFID ετικέτες (RFID tags, βλ. επόμενο). Ετικέτα (Tag). Βρίσκεται στο αντικείμενο που θα αναγνωριστεί, περιέχει τα δεδομένα και τα εκπέμπει στο Reader. Η επικοινωνία μεταξύ τους. Είναι σημαντικό να τη θεωρήσουμε ξεχωριστή οντότητα. Εννοούμε τον συνδυασμό του μέσου (κάποιας ραδιοσυχνότητας) και το πρωτόκολλο επικοινωνίας

10 Ένα παράδειγμα φαίνεται στην Εικόνα 1.1 Εικόνα 1. 1 Ένας Reader, τυπικά, περιέχει μία υπομονάδα εκπομπής ραδιοσυχνοτήτων (κεραία πομπού δέκτη,και συνοδευτικά κυκλώματα), μία μονάδα ελέγχου (ολοκληρωμένο κύκλωμα) και ένα στοιχείο σύζευξης, για το Tag. Επίσης, αρκετές συσκευές Reader, συμπεριλαμβάνουν ένα στοιχείο επικοινωνίας (RS 232, RS 485, USB) για να μπορούν να μεταφέρουν τα δεδομένα που συλλέγουν σε κάποιο άλλο σύστημα (Η/Υ, Φορητή μονάδα ή κάποιο σύστημα αυτόματου ελέγχου). Το Tag, αποτελεί το αντικείμενο που θέλουμε να αναγνωρίσουμε ή που περιέχει τα στοιχεία ή δεδομένα που θέλουμε να συλλέξουμε. Αποτελείται τουλάχιστον από ένα στοιχείο σύζευξης (πηνίο ή σπειροειδές σύρμα που λειτουργεί ως κεραία) και ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα που λειτουργεί ως μνήμη (Εικόνα 1.2, δεξιά). Όταν το Tag, το οποίο συνήθως δεν έχει τη δική του πηγή ενέργειας, είναι εκτός της περιοχής στην οποία είναι δυνατή μία κλήση από τον Reader, είναι απολύτως παθητικό. Ενεργοποιείται μόνο όταν βρεθεί μέσα στην ενεργή αυτή απόσταση. Η ισχύς ενεργοποίησης του Tag, μεταφέρεται σε αυτό μέσω του στοιχείου σύζευξης (χωρίς επαφή). Με τον ίδιο τρόπο μεταφέρονται και τα δεδομένα και ο παλμός χρονισμού (που χρειάζεται για την σωστή επικοινωνία, με βάση κάποιο πρωτόκολλο). 1.3 Τύποι Συστημάτων RFID Τα συστήματα RFID παρουσιάζουν αναρίθμητες διαφοροποιήσεις με εξίσου μεγάλο αριθμό κατασκευαστών. Για να παρουσιάσουμε μία εικόνα των διαφορετικών αυτών συστημάτων, πρέπει να τα κατηγοριοποιήσουμε σύμφωνα με τα στοιχεία που μπορούν να ξεχωρίσουν το ένα σύστημα από το άλλο (Εικόνα 1.3). Τα συστήματα RFID λειτουργούν βάσει δύο διαδικασιών: full duplex (FDX) ή half duplex (HDX) συστήματα, και ακολουθιακά (sequential) συστήματα (SEQ). Στα full duplex (FDX) και half duplex (HDX) συστήματα η απάντηση από το Tag εκπέμπεται όταν το πεδίο συχνοτήτων του Reader τεθεί σε λειτουργία. Λόγω του ότι το σήμα από το Tag προς την κεραία του Reader

11 μπορεί να είναι πολύ ασθενέστερο, σε σχέση με το σήμα από τον ίδιο τον Reader, πρέπει να ληφθούν τα σχετικά μέτρα για να διαφοροποιήσουμε αυτά τα δύο σήματα. Πρακτικά, η μεταφορά δεδομένων από το Tag στον Reader γίνεται μέσω Διαμόρφωσης Φορτίου (βλ. παρακάτω), Διαμόρφωσης Φορτίου με Φέρον Σήμα και χρησιμοποιώντας επίσης τις αρμονικές συχνότητες της συχνότητας μετάδοσης του Reader. Αντιθέτως, τα ακολουθιακά συστήματα χρησιμοποιούν μια διαδικασία κατά την οποία το πεδίο από τον Reader απενεργοποιείται ανά τακτά χρονικά διαστήματα. Αυτά τα κενά αναγνωρίζονται από το Tag το οποίο τα χρησιμοποιεί για να στέλνει την απάντηση. Το μειονέκτημα από αυτήν την διαδικασία, είναι η απώλεια ενέργειας (από τον Reader προς το Tag) κατά την παύση λειτουργίας (κενό στη μετάδοση), η οποία πρέπει να εξομαλυνθεί με επαρκή βοηθητικά συστήματα μπαταριών ή πυκνωτών. Εικόνα 1.3 Η χωρητικότητα,σε δεδομένα,των ετικετών RFID κυμαίνεται από μερικά bytes έως αρκετά kilobytes. Τα Tags 1-bit,ή Tags δύο καταστάσεων, είναι η εξαίρεση σε αυτόν τον κανόνα. Η ποσότητα δεδομένων του ενός bit είναι αρκετή μόνο για να σηματοδοτήσει δύο καταστάσεις στον Reader: «Tag εντός αποστάσεως» και «κανένα Tag εντός αποστάσεως». Παρολαυτά, αυτό είναι απολύτως αρκετό για απλές εφαρμογές ελέγχου και σηματοδότησης. Τα 1-bit Tags, λόγω του ότι δεν χρειάζονται κάποιο ολοκληρωμένο κύκλωμα, κοστίζουν λιγότερο από ένα λεπτό του ευρώ, ένας παράγοντας που ήταν πάντα σημαντικός στην

12 εξάπλωση των τεχνολογιών Auto-ID. Το μηδαμινό κόστος αυτών των ετικετών είναι και ο λόγος της χρήσης τους στην Ηλεκτρονική Επίβλεψη Εμπορευμάτων (Electronic Article Surveillance - EAS). Στην περίπτωση που κάποιος προσπαθήσει να βγει από την έξοδο του μαγαζιού με ένα προϊόν που δεν έχει πληρωθεί, ο Reader που είναι τοποθετημένος εκεί αναγνωρίζει την κατάσταση «Tag εντός αποστάσεως» και προκαλεί την αντίστοιχη αντίδραση (συνήθως κάποιον συναγερμό). Το Tag απενεργοποιείται ή απομακρύνεται στο ταμείο, κατά τη διάρκεια της δοσοληψίας. Άλλη μια κατηγοριοποίηση των συστημάτων RFID προέρχεται από την δυνατότητα (ή την έλλειψη δυνατότητας) εγγραφής στο Tag. Στα πολύ απλά συστήματα τα δεδομένα της ετικέτας, που είναι συνήθως ένας απλός αύξον αριθμός, ενσωματώνονται στο ολοκληρωμένο, όταν αυτό κατασκευάζεται, και δεν μπορούν να αλλαχθούν αργότερα. Στα έγγραψιμα Tags αντιθέτως, ο Reader μπορεί να αλλάξει αυτά τα δεδομένα οποιαδήποτε στιγμή. Η αποθήκευση των δεδομένων μπορεί να γίνει σε διαφορετικά είδη μνημών, συγκεκριμένα EEPROMs (electrically erasable programmable read-only memory), FRAMs (ferromagnetic random access memory) και SRAMs (static random access memory). Ένα πολύ σημαντικό στοιχείο στα συστήματα RFID είναι ο τρόπος παροχής ενέργειας στην Ετικέτα. Παθητικές Ετικέτες (Passive Tags) λέγονται αυτές που δεν έχουν (κατά κανόνα, βλ.παρακάτω) πηγή ενέργειας πάνω τους,από κατασκευής, και όλη η ισχύς που απαιτείται για την λειτουργία τους προέρχεται από το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο του Reader. Αντιστρόφως, οι Ενεργές Ετικέτες (Active Tags) περιέχουν κάποια μπαταρία, η οποία προσφέρει μέρος ή και όλη την απαιτούμενη ενέργεια. Πιο συγκεκριμένα: Active Tags Επειδή περιέχουν πηγή ενέργειας έχουν αρκετά μεγαλύτερη απόσταση λειτουργίας (φτάνουν ακόμα και τα 100 μέτρα). Τα μειονεκτήματα είναι ότι έχουν μεγαλύτερο κόστος και ότι, όπως κάθε αντικείμενο με μπαταρία, πρέπει κάποια στιγμή αυτή να αλλαχθεί. Passive Tags Ανάλογα με την εφαρμογή που θα χρησιμοποιηθούν,αυτά τα Tags μπορούν να έχουν και μπαταρία. Κατά κανόνα ανακλούν το σήμα από την Συσκευή Ανάγνωσης και προσθέτουν πληροφορία διαμορφώνοντας τον ανακλώμενο αυτό σήμα. Σε περίπτωση που περιέχουν πηγή ενέργειας δεν την χρησιμοποιούν για να ενισχύσουν το ανακλώμενο σήμα, αλλά για να διατηρούν τα δεδομένα τους ή για να ενεργοποιούν τα ολοκληρωμένα που διαμορφώνουν το σήμα. Ένα επίσης πολύ σημαντικό χαρακτηριστικό που πρέπει κάποιος να λάβει υπ όψη του στην κατασκευή ενός συστήματος RFID, είναι η Συχνότητα Λειτουργίας. Αυτή η συχνότητα έχει άμεση επίδραση στην απόσταση μέσα στην οποία μπορεί να αναγνωριστεί ένα Tag και είναι, ουσιαστικά, η συχνότητα στην οποία εκπέμπει ο Reader. Η συχνότητα στην οποία εκπέμπει το Tag αμελείται. Στις περισσότερες περιπτώσεις είναι η ίδια με την συχνότητα εκπομπής του Reader (διαμόρφωση φορτίου, backscatter), αλλά η ισχύς εκπομπής του Tag συνήθως είναι τάξης μεγέθους μικρότερη από

13 αυτή του Reader. Στον παρακάτω πίνακα βλέπουμε μία κατηγοριοποίηση των συστημάτων RFID με βάση την συχνότητα λειτουργίας τους. Εύρος Συχνότητας Χαρακτηριστικά Συνήθεις Εφαρμογές Χαμηλές khz Μέσες MHz Κοντινές έως Μέσες αποστάσεις ανάγνωσης Χαμηλό κόστος Χαμηλή ταχύτητα ανάγνωσης Κοντινές έως Μέσες αποστάσεις ανάγνωσης Ενδεχομένως φτηνά Μέση ταχύτητα ανάγνωσης Έλεγχος εισόδου Αναγνώριση Ζώων Απογραφή Προϊόντων Immobilizer αυτοκινήτων Έλεγχος εισόδου Smart Cards (ειδική εφαρμογή) Υψηλές MHz GHz Μακρινές αποστάσεις ανάγνωσης Αρκετά ακριβά Μεγάλη ταχύτητα ανάγνωσης Απαιτούμενη οπτική επαφή (Line of Sight) Συστήματα Διοδίων Έλεγχοι βαρέων μεταφορών Η ταχύτητα μεταφοράς δεδομένων εξαρτάται κυρίως από την συχνότητα του φέροντος σήματος,μεταξύ του Tag και του Reader. Όσο μεγαλύτερη είναι αυτή η συχνότητα τόσο μεγαλύτερες και οι ταχύτητες προσπέλασης που μπορούν να επιτευχθούν. Το εύρος ζώνης του καναλιού επικοινωνίας πρέπει να είναι τουλάχιστον το διπλάσιο από τον ρυθμό δυαδικών ψηφίων (Bit Rate) που απαιτούνται από την εφαρμογή. Οι διαφορετικές διαδικασίες για την αποστολή των δεδομένων από την Ετικέτα (Tag) στην Συσκευή ανάγνωσης (Reader), μπορούν να κατηγοριοποιηθούν ως εξής: 1. Χρήση ανάκλασης ή backscatter (η συχνότητα των ανακλώμενων από το Tag κυμάτων αντιστοιχεί στην συχνότητα εκπομπής του Reader,αναλογία συχνοτήτων 1:1). 2. Διαμόρφωση Φορτίου (το πεδίο του Reader επηρεάζεται από το Tag, αναλογία συχνοτήτων 1:1). 3. Χρήση υπο-αρμονικών (1/n τάξης) και παραγωγή αρμονικών κυμάτων στο Tag

14 1.4 Μερικά είδη Ετικετών Για να έχουμε μια καλύτερη εποπτεία των συστημάτων RFID, σε αυτό το σημείο θα παρουσιάσουμε μερικά είδη Ετικετών (Tags), με αντίστοιχα παραδείγματα και εικόνες. 1. Το πιο σύνηθες παράδειγμα είναι η μορφή Πλαστικού Δισκίου. Το πηνίο βρίσκεται στο εσωτερικό του δίσκου και υπάρχει ένα κενό στο κέντρο για να μπορεί να εφαρμόζεται κάπου το δισκίο. 2. Οι Ετικέτες Γυάλινης Κάψουλας έχουν κατασκευαστεί για να τοποθετούνται εντός ζωντανών ιστών (ένα θέμα που είναι στα όρια της δεοντολογικής χρήσης αυτής της τεχνολογίας). 3. Tags τοποθετούνται σε κλειδιά,για χρήση σε immobilizer αυτοκινήτων ή σε πόρτες όπου απαιτούνται αυστηρά μέτρα ασφάλειας. 4. Smart Cards, λέγονται οι ετικέτες σε μορφή και μέγεθος πιστωτικής κάρτας. Ένα πλεονέκτημα αυτή της μορφής είναι η μεγάλη επιφάνεια του Tag,στην οποία μπορεί να τοποθετηθεί πηνίο περισσότερων σπειρών και έτσι να αυξηθεί η απόσταση λειτουργίας. Το πηνίο και το ολοκληρωμένο κύκλωμα τοποθετούνται μέσα στην κάρτα με μόνιμη πλαστικοποίηση. Μπορούν να τοποθετηθούν σε κάρτες που ήδη έχουν μαγνητική λωρίδα και να χρησιμοποιηθούν σαν επιπλέον επίπεδο ασφάλειας

15 5. Smart Label, λέγονται οι ετικέτες που είναι πολύ λεπτές και συνήθως εμφανίζονται σε μορφή πλαστικοποιημένου αυτοκόλλητου πάχους 1mm. Κολλώνται σε αντικείμενα που πρέπει να αναγνωριστούν ή να είναι γνωστή η θέση τους. Αυτή είναι και η πιο βασική μορφή Tag και είναι και αυτή που θα χρησιμοποιηθεί,κυρίως, στην εφαρμογή μας. 1.5 Συχνότητα,Απόσταση και Σύζευξη Τα πιο σημαντικά κριτήρια διαφοροποίησης στα συστήματα RFID είναι η συχνότητα λειτουργίας, η φυσική μέθοδος σύζευξης και η απόσταση στην οποία έχουμε καλή λειτουργία. Όπως είδαμε παραπάνω οι αποστάσεις και οι συχνότητες κυμαίνονται από μερικά χιλιοστά μέχρι αρκετά μέτρα και από 100KHz μέχρι 5.8GHz αντίστοιχα. Για τη σύζευξη χρησιμοποιούνται ηλεκτρικά, μαγνητικά και ηλεκτρομαγνητικά πεδία. Τα συστήματα με πολύ μικρή απόσταση λειτουργίας (τυπικά της τάξης του 1cm) ονομάζονται συστήματα κοντινής σύζευξης. Για την λειτουργία αυτών των συστημάτων, το Tag πρέπει να τοποθετηθεί είτε μέσα στον Reader είτε σε μία επιφάνεια που παρέχεται για αυτόν τον σκοπό. Τα συστήματα κοντινής σύζευξης χρησιμοποιούν ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία και,θεωρητικά, μπορούν να λειτουργήσουν σε οποιαδήποτε συχνότητα μεταξύ DC λειτουργίας και 30 MHz, διότι η λειτουργία του Tag δεν βασίζεται στην εκπομπή ακτινοβολίας από το πεδίο. Η κοντινή σύζευξη μεταξύ της Ετικέτας και της Συσκευής Αναγνώρισης διευκολύνει την παροχή περισσότερης ενέργειας και έτσι μπορεί να χρησιμοποιηθεί, για παράδειγμα, και κάποιος μικροεπεξεργαστής που έχει κάποια αυξημένη κατανάλωση ενέργειας. Αυτά τα συστήματα χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές που απαιτείται υψηλό επίπεδο ασφάλειας, αλλά δεν υπάρχει απαίτηση μεγάλων αποστάσεων. Παραδείγματα είναι ηλεκτρονικές πόρτες ασφαλείας ή τα συστήματα πιστωτικών καρτών. Το πρωτόκολλο για την κατασκευή αυτών των καρτών λέγεται ID-1 (ISO 10536). Γενικά τα συστήματα κοντινής σύζευξης δεν παίζουν μεγάλο ρόλο στην ανάπτυξη της RFID τεχνολογίας, ούτε στην αγορά αυτής. Τα συστήματα με αποστάσεις εγγραφής και ανάγνωσης έως 1m είναι γνωστά ως συστήματα απομακρυσμένης σύζευξης. Σχεδόν όλα τα συστήματα απομακρυσμένης σύζευξης βασίζονται σε επαγωγική (μαγνητική) σύζευξη ανάμεσα στο Tag και στον Reader. Τουλάχιστον το 90% των συστημάτων που χρησιμοποιούνται σήμερα είναι τέτοιου τύπου. Για αυτό το λόγω υπάρχουν κάποιες τυποποιήσεις που καθορίζουν τις τεχνικές παραμέτρους των Ετικετών και των Συσκευών Αναγνώρισης στις διάφορες εφαρμογές, όπως στις κάρτες (Smart Cards), στην ταυτοποίηση ζώων και στους βιομηχανικούς αυτοματισμούς. Τυπικές συχνότητες είναι τα 135 KHz, MHz και MHz

16 Τα συστήματα με αποστάσεις μεγαλύτερες του ενός μέτρου είναι γνωστά ως συστήματα μεγάλων αποστάσεων. Όλα αυτά τα συστήματα χρησιμοποιούν ηλεκτρομαγνητικά κύματα στην περιοχή UHF των και των μικροκυμάτων. Η πλειοψηφία αυτών των συστημάτων αποκαλείται και backscatter,βάσει της φυσική αρχής λειτουργίας τους. Τυπικές συχνότητες για αυτά είναι στην περιοχή των UHF οι 868 MHz (Ευρώπη) και 915 MHz (Η.Π.Α.) και στην περιοχή των μικροκυμάτων οι 2.5 GHz και 5.8 GHz. Μπορούν πλέον να επιτευχθούν αποστάσεις των 3 μέτρων, χρησιμοποιώντας παθητικά (χωρίς μπαταρία) Tags ενώ με ενεργά Tags μπορούν να φτάσουν μέχρι και αποστάσεις των 15 μέτρων. Πάντως,όπως αναφέρθηκε και παραπάνω, η ενέργεια από την μπαταρία ενός Tag δεν χρησιμοποιείται ποτέ για την εκπομπή των δεδομένων παρά για την διατήρηση τους στη μνήμη του Tag και την ενεργοποίηση του ολοκληρωμένου κυκλώματος που απαιτείται για την εκπομπή. Η ενέργεια του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου που δέχεται το Tag είναι η μόνη ενέργεια που χρησιμοποιεί για την εκπομπή των δεδομένων. 1.6 Κριτήρια Επιλογής για Συστήματα RFID Τα τελευταία χρόνια υπάρχει μία ξαφνική άνοδος στην δημοτικότητα των συστημάτων RFID. Το καταλληλότερο παράδειγμα είναι οι κάρτες που χρησιμοποιούνται στη θέση των εισιτηρίων στα μέσα μαζικής μεταφοράς. Πριν από 7 με 10 χρόνια ήταν ασύλληπτο το γεγονός ότι θα χρησιμοποιούνταν δεκάδες εκατομμύρια τέτοιων καρτών σήμερα. Μαζί με την ανάπτυξη της τεχνολογίας έχουν βρεθεί και νέοι τρόποι χρήσης,κάτι που μας θυμίζει το μόνιμο ερώτημα: σε πιο βαθμό δημιουργούν οι ανάγκες τις προσφορές και σε πιο βαθμό συμβαίνει το αντίστροφο. Στις περισσότερες εφαρμογές οι τεχνικές απαιτήσεις επικαλύπτονται από διαφορετικού τύπου συστήματα, κάτι που κάνει την επιλογή του κατάλληλου συστήματος μία πολύ δύσκολη διαδικασία. Η κατάσταση δυσκολεύει αν λάβουμε υπ όψη μας ότι,εκτός από κάποιες μεμονωμένες εφαρμογές όπως κάρτες εισιτηρίων και ετικέτες κτηνοτροφίας, δεν έχουν οριστεί δεσμευτικά πρωτόκολλα στην κατασκευή των συστημάτων. Ακολουθούν κάποια χαρακτηριστικά που πρέπει να εξεταστούν στην πορεία σχεδιασμού ενός συστήματος RFID Συχνότητα Όπως αναφέραμε και παραπάνω η συχνότητα λειτουργίας ενός συστήματος επηρεάζει πολλά χαρακτηριστικά του. Εδώ θα αναφερθούμε σε φυσικά εμπόδια που παρουσιάζονται ανάλογα με την συχνότητα. Ειδικά, ο ρυθμός απορρόφησης ακτινοβολίας για το νερό και για μη αγώγιμα υλικά είναι χαμηλότερος κατά φορές στα 100KHz από ότι είναι στα 1GHz. Άρα πρακτικά δεν υπάρχει καμιά απορρόφηση στις χαμηλές αυτές συχνότητες.έτσι τα συστήματα χαμηλότερης συχνότητας χρησιμοποιούνται για εφαρμογές που επιθυμείται μεγαλύτερη διείσδυση,

17 όπως στην κτηνοτροφία (όπου μπορεί το Tag να τοποθετείται μέσα στο ζώο) ή στην αναγνώριση προϊόντων (εντός κουτιών, βιβλία σε βιβλιοθήκες,κτλ.). Τα συστήματα που λειτουργούν στην περιοχή των μικροκυμάτων, αν και έχουν αρκετά μεγαλύτερες αποστάσεις λειτουργίας, απαιτούν την παρουσία πηγής ενέργειας πάνω στο Tag. Ένας επιπλέον παράγοντας που σχετίζεται με την συχνότητα είναι τα παρεμβαλλόμενα ηλεκτρομαγνητικά πεδία, όπως αυτά που προκαλούνται από συσκευές συγκόλλησης ή ισχυρούς ηλεκτροκινητήρες. Τα συστήματα επαγωγικής σύζευξης (χαμηλών συχνοτήτων) μειονεκτούν σημαντικά σε αυτό τον τομέα. Συνεπώς τα μικροκυματικά συστήματα έχουν καθιερωθεί στους τομείς της γραμμής παραγωγής, όπως για παράδειγμα στις αυτοκινητοβιομηχανίες. Ένας ακόμη παράγοντας που υπερτερούν τα συστήματα αυτά είναι η μεγάλη χωρητικότητα δεδομένων (έως και 32 Kbyte) και η υψηλή αντοχή τους στη θερμοκρασία Απόσταση Στην εικόνα βλέπουμε τις διαφορές σε απόσταση και τα διαγράμματα εκπομπής των τριών βασικών κατηγοριών συστημάτων RFID. Η απαιτούμενη απόσταση σε μία εφαρμογή εξαρτάται από διάφορους παράγοντες, όπως: Την ακρίβεια που πρέπει να έχει η θέση του Tag. Την ελάχιστη απόσταση που πρέπει να έχουν δύο διαδοχικά Tags. Την ταχύτητα με την οποία θα κινείται το κάθε Tag στην περιοχή εκπομπής του Reader. Εικόνα

18 Σε ένα παράδειγμα, μία εφαρμογή πληρωμών με RFID Tags (εισιτήρια μέσων μαζικής μεταφοράς), η ταχύτητα τοποθέτησης του Tag είναι πολύ μικρή, διότι τοποθετείται εντός της απόστασης αναγνώρισης με το χέρι. Η ελάχιστη απόσταση μεταξύ δύο ετικετών είναι η απόσταση μεταξύ δύο διαδοχικών επιβατών που εισέρχονται στο όχημα. Για τέτοια συστήματα η κατάλληλη απόσταση είναι 5-10 cm. Μία μεγαλύτερη απόσταση θα δημιουργούσε πρόβλημα σε αυτήν την περίπτωση, διότι θα αναγνωρίζονταν τα εισιτήρια πολλών επιβατών συγχρόνως. Έτσι θα ήταν αδύνατο να αντιστοιχηθεί το κάθε εισιτήριο σε έναν και μόνο επιβάτη (σε συνδυασμό με κάποιο σύστημα ελεγχόμενης εισόδου στο σταθμός/αποβάθρα). Μία άλλη περίπτωση είναι η χρήση στις αυτοκινητοβιομηχανίες. Στην ίδια γραμμή παραγωγής τοποθετούνται διαφορετικά μοντέλα αυτοκινήτων με διαφορετικές διαστάσεις το καθένα. Συνεπώς απαιτείται σχεδιασμός που λαμβάνει υπ όψην του αρκετά μεγάλες διαφορές στην απόσταση ανάμεσα στο Tag και στον Reader (προφανώς τα 5-10 cm του παραπάνω παραδείγματος δεν επαρκούν εδώ). Η απόσταση ανάγνωσης και εγγραφής του χρησιμοποιούμενου συστήματος RFID πρέπει να είναι τουλάχιστον η μέγιστη απόσταση στην οποία θα βρεθεί ένα αυτοκίνητο (ή το σημείο,πάνω στο αυτοκίνητο, στο οποίο τοποθετείται το Tag). Όπως και στην εφαρμογή εισιτηρίων έτσι και εδώ πρέπει να βρίσκεται πάντα ένα μόνο Tag μέσα στην περιοχή ανάγνωσης. Έτσι τα μικροκυματικά συστήματα,που παρέχουν μεγάλη απόσταση και πεδίο κατευθυντικής δέσμης (όπως φαίνεται στην εικόνα 1.6.2) προσφέρουν πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με τα μη κατευθυντικά πεδία των συστημάτων επαγωγικής σύζευξης. Η ταχύτητα με την οποία κινείται το Tag σε σχέση με τον Reader,μαζί με την μέγιστη απόσταση ανάγνωσης, καθορίζουν τη διάρκεια που πρέπει να μείνει το Tag στη ζώνη αναγνώρισης. Για την αναγνώριση κινουμένων αυτοκινήτων (π.χ. εφαρμογή διοδίων) η απαραίτητη απόσταση του συστήματος σχεδιάζεται έτσι ώστε στην μέγιστη ταχύτητα του οχήματος ο χρόνος που αυτό βρίσκεται στη ζώνη αναγνώρισης του Reader να επαρκεί για την μετάδοση των δεδομένων (τουλάχιστον δύο σήματα, ερώτηση από τον Reader και απάντηση από Tag) Ασφάλεια συστημάτων RFID Υπάρχουν θέματα ασφάλειας στην κατασκευή και χρήση συστημάτων RFID που πρέπει να λάβει κάποιος υπ όψη κατά το σχεδιασμό τους. Συνήθως το κίνητρο για τις επιθέσεις παρείσακτων σε τέτοια συστήματα είναι οικονομικό, και για να αναλύσουμε καλύτερα τα είδη των επιθέσεων χωρίζουμε τις εφαρμογές σε δύο είδη: Βιομηχανικές ή «κλειστές» εφαρμογές Δημόσιες εφαρμογές, σχετικές με χρήματα και υλικά αγαθά Θα χρησιμοποιήσουμε δύο παραδείγματα για την επεξήγηση του παράγοντα της ασφάλειας στις δύο αυτές περιπτώσεις

19 Ας θυμηθούμε πάλι το παράδειγμα της γραμμής παραγωγής μίας αυτοκινητοβιομηχανίας, μιας και είναι περίπτωση βιομηχανικής ή «κλειστής» εφαρμογής. Μόνο ένας συγκεκριμένος αριθμός ατόμων έρχεται σε επαφή με το σύστημα RFID, οπότε ο κύκλος των πιθανών εισβολέων είναι σχετικά μικρός. Μία επίθεση στο σύστημα,που θα προκαλέσει αλλαγή των δεδομένων σε κάποιο Tag, μπορεί να επιφέρει σοβαρή δυσλειτουργία στην διαδικασία παραγωγής αλλά τα προσωπικά οφέλη του εισβολέα είναι σχετικά μικρά. Η πιθανότητα εισβολής λοιπόν σε ένα τέτοιο σύστημα είναι σχετικά μικρή έως μηδαμινή. Το δεύτερο μας παράδειγμα ήταν μία εφαρμογή εισιτηρίων,για κάποιο μαζικό μέσο μεταφοράς. Σε ένα τέτοιο σύστημα,οι βασικοί φορείς δεδομένων (Smart Cards) είναι διαθέσιμοι στον καθένα. Συνεπώς ο κύκλος των πιθανών εισβολέων είναι τεράστιος. Μία επιτυχής επίθεση σε ένα τέτοιο σύστημα μπορεί να επιφέρει τεράστια οικονομική ζημία,για παράδειγμα με την μαζική πώληση πλαστών καρτών, καθώς επίσης και στην δημόσια εικόνα της εν λόγω εταιρίας μεταφοράς. Για τέτοιες εφαρμογές είναι απαραίτητο ένα σύστημα με διαδικασίες πιστοποίησης και κρυπτογράφησης. Για εφαρμογές με μεγάλο οικονομικό περιεχόμενο,όπως πιστωτικές κάρτες και εφαρμογές τραπεζών, μόνο Ετικέτες με ενσωματωμένους μικροελεγκτές πρέπει να χρησιμοποιούνται. Αν και αυτή η τεχνολογία είναι σχετικά νέα, έχει ήδη δεχτεί επιθέσεις. Τον Φεβρουάριο του 2006, ο καθ. Adi Shamir, καθηγητής Επιστήμης Ηλεκτρονικών Υπολογιστών στο Ινστιτούτο Weizman, ανέφερε ότι ήταν δυνατό να παρακολουθεί επίπεδα σημάτων σε RFID Tags, με ένα παλμογράφο και μία κατευθυντική κεραία. Σύμφωνα με τον καθ. Shamir, ένα κοινό κινητό τηλέφωνο μπορεί να «επιτεθεί» σε συσκευές RFID σε συγκεκριμένη περιοχή. Προς τα μέσα του 2006, μία ομάδα στο Ελεύθερο Πανεπιστήμιο του Άμστερνταμ δημιούργησε ιούς για RFID συστήματα,γνωστούς ως «σκουλήκια» (worms), για να αποδείξουν το κενό ασφάλειας στην τεχνολογία. Η ομάδα αυτή κατάφερε να τοποθετήσει τον ιό στη μνήμη της Ετικέτας. Όταν αυτή δεχόταν κλήση από την Συσκευή Ανάγνωσης, το λογισμικό επίθεσης μπορούσε να περάσει στο σύστημα υποστήριξης, δηλαδή σε κάποιον υπολογιστή και στη συνέχεια σε κάποιο δίκτυο. Τέλος,λόγω του ότι η τεχνολογία RFID βασίζεται σε ηλεκτρομαγνητικά σήματα, υπάρχει πάντα η πιθανότητα ακούσιων δεκτών. Ακόμα και στα συστήματα χαμηλής συχνότητας,υπάρχει η πιθανότητα το σήμα να φτάνει σε αρκετά μεγαλύτερη απόσταση από αυτή που αναμένεται ή λόγω ανάκλασης να φτάνει σε κάποιο σημείο που δεν έχει ελεγχθεί Μέγεθος Μνήμης Το μέγεθος του ολοκληρωμένου που βρίσκεται πάνω στο Tag, και συνεπώς και η τάξη του κόστους του, εξαρτάται κυρίως από την χωρητικότητα ή το μέγεθος της μνήμης του. Επομένως, Tags απλής εγγραφής,μόνο-ανάγνωσης, χρησιμοποιούνται σε μαζικές εφαρμογές με μικρές απαιτήσεις σε αποθηκεμένα δεδομένα. Ωστόσο, μόνο η ταυτότητα του αντικειμένου είναι δυνατό να αναγνωριστεί σε τέτοιου είδους εφαρμογές

20 Περεταίρω δεδομένα μπορούν να αποθηκευτούν μόνο σε κάποιο σύστημα υποστήριξης, όπως η βάση δεδομένων ενός υπολογιστή. Μνήμες EEPROM είναι αυτές που απαντώνται σε τέτοιου είδους εφαρμογές, με χωρητικότητες από 16 bytes έως και 8 Kbytes. Οι μνήμες SRAM, τοποθετούνται σε συσκευές με κάποια πηγή ενέργειας και χρησιμοποιούνται σε μικροκυματικά συστήματα κυρίως. Οι χωρητικότητες τους κυμαίνονται από 256 bytes έως 64 Kbytes. 1.7 Μερικά Ιστορικά στοιχεία. Όπως και στα περισσότερα τεχνολογικά επιτεύγματα, έτσι και στην τεχνολογία RFID, ισχύει ότι η αν και η αποτυχία είναι ορφανή, η επιτυχία έχει πολλούς γονείς. Δεν υπάρχει ξεκάθαρη ιστορική πορεία,στην ανάπτυξη των τεχνολογιών Auto-ID, αλλά κάποια συνοπτικά ιστορικά στοιχεία είναι πολύ ενδιαφέροντα, αν όχι απαραίτητα. Μία πρώιμη, ίσως και η πρώτη, απόπειρα μελέτης της γνωστής σε εμάς ως τεχνολογίας RFID, είναι η εργασία του Harry Stockman, Communication by Means of Reflected Power (Επικοινωνία μέσω Ανακλώμενης Ισχύος), τον Οκτώβριο του Ο Stockman ανέφερε τότε ότι «Προφανώς, χρειάζεται αξιοσημείωτη έρευνα και ανάπτυξη για λυθούν τα προβλήματα στην Επικοινωνία Ανακλώμενης Ισχύος, και να προταθούν κάποιες πρακτικές εφαρμογές». Είναι γνωστό πλέον, ότι απαιτούνταν άλλες τεχνολογικές προϋποθέσεις, που άλλωστε επακολούθησαν, όπως το τρανζίστορ, τα ολοκληρωμένα κυκλώματα, οι μικροεπεξεργαστές και τα δίκτυα επικοινωνιών. Παρόλαυτα, κατά τον Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο, είχε αναπτυχθεί ένα σύστημα αναγνώρισης εχθρικών ή φιλικών αεροσκαφών,γνωστό ως Identification Friend or Foe (IFF). Η βασική αρχή αυτού του συστήματος ήταν η ίδια με οποιαδήποτε τεχνολογία Auto-ID. Ένα κωδικοποιημένο σήμα «ερώτησης» στέλνονταν από κάποιο αεροσκάφος σε συγκεκριμένη συχνότητα. Το αντίστοιχο Tag λάμβανε,αποκωδικοποιούσε το σήμα αυτό και κατόπιν απαντούσε με μία επίσης κωδικοποιημένη πληροφορία. Με αυτόν τον τρόπο αναγνωρίζονταν τα εχθρικά ή φιλικά αεροσκάφη, σε αποστάσεις ή συνθήκες που δεν ήταν δυνατή η οπτική αναγνώριση. Υπήρχε ακόμη και η δυνατότητα να προστεθούν κάποιες πληροφορίες στο σήμα από τον πιλότο. Αυτό το σύστημα, στην βασική αρχή του, χρησιμοποιείται και σήμερα με την ίδια ονομασία (IFF) αν και δεν χρησιμοποιείται απαραίτητα σε πολεμικές εφαρμογές. Η δεκαετία του 1960 αποτέλεσε τον τεχνολογικό πρόλογο στην έκρηξη των RFID τεχνολογιών που ακολούθησαν. Ο R. F. Harrington μελέτησε την ηλεκτρομαγνητική θεωρία πίσω από αυτήν την τεχνολογία στην εργασία του Field measurements using active scatterers (Μετρήσεις πεδίων χρησιμοποιώντας ενεργούς διασκορπιστές) και Theory of loaded scatteres (Θεωρία φορτισμένων διασκορπιστών) κατά τα 1963 και Πολλοί δούλευαν σε εφευρέσεις σχετικές με RFID τεχνολογία όπως ο Robert Richardson στο Remotely activated radio frequency powered devices (Συσκευές ενεργοποιημένες από απόσταση χρησιμοποιώντας ραδιοσυχνότητες) το 1963, ο Otto Rittenback στο Communication by radar

21 means (Επικοινωνία μέσω radar) το 1969, ο J. H. Vogelman στο Passive data transmission techniques utilizing radar beams (Μέθοδοι παθητικής μετάδοσης δεδομένων με δέσμες radar) το 1968 και ο J. P. Vinding Interrogator - Responder Identification system (Σύστημα Αναγνώρισης Ανακρίνοντος Αποκρινόμενης συσκευής) το Αναλυτικές Αρχές Λειτουργίας. Σε αυτό το κεφάλαιο θα αναλύσουμε τον τρόπο λειτουργίας των διαφόρων κατηγοριών της τεχνολογίας Ασύρματης Αναγνώρισης με Ραδιοκύματα (RFID). Συγκεκριμένα, θα περιγράψουμε την βασική αλληλεπίδραση ανάμεσα στην Ετικέτα (Tag) και στην Συσκευή ανάγνωσης (Reader), δηλαδή τον τρόπο τροφοδότησης της Ετικέτας με ενέργεια και την διαδικασία μεταφοράς δεδομένων. 2.1 Ετικέτες 1-bit. Θα αναφέρουμε λίγα στοιχεία μόνο για αυτό το είδος των Ετικετών, διότι δεν θα μας απασχολήσουν στη συνέχεια, αλλά αποτελούν το πιο απλό παράδειγμα. Το ένα bit είναι η πιο μικρή ποσότητα ψηφιακής πληροφορίας και λόγω αυτού, τα συστήματα 1- bit, αναγνωρίζουν μόνο δύο καταστάσεις. Αυτές είναι οι «Tag εντός πεδίου» και «Κανένα Tag εντός πεδίου». Παρόλαυτά αυτές οι ετικέτες είναι πολύ διαδεδομένες λόγω της χρήσης του σε συστήματα κατά της κλοπής αντικειμένων. Το σύστημα αποτελείται από την κεραία του Reader (συνήθως στην έξοδο του μαγαζιού), το ίδιο το Tag (πάνω στο προϊόν) και μία συσκευή απενεργοποίησης (που είναι επίσης ένας Reader). Η διαδικασία ραδιοσυχνοτήτων (RF) βασίζεται σε ένα απλό κύκλωμα συντονισμού LC, ρυθμισμένο σε μία συχνότητα f R. Πρώιμες εκδόσεις περιείχαν επαγωγικές αντιστάσεις από τυλιγμένο επισμαλτωμένο χάλκινο σύρμα, με ένα συγκολλημένο πυκνωτή, μέσα σε πλαστικό περίβλημα. Σύγχρονες εκδόσεις αποτελούνται από χαραγμένα πηνία ανάμεσα σε ελάσματα,σε μορφή αυτοκόλλητων ετικετών

22 2.2 Διαδικασίες Full και Half Duplex Σε αντίθεση με τα Tags 1- bit, τα οποία εκμεταλλεύονται απλά φυσικά φαινόμενα (διαδικασίες διέγερσης κάποιας ταλάντωσης ή τη μη γραμμική καμπύλη υστέρησης των μετάλλων), τα Tags που περιγράφονται σε αυτό και στα επόμενα κεφάλαια, κάνουν χρήση κάποιου μικροτσίπ, ως μέσο αποθήκευσης της πληροφορίας. Η διαδικασία επικοινωνίας ανάμεσα στον Reader και στο Tag γίνεται με δύο βασικούς τρόπους: full half και duplex διαδικασίες,που περιγράφονται σε αυτό το κεφάλαιο, ή ακολουθιακές διαδικασίες (sequential), που περιγράφονται στα επόμενα. Στην διαδικασία half duplex (HDX) η μεταφορά δεδομένων από την ετικέτα στη συσκευή ανάγνωσης γίνεται εναλλάξ με την μεταφορά από τη συσκευή στην ετικέτα. Σε χαμηλές συχνότητες (κάτω από 30 MHz) αυτό γίνεται συνήθως με διαμόρφωση φορτίου,είτε με είτε χωρίς φέρον σήμα, μία διαδικασία που περιλαμβάνει σχετικά απλές κυκλωματικές διατάξεις. Αυτές οι διαδικασίες επιδρούν άμεσα στο μαγνητικό ή ηλεκτρομαγνητικό πεδίο που παράγεται από τον Reader και αποκαλούνται αρμονικές διαδικασίες. Στην διαδικασία full duplex (FDX) η μεταφορά δεδομένων από την ετικέτα στη συσκευή ανάγνωσης γίνεται μαζί με την μεταφορά από τη συσκευή στην ετικέτα. Περιλαμβάνονται διαδικασίες που τα δεδομένα εκπέμπονται από το Tag σε κάποιο κλάσμα της συχνότητας εκπομπής του Reader (υποαρμονικές συχνότητες),ή σε κάποια τελείως διαφορετική συχνότητα (μη αρμονικές συχνότητες). Παρόλαυτά, και οι δύο αυτές διαδικασίες έχουν το κοινό ότι η μεταφορά ενέργειας από τον Reader στο Tag είναι συνεχής, δηλαδή ανεξάρτητη από την κατεύθυνση εκπομπής των δεδομένων. Στα

23 ακολουθιακά συστήματα (Sequential), αντιθέτως, η μεταφορά ενέργειας από την συσκευή ανάγνωσης προς την ετικέτα γίνεται για περιορισμένη χρονική περίοδο (παλμική λειτουργία παλμικά συστήματα). Η μεταφορά δεδομένων από το Tag στον Reader συμβαίνει στις παύσεις ανάμεσα στις περιόδους μεταφοράς ενέργειας. Στην παρακάτω εικόνα βλέπουμε μία γραφική αναπαράσταση των διαδικασιών full duplex, half duplex και των ακολουθιακών. Δυστυχώς, στα περισσότερα βιβλία σχετικά με RFID, δεν υπάρχει μία συγκεκριμένη ονοματολογία για την διαφοροποίηση αυτών των συστημάτων. Αντιθέτως επικρατεί μία σύγχυση και μία αντιφατική κατάταξη μεμονωμένων συστημάτων σε διαδικασιών full και half duplex. Έτσι, τα παλμικά συστήματα συνήθως αποκαλούνται half duplex συστήματα κάτι που είναι σωστό αν λάβουμε υπόψη μας μόνο τη μεταφορά δεδομένων (όπως φαίνεται και στην εικόνα) και όλα τα μη παλμικά συστήματα αποκαλούνται,λανθασμένα, full duplex. Παρακάτω θα αποκαλούμε όλα τα παλμικά συστήματα, ακολουθιακά (Sequential). Αναπαράσταση των διαδικασιών full duplex, half duplex και των ακολουθιακών διαδικασιών. Η μεταφορά δεδομένων από τον Reader στο Tag ονομάζεται downlink, ενώ η μεταφορά από το Tag στον Reader ονομάζεται uplink Επαγωγική σύζευξη Τροφοδοσία σε Παθητικές Ετικέτες (Passive Tags) Μία ετικέτα επαγωγικής σύζευξης αποτελείται από μία ηλεκτρονική συσκευή αποθήκευσης δεδομένων, συνήθως ένα απλό microchip, και ένα πηνίο του οποίου οι σπείρες καλύπτουν μεγάλη περιοχή και λειτουργεί ως κεραία. Αυτά τα επαγωγικά Tags λειτουργούν σχεδόν πάντα ως παθητικά, δηλαδή όλη η ενέργεια που χρειάζεται για την λειτουργία τους παρέχεται

24 από τον Reader. Για αυτόν τον λόγο, το πηνίο της κεραίας του Reader παράγει ένα ισχυρό ηλεκτρομαγνητικό πεδίο υψηλής συχνότητας, το οποίο διατρυπά την διατομή του πηνίου του Tag και την περιοχή γύρω από αυτό (Εικόνα 2.2.1). Λόγω του ότι το μήκος κύματος του πεδίου συχνοτήτων που χρησιμοποιείται ( <135kHz: 2400m, 13.56MHz: 22.1m) είναι πολλές φορές μεγαλύτερο από την απόσταση ανάμεσα στον Reader και στο Tag, το ηλεκτρομαγνητική πεδίο μπορεί να θεωρηθεί σαν απλό μαγνητικό εναλλασσόμενο πεδίο, μέσα σε αυτήν την περιοχή. Ένα μικρό μέρος του εκπεμπομένου πεδίου διαπερνά το πηνίο της ετικέτας, η οποία βρίσκεται σε κάποια απόσταση από την συσκευή ανάγνωσης. Μία τάση U i εμφανίζεται δια επαγωγής, στις σπείρες της κεραίας του Tag. Αυτή η τάση ρυθμίζεται και αποτελεί την τροφοδοσία της ηλεκτρονικής συσκευής αποθήκευσης δεδομένων (microchip). Ένας πυκνωτής C r συνδέεται παράλληλα με το πηνίο της κεραίας του Reader, η χωρητικότητα του οποίου επιλέγεται τέτοια ώστε λειτουργεί μαζί με την επαγωγή του πηνίο της κεραίας του Tag, δημιουργώντας ένα κύκλωμα συντονισμένο, με συχνότητα συντονισμού που αντιστοιχεί στην συχνότητα εκπομπής του Reader. Το πηνίο της κεραίας της ετικέτας και ο πυκνωτής C 1 αποτελούν ένα κύκλωμα συντονισμού στην συχνότητα του Reader. Η τάση U στο Tag φτάνει στο μέγιστο, λόγω του συντονισμού στο κύκλωμα. Η διάταξη των δύο αυτών πηνίων μπορεί να θεωρηθεί σαν μετασχηματιστής (συζευγμένα πηνία), όπου υπάρχει πολύ μικρός συντελεστής αλληλεπαγωγής. Η αποτελεσματικότητα της μεταφοράς ενέργειας ανάμεσα στα πηνία του Tag και του Reader είναι ανάλογη της συχνότητας λειτουργίας f, του αριθμού των σπειρών n, της περιοχής που περικλείει το πηνίο του Tag, της σχετικής γωνίας των δύο πηνίων και της απόστασης μεταξύ τους. Όσο αυξάνεται η συχνότητα, η απαιτούμενη επαγωγή από το πηνίο της ετικέτας (και συνεπώς και ο αριθμός των σπειρών) μειώνεται (στα 135kHz τυπικά έχουμε σπείρες ενώ στα 13.56MHz

25 3-10 σπείρες). Λόγω του ότι η τάση που εφαρμόζεται στο Tag είναι ακόμη ανάλογη της συχνότητας f, ο μειωμένος αριθμός των σπειρών δεν επηρεάζει ουσιαστικά την απόδοση της τροφοδοσίας. Βλέπουμε στην εικόνα ένα Tag τέτοιου είδους Μεταφορά δεδομένων από την Ετικέτα στη Συσκευή Ανάγνωσης. Διαμόρφωση Φορτίου. Όπως περιγράψαμε παραπάνω, τα συστήματα επαγωγικού τύπου βασίζονται σε μία μορφή μετασχηματιστή συζευγμένων πηνίων. Αυτό ισχύει όταν η απόσταση της Ετικέτας και της Συσκευής Ανάγνωσης είναι σχετικά μικρή, έτσι ώστε η Ετικέτα να βρίσκεται στο κοντινό πεδίο στην κεραίας εκπομπής. Εάν ένα συντονισμένο Tag (δηλαδή ένα Tag με συχνότητα συντονισμού που αντιστοιχεί στην συχνότητα εκπομπής του Reader) βρεθεί στο εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο της κεραίας του Reader το Tag απορροφά ενέργεια από το πεδίο αυτό. Η προκύπτουσα ανάδραση του συντονισμένου Tag στην κεραία του Reader μπορεί να εκφραστεί σαν εμπέδηση Z T στο πηνίο της κεραίας του Reader. Ανοιγοκλείνοντας έτσι έναν αντιστάτη συνδεδεμένο στην κεραία του συντονισμένου Tag, προκαλούμε αλλαγές στην εμπέδηση Z T και έτσι αλλαγές της τάσης στην κεραία του Reader. Αυτό λειτουργεί σαν διαμόρφωση πλάτους της τάσης U L στο πηνίο της κεραίας του Reader από το απομακρυσμένο Tag. Αν ο χρονισμός σύμφωνα με τον οποίο ανοιγοκλείνουμε αυτήν την αντίσταση ελέγχεται από τα δεδομένα που περιέχονται στο Tag, αυτά τα δεδομένα μπορούν να μεταφερθούν από το Tag στον Reader. Αυτού του είδους η μεταφορά δεδομένων αποκαλείται διαμόρφωση φορτίου. Για να αναμορφώσουμε τα δεδομένα στον Reader, η τάση που εφαρμόζεται στην κεραία του, διορθώνεται κατάλληλα. Ουσιαστικά δηλαδή, αποδιαμορφώνουμε ένα σήμα διαμορφωμένο κατά πλάτος. Παρακάτω βλέπουμε ένα παράδειγμα αυτού του κυκλώματος διόρθωσης, και ενός ολοκληρωμένου κυκλώματος Reader. Παράδειγμα διόρθωσης της Τάσης στο πηνίο της κεραίας του Reader

26 Η Μονάδα Ανάγνωσης (Reader) χαμηλού κόστους IC U2270B αντιπροσωπεύει ένα υψηλά ολοκληρωμένο κύκλωμα. Η μονάδα ελέγχου αποτελείται από έναν μικροεπεξεργαστή (TEMIC Semiconductor GmbH, Heilbronn) Διαμόρφωση Φορτίου με Υπο-Φέρον. Λόγω της ασθενούς σύζευξης μεταξύ της κεραίας της Ετικέτας και της Συσκευής Ανάγνωσης, οι διακυμάνσεις της τάσης στην κεραία της Συσκευής Ανάγνωσης που αποτελούν το ωφέλιμο σήμα είναι τάξεις μεγέθους μικρότερες από την τάση εξόδου της Ετικέτας. Πρακτικά, για ένα σύστημα σαν της εφαρμογής μας (των MHz), δοθέντος μίας τάσης 100V στην κεραία, μπορεί να αναμένεται ένα σήμα της τάξης των 10mV (=80dB λόγος σήματος προς θόρυβο). Η αναγνώριση αυτών των μικρών αλλαγών στην τάση απαιτεί πολύπλοκα κυκλώματα, για αυτό χρησιμοποιούνται οι πλευρικές μπάντες συχνοτήτων που δημιουργούνται από την διαμόρφωση πλάτους. Εάν ο επιπρόσθετος αντιστάτης στην Ετικέτα ανοιγοκλείνει σε μία πολύ υψηλή βασική συχνότητα f s, τότε δημιουργούνται δύο φασματικές γραμμές σε απόσταση +f s και -f s γύρω από την συχνότητα εκπομπής της Συσκευής Ανάγνωσης f READER, και ακτές μπορούν να αναγνωριστούν εύκολα (παρολαυτά η f s πρέπει να είναι μικρότερη από την f READER ). Αυτή η νέα βασική συχνότητα ονομάζεται συνήθως Υπο-Φέρον σήμα. Η μεταφορά δεδομένων είναι κατά ASK, FSK ή PSK διαμορφώσεις του υπο-φέροντος σήματος,χρονισμένες με την ροή των δεδομένων. Αυτό αντιπροσωπεύει μία διαμόρφωση πλάτους του υπο-φέροντος. Η Διαμόρφωση Φορτίου Υπο-Φέρον σήμα, δημιουργεί δύο πλευρικές μπάντες συχνοτήτων στην κεραία της Συσκευής Ανάγνωσης, στην απόσταση του Υπο- Φέροντος Σήματος, όπως φαίνεται στο παραπάνω σήμα. Αυτές οι μπάντες

27 μπορούν να διαχωριστούν από το σημαντικά ισχυρότερο σήμα της Συσκευής Ανάγνωσης με ζωνοπερατό φιλτράρισμα σε μία από της συχνότητες f READER +f s και f READER -f s. Αφού ενισχυθεί το σήμα του φέροντος,είναι εύκολη η διαδικασία απόδιαμόρφωσής του. Λόγω του μεγάλου εύρους ζώνης που απαιτείται για την μετάδοση του υπο-φέροντως, αυτή η διαδικασία μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο στις περιοχές συχνοτήτων ISM που αυτό επιτρέπεται, δηλαδή στις 6.78MHz, 13.56MHz και MHz. Παράδειγμα κυκλώματος -Διαμόρφωση Φορτίου με Υπο-Φέρον. Στο παρακάτω σχήμα βλέπουμε ένα παράδειγμα κυκλώματος ενός Tag το οποίο χρησιμοποιεί διαμόρφωση φορτίου με υπο-φέρον σήμα. Το κύκλωμα έχει σχεδιαστεί για συχνότητα λειτουργίας 13.56MHz και παράγει ένα φέρον σήμα των 212kHz. Η τάση που προκαλείται στο πηνίο της κεραίας L1 από το μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο του Reader διορθώνεται από την γέφυρα (D1-D4) και μετά από επιπλέον εξομάλυνση (C1), γίνεται διαθέσιμη στο κύκλωμα σαν τάση τροφοδοσίας. Ο παράλληλος ρυθμιστής (ZD 5V6), αποτρέπει την τάση τροφοδοσίας από το να αυξηθεί ανεξέλεγκτα όταν το Tag πλησιάσει πολύ στον Reader. Μέρος της τάσης υψηλής συχνότητας στην κεραία (13.56MHz) μεταφέρεται στην είσοδο ρολογιού χρονισμού του διαιρέτη συχνοτήτων (CLK) μέσω του προστατευτικού αντιστάτη (R1) και προμηθεύει το Tag με την βασική μορφή για την παραγωγή του εσωτερικού σήματος χρονισμού. Μετά την διαίρεση με 2 6 (=64) παράγεται ένα υπο-φέρον σήμα χρονισμού των 212kHz που είναι διαθέσιμο στην έξοδο Q7. Αυτό το σήμα, ελεγχόμενο από μία σειριακή ροή δεδομένων στην είσοδο (Δεδομένα), προωθείται στον διακόπτη (T1). Εάν υπάρχει λογικό «1» στην είσοδο δεδομένων,τότε περνά το σήμα χρονισμού στον διακόπτη (T1). Η αντίσταση φορτίου (R2) διακόπτεται έτσι, ανάλογα με την συχνότητα του υπο-φέροντος σήματος. Διαδικασία Αρμονικών Συχνοτήτων. Οι αρμονικές συχνότητες μίας ημιτονικής τάσης Α με συγκεκριμένη συχνότητα f A είναι μία ημιτονική τάση Β, της οποίας η συχνότητα f B είναι ακέραιοι λόγοι της συχνότητας f A.Οι αρμονικές λοιπόν της f A είναι οι συχνότητες f A /2, f A /3, f A /4, Στην διαδικασία μεταφοράς με Αρμονικές συχνότητες, μία δεύτερη συχνότητα f B,παράγεται με ψηφιακή διαίρεση της συχνότητας εκπομπής f A του Reader. Το σήμα f B του ψηφιακού διαιρέτη μπορεί πλέον να

28 διαμορφωθεί με την ροή δεδομένων του Tag. Το διαμορφωμένο πλέον σήμα τροφοδοτείται πίσω στην κεραία του Tag μέσω του οδηγού εξόδου. Μία συνήθης συχνότητα λειτουργίας για τέτοια συστήματα είναι τα 128 khz.αυτό δίνει σαν αποτέλεσμα μία συχνότητα «απάντησης» στο Tag τα 64 khz. Η κεραία του Tag αποτελείται από ένα πηνίο με μία κεντρική επαφή, όπου η παροχή ισχύος φαίνεται στην μία άκρη. Το σήμα επιστροφής («απάντησης») του Tag τροφοδοτείται στην δεύτερη επαφή του πηνίου, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Βασικό κύκλωμα Ετικέτας (Tag) που λειτουργεί με την μέθοδο των Αρμονικών Συχνοτήτων. Το λαμβανόμενο σήμα χρονισμού χωρίζεται σε δύο μέρη, τα δεδομένα διαμορφώνονται και τροφοδοτούνται στο πηνίο του Tag μέσω μίας επαφής Ηλεκτρομαγνητική Σύζευξη Επανασκέδασης (BackScatter) Τροφοδοσία στην Ετικέτα (Tag) Τα συστήματα RFID στα οποία η απόσταση ανάμεσα στο Tag και στον Reader είναι μεγαλύτερη του ενός μέτρου, λέγονται συστήματα μακρινών αποστάσεων. Αυτά τα συστήματα συνήθως λειτουργούν στις UHF συχνότητες των 878 MHz (Ευρώπη), 915 MHz (Αμερική), και στις μικροκυματικές συχνότητες των 2.5 GHz και 5.8 GHZ. Τα μικρά μήκη κύματος αυτών των περιοχών συχνοτήτων διευκολύνουν την κατασκευή κεραιών με πολύ μικρότερες διαστάσεις και μεγαλύτερη αποδοτικότητα, από ότι παρατηρούμε στις συχνότητες κάτω των 30 MHz. Για να μπορέσουμε να υπολογίσουμε με κάποια ακρίβεια την διαθέσιμη ενέργεια λειτουργίας στο Tag, πρώτα υπολογίζουμε την απώλεια από την κάλυψη ελεύθερου χώρου α F (free space path loss) σε σχέση με την απόσταση r ανάμεσα στην κεραία του Tag και στην κεραία του Reader, το κέρδος G T και G R των κεραιών του Tag και του Reader, και επιπλέον την συχνότητα μετάδοσης f του Reader: α F = log(r) + 20log(f) 10log(G T ) - 10log(G R ) H απώλεια από την κάλυψη ελεύθερου χώρου, είναι ένα μέτρο σύγκρισης της ισχύς,που εκπέμπεται από τον Reader στον ελεύθερο χώρο, και της ισχύς που λαμβάνεται από το Tag

29 Χρησιμοποιώντας τεχνολογία ημιαγωγών χαμηλής κατανάλωσης, μπορούν να κατασκευαστούν chip με μέγιστη κατανάλωση ισχύς τα 5μW. Η αποδοτικότητα ενός ολοκληρωμένου ανορθωτή μπορεί να υποτεθεί γύρω στο 5-25% στην περιοχή των UHF και των μικροκυμάτων. Δοσμένης μίας αποδοτικότητας 10% λοιπόν, απαιτούμε ισχύ εισόδου P e = 50μW στον τερματισμό της κεραίας του Tag, για την λειτουργία του chip του. Αυτό σημαίνει ότι όταν η ισχύ εκπομπής στον Reader είναι P s = 0.5 W h απώλεια από την κάλυψη ελεύθερου χώρου πρέπει να ξεπερνά τα 40dB (P s /P e = 10000/1) εάν θέλουμε να φτάσει αρκετή ενέργεια στην κεραία του Tag. Στον παρακάτω πίνακα βλέπουμε ότι σε μία συχνότητα εκπομπής 868MHz μία απόσταση λίγο μεγαλύτερη των 3 μέτρων μπορεί να είναι δυνατή ενώ στα 2.45GHz μπορούμε να επιτύχουμε κάτι περισσότερο από 1 μέτρο. Αυτές οι αποστάσεις έχουν άμεση σχέση με την κατανάλωση ενέργειας στο chip του Tag, και μία μεγαλύτερη κατανάλωση θα τις μείωνε αισθητά. Απόσταση 868MHz 915MHz 2.45GHz 0.3 m 18.6 db 19.0 db 27.6 db 1 m 29.0 db 29.5 db 38.0 db 3 m 38.6 db 39.0 db 47.6 db 10 m 49.0 db 49.5 db 58.0 db Για να επιτύχουμε μεγάλες αποστάσεις, της τάξης των 15 μέτρων, ή για να λειτουργήσουν Tags με μεγαλύτερη κατανάλωση ενέργειας σε αποδεκτές αποστάσεις,τα Tags επανασκέδασης πολλές φορές φέρουν την δική τους εφεδρική πηγή ενέργειας (active Tags), δηλαδή μια μπαταρία. Για να αποφύγουν την άσκοπη χρήση της μπαταρίας, τα ολοκληρωμένα των Tags έχουν ένα σύστημα αναμονής ή «χαμηλής κατανάλωσης». Εάν ο Reader βρίσκεται έξω από την ενεργή απόσταση του Tag, τότε αυτό αυτόματα αλλάζει κατάσταση και μπαίνει σε χαμηλή κατανάλωση. Σε αυτή την κατάσταση η κατανάλωση είναι το πολύ μερικά μampere. Το chip δεν επανενεργοποιείται εάν δεν λάβει ένα αρκετά ισχυρό σήμα στην κεραία του, οπότε και μπαίνει πάλι στην κανονική κατάσταση λειτουργίας. Παρολαυτά, είναι σημαντικό να υπενθυμίσουμε ότι η μπαταρία του Tag ποτέ δεν προμηθεύει την ενεργεία για την μεταφορά των δεδομένων αλλά μόνο για την ενεργοποίηση και την λειτουργία του chip. Η διαβίβαση των δεδομένων μεταξύ του Tag και του Reader γίνεται αποκλειστικά με την ενέργεια που μεταβιβάζεται μέσω του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου που παράγεται από τον Reader Μεταφορά Δεδομένων στον Reader Διαμορφωμένος Παλμός Ανάκλασης. Ξέρουμε από την θεωρία της τεχνολογίας των Ραδιοεντοπιστών (RADAR) ότι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα ανακλώνται από σώματα με διαστάσεις μεγαλύτερες από το μισό περίπου του μήκους κύματός τους. Η επιτυχία με την οποία ανακλώνται αυτά τα κύματα είναι σχετική με την απόδοση ανάκλασης τους. Τα αντικείμενα που είναι σε συντονισμό με το μέτωπο του κύματος που τα συναντά, όπως στην περίπτωση των κεραιών κατάλληλης συχνότητας για παράδειγμα, έχουν αρκετά μεγάλη απόδοση ανάκλασης