ΟΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΚΑΙ Η ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ RFID

ΑΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ ΚΑΙ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΕΩΝ ΟΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΚΑΙ Η ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ RFID ΜΑΡΙΑ ΤΖΕΛΕΠΗ Επόπτης Καθηγητής: κος Κοντάκος Σταύρος Οκτώβριος 2013 «Εκπονηθείσα πτυχιακή για την κτήση του βασικού πτυχίου»

Περίληψη Η υπό διερεύνηση εργασία έχει σαν κύριο στόχο την λεπτομερή περιγραφή της νέας τεχνολογίας σε συστημικό επίπεδο και σε επίπεδο εφαρμογών. Η παράθεση των κυριότερων εννοιών της τεχνολογίας ταυτοποίησης μέσω ραδιοσυχνοτήτων, τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά, του τρόπου λειτουργίας των συστημάτων RFID και των διαφόρων τομέων, στους οποίους βρίσκει εφαρμογή η τεχνολογία αυτή. Στη συνέχεια, γίνεται μία απόπειρα να εξεταστεί η συμπεριφορά των καταναλωτών σε σχέση των κύριων παραγόντων που αφορούν την τεχνολογία RFID, όπως η πολυπλοκότητα και οι κίνδυνοι των συστημάτων RFID, η ιδιωτικότητα και η ασφάλεια των χρηστών, καθώς επίσης και η πρόθεση του κοινού απέναντι στην τεχνολογία RFID. Τέλος, η δοκιμή αυτού του μοντέλου έγινε με βάση τα δεδομένα που συλλέχθηκαν από τους 200 απλούς καταναλωτές για την επιβεβαίωση της ύπαρξης και την σύσταση των εννοιολογικών παραγόντων ερευνητικού μοντέλου. 2

Abstract The under investigation work aims at as main in detail description of new technology in systemic level and in level of applications. The apposition of mainer significances of radio frequency identification technology, the particular charateristics, the operation of RFID systems and the various areas, in which they are applying this technology. Afterwards, becomes an attempt is made to examine the behavior of consumers in relation of the main factors related to technology RFID, such as the complexity and the risks of systems RFID, privacy and security of users, as well as the intention of the public towards technology RFID. Finally, the test of this model was based on data collected from 200 simple consumers to confirm the existence and the factorial composition of conceptual research model. 3

Περιεχόμενα Περίληψη...2 Abstract... 3 Ευχαριστίες... 9 Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή... 10 Ευφυής μεταφορά-πληρωμή μεταφορών... 11 Κεφάλαιο 2: Βιβλιογραφική Ανασκόπηση... 13 Εισαγωγή 2ου Κεφαλαίου... 13 Ηλεκτρονική Συλλογή Διοδίων (Electronic Toll Collection, ETC)... 13 Ενότητα 2.1: Ανασκόπηση Θεωρίας... 17 2.1.1 Ιστορική Αναδρομή... 17 2.1.2 Περιγραφή της τεχνολογίας RFID... 19 2.1.3 Αρχιτεκτονική της τεχνολογίας RFID...20 2.1.4 Ανάλυση στοιχείων συστήματος RFID...20 2.1.4.1 Οι ετικέτες (tags)... 20 2.1.4.1.1 Κατηγορίες ετικετών RFID αναλόγως με την πηγή ενέργειάς τους... 21 2.1.4.1.2 Κατηγορίες ετικετών RFID αναλόγως την δυνατότητα ανάγνωσης-εγγραφής...22 2.1.4.1.3 Κατηγορίες ετικετών RFID αναλόγως της κατασκευής και της εφαρμογής τους...22 2.1.4.1.4 Κατηγορίες ετικετών RFID αναλόγως την λειτουργικότητά τους...23 2.1.4.1.5 Συχνότητες ετικετών RFID...24 2.1.4.1.6 Παράγοντες που επηρεάζουν την ανάγνωση των ετικετών... 26 2.1.4.2 Η κεραία (antenna)... 26 2.1.4.2.1 Μέγεθος και τύπος...26 2.1.4.2.2 Μηδενισμοί κεραίας και προβλήματα προσανατολισμού...27 2.1.4.3 Ο αναγνώστης (reader/interrogator)...28 4

