ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ ΚΑΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ ΚΑΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Θέμα: «Αναγνώριση ασθενή μέσω RFID και πρόσβαση στον ιατρικό φάκελο μέσω συσκευής PDA με τη χρήση Web Services» Γκέγκας Στυλιανός ΑΕΜ:4927 Επιβλέπων: καθηγητής Σεργιάδης Γεώργιος Θεσσαλονίκη, Οκτώβριος

2 Περιεχόμενα Περιεχόμενα Eiσαγωγή Η Τεχνολογία RFID Eiσαγωγή Τεχνικά Χαρακτηριστικά Παθητικές και ενεργές rfid ετικέτες Κλάσεις ετικετών Συχνότητα λειτουργίας RFID Μνήμη RFID ετικετών RFID αναγνώστες (readers) Τυποποίηση των RFID RFID Εφαρμογές Γενικά Eφαρμογές RFID σε περιβάλλον νοσοκομείου Ταυτοποίηση ασθενούς πριν το χειρουργείο και... έλεγχος τήρησης των απαιτούμενων διαδικασιών Αντιστοίχηση μητέρας-νεογέννητου Αποτροπή μη εξουσιοδοτημένης εισόδου σε... χώρους του νοσοκομείου και περιορισμόςασθενών Εντοπισμός ιατρικών μηχανημάτων και εξαρτημάτων Παρακολούθηση αποθέματος και ημερομηνίας λήξης... φαρμάκων Η Τεχνολογία των Web Services Τι είναι τα web services Αρχιτεκτονική των web services Βασικές οντότητες και λειτουργίες H στοίβα πρωτοκόλλων Tο πρωτόκολλο SOAP Η γλώσσα WSDL Αναγνώριση ασθενή μέσω RFID και πρόσβαση στον ιατρικό φάκελο μέσω συσκευής PDA με τη χρήση Web Services

3 4.1 Γενική περιγραφή του συστήματος Υλοποίηση Oργάνωση του συστήματος O server RFID ετικέτες και αναγνώστης Serial to Bluetooth converter..., Βάση δεδομένων ιατρικός φάκελος Υλοποίηση του web service Εργαλεία που χρησιμοποιήθηκαν Μέδοθοι του web service H φορητή συσκευή PDA Η εφαρμογή Εργαλεία που χρησιμοποιήθηκαν Παρουσίαση του γραφικού περιβάλλοντος Τρόπος λειτουργίας Συμπεράσματα...69 Βιβλιογραφία...70 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α. Δημιουργία της βάσης δεδομένων...71 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Β. To WSDL αρχείο του web service

4 1. Εισαγωγή Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η δημιουργία συστήματος ταυτοποίησης ασθενούς κάνοντας χρήση της τεχνολογίας RFID, σε συνδυασμό με την διαχείρηση του ψηφιακού ιατρικού φακέλου του μέσω φορητής συσκευής PDA αξιοποιώντας την τεχνολογία των web services. Σκοπός του εγχειρήματος είναι η αποφυγή ιατρικών λαθών που σχετίζονται με την εσφαλμένη αναγνώριση του ασθενούς και την παράβλεψη κρίσιμων ιατρικών πληροφοριών, αλλά και η γρηγορότερη και ευκολότερη πρόσβαση του ιατρικού προσωπικού στον ιατρικό φάκελο. Το σύστημα που αναπτύχθηκε στα πλαίσια της εργασίας είναι κατανεμημένης αρχιτεκτονικής, βασίζεται στο μοντέλο server-client, και για την υλοποίησή του εγίνε χρήση διαφορετικών τεχνολογιών,τόσο από άποψη hardware όσο και software, οι οποίες περιγραφόνται αναλυτικά στα κεφάλαια που ακολουθούν. 4

5 2. Η τεχνολογία RFID 2.1 Εισαγωγή Ο όρος RFID ( Radio Frequency Identification ) αναφέρεται στη χρήση ραδιοκυμάτων για την ταυτοποίηση προσώπων, αντικειμένων ή ζώων. Τα θεμελιώδη στοιχεία ενός RFID συστήματος είναι: Η RFID ετικέτα ( transponder ή tag ), συσκευή που τοποθετείται στο προς ταυτοποίηση αντικείμενο και φέρει ένα μοναδικό σειριακό αριθμό και αρκετές φορές επιπλέον πληροροφίες. O RFID αναγνώστης ( interrogator ή reader ), συσκευή που έχει τη δυνατότητα να αναγνωρίζει τις ετικέτες που βρίσκονται στην εμβέλειά του και να διαβάζει το περιεχόμενό τους. Το ενδιάμεσο λογισμικό (middleware),που ελέχγει τη λειτουργία του αναγνώστη και αξιοποιεί τα δεδομένα που αυτός παρέχει. Είναι εγκατεστημένο στο host system,το οποίο μπορεί να είναι κάποιος μικρο-ελεγκτής (microcontroller) ή οποιδήποτε υπολογιστικό σύστημα. Εικόνα 1. Τα βασικά στοιχεία ενός RFID συστήματος Τα πρώτα RFID συστήματα κατά το αναπτύχθηκαν κατά δεύτερο παγκόσμιο πόλεμο και χρησιμοποιήθηκαν παράλληλα με τα radar για την αναγνώριση φιλικών αεροσκαφών που φέραν ανάλογες ετικέτες. Η πρόοδος των RFID συνεχίστηκε κατα τις δεκαετιές 50 και 60 όπου έγιναν έρευνες για να αποδειχτεί ότι η RF ακτινοβολία ήταν δυνατόν να χρησιμοποιηθεί για την αναγνώριση αντικειμένων απο απόσταση. Λίγο μετά άρχισε και η εμπορική χρήση τους, όταν αναπτύχθηκαν συστήματα «ηλεκτρονικής παρακολούθησης αντικειμένων» (electronic article surveillance, EAS) σε καταστήματα για την 5

6 αποτροπή κλοπής των εμπορευμάτων. Τα συστήματα αυτά χρησιμοποιούσαν ετικέτες με πληροφορία ενός μόνο bit,που αρκούσε για την ανίχνευση προϊόντων τα οποία δεν είχαν πληρωθεί, και ήταν η πρώτη εφαρμογή ευρείας χρήσης της τεχνολογίας RFID. Στα επόμενα χρόνια οι συνεχείς έρευνες οδηγούσαν στην εξέλιξη αυτής της σχετικά νέας τεχνολογίας ενώ ταυτόχρονα αυξανόταν ο αριθμός των εταιριών και των ιδρυμάτων που ασχολούταν με τη μελέτη και την υλοποίηση ανάλογων εφαρμογών, όπως αναγνώριση οχημάτων και ζώων, παρακολούθηση της αλυσίδας παραγωγής σε εργοστάσια, αυτόματη πληρωμή διοδίων και πολλά άλλα. Σήμερα η τεχνολογία RFID εφαρμόζεται σε μεγαλύτερη κλίμακα και σε ακόμη περισσότερους τομείς, με χαρακτηριστικά παραδείγματα την αίτηση απο το Wal-Mart προς τους 100 κυριότερους προμηθευτές του να τοποθετούν rfid ετικέτες στις παλλέτες τον προϊόντων που το εφοδιάζουν, την προτροπή του οργανισμού για τη διαχείρηση τροφίμων και φαρμάκων των ΗΠΑ (FDA) προς της φαρμακοβιομηχανίες να τοποθετούν ετικέτες στα φάρμακα προς αποφυγή πλαστογράφησής τους, αλλά και τα νέου τύπου διαβατήρια που εφοδιάζονται με rfid ετικέτες στις οποίες αποθηκέυονται πληροφορίες σχετικές με τον κάτοχό τους. 2.2 Τεχνικά χαρακτηριστικά Σε γενικές γραμμές η rfid ετικέτα αποτελείται απο ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα στο οποίο αποθηκεύονται οι πληροφορίες και γίνεται η διαμόρφωση και αποδιαμόρφωση του σήματος, και από την κεραία η οποία λαμβάνει και εκπέμπει το σήμα. Το ολοκληρωμένο κύκλωμα και η κεραία τοποθετούνται σε συσκευασία,συνήθως απο γυαλί ή πλαστικό. Όταν η ετικέτα βρεθεί στην εμβέλεια του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου του αναγνώστη λαμβάνει το σήμα του και απαντά επιστρέφοντας τις αποθηκευμένες πληροφορίες. Οι ετικέτες κατατάσσονται σε διάφορες κατηγοριές με βάση τη χωρητικότητα, τη συχνότητα λειτουργίας,τον τρόπο κωδικοποίησης του σήματος και των δεδομένων και την εμβέλεια τους. Το κυριότερο όμως χαρακτηριστικό που τις 6

7 διαφοροποιεί είναι ο τρόπος με τον οποίο τροφοδοτούνται με ενέργεια τα κυκλώματα τους και έτσι προκύπτουν οι κατηγορίες των ενεργών (active) και παθητικών (passive) ετικετών. Εικόνα 2. Eνεργή rfid ετικέτα. Εικόνα 3. Παθητικές rfid ετικέτες σε διάφορα σχήματα Παθητικές και ενεργές rfid ετικέτες Οι παθητικές ετικέτες δεν διαθέτουν δική τους τροφοδοσία αλλά λαμβάνουν την απαιτουμένη ενέργεια για τη λειτουργία τους απο τον 7

8 αναγνώστη. Επίσης δε διαθέτουν κάποιον πομποδέκτη (transeiver) για την παραγωγή του σήματος αλλά διαμορφώνουν το σήμα του αναγνώστη για να εκπέμψουν τα δεδομένα. Όταν η ετικέτα βρεθεί στην εμβέλεια του αναγνώστη, η κεραία της λαμβάνει το ηλεκτομαγνητικό σήμα και απορροφά από αυτό την ενέργεια που χρειάζεται για να ενεργοποιήσει τα υπόλοιπα κυκλώματα και να το επαναδιαμορφώσει ώστε να αποστείλει τα αποθηκευμένα δεδομένα. Λόγω του τρόπου τροφοδοσίας τους οι παθητικές ετικέτες έχουν εμβέλειά που είναι αρκετά περιορισμένη, κυμαίνεται απο μερικά εκατοστά μέχρι τα τρία μέτρα το πολύ. Ωστόσο, λόγω του ότι οι παθητικές ετικέτες δεν απαιτούν δική τους τροφοδοσία έχουν πολύ μεγάλη διάρκεια ζωής και η απλή δομή των εσωτερικών τους κυκλωμάτων καθιστά το κόστος τους πολύ χαμηλό, το μέγεθος τους πολύ μικρό (υπάρχουν ετικέτες στο μέγεθος του κόκκου ρυζιού) και την ίδια την ετικέτα αναλώσιμη. Οι ενεργές ετικέτες φέρουν ενσωματωμένη μπαταρία για την τροφοδοσία των κυκλωμάτων τους καθώς και πομποδέκτη (transceiver) για τη δημιουργία του ηλεκτρομαγνητικού σήματος.συνεπώς έχουν τη δυνατότητα να εκπέμπουν και χωρίς την παρουσία κάποιου αναγνώστη. Λόγω της εσωτερικής τροφοδοσίας μπορούν να εκπέμπουν με μεγαλύτερη ισχύ, γεγονός που αυξάνει κατά πολύ την εμβέλεια τους, η οποία μπορεί να φτάσει τα 100 μέτρα. Επιπλέον οι ενεργές ετικέτες είναι δυνατόν να διαθέτουν ενσωματωμένους αισθητήρες (θερμοκρασίας, θορύβου, κίνησης κ.α ) ώστε να εκπέμπουν τις τιμές των μετρήσεων, αλλά και να διαβάζονται ενώ κινούνται με μεγάλες ταχύτητες. Επίσης, διαθέτουν μεγαλύτερη μνήμη απο τις παθητικές ετικέτες και λόγω τις αυξημένης υπολογιστικής ικανότητας του ολοκληρωμένου κυκλώματος τους μπορούν να είναι πιο αποτελεσματικές από άποψη ασφάλειας. Όπως είναι κατανοητό το μέγεθος και το κόστος τους είναι αυξημένο και παρόλο που η διάρκεια ζωής της μπαταρίας μπορεί να φτάσει τα δέκα χρόνια,υπάρχει πάντα ο περιορισμός της ανάγκης για τροφοδοσία. 8

9 Μια τρίτη κατηγορία ετικετών είναι οι ημι-παθητικές (semi-passive, battery assisted passive ), οι οποίες διαθέτουν και εσωτερική μπαταρία για την ενίσχυση του σήματος που εκπέμπουν. Η λειτουργία τους βασίζεται στην ύπαρξη του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου κάποιου αναγνώστη, δε διαθέτουν πομποδέκτη όπως και οι παθητικές ετικέτες, μπορούν όμως να εκπέμπουν σε μεγαλύτερες αποστάσεις, μέχρι 100 μέτρα, να έχουν αυξημένη μνήμη και να διαθέτουν ενσωματωμένους αισθητήρες. Το κόστος τους κυμαίνεται ανάμεσα στο κόστος των ενεργών και των παθητικών ετικετών. Λόγω του διαφορετικού τρόπου λειτουργίας των παθητικών και ενεργών rfid ετικετών υπάρχουν μεγάλες διαφορές στις δυνατότητες που προσφέρει κάθε τεχνολογία. 1. Εμβέλεια λειτουργίας Στις παθητικές ετικέτες η εμβέλεια επηρεάζεται από δύο παράγοντες: αφ ενός απαιτείται ισχυρό σήμα από τον αναγνώστη ώστε να υπάρχει η απαιτουμένη ισχύς για να τροφοδοτηθούν απο αυτό τα κυκλώματα τις ετικέτας, και αφ ετέρου η περιορισμένη διαθέσιμη ενέργεια αναγκάζει την ετικέτα να εκμπέμπει σήμα πολύ χαμηλής ισχύος. Οι δύο παραπάνω παράγοντες περιορίζουν την εμβέλεια των παθητικών ετικετών στα 3 μέτρα το πολύ. Αντίθετα οι ενεργές ετικέτες, αφού διαθέτουν δική τους τροφοδοσία και κατά συνέπεια δυνατότητα εκπομπής σήματος αυξημένης ισχύος, μπορούν να εκπέμπουν σε αποστάσεις που φτάνουν τα 100 μέτρα. 2. Ανάγνωση πολλαπλών ετικέτων Λόγω τις μικρής εμβέλειας των παθητικών ετικετών, η γρήγορη ανάγνωση πολλαπλών ετικετών που βρίσκονται σε περιορισμένο χώρο είναι πολλές φορές αναξιόπιστη ή και αδύνατη. Για παράδειγμα, ας υποθέσουμε μία παλλέτα με 20 προϊόντα που φέρουν παθητικές ετικέτες η οποίες πρέπει να διαβαστούν από αναγνώστη τοποθετημένο 9

10 σε κάποια πόρτα, καθώς η παλλέτα κινείται. Η διαδικασία ανάγνωσης κάθε ετικέτας απαιτεί κάποιο χρόνο,και κατά τη διάρκειά της πιθανότατα θα υπάρξουν παρεμβολές ανάμεσα στις ετικέτες,γεγονός που θα αυξήσει αυτό το χρόνο. Υπολογίζεται ότι ένα τυπικό σύστημα χρειάζεται 3 δευτερόλεπτα για να διαβάσει τις 20 ετικέτες. Η διαδικασία αυτή πρέπει να ολοκλήρωθεί ενώ οι ετικέτες βρίσκονται στην εμβέλεια του αναγνώστη, οπότε αν υποθέσουμε ότι αυτή είναι 3 μέτρα,η ταχύτητα με την οποία μπορεί να κινούνται οι ετικέτες περιορίζεται στα 7,2 Km/h. Σε αντίθεση με τις παθητικές ετικέτες, πολλαπλές ενεργές ετικέτες μπορούν να διαβάζονται αξιόπιστα από ένα μόνο αναγνώστη, σε εύλογο χρονικό διάστημα,και ενώ κινούνται με ταχύτητα της τάξης των 200 Km/h. 3. Δυνατότητα ενσωμάτωσης αισθητήρων Μία πολύ χρήσιμη εφαρμογή των rfid συστημάτων είναι η χρήση ετικετών με ενσωματωμένους αισθητήρες ( θερμοκρασίας, υγρασίας,ανίχνευσης αποκόλλησης ετικέτας,κ.α), οι οποίες αποστέλλουν τις μετρήσεις σε κάποιον αναγνώστη και απο κεί σε κάποιο υπολογιστικό σύστημα για περαιτέρω επεξεργασία. Οι παθητικές ετικέτες υστερούν σε αυτόν τον τομέα λόγω της έλλειψης τροφοδοσίας, αφού δε μπορούν να λειτουργήσουν χωρίς την παρουσία αναγνώστη. Έτσι αποκλείεται η δυνατότητα συνεχούς παρακολούθησης του αισθητήρα, και είναι δυνατή η αποστολή των μετρήσεων που γίνονται μόνο στην όταν η ετικέτα βρίσκεται στην εμβέλεια κάποιου αναγνώστη. Αντίθετα, οι ενεργές ετικέτες έχουν διαρκή τροφοδοσία, και συνεπώς στην περίπτωση απουσίας αναγνώστη μπορούν να αποθηκεύουν τα δεδομένα των αισθητήρων,μαζί με κάποια χρονοσφραγίδα που λαμβάνουν απο εσωτερικό ρολόι. 4. Αποθήκευση δεδομένων Τόσο οι ενεργές όσο και οι παθητικές ετικέτες έχουν τη δυνατότητα αποθήκευσης επιπλέον δεδομένων σε εσωτερική μνήμη 10

11 ανάγνωσης/εγγραφής. Ωστόσο,λόγω της έλλειψης τροφοδοσίας, η μνήμη στις παθητικές ετικέτες περιορίζεται συνήθως στα 128 byte, ενώ στις ενεργές μπορεί να είναι της τάξης των 128 Kbyte, με επιπλέον δυνατότητες όπως αναζήτηση στα αποθηκευμένα δεδομένα. Εμβέλεια Ανάγνωση πολλαπλών ετικέτων Δυνατότητες αισθητήρων Αποθήκευση δεδομένων Ενεργά RFID Μεγάλη εμβέλεια (100 m ) Διαβάζονται από ένα αναγνώστη 1000 ετικέτες σε χώρο 4 m 2 Διαβάζονται από έναν αναγνώστη 20 ετικέτες κινούμενες με ταχύτητα 200 Km/h Δυνατότητα συνεχούς παρακολούθησης και αποθήκευσης με χρονοσφραγίδα των δεδομένων του αισθητήρα Μεγάλος αποθηκευτικός χώρος ανάγνωσης/εγγραφής (128 Kbyte). Δυνατότητες αναζήτησης και άλλων λειτουργιών στα δεδομένα. Παθητικά RFID Μικρή εμβέλεια (< 3 m) Διαβάζονται απο έναν αναγνώστη εκατοντάδες ετικέτες σε απόσταση 3 m. Διαβάζονται απο έναν αναγνώστη 20 ετικέτες κινούμενες με ταχύτητα 7,2 Κm/h ή λιγότερο Δυνατότητα ανάγνωσης και εκπομπής των δεδομένων του αισθητήρα μόνο υπό την παρουσία αναγνώστη. Μη δυνατή η εισαγωγή χρονοσφραγίδας στις μετρήσεις. Περιορισμένος αποθηκευτικός χώρος ( συνήθως 128 byte) Πίνακας 1. Λειτουργικές δυνατότητες Ενεργών και Παθητικών RFID τεχνολογιών Κλάσεις ετικετών Ενας επιπλέον τρόπος κατηγοριοποίησης των ετικετών που ακολουθείται από πολλές κατασκευάστριες εταιρίες είναι αυτός των κλάσεων (classes). 11

12 Κλάση 0, 1 Χαρακτηριστικά Παθητικές ετικέτες ταυτοποίησης χωρίς δυνατότητα αποθήκευσης επιπλέον δεδομένων. Εμβέλεια μέχρι 3 μέτρα Χαμηλό κόστος Αναγκαία η παρουσία αναγνώστη για να λειτουργήσουν Παθητικές ετικέτες με επιπλέον μνήμη για αποθήκευση δεδομένων. Επιπλέον λειτουργίες,όπως δυνατότητα ενσωματωμένου αισθητήρα, κρυπτογράφηση, authentication Εμβέλεια μέχρι 3 μέτρα. Χαμηλό Κόστος Αναγκαία η παρουσία αναγνώστη για να λειτουργήσουν. Ημι-παθητικές ετικέτες με ενσωματωμένη μπαταρία (semipassive, battery assisted tags) Διαθέτουν επιπλέον μνήμη για αποθήκευση δεδομένων. Επιπλέον λειτουργίες,όπως δυνατότητα ενσωματωμένου αισθητήρα με datalogging, κρυπτογράφηση, authentication Μεσσαίο κόστος Εμβέλεια μέχρι 100 μέτρα. Αναγκαία η παρουσία αναγνώστη για να λειτουργήσουν. Ενεργές ετικέτες, με ενσωματωμένη μπαταρία. Διαθέτουν επιπλέον μνήμη για αποθήκευση δεδομένων. Επιπλέον λειτουργίες,όπως δυνατότητα ενσωματωμένου αισθητήρα με datalogging, κρυπτογράφηση, authentication Διαθέτουν ενωσματωμένο πομποδέκτη (transeiver),δεν απαιτείται η παρουσία αναγνώστη για τη λειτουργία τους. Εμβέλεια μέχρι 100 μέτρα. Υψηλό κόστος. Πίνακας 2. Κλάσεις RFID ετικετών 12

13 2.2.3 Συχνότητα λειτουργίας RFID Τα RFID συστήματα λειτουργούν σε τέσσερις κύριες ζώνες συχνοτήτων που ανήκουν στις καθιερωμένες ISM συχνότητες, αλλά παρουσιάζονται κάποιες διαφορές στην κατανομή του φάσματος από χώρα σε χώρα. Low Frequency (LF) KHz High Frequency (HF) MHz Ultra High Frequency (UHF) MHz Microwave 2.45 GHz Να σημειωθεί ότι για τη ζώνη UHF υπάρχουν αρκετές διαφορές ανάμεσα στην Ευρώπη, ΗΠΑ και Ιαπωνία. Στις ΗΠΑ συστήματα που λειτουργούν στις συχνότητες UHF επιτρέπεται να χρησιμοποιούν τις ζώνες ISM κάτω από συγκεκριμένες περιπτώσεις. Οι UHF ISM ζώνες καθορίζονται μεταξύ των MHz και ΜΗz. Οι αναγνώστες επιτρέπεται να λειτουργούν στο 1 Watt ισχύ μετάδοσης ή 4 Watt με κατευθυνόμενη κεραία. Στην Ευρώπη, οι κανονισμοί για τα RFID περιορίζουν την ισχύ μετάδοσης και του καναλιού του πλάτους του εύρους των UHF αναγνωστών σε σχέση με τις ΗΠΑ. Προς το παρόν, οι αναγνώστες οριοθετούνται στα 500mWatt ισχύ μετάδοσης, υπάρχουν όμως σκέψεις να το αυξήσουν στα 2Watt. Η ευρωπαϊκή επιτροπή (ERO) έχει ορίσει τη ζώνη UHF ΜHz για τα RFID. Οι αντίστοιχες ζώνες των ΗΠΑ δεν είναι διαθέσιμες, επειδή χρησιμοποιούνται από τις κινητές τηλεφωνίες (GSM) στην Ευρώπη. Στην Ιαπωνία, δεν υπάρχουν UHF συχνότητες όπου επιτρέπεται η χρήση των RFID. Μία ζώνη έχει δοθεί πρόσφατα μεταξύ MHz για δοκιμές. Η Αυστραλία, από τη μεριά στης έχει ανοίξει μια ζώνη ΜΗz για τη χρήση των RFID, με ισχύ μετάδοσης το 1 Watt. 13

14 Η συχνότητα λειτουργίας του rfid συστήματος θέτει περιορισμούς στο μέγεθος της ετικέτας,την εμβέλειά της, την απόδοση της και επηρεάζει το κόστος της αλλά και το κόστος του αναγνώστη. Οι χαμηλές συχνότητες (125 KHz Khz) προσφέρονται για περιβάλλοντα με πολλά εμπόδια, αφού έχουν τη δυνατότητα να διαπερνούν τα περισσότερα αντικείμενα.επιπλέον, οι ετικέτες αυτής της κατηγορίας έχουν αρκετά καλή απόδοση κοντά σε υγρά και σε μέταλλα, αλλά και χαμηλό κόστος κατασκευής. Τα μειονεκτήματά τους είναι ότι καθώς η μείωση της ενέργειας του σήματος είναι ανάλογη του κύβου της απόστασης έχουν αρκετά μικρή εμβέλεια, περιορισμούς στο μέγεθος της κεραίας αλλά και χαμηλό ρυθμό μετάδοσης δεδομένων, Στις υψηλές συχνότητες (13,56 KHz ) οι ετικέτες έχουν κάπως μεγαλύτερη εμβέλεια και ρυθμό μετάδοσης δεδομένων και η απόδοσή τους είναι ικανοποιητική σε κοντά σε υγρά και σε μέταλλα. Επιπλέον το φάσμα αυτό είναι διεθνώς τυποποιημένο. Στο φάσμα των UHF (868 MHz -930 MHz ) και των μικροκυμάτων (2.45 GHz 5.8 GHz) η εμβέλεια είναι ακόμη μεγαλύτερη καθώς και ο ρυθμός μετάδοσης των δεδομένων, παρουσιάζεται όμως μεγάλη αλλοίωση του σήματος σε περιβάλλοντα με υγρά, εμπόδια και ακτινοβολία. Επίσης, όπως αναφέρθηκε νωρίτερα,στη ζώνη των UHF παρουσιάζονται διαφορές στην τυποποίηση από χώρα σε χώρα, και έτσι παρουσιάζονται προβλήματα στη θέσπιση διεθνών στάνταρ. Στον Πίνακα 3 πίνακα φαίνονται τα κύρια χαρακτηριστικά της κάθε κατηγορίας συχνοτήτων. Να σημειωθεί ότι η εμβέλεια που αναφέρεται για κάθε συχνότητα είναι ενδεικτική και επηρεάζεται από πολλούς άλλους παράγοντες όπως το είδος της κεραίας της ετικέτας, την ισχύ εκπομπής του αναγνώστη, την ύπαρξη αντικειμέων και ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών στο χώρο αλλά και τις συνθήκες του περιβάλλοντος. 14

15 Μπάντα Συχνοτήτων LF Low Frequency HF High Frequency UHF Ultra High Frequency Microwave Συχνότητα kHz 3 30MHz 300 MHz-3GHz 2 30 GHz Τυπικές Συχνότητες RFID khz MHz 433 MHz ή MHz 2.45 GHz Προσεγγιστική Εμβέλεια Μέχρι 0,5 m Μέχρι 3 m Μέχρι 9 m Περισσότερο απο 10 m Τυπικός ρυθμός μετάδοσης δεδομένων Λιγότερο απο 1 Κbit/s Περίπου 25 Κbit/s Περίπου 30 Κbit/s Μέχρι 100 Κbit/s Χαρακτηριστικά Μικρή εμβέλεια Χαμηλός ρυθμός μετάδοσης δεδομένων Διαπερνά το νερό Αρκετά Μεγάλη εμβέλεια Ικανοποιητικός ρυθμός μετάδοσης δεδομένων Διαπερνά το νερό Μεγάλη εμβέλεια Υψηλός ρυθμός μετάδοσης δεδομένων Δε διαπερνά το νερό Μεγάλη εμβέλεια Πολύ υψηλός ρυθμός μετάδοσης δεδομένων Δε διαπερνά το νερό Πίνακας 3. Συχνότητες λειτουργίας RFID και χαρακτηριστικά Μνήμη RFID ετικετών Όπως θα είναι ήδη γνωστό, οι RFID ετικέτες είναι δυνατόν να έχουν ενσωματωμένη μνήμη διαφόρων τύπων. -Μόνο ανάγνωσης : O σειριακός αριθμός είναι μόνιμα αποθηκευμένος στη μνήμη της ετικέτας από κατασκευής, και δεν είναι δυνατόν να αλλάξει. Αυτό το είδος μνήμης είναι γνωστό και ως «Write Once Read Many» (WORM) -Εγγραφής / Ανάγνωσης : Σ αυτό το είδος μνήμης υπάρχει η δυνατότητα επανακορισμού του σειρακού αριθμού αλλά και αποθήκευσης επιπλέον δεδομένων. 15

16 Η χωρητικότητα τις μνήμης στις παθητικές ετικέτες κυμαίνεται συνήθως από 8 byte μέχρι το πολύ 1 ΚΒ ενώ στις ενεργές από 16 byte μέχρι 128 Kbyte RFID αναγνώστες (readers) O RFID αναγνώστης (reader ή interrogator) είναι η συσκευή που μέσω ραδιοκυμάτων επικοινωνεί με τις rfid ετικέτες. Αποτελείται σε γενικές γραμμές από την κεραία, τα RF κυκλώματα, κάποιας μορφής μικροεπεξεργαστή και τις θύρες εισόδου και εξόδου για τη διασύνδεση με το υπολογιστικό σύστημα. Εικόνα 4. Rfid αναγνώστης και διασύνδεσή του με το rfid σύστημα. Οι βασικές του λειτουργίες του είναι: Ανάγνωση των δεδομένων της rfid ετικέτας. Εγγραφή δεδομένων στην ετικέτα (στην περίπτωση των ετικετών με επανεγγράψιμη μνήμη) Τροφοδότηση των παθητικών και ημι-παθητικών ετικετών με ενέργεια. Μεταβίβαση των πληροφοριών σε υπολογιστικό σύστημα για περαιτέρω επεξεργασία. Πολλοί αναγνώστες διαθέτουν και επιπλέον λειτουργίες ανάμεσα στις οποίες είναι η αυθεντικοποίση του χρήστη μέσω κάποιου κωδικού, η κρυπτογράφηση των δεδομένων και η αποφυγή περιπλοκής του σήματος (anti-collision) στις περιπτώσεις ταυτόχρονης ανάγνωσης πολλαπλών ετικετών. Προκειμένου ο αναγνώστης να μπορεί να επικοινωνεί με κάποια ετικέτα, πρέπει να έχουν τα ίδια χαρακτηριστικά και να υλοποιούν κοινά πρωτόκολλα επικοινωνίας. Ως εκ τούτου, υπάρχουν πολλά είδη αναγνωστών που 16

17 κατηγοριοποιούνται ανάλογα με το αν ειναι συμβατοί με παθητικές,ενεργές ή ημιπαθητικές ετικέτες, τη συχνότητα λειτουργίας, τον τρόπο κωδικοποίησης των δεδομένων. Οι rfid αναγνώστες κατασκευάζονται σε διάφορες μορφές ανάλογα με την εφαρμογή για την οποία προορίζονται. Οι κυριότερες από αυτές είναι : Αναγνώστες σε μορφή ολοκληρωμένου κυκλωματος (chip) για χρήση σε embedded συστήματα. Φορητή αναγνώστες με ενσωματωμένη οθόνη. Αναγνώστες σε μορφή κάρτας με διασυνδεσιμότητα USB, Bluetooth, Rs232, CF, SD για χρήση με προσωπικούς υπολογιστές και PDA. Σταθεροί (fixed) αναγνώστες για χρήση σε περιβάλλοντα όπως αποθήκες,εργοστάσια, εισόδους καταστημάτων κ.α. Εικόνα 5. Ενεργός rfid αναγνώστης με RS232 και ethernet interface Εικόνα 6. Rfid αναγνώστες σε μορφή USB stick 17

18 Εικόνα 7. Φορητός rfid αναγνώστης με ενσωματωμένο λειτουργικό σύστημα Windows CE. Εικόνα 8 Rfid αναγνώστες σε μορφή chip 2.3 Τυποποίηση των RFID Μέχρι στιγμής έχουν διατυπωθεί πληθώρα απο πρωτόκολλα (standards) που καθορίζουν τις διάφορες πτυχές της RFID τεχνολογίας, όπως τις συχνότητες λειτουργίας,τον τρόπο κωδικοποίησης των δεδομένων, τη διαλειτουργικότητα ( interoperability ) των διαφορετικών συστημάτων αλλά και τον τρόπο κατασκευής των ετικετών και των αναγνωστών. Οι κυριότεροι οργανισμοί που συμμέχουν στις διαδικασίες τυποποίησης των RFID είναι : International Organisation of Standardisation (ISO) American National Standards Institute (ANSI) 18

19 EPCglobal Inc European Telecommunications Standards Institute (ETSI) Federal Communications Commission (FCC) British Standards Institution (BSI) SAE International Semiconductor Equipment and Materials International (SEMI) Aκολουθεί λίστα με τα πρωτόκολλα ISO που έχουν διατυπωθεί σχετικά με την τυποποίηση της RFID τεχνολογίας. ISO/IEC Transfer Syntax for High Capacity ADC Media ISO/IEC Unique identifier for transport units - Part 1: Unique identification of transport units ISO/IEC Unique identifier for transport units - Part 2: Registration procedures ISO/IEC Unique identifier for transport units - Part 3: Common rules for unique identification ISO/IEC ISO/IEC ISO/IEC ISO/IEC ISO/IEC revision Unique identifier for transport units - Part 4: Unique item identification for supply chain management Unique identifier for transport units - Part 5: Unique Identification of Returnable Transport Items (RTIs) Unique identifier for transport units - Part 6: Unique identification for product groupings in material lifecycle management RFID for Item Management - Data Protocol: Application interface SC 31/WG 4 ISO/IEC Data protocol -- Part 1: Application interface SC 31/WG 4 ISO/IEC Data protocol -- Part 2: Registration of RFID data constructs SC 31/WG 4 ISO/IEC Data protocol -- Part 3: RFID data constructs 19

20 ISO/IEC revision ISO/IEC RFID for Item Management- Protocol: Data encoding rules and logical memory functions RFID for Item Management- Unique Identification of RF Tag ISO/IEC RFID for Item Management - Application Requirements Profiles (ARP) ISO/IEC RFID Device Conformance Test Methods, split to mirror ISO/IEC Part 1 Not available Part 2 Parameters for Air Interface Communications below 135 khz Part 3 Parameters for Air Interface Communications at MHz Part 4 Parameters for Air Interface Communications at 2.45 GHz Part 5 Not available Part 6 Parameters for Air Interface Communications at 860 to 960 MHz Part 7 Parameters for Air Interface Communications at 433 MHz ISO/IEC RFID Tag and Interrogator Performance Test Methods ISO/IEC Information Technology AIDC Techniques - Harmonized Vocabulary ISO/IEC Information technology, automatic identification and data capture techniques Radio frequency identification for item management Elementary tag license plate functionality for ISO/IEC air interface definitions ISO/IEC Information Technology AIDC Techniques-RFID for Item Management - Air Interface: Part 1 Generic Parameters for the Air Interface for Globally Accepted Frequencies 20

21 Part 2 Parameters for Air Interface Communications below 135 khz Part 3 Parameters for Air Interface Communications at MHz Part 4 Parameters for Air Interface Communications at 2.45 GHz Part 6 Parameters for Air Interface Communications at 860 to 960 MHz Part 7 Parameters for Air Interface Communications at 433 MHz ISO/IEC ISO/IEC ISO/IEC ISO/IEC ISO/IEC Information technology, automatic identification and data capture techniques Radio frequency identification for item management Elementary tag license plate functionality for ISO/IEC air interface definitions Information technology Radio frequency identification for item management Implementation guidelines Part 1: RFID-enabled labels. Part 2: Recyclability of RF tags Part 3: RFID interrogator/ antenna installation Real Time Locating Systems (RTLS) Part 1: Application programming interface(api) Part 2: 2.4 GHz Part 3: 433 MHz Part 4: Global Locating Systems (GLS) Information technology - Automatic Identification and Data Capture Techniques- Radio Frequency Identification (RFID) for Item Management - System Management Protocol Information Technology - Automatic Identification and Data Capture Techniques - Radio Frequency Identification (RFID) for Item Management - Air Interface Commands for Battery Assist and Sensor Functionality 21

22 ISO/IEC ISO/IEC ISO ISO ISO ISO/IEC ISO/IEC ISO/IEC ISO/IEC Information Technology, Automatic Identification and Data Capture Techniques - Real Time Locating Systems (RTLS) - RTLS Device Conformance Test Methods Information Technology, Automatic Identification and Data Capture Techniques - Real Time Locating Systems (RTLS) - RTLS Device Performance Test Methods Radio frequency identification of animals Code structure Radio frequency identification of animals Technical concept Specifies the air interface between the transceiver and the advanced transponder used in the radiofrequency identification of animals under the condition of full upward compatibility according to ISO and ISO Identification cards -- Contactless integrated circuit(s) cards -- Proximity cards Part 1: Physical characteristics Part 2: Radio frequency power and signal interface Part 3: Initialization and anticollision Part 4: Transmission protocol Information technology -- Radio frequency identification (RFID) for item management Data protocol: application interface. Information technology -- Radio frequency identification (RFID) for item management Data protocol: data encoding rules and logical memory functions JTC 1/SC 31 Identification cards -- Contactless integrated circuit(s) cards -- Vicinity cards Part 1: Physical characteristics Part 2: Air interface and initialization Part 3: Anticollision and transmission protocol 22

23 ISO/IEC ISO/IEC TR ISO/IEC TR ISO ISO/IEC ISO RFID for Item Management Part 1: Defines the foundation for all air interface definitions in the ISO/IEC series. Part 2: Parameters for air interface communications below 135 khz Type A (FDX): 125 khz Type B (HDX): khz Part 3: Parameters for air interface communications at MHz Part 4: Parameters for air interface communications at 2.45 GHz Passive tag operating as an interrogator talks first Battery assisted tag operating as a tag talks first. Part 6: Parameters for air interface communications at 860 MHz to 960 MHz Type A and type B with the primary difference being the anti-collision algorithm used. Type C - also know as EPCglobal Class 1 Gen 2. Part 7: Parameters for active air interface communications at 433 MHz Radio frequency identification device performance test methods Information technology -- Radio frequency identification device conformance test methods Part 3: Test methods for air interface communications at MHz Part 4: Test methods for air interface communications at 2.45 GHz RFID for electronic seal tags (ISO TC Freight Containers) Information technology -- Automatic identification and data capture (AIDC) techniques -- Harmonized vocabulary Part 3: Radio frequency identification (RFID) Freight Containers - Read-Write Radio-frequency identifications (RFID) (ISO TC 104) 23

24 ISO/IEC The fundamental goal of the ISO/IEC standard is to allow for compatibility and to encourage interoperability of products for the growing RTLS market. The ISO/IEC divided the standard into two parts: Part 1: defines an API needed for utilizing an RTLS. It enables software applications to utilize an RTLS infrastructure to locate assets with RTLS transmitters attached to them. It defines a boundary across which application software uses facilities of programming languages to collect information contained in RTLS tag blinks received by the RTLS infrastructure. Part 2 : the 2.4 GHz air interface protocol, establishes a technical standard for real-time locating systems that operate at an internationally available 2.4 GHz frequency band and are intended to provide approximate location with frequent updates (for example, several times a minute). This part of the standard defines a networked location system that provides x-y coordinates and data telemetry. The system utilizes RTLS transmitters that autonomously generate a direct-sequence spreadspectrum radio frequency beacon. The transmitters may be field programmable and support an optional exciter mode that allows modification of the rate of location update and location of the RTLS device. 2.4 RFID Εφαρμογές Γενικά Πλέον η τεχνολογία RFID βρίσκει εφαρμογή σε πάρα πολλούς τομείς και συνεχίζει να εξαπλώνεται με γρήγορους ρυθμούς. Σε αυτό το κεφάλαιο παρουσιάζονται συνοπτικά κάποιες απο τις κυριότερες εφαρμογές που συναντώνται. 24

25 Έλεγχος πρόσβασης (Αccess Control) : Τα συστήματα ελέγχου πρόσβασης εφαρμόζονται σε χώρους που είναι αναγκαίο να περιοριστεί η πρόσβαση μόνο σε μία ομάδα ατόμων,πχ ειδικευμένο προσωπικό. Χρησιμοποιούν rfid αναγνώστες τοποθετημένους στα σημεία εισόδου του περιοριζόμενου χώρου, οι οποίοι επικοινωνούν με σύστημα που ελέγχει την πόρτα μεταβιβάζοντας του τους σειριακούς αριθμούς απο rfid ετικέτες που βρίσκονται στην εμβέλεια τους. Η πόρτα ανοίγει μόνο στην περίπτωση που ο αριθμός της ετικέτας αντιστοιχεί σε εξουσιοδοτημένο άτομο. Στις εφαρμογές αυτού του είδους χρησιμοποιούνται συνήθως παθητικές ετικέτες μόνο ανάγνωσης. Αναγνώριση ζώων: Με την τοποθέτηση rfid ετικετών σε ζώα είναι δυνατόν να καταχωρούνται και να ανακτούνται εύκολα χρήσιμες πληροφορίες για αυτό, όπως ασθένειες,εμβολιασμοί, κατάσταση υγείας κλπ. Συστήματα αυτόματης πληρωμής διοδίων : Σε πολλές χώρες η πληρωμή των διοδίων γίνεται χρησιμοποιώντας συστήματα rfid. Τα οχήματα εφοδιάζονται με rfid ετικέτες, οι οποίες αντιστοιχούν σε ένα προπληρωμένο ποσό και περιέχουν πληροφορίες σχετικά με το λογαριασμό. Στα σημεία των διοδίων τοποθετούνται rfid αναγνώνστες που κατά τη διέλευση του οχήματος ελέγχουν για την ύπαρξη τις ετικέτας και ανανεώνουν τις πληροφορίες τις αφαιρώντας από το λογαριασμό το ποσό που πρέπει. Συστήματα εισητηρίων σε μέσα μαζικής μεταφοράς: Πολλές χώρες έχουν χρήση της τεχνολογίας rfid στον τομέα αυτό αντικαθιστώντας τα χάρτινα εισητήρια με rfid ετικέτες που φέρουν πληροφορίες για τον τύπο του εισητηρίου και την ημερομηνία λήξης του. Ηλεκτρονικά διαβατήρια (e-passports): Σήμερα σε πολλές χώρες τα διαβατήρια εφοδιάζονται με rfid ετικέτες όπου αποθηκεύονται και σε ηλεκτρονική μορφή οι πληροφορίες του διαβατηρίου. 25

26 Συστήματα απογραφής προϊόντων (Inventory Control) : Τα συστήματα αυτού του τύπου χρησιμοποιούν rfid ετικέτες τοποθετημένες στα προϊόντα που βρίσκονται στις αποθήκες και αναγνώστες στα σημεία εισόδου και εξόδου τις αποθήκης. Σε συνδυασμό με το κατάλληλο ενδιάμεσο λογισμικό (middleware), γίνεαι αυτόματη καταγραφή των προϊόντωνν που βρίσκονται ανα πάσα στιγμή στην αποθήκη, παρέχοντας έτσι χρήσιμες πληροφορίες για την ποσότητα των διαθέσιμων αποθεμάτων και ελλείψεων. Συστήματα εντοπισμού θέσης (Real Time Locating Systems-RTLS): Τα RTLS αποτελούνται από ενεργές ετικέτες που τοποθετούνται στα προς εντοπισμό αντικείμενα, σε συνδυασμό με rfid αναγνώστες που επικοινωνούν με ένα κεντρικό υπολογιστή στον οποίο τρέχει κατάλληλη εφαρμογή για τον εντοπισμό της θέσης κάθε αντικειμένου.σε πολλές περιπτώσεις οι αναγνώστες έχουν δυνατότητα υπολογισμού της ισχύος του σήματος των ετικετών (received signal strength indication - RSSI),πληροφορία που χρησιμοποείται για τον υπολογισμό της θέσης από τον αντίστοιχο αλγόριθμο.οι ετικέτες εκπέμπουν το μοναδικό σειριακό αριθμό τους, που έχει αντιστοιχηθεί με το αντικείμενο στο οποίο βρίσκονται,είτε σε τακτά χρονικά διαστήματα που ορίζονται κατά την παραμετροποίηση τους είτε αφού τους ζητηθεί απο κάποιο αναγνώστη ή field generator (συσκευή που αποστέλλει σήμα συγκεκριμένης συχνότητας σε πολλές ή σε μία ετικέτα δίνοντας τους εντολή να εκπέψουν το σειριακό αριθμό τους) Οι αναγνώστες που βρίσκονται στην εμβέλειά της ετικέτας λαμβάνουν το σήμα και,αφού το αποκωδικοποιήσουν, το μεταβιβάζουν στον κεντρικό υπολογιστή μαζί με επιπλέον πληροφορίες που σχετίζονται με αυτή. Εκεί υλοποιώντας κάποια απο τις συνήθεις μεθοδολογίες, όπως triangulation, time of flight, angle of arrival κλπ, υπολογίζετονται και αποθηκεύονται οι συντεταγμένς του κάθε αντικειμένου στο χώρο του νοσοκομείου με ακρίβεια συνήθως μικρότερη των 2 μέτρων. 26

27 2.4.2 Eφαρμογές RFID σε περιβάλλον νοσοκομείου Τα rfid συστήματα εφαρμόζονται πλέον και στον τομέα της ιατρικής και της περίθαλψης βοηθώντας να απλοποιηθούν οι απαιτούμενες διαδικασίες και να αποφευχθούν ανθρώπινα λάθη, τα οποία θέτουν σε κίνδυνο τη ζωή των ασθενών Ταυτοποίηση ασθενούς πριν το χειρουργείο και έλεγχος τήρησης των απαιτούμενων διαδικασιών Σκοπός αυτού του συστήματος είναι να μειωθεί ο χρόνος που απαιτείται για τους προ-εγχειρητικούς ελέγχους και να αποφευχθούν παραλείψεις σε αυτούς και περιπτώσεις που εγχειρείται λάθος ασθενείς. Ο ασθενής εφοδιάζεται με βραχιολάκι που έχει ενσωματωμένη rfid ετικέτα της οποίας ο μοναδικός σειριακός αριθμός συνδέεται με τον ηλεκτρονικό φακελό του.μία ψηφιακή φωτογραφία του ασθενούς καταχωρείται επίσης στο φάκελό του και χρησιμοποιείται στη συνέχεια για την επαλήθευση της ταυτότητας του. Κεντρικό στοιχείο του συστήματος είναι μια λίστα με τις διαδικασίες και τους ελέγχους που απαιτούνται να γίνουν πριν και μετά την εγχείρηση, όπως διάφορες εξετάσεις,αναισθησία,μετεγχειρητικοί έλεγχοι και περίθαλψη κ.α. Κάθε μέλος του προσωπικού που σχετίζεται με κάποια απο τις παραπάνω διαδικασίες είναι εφοδιασμένο με PDA που διαθέτει rfid αναγνώστη και ασύρματη σύνδεση στο δίκτυο του νοσοκομείου. Πριν από κάθε διαδικασία, διαβάζει το σειριακό αριθμό του rfid tag που φέρει ο ασθενής, και ανακτά τον ηλεκτρονικό φάκελο του απο τη βάση δεδομένων μέσω του ασύρματου δικτύου.με τη βοήθεια της φωτογραφίας του ασθενούς που περιέχεται στο φάκελο γίνεται άλλη μία επαλήθευση της ταυτότητας του.στη συνέχεια εκτελείται η απαιτούμενη διαδικασία( εξέταση, έλεγχος κλπ) και ανανεώνεται η λίστα με το σύνολο διαδικασιών που πρέπει να περατωθούν πριν και μετά την εγχείρηση.είναι δυνατόν στη λίστα να προστεθούν και λεπτομέρειες, σχόλια,χρονοσφραγίδες για τη συγκεκριμένη διαδικασία ώστε να εξαχθούν στη 27

28 συνέχεια χρήσιμα συμπεράσματα σε σχέση με τη λειτουργία του όλου συστήματος. Με τη βοήθεια της λίστας, η οποία ανανεώνεται μετά από κάθε βήμα, είναι δυνατόν ανά πάσα στιγμή να ελεγχθεί αν εκτελούνται σωστά και με τη σωστή σειρα στο σωστό ασθενή οι απαιτούμενες διαδικασίες και να αποφευχθούν λάθη και παραλείψεις των οποίων αιτία είναι το γεγονός οτι εμπλέκονται πολλά διαφορετικά μέλη του προσωπικού σε διαφορετικούς χώρους. Το παραπάνω σύστημα έχει εφαρμοστεί με σχετικά καλά αποτελέσματα στο Birmingham Heartlands Hospital,στην Αγγλία Αντιστοίχηση μητέρας-νεογέννητου Η χρήση της τεχνολογίας rfid θα μπορούσε να αποτρέψει την εσφαλμένη αντιστοίχηση μητέρας νεογέννητου, απο λάθος του προσωπικού. Η κεντρική ιδέα είναι μητέρα και βρέφος να προμηθεύονται με βραχιόλια που έχουν rfid ετικέτα και να συνδέονται λογικά οι σειριακοί τους αριθμοί. Τη στιγμή που παραδίδεται το βρέφος στη μητέρα το προσωπικό μπορεί να ελέγξει τους σειριακούς αριθμούς απο τις ετικέτες για να διαπιστώσει αν όντως πρόκειται για το σωστό μωρό. Ένας τρόπος υλοποίησης του παραπάνω συστήματος είναι να καταγράφονται σε μια βάση δεδομένων οι σειριακοί αριθμοί των tags μητέρας και βρέφους και να συνδέονται λογικά.κατά τη στιγμή της παράδοσης το προσωπικό θα φέρει PDA με rfid reader και δυνατότητα ασύρματης σύνδεσης στο δίκτυο του νοσοκομείου. Αφού διαβαστoύν τα tags,ο έλεγχος θα γίνεται μέσω εφαρμογής που επικοινωνεί με τη βάση δεδομένων και ενημερώνει το προσωπικό αν έγινε η σωστή αντιστοίχηση. 28

29 Αποτροπή μη εξουσιοδοτημένης εισόδου σε χώρους του νοσοκομείου και περιορισμός ασθενών Για την αποτροπή της πρόσβασης ατόμων σε συγκεκριμένους χώρους μπορεί να χρησιμοποιηθεί σύστημα με rfid ετικέτες και αναγνώστες που θα αντικαθιστά τις κλειδαριές. Αυτό μπορεί να γίνει τοποθετώντας rfid αναγνώστες σε συνδυασμό με microcontrollers και ηλεκτρονικές κλειδαριές στις εισόδους των χώρων αυτών. Στη μνήμη του microcontroller θα αποθηκεύεται μια λίστα με σειριακούς αριθμούς που αντιστοιχούν σε άτομα τα οποία έχουν εξουσιοδότηση να εισέλθουν. Για να εισέλθει κάποιος θα πρέπει να φέρει rfid ετικέτα της οποίας ο σειριακός αριθμός έχει καταχωρηθεί στη λίστα. Όταν η ετικέτα βρεθεί στην εμβέλεια του αναγνώστη, διαβάζεται αυτόματα ο σειριακός αριθμός του και μεταβιβάζεται στον microcontroller όπου πρόγραμμα κάνει τον έλεγχο και ενεργοποιεί την κλειδαριά σε περίπτωση που επιτρέπεται η είσοδος. Το παραπάνω σύστημα βρίσκει χρησιμότητα και στις περιπτώσεις που απαιτείται περιορισμός ασθενών σε συγκεκριμένο χώρο, πχ ασθενείς με αλτζχάϊμερ,με μεταδοτικές ασθένειες, ηλικιωμένους κ.α Εντοπισμός ιατρικών μηχανημάτων και εξαρτημάτων Τα συστήματα εντοπισμού θέσης (RTLS), που αναφέρθηκαν σε προηγούμενη ενότητα, εφαρμόζονται και σε νοσοκομεία για τον εντοπισμό μηχανημάτων και εξαρτημάτων που αλλάζουν θέση διαρκώς και χρησιμοποιούνται απο πολλά διαφορετικά πρόσωπα. Οι θέση ανα πάσα στιγμή των προς παρακολούθηση μηχανημάτων βρίσκεται αποθηκευμένη σε μία κεντρική βάση δεδομένων σε υπολογιστικό σύστημα του νοσοκομείου. Το προσωπικό ενημερώνεται για την τοποθεσία των αντικειμένων,μέσω εφαρμογής που τρέχει σε pda με ασύρματη σύνδεση στο δίκτυο του νοσοκομείου και παρουσιάζει οπτικά τα αποτελέσματα πάνω σε χάρτη. 29

30 Παρακολούθηση αποθέματος και ημερομηνίας λήξης φαρμάκων Τα συστήματα αυτού του είδους υλοποιούνται με την τοποθέτηση rfid ετικετών στη συσκευασία των διαθέσιμων φαρμάκων και σκοπό έχουν την αυτόματη καταγραφή των αποθεμάτων (inventory) αλλά και παρακολούθησης της ημερομηνίας λήξης τους. Αποτελούνται απο τις ετικέτες των συσκευασιών, που περιέχουν ένα μοναδικό σειριακό αριθμο, rfid αναγνώστες με ethernet ή wi-fi interface, οι οποίοι τοποθετούνται στους χώρους φύλαξης των φαρμάκων, και κεντρικό υπολογιστή με τη βάση δεδομένων. Αρχικά έχουν αποθηκευτεί στη βάση δεδομένων στον κεντρικό υπολογιστή οι σειριακοί αριθμοί του κάθε φαρμάκου μαζί με την ημερομηνία λήξης του και όποιες άλλες πληροφορίες κρίνονται απαραίτητες. Ανά συχνά διαστήματα, η διάρκεια των οποίων ορίζεται κατά την παραμετροποίηση, ο rfid αναγνώστης διαβάζει όλες τις ετικέτες που βρίσκονται στο χώρο αποθήκευσης και αποστέλει τις πληροφορίες τους στον κεντρικό υπολογίστη μέσω του τοπικού δικτύου. Εκεί,η εφαρμογή που έχει αναλάβει την επικοινωνία με τον αναγνώστη ανανεώνει στη βάση δεδομένων τις πληροφορίες σχετικά με την ποσότητα των διαθέσιμων φαρμάκων. Το προσωπικό μπορεί να ενημερώνεται σχετικά με τα αποθέματα των φαρμάκων μέσω εφαρμογής ή ιστοσελίδας που συνδέεται στη βάση δεδομένων, παρουσιάζει αναλυτικά τις ανάλογες πληροφορίες και προειδοποιεί σχετικά με φάρμακα που εξαντλούνται ή πλησιάζει η ημερομηνία λήξης τους. 30

31 3. Η τεχνολογία των Web Services 3.1 Τι είναι τα web services Σχετικά με το τι είναι web service, έχουν διατυπωθεί πολλοί ορισμοί απο διαφορετικές εταιρίες και οργανισμούς. Η ΙΒΜ ορίζει τα web services ως «Τεχνολογία που επιτρέπει στις εφαρμογές να επικοινωνούν μεταξύ τους ανεξαρτήτως πλατφόρμας και γλώσσας προγραμματισμού. Ένα web service είναι μια διεπαφή λογισμικού (software interface) που περιγράφει μια συλλογή από λειτουργίες οι οποίες μπορούν να προσεγγιστούν από το δίκτυο μέσω πρότυπων μηνυμάτων XML. Χρησιμοποιεί πρότυπα βασισμένα στη γλώσσα XML για να περιγράψει μία λειτουργία (operation) προς εκτέλεση και τα δεδομένα προς ανταλλαγή με κάποια άλλη εφαρμογή. Μια ομάδα από web services οι οποίες αλληλεπιδρούν μεταξύ τους καθορίζει μια εφαρμογή web services». Με απλούστερα λόγια, τα web services είναι μέθοδοι ή συναρτήσεις που καλούνται μέσω του διαδικτύου και δέχονται τα ορίσματα και επιστρέφουν τα αποτελέσματα σε XML μορφή. Ένας άλλος,περιγραφικός ορισμός των web services δίνεται απο τη Microsoft: Τα web services εκθέτουν χρήσιμη λειτουργικότητα σε χρήστες του διαδικτύου μέσα από ένα πρότυπο δικτυακό πρωτόκολο. Στις περισσότερες περιπτώσεις αυτό το πρωτόκολλο είναι το SOAP (Simple Object Access Protocol). Τα web services παρέχουν ένα τρόπο να περιγράψουν τις διεπαφές τους με αρκετή λεπτομέρεια ώστε να επιτρέψουν στο χρήστη τους να χτίσει μια εφαρμογή πελάτη η οποία να επικοινωνήσει μαζί τους. Η περιγραφή συνήθως παρέχεται σε ένα έγγραφο XML το οποίο ονομάζεται έγγραφο WSDL (Web Services Description Language). Τα web services καταχωρούνται ώστε οι δυνητικοί χρήστες να μπορούν να τα βρουν εύκολα. Αυτό γίνεται με το UDDI (Universal Discovery Description and Integration). 31

32 Το κύριο χαρακτηριστικό των web services είναι ότι κάνουν δυνατή την επικοινωνία ανάμεσα σε εφαρμογές που μπορεί να είναι υλοποιημένες σε διαφορετική γλώσσα προγραμματισμού και να εκτελούνται σε διαφορετικο λειτουργικό σύστημα. Αυτό το επιτυγχάνουν κάνοντας χρήση της γλώσσας XML (Extensible Markup Language), η οποία έχει σχεδιαστεί για ανταλλαγή δεδομένων μέσω του διαδικτύου και υπόκειται σε αυστηρούς και καλά δομημένους κανόνες τυποποίησης. Επιπλέον, τα web services βασίζουν την επικοινωνία σε πρότυπα πρωτόκολλα όπως το HTTP (HyperText Transfer Protocol), το FTP (File Transfer Protocol) και το ΤCP/IP (Transmission Control Program/Internet Protocol) που υποστηρίζονται από όλες τις τεχνολογίες,ανεξάρτητα τη γλώσσα προγραμματισμού και την πλατφόρμα του υπολογιστικού συστήματος. 3.2 Αρχιτεκτονική των web services Βασικές οντότητες και λειτουργίες Στην τεχνολογία των web services εμπλέκονται τρεις βασικές οντότητες, o service provider (πάροχος),ο service client ή service requestor(πελάτης ή αιτών) και το service registry (κατάλογος). Service provider : Πρόκειται για την οντότητα που είναι ο ιδιοκτήτης του web service. Ο service provider υλοποιεί τη λογική και τις υπηρεσίες που παρέχει το web service, είναι υπέθυνος για την υποδομή που απαιτείται για τη φιλοξενία του και φροντίζει για την πρόσβαση του κοινού σε αυτό. Επιπλέον, ο service provider είναι υπέυθυνος για τη δημοσίευση (publish) του web service σε κάποιο service registry (κατάλογο υπηρεσιών). Αυτο συμπεριλαμβάνει τη δημοσίευση της τοποθεσίας που βρίσκεται το web service και την περιγραφή της λογικής του και των λειτουργιών που προσφέρει. Service client (ή service requestor): Πρόκειται για την οντότητα που αναζητά και κάνει χρήση κάποιου web service που ικανοποιεί τις 32

33 ανάγκες του. O service client ψάχνει στις δημοσιευμένες περιγραφές κάποιου service registry για να ανακαλύψει το web service με τις επιθυμητές λειτουργίες, και στη συνέχεια συνδέεται (bind) στην τοποθεσία του για να το χρησιμοποιήσει. Service registry :Είναι η οντότητα στην οποία δημοσιεύονται απο τους service providers τα web services.αυτό σημαίνει ότι παρέχει στο κοινό πληροφορίες σχετικά με κάποιο web service, όπως η περιγραφή του, η λειτουργίες που παρέχει, ο τρόπος με τον οποίο λειτουργεί το interface του και η τοποθεσία από όπου μπορεί να κληθεί. Επίσης διαθέτει την υλοποιεί την κατάλληλη υποδομή ώστε να μπορούν οι service clients να αναζητήσουν κάποιο web service και στη συνέχεια να συνδεθούν με αυτό και να κάνουν χρήση των υπηρεσιών του. Εικόνα 9. Bασικοί ρόλοι και λειτουργίες στην τεχνολογία των web services H στοίβα πρωτοκόλλων Μέρος της αρχιτεκτονικής των web services είναι η στοίβα πρωτοκόλλων, τα οποία καθορίζουν τον τρόπο που δημοσιεύονται,περιγράφονται, αναζητώνται και επικοινωνούν τα web services. Η στοίβα αυτή, που ακόμη εξελίσσεται, έχει περιλαμβάνει αυτή τη στιγμή τέσσερα διαφορετικά επίπεδα. Service transport (μεταφορά) : Το επίπεδο αυτό είναι υπεύθυνο για τη μεταφορά των μηνυμάτων που ανταλλάσονται από τα web services και 33

34 τις εφαρμογές που τα χρησιμοποιούν. Αυτή τη στο επίπεδο service transport περιλαμβάνονται τα πρωτόκολλα HyperText Transfer Protocol (HTTP), Simple Mail Transfer Protocol (SMTP), File Transfer protocol (FTP) αλλά και σχετικά καινούρια πρωτόκολλα όπως το Blocks Extensible Exchange Protocol (BEEP). XML messaging (ανταλλαγή μυνημάτων): Αυτό το επίπεδο καθορίζει τη μορφή και τον τρόπο κωδικοποίησης των μηνυμάτων που ανταλλάσονται, ορίζει δηλαδή των κοινό τρόπο επικοινωνίας που ακολουθείται απο τα web services και τις εφαρμογές που κάνουν χρήση αυτών. Τα πρωτόκολλα που εμπεριέχονται στο επίπεδο XML messaging είναι το Simple Object Access Protocol (SOAP) και το XML- Remote Procedure Call (XML-RPC). Service Description (περιγραφή): Στο συγκεκριμένο επίπεδο ορίζεται ο τρόπος με τον οποίο περιγράφεται ένα web service. H περιγραφή του περιέχει πληροφορίες για τις λειτουργίες που παρέχει, την τοποθεσία από όπου μπορεί να κληθεί και τη μορφή της διεπαφής (interface) που παρέχει στο κοινό. Το πρωτόκολλο με το οποίο περιγράφεται ένα web service είναι το Web Service Description Language (WSDL). Service Discovery (ανακάλυψη): Αυτό το επίπεδο ορίζει τον τρόπο που που συγκεντρώνονται τα web services σε κεντρικούς καταλόγους (registry) και παρέχει τις λειτουργίες της δημοσίευσης (publish) και εύρεσής (find) τους. Το πρωτόκολλο που ελέγχει το service discovery είναι το Universal Description, Discovery, and Integration (UDDI). 34

35 Εικόνα 10. Η στοίβα πρωτοκόλλων των web services Tο πρωτόκολλο SOAP Το πρωτόκολλο SOAP (Simple Access Object Protocol) ορίζει ένα τρόπο ανταλλαγής δομημένων πληροφοριών, με τη μορφή μηνυμάτων (messages), μεταξύ εφαρμογών και web services. Η μορφή που έχουν τα μηνύματα που ανταλλάσονται βασίζεται στη marκup γλώσσα XML και η επικοινωνία σε επίπεδο μεταφοράς γίνεται συνήθως μέσω του πρωτοκόλλου HTTP. Αφού τα XML και ΗΤΤP είναι τεχνολογίες ανεξάρτητες απο την πλατφόρμα του υπολογιστικού συστήματος (platform-independent), το SOAP καθιστά δυνατή την επικοινωνία μέσω του ιnternet μεταξύ web services και εφαρμογών που τρέχουν σε υπολογιστές με διαφορετικό λειτουργικό σύστημα και είναι υλοποιημένες σε διαφορετική γλώσσα προγραμματισμού. Το SOAP υλοποιείται και υποστηρίζεται πλέον από πολλές γλώσσες προγραμματισμού, όπως Java, C++, Perl, Python,.NET και PHP. 35

36 Εικόνα 11.To πρωτόκολλο SOAP στην επικοινωνία των web services Η επικοινωνία μεταξύ web services και εφαρμογών βασίζεται στην αποστολή SOAP μηνυμάτων. Για να είναι κατανοητά τα μηνήματα και από τις δύο πλευρές, να οριστεί δηλαδή ένας κοινός τρόπος επικοινωνίας, γίνεται χρήση των XML namespaces και XML schemas, που είναι τρόποι τυποποίησης της δομής ενός xml εγγράφου. Με αυτό τον τρόπο ορίζεται μέσα σε κάθε μήνυμα SOAP η δομή που θα έχει, και η οποία είναι κατανοητή και από το web service και απο την client εφαρμογή, αφού βασίζεται σε κοινώς αποδεκτά πρότυπα. Για την επικοινωνία με ένα web service,ο client αποστέλλει το SOAP request, μήνυμα που έχει πληροφοριες για τη μέθοδο του web service που θα κληθεί, τις τιμές των παραμέτρων που δέχεται η μέθοδος, τον τρόπο κωδικοποίησης και τον τύπο των δεδομένων που ανταλλάσονται κατά την κλήση. Για παράδειγμα, ας υποθέσουμε web service που υλοποιεί τη μέδοθο gettemperature η οποία δέχεται ως παραμέτρο τον ταχυδρομικό κώδικα (μεταβλητή zipcode ) μιάς περιοχής και επιστρέφει την θερμοκρασία στην περιοχή αυτή. 36

37 Το SOAP request που θα αποσταλεί στο web service για να κληθεί η συγκεκριμένη μέθοδος με παράμετρο τον ταχυδρομικό κώδικα θα έχει την παρακάτω δομή: <?xml version='1.0' encoding='utf-8'?> <SOAP-ENV:Envelope xmlns:soap-env=" xmlns:xsi=" xmlns:xsd=" <SOAP-ENV:Body> <ns1:gettemperature xmlns:ns1="urn:serviceprovider-temperature" SOAP-ENV:encodingStyle=" <zipcode xsi:type="xsd:string">56727</zipcode> </ns1:gettemperature> </SOAP-ENV:Body> </SOAP-ENV:Envelope> Το SOAP μήνυμα που απεστάλει από την εφαρμογή αποτελείται από το τμήμα Envelope, στο οποίο δηλώνονται οι συμβάσεις που ακολουθούνται σχετικά με τη δομή του μηνύματος.αυτό επιτυγχάνεται κάνοντας αναφόρα σε εξωτερικές τοποθεσίες στις οποίες αναφέρονται οι κανόνες τυποποίησης για την xml γλώσσα που χρησιμοποιείται. Στο τμήμα Envelope εμπεριέχεται το τμήμα Body, το οποίο είναι το κυρίως μέρος του μηνύματος και περιέχει τις πληροφορίες σχετικά με το ποια μέθοδος του web service θα κληθεί, τον τρόπο που κωδικοποιούνται τα δεδομένα καθώς και τον τύπο και την τιμή της παραμέτρου που δέχεται η μέθοδος. Το web service του παραδείγματος, θα απαντήσει στην κλήση που δέχθηκε από την client εφαρμογή με ένα παρόμοιο μήνυμα,το SOAP response, το οποίο θα περιέχει την τιμή της θερμοκρασίας (26.2 o C) για την περιοχή με ταχυδρομικό κώδικα την παράμετρο που δέχτηκε κατά την κλήση της μεθόδους της και θα είναι της ακόλουθης μορφής: 37