2.1.4.3.1 Ελεγκτής RFID... 29 2.1.4.3.2 Λειτουργίες αναγνωστών RFID... 30 2.1.4.3.2.1 Πολλαπλή αναγνώριση ετικετών και η αποφυγή σύγκρουσης...30 2.1.4.3.2.2 Εξακρίβωση ετικετών... 30 2.1.4.3.2.3 Κρυπτογράφηση/Αποκρυπτογράφηση δεδομένων... 31 2.1.4.3.3 Κατηγορίες αναγνωστών... 31 2.1.4.4 Ενδιάμεσο λογισμικό (Middleware)... 32 2.1.4.4.1 Κύριες λειτουργίες του ενδιάμεσου λογισμικού RFID...32 2.1.5 Πρότυπα και κατασκευαστές της τεχνολογίας RFID...33 2.1.5.1 Οργανισμοί και πρότυπα αναγνώρισης ραδιοσυχνοτήτων... 33 2.1.5.2 Πρωτόκολλα... 34 2.1.5.3 Κατηγορίες προτύπων...35 2.1.5.4 Κατασκευαστές στοιχείων RFID...35 2.1.6 Εφαρμογές της τεχνολογίας RFID... 36 2.1.6.1 Πεδία εφαρμογής των συστημάτων RFID... 36 2.1.7 Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της τεχνολογίας RFID... 38 2.1.7.2 Πλεονεκτήματα της τεχνολογίας RFID... 38 2.1.7.3 Μειονεκτήματα της τεχνολογίας RFID... 39 Ενότητα 2.2: Εμπειρική έρευνα... 40 2.2.1 Εταιρείες που εφάρμοσαν την τεχνολογία RFID... 40 2.2.2 Έλεγχος διοδίων στην Ελλάδα...41 2.2.3 Ελληνική πρωτοπορία στην υλοποίηση του καταστήματος του μέλλοντος...42 Ενότητα 2.3: Εννοιολογικό πλαίσιο της έρευνας... 44 2.3.1 Ερευνητικοί παράγοντες...44 2.3.1.1 Το συγκριτικό πλεονέκτημα και η πολυπλοκότητα...44 2.3.1.2 Οι κίνδυνοι των συστημάτων RFID... 45 5

2.3.1.2.1 Τρόποι αντιμετώπισης των κινδύνων RFID...46 2.3.1.3 Ασφάλεια...48 2.3.1.3.1 Τεχνολογίες ασφαλείας... 48 2.3.1.3.2 Άλλες τεχνολογίες ασφαλείας... 52 2.3.1.4 Ιδιωτικότητα των χρηστών...53 2.3.1.4.1 Απειλές για τα συστήματα RFID... 54 2.3.1.4.2 Τεχνικές επιθέσεων... 56 2.3.1.5.1 Αποδοχή της τεχνολογίας RFID από τους καταναλωτές...57 2.3.2 Ερευνητικές υποθέσεις... 59 2.3.2.1 Η πολυπλοκότητα της τεχνολογίας RFID...59 2.3.2.2 Οι κίνδυνοι των συστημάτων RFID... 59 2.3.2.3 Η ιδιωτικότητα των χρηστών RFID...59 2.3.2.4 Η ασφάλεια των χρηστών RFID...60 2.3.2.5 Η στάση-πρόθεση των χρηστών στην τεχνολογία RFID... 61 2.3.3 Το ερευνητικό μοντέλο...62 Επίλογος 2ου Κεφαλαίου...64 Κεφάλαιο 3: Ερευνητική μεθοδολογία...65 Ενότητα 3.1: Περιγραφή του δείγματος...65 Ενότητα 3.2: Μέθοδος συλλογής των στοιχείων... 66 Ενότητα 3.3: Περιγραφή του τρόπου μέτρησης των μεταβλητών... 66 3.3.1 Έλεγχος της εγκυρότητας του ερωτηματολογίου...70 3.3.1.1 Έλεγχος της εγκυρότητας του περιεχομένου του ερωτηματολογίου...70 3.3.1.2 Έλεγχος της δομής των ερευνητικών μεταβλητών... 70 3.3.2 Έλεγχος της μονοδιάστατης φύσης και αξιοπιστίας... 71 Επίλογος 3ου Κεφαλαίου... 73 6

Κεφάλαιο 4: Παρουσίαση Ευρημάτων Έρευνας...74 Ενότητα 4.1: Περιγραφικά στοιχεία της έρευνας...74 Κεφάλαιο 5: Συμπεράσματα...82 Ενότητα 5.1: Θεωρητικά συμπεράσματα...82 Ενότητα 5.2: Εμπειρικά συμπεράσματα... 83 Ενότητα 5.3: Πρακτικές επιπτώσεις της έρευνας στις επιχειρήσεις...83 Ενότητα 5.4: Πιθανές αδυναμίες μεθοδολογίας και προτάσεις για μελλοντική συνέχιση της έρευνας από άλλους ερευνητές... 85 5.4.1 Πιθανές αδυναμίες μεθοδολογίας... 85 5.4.2 Προτάσεις για μελλοντική συνέχιση της έρευνας...85 Επίλογος... 87 Κεφάλαιο 6: Βιβλιογραφικές αναφορές...88 Παραρτήματα 1... 96 Κατάλογος Πινάκων Πίνακας 1: Χαρακτηριστικά πλεονεκτήματα, μειονεκτήματα και εφαρμογές των συνηθέστερων συχνοτήτων RFID... 25 Πίνακας 2: Μεταβλητές και ορισμοί μεταβλητών... 68 Πίνακας 3: Συχνότητα φύλου ερωτώμενων...74 Πίνακας 4: Συχνότητα επιπέδου εκπαίδευσης ερωτώμενων...75 Πίνακας 5: Συχνότητα ηλικιακής ομάδας ερωτώμενων...75 Πίνακας 6: Συχνότητα επαγγέλματος ερωτώμενων...76 Πίνακας 7: Συχνότητα οικογενειακού μηνιαίου εισοδήματος ερωτώμενων... 77 Πίνακας 8: Συντελεστές πολλαπλής παλινδρόμησης...79 Πίνακας 9: Συσχέτιση συγγραμμικότητας...80 7

Κατάλογος Σχημάτων Σχήμα 1: Το ερευνητικό μοντέλο της έρευνας...63 Σχήμα 2: Κανονικό διάγραμμα πιθανοτήτων...80 Σχήμα 3: Τυποποιημένα υπόλοιπα-τυποποιημένες εκτιμώμενες τιμές... 81 8

Ευχαριστίες Σε όλους αυτούς που βοήθησαν στην ολοκλήρωση αυτής της πτυχιακής εργασίας. Σας ευχαριστώ όλους πάρα πολύ για την αμέριστη βοήθειά σας... 9

Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή Η παρούσα εργασία έχει ως θέμα μελέτης τις τεχνολογίες Αυτόματης Αναγνώρισης Στοιχείων και Κτήσης Δεδομένων (AIDC, Automatic Identification and Data Capture). Πρόκειται για τεχνολογίες που παρέχουν τη δυνατότητα γρήγορης και εύκολης ανάγνωσης και αποθήκευσης πληροφοριών τη στιγμή που αυτές δημιουργούνται. Σε αυτού του είδους τις τεχνολογίες ανήκουν οι Έξυπνες Κάρτες (Smart Cards), o Γραμμωτός Κώδικας (Bar Code), η Μαγνητική Λωρίδα (Magnetic Stripe), η Αναγνώριση Φωνής και Εικόνας (Voice and Vision Identification), τα Βιομετρικά Συστήματα Αναγνώρισης (Biometrics) και η Ταυτοποίηση μέσω Ραδιοσυχνοτήτων (RFID, Radio Frequency Identification). Στο τελευταίο είδος θα στηριχτεί η έρευνα που θα πραγματοποιηθεί για την παρούσα εργασία. Η τεχνολογία RFID αποτελεί την πλέον σύγχρονη εφαρμογή ταυτοποίησης και έχει βρει εφαρμογή σε διάφορους τομείς, όπως στον εμπορικό και βιομηχανικό τομέα. Η εφαρμογή της στηρίζεται στην χρήση ραδιοκυμάτων και επιτρέπει την αυτόματη αναγνώριση ανθρώπων και, γενικότερα, αντικειμένων τα οποία φέρουν ετικέτες ράδιο-ταυτοποίησης (RFID tags). Η αναγνώριση αυτή γίνεται από κατάλληλους αναγνώστες του συγκεκριμένου είδους τεχνολογίας. Αρχικά, ο αναγνώστης εκπέμπει το κατάλληλο σήμα στην ετικέτα. Στη συνέχεια, η ετικέτα δεχόμενη το σήμα ενεργοποιείται και αποστέλλει τις κατάλληλες πληροφορίες στον αναγνώστη, ο οποίος μπορεί να μεταδώσει τις πληροφορίες αυτές στο πληροφοριακό σύστημα για περαιτέρω επεξεργασία (Λυραράκης, 2010). Αξιοσημείωτο όφελος της εφαρμογής των ενεργητικών RFID συστημάτων στην αυτόματη συλλογή διοδίων που είναι σε λειτουργία σε πολλά μέρη ανά τον κόσμο. Με αυτά τα συστήματα στη σωστή θέση οι χρεώσεις των διοδίων προαφαιρούνται αυτόματα από έναν προπληρωμένο λογαριασμό. Κάθε μέρα, άνθρωποι σε όλο τον κόσμο μετακινούνται από μέρος σε μέρος με διάφορα μέσα μεταφοράς, όμως χωρίς να το έχουν αντιληφθεί οι περισσότεροι όλο και περισσότερες συσκευές εξοπλισμένες με RFID τοποθετούνται διάσπαρτα (Καπετανάκη και Καραμητράκη, 2008). Η ηλεκτρονική πληρωμή των διοδίων είναι μία ακόμη ευρέως διαδεδομένη χρήση αυτής της τεχνολογίας που βρίσκεται μάλιστα εν μέρει εφαρμοσμένη και στο σύστημα πληρωμής των διοδίων της χώρας μας. Οι οδικές αρχές των διοδίων σε όλη 10

τη χώρα έχουν εξοπλίσει στους οδηγούς με έναν αναμεταδότη που συνδέεται με την πιστωτική τους κάρτα ή με τα κλειδιά τους. Γίνεται λόγος για μία κεραία που βρίσκεται σε ύψος τριών με τεσσάρων μέτρων περίπου πάνω από τον αυτοκινητόδρομο καθώς το διερχόμενο όχημα φέρει την ετικέτα (RFID tag) μέσω της οποίας πραγματοποιείται η ταυτοποίηση του οχήματος και η χρέωση του ανάλογου αντιτίμου. Αυτό τους επιτρέπει να πληρώσουν τα διόδια τους σε απόσταση 60 χιλιομέτρων ανά ώρα αντί να σταματήσουν για να ρίξουν «ψιλά» σε ένα καλάθι και επιβραδύνουν τη ροή της κυκλοφορίας (Smith,2004). Ευφυής μεταφορά - Πληρωμή μεταφορών Η τεχνολογία RFID μπορεί να εφαρμοστεί σε πολλές διαφορετικές περιοχές στον τομέα των μεταφορών, παραδείγματος χάριν στην ηλεκτρονική συλλογή διοδίων (Electronic Toll Collection, ETC), ηλεκτρονική καταχώρηση οχημάτων (Electronic Vehicle Registration, EVR), αυτόματη αναγνώριση οχημάτων, διαχείριση στόλων, διαχείριση κυκλοφορίας και στον εντοπισμό της θέσης των οχημάτων. Η τεχνολογία μπορεί να χρησιμοποιηθεί στα παρκινγκ των αυτοκινήτων και στον έλεγχο πρόσβασης και στην ηλεκτρονική συλλογή προστίμων (Καπετανάκη και Καραμητράκη, 2008). Εάν μια ετικέτα RFID έχει τοποθετηθεί σε ένα όχημα, μπορούν να ανακτηθούν λεπτομερείς πληροφορίες του οχήματος από την ετικέτα όταν αυτό περνάει από έναν αναγνώστη εγκατεστημένο σε έναν δρόμο ή στην είσοδο ενός κτιρίου, παρκινγκ, ή ενός σημείου πληρωμής διοδίων. Ως εκ τούτου μπορεί να διαβαστεί η ταυτότητα του οχήματος, να εγγραφεί η θέση του οχήματος μαζί με την διαδρομή που έχει διανύσει, και να ανακαλυφθεί το δικαίωμα πρόσβασης του οχήματος (Καπετανάκη και Καραμητράκη, 2008). Τα συστήματα RFID για πληρωμή μεταφορών χρησιμοποιούνται για την αναγνώριση προσώπων ή οχημάτων καθώς και για την καταγραφή προπληρωμένων διελεύσεων. Στην παρούσα φάση, υπάρχουν πολλά και διαφορετικά συστήματα πληρωμής ανά την υφήλιο σε πολλές χώρες. Αυτά τα συστήματα χρησιμοποιούν την τεχνολογία RFID για πληρωμές σε αυτοκινητόδρομους, σιδηροδρομικούς σταθμούς, λεωφορεία, μετρό και γενικά για μέσα μαζικής μεταφοράς. Ειδικότερα, η διέλευση από διόδια 11

επιτυγχάνεται με την χρήση ενεργών ετικετών στα οχήματα, οι οποίες διαβάζονται από απόσταση καθώς το όχημα περνά από τις πύλες των διοδίων, ενώ οι πληροφορίες της ετικέτας χρησιμοποιούνται για τη χρέωση από ένα προπληρωμένο λογαριασμό (Κουλλαπής, 2009). Χρησιμοποιώντας την τεχνολογία RFID ακριβή δεδομένα της πραγματικής κυκλοφορίας σε έναν συγκεκριμένο δρόμο ή μία εθνική οδό για οποιαδήποτε χρονική περίοδο μπορούν να συλλεχθούν και να συσχετιστούν, και μπορούν να υπολογιστούν στατιστικά στοιχεία. Η ανάλυση των συλλεχθέντων δεδομένων παρέχει πολύτιμες πληροφορίες σχετικά με την δυναμική κατάσταση της κίνηση στον δρόμο. Οι πληροφορίες είναι ουσιώδεις σχετικών με τον έλεγχο και τον σχεδιασμό της κυκλοφορίας ώστε να αποφευχθεί η συμφόρηση σε εθνικές οδούς, τούνελ, γέφυρες και άλλες υποδομές των δημόσιων υποδομών. Η RFID είναι μία από τις τεχνολογίες που επιτρέπουν την ανάπτυξη του συστήματος διαχείρισης των ευφυών μεταφορών (Καπετανάκη και Καραμητράκη, 2008). 12

Κεφάλαιο 2: Βιβλιογραφική Ανασκόπηση Εισαγωγή 2ου Κεφαλαίου Η τεχνολογία RFID αποτελεί την πλέον σύγχρονη εφαρμογή ηλεκτρονικής ταυτοποίησης και έχει βρει εφαρμογή σε διάφορους τομείς, όπως στον βιομηχανικό και εμπορικό τομέα. Στηρίζεται στη χρήση ραδιοκυμάτων και επιτρέπει την αυτόματη αναγνώριση. Τα τελευταία χρόνια υπάρχει μία ξαφνική άνοδος στην δημοτικότητα των συστημάτων RFID. Το καταλληλότερο παράδειγμα είναι οι κάρτες που χρησιμοποιούνται στη θέση των εισιτηρίων των μέσων 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 γεννά το ερώτημα: σε ποιο βαθμό δημιουργούν οι ανάγκες τις προσφορές και σε ποιο βαθμό συμβαίνει το αντίστροφο. Στις περισσότερες εφαρμογές, οι τεχνικές απαιτήσεις επικαλύπτονται από διαφορετικού τύπου συστήματα, τα οποία επιβαρύνουν την επιλογή του κατάλληλου συστήματος. Η κατάσταση δυσκολεύει, επειδή, εκτός από κάποιες μεμονωμένες εφαρμογές, όπως κάρτες εισιτηρίων και ετικέτες κτηνοτροφίας, αφού δεν έχουν οριστεί δεσμευτικά πρωτόκολλα στην κατασκευή των συστημάτων (Τσουκνίδας, 2007). Ηλεκτρονική Συλλογή Διοδίων (Electronic Toll Collection, ETC) Η ηλεκτρονική συλλογή των διοδίων είναι μία από τις πιο επιτυχημένες εφαρμογές της τεχνολογίας RFID. Η ETC είναι μία λύση στην οδική μεταφορά που επιτρέπει στην διαδικασία συλλογής διοδίων εντός της λωρίδας να αυτοματοποιηθεί, έτσι ώστε οι οδηγοί να μην χρειάζεται να σταματήσουν και να πληρώσουν με μετρητά στο σημείο πληρωμής διοδίων. Σε ένα ETC σύστημα, οι ετικέτες τοποθετούνται στο παρμπρίζ των οχημάτων στη γωνία μπροστά από τη θέση του οδηγού ή πίσω από το blind spot του καθρέφτη. Οι αναγνώστες είναι εγκατεστημένοι στην πύλη διοδίων σημαδεύοντας κάτω, στο 13

κέντρο της λωρίδας. Όταν ένα αυτοκίνητο εξοπλισμένο με μία ενεργητική RFID ετικέτα περνάει από την πύλη διοδίων, η ετικέτα επικοινωνεί απευθείας με τον αναγνώστη. Οι πληροφορίες από την ετικέτα μαζί με τον αριθμό αναγνώρισής της διαβάζονται. Εάν είναι μία έγκυρη ετικέτα η πληρωμή διεκπεραιώνεται αυτόματα στο back-end σύστημα. Συνήθως υπάρχουν περισσότερες από μία λωρίδες για την συλλογή διοδίων. Διαφορετικοί αναγνώστες είναι εγκατεστημένοι για να ανιχνεύσουν την ετικέτα του οχήματος που περνάει από μια συγκεκριμένη λωρίδα. Κάθε αναγνώστης ενεργοποιείται, απενεργοποιείται και συγχρονίζεται με ένα τέτοιο τρόπο που μόνο ένας αναγνώστης είναι ενεργοποιημένος και έτοιμος για ανάγνωση κάθε στιγμή. Ένας αναγνώστης πρέπει να είναι ενεργοποιημένος μόνο μερικά milliseconds για να διαβάσει μία ετικέτα στο όχημα που διέρχεται μέσω της λωρίδας. Το εύρος ανάγνωσης των αναγνωστών είναι επίσης, μειωμένο, ώστε οι ετικέτες στις παρακείμενες λωρίδες να μην ανιχνεύονται και διαβάζονται. Επιπλέον, οι ανακλάσεις πολυδιάδοσης που χαρακτηρίζονται από μειωμένη ισχύ στο σήμα λήψης, μπορούν να φιλτραριστούν από τον αναγνώστη. Το ETC σύστημα έχει το πλεονέκτημα της μείωσης της κυκλοφοριακής συμφόρησης και της αύξησης της ταχύτητας των διερχόμενων οχημάτων από τα διόδια. Παρέχει έναν πιο άνετο τρόπο και καλύτερη ασφάλεια στους πελάτες με την ευχέρεια της πληρωμής χωρίς να σταματήσουν. Επιπρόσθετα, το λειτουργικό κόστος για τους χειριστές των διοδίων μπορεί να μειωθεί. Επίσης, είναι ένα αξιόπιστο σύστημα με αποδεδειγμένη ακρίβεια. Επιπλέον, δεδομένου ότι η συναλλαγή διεξάγεται στο backend σύστημα χωρίς τους χειριστές των διοδίων να χειρίζονται μετρητά, οι πιθανότητες κλοπής είναι μειωμένες. Τα ETC συστήματα είναι επίσης εργαλεία της διαχείρισης της κυκλοφορίας που μπορούν να βοηθήσουν την κυβέρνηση και το Υπουργείο Μεταφορών να ελέγξουν καλύτερα την ένταση της οδικής κίνησης και να αυτοματοποιήσουν την συναλλαγή της συλλογής διοδίων ώστε να αυξήσουν αποτελεσματικά την διέλευση των οχημάτων. Παρακάτω, παρατίθενται ορισμένα βασικά χαρακτηριστικά των ETC συστημάτων: Χρέωση: Η επιλογές χρέωσης με την ETC είναι είτε ανοιχτή είτε κλειστή. Με την ανοιχτή χρέωση η ετικέτα καταχωρείται καθώς το όχημα που την φέρει περνά από τον αναγνώστη που είναι εγκατεστημένος σε ένα σημείο σε κάθε λωρίδα του δρόμου. Η κλειστή χρέωση είναι αυτή στην οποία η ετικέτα 14

καταχωρείται καθώς το όχημα περνά από τον αναγνώστη που εγκαθίσταται στο σημείο εισόδου και εξόδου από το δίκτυο, η χρέωση υπολογίζεται γενικά στη βάση της απόστασης μεταξύ αυτών των δύο. Πληρωμή: Υπάρχουν δύο επιλογές πληρωμής για τον χειριστή, ονομαστική προπληρωμή και πληρωμή εκ των υστέρων. Με την προπληρωμή ο πελάτης αναμένεται να πληρώσει μία προκαταβολή για ένα συγκεκριμένο αριθμό ταξιδίων μέσω ηλεκτρονικών διοδίων. Η εκ των υστέρων πληρωμή είναι προφανώς πιο ελκυστική για τους πελάτες αλλά δεν προσφέρει πραγματικά πλεονεκτήματα στους επιχειρηματίες. Ταξινόμηση των οχημάτων: Υπάρχουν τέσσερις βασικές μέθοδοι ταξινόμησης τω οχημάτων για τους σκοπούς της εξακρίβωσης των τιμών των διοδίων. Η απλούστερη μέθοδος είναι η χρέωση ανά αυτοκίνητο, δηλαδή χωρίς ταξινομήσεις, αλλά τότε η τιμή των διοδίων δεν έχει καμία συνάφεια με τη λογική φθορά που προκαλεί ένα όχημα στον δρόμο. Ένας οδηγός μηχανής προφανώς δεν θα δεχόταν να πληρώσει το ίδιο αντίτιμο στα διόδια με ένα πολυαξονικό όχημα βαρέων μεταφορών. Οι περισσότεροι χειριστές διοδίων ταξινομούν τα οχήματα ανάλογα με το είδος τους. Το μέτρημα των αξόνων είναι άλλη μία μέθοδος που χρησιμοποιείται. Σύμφωνα με αυτή, η χρέωση γίνεται σύμφωνα με τον αριθμό των αξόνων του οχήματος, το οποίο θα ήταν άδικο συγκρίνοντας ένα μικρό φορτηγό με ένα μεγαλύτερο ημιφορτηγό. Μία από τις πιο δίκαιες μεθόδους είναι σύμφωνα με το μέγεθος του οχήματος, καθώς το αντίτιμο συνδέεται με τον χώρο που καταλαμβάνει το όχημα στον δρόμο. Λογαριασμοί: Οι δύο επιλογές για τη θέση του λογαριασμού του πελάτη είναι εντός του οχήματος και εκτός του οχήματος. Σχεδόν όλα τα AVI συστήματα βασίζονται σε λογαριασμούς εκτός των οχημάτων. Συνήθως αυτός ο λόγος διαχειρίζεται από τον αρμόδιο υπάλληλο και έχει σχετικά κόστη λειτουργίας επιπρόσθετα στην σημαντική αρχική επένδυση για το hardware του υπολογιστή. Κωδικοποιώντας μία ετικέτα με λεπτομέρειες πιστωτικής κάρτας ή τραπεζικού λογαριασμού θα απάλλασσε τον χειριστή από το βάρος αυτού του υπολογισμού, ενθαρρύνοντας και τους πελάτες από τα πλεονεκτήματα των ευχερειών από τις εκ των υστέρων πληρωμές. 15

Πληρωμή των διοδίων: Εκτός από το θέμα της ταξινόμησης των οχημάτων υπάρχουν κι άλλες επιλογές για την απόφαση σχετικά με την αξία των διοδίων που θα χρεώνονται. Η απλούστερη μέθοδος είναι η έκδοση μιας άδειας απεριόριστων ταξιδίων κατά τη διάρκεια μιας χρονικής περιόδου, ουσιαστικά μία προσέγγιση εποχιακού εισιτηρίου. Μία ετικέτα εγγραφής/ανάγνωσης θα μπορούσε να κωδικοποιηθεί σε μία κατηγορία και μία ημερομηνία λήξης για χρήση σε ένα τέτοιο σύστημα. Πριν τη λήξη ο πελάτης θα πλήρωνε για τη παράταση της ισχύος της ετικέτας, δηλαδή επανακωδικοποίηση με τη νέα ημερομηνία λήξης. Οι περισσότεροι επιχειρηματίες επιλέγουν να χρεώνουν διόδια ανά ταξίδι. Αυτό μπορεί να συνδεθεί με την απόσταση που διανύθηκε. Επιβολή πληρωμής: Αποτελεσματικοί και αξιόπιστοι τρόποι επιβολής πληρωμής είναι ουσιώδεις για την επιτυχία ενός ETC συστήματος. 1. Μια ακριβή και όλο πιο αποδοτική μέθοδος επιβολής πληρωμής είναι η κατοχή ενός συστήματος εξαναγκασμού των οχημάτων (VES). 2. Μία επιπλέον μέθοδο επιβολή πληρωμής είναι με την έννοια της χειροκίνητης αστυνόμευσης. 3. Άλλη μία βοήθεια στον εξαναγκασμό πληρωμών είναι η αυτόματη ταξινόμηση των οχημάτων (AVC). Τα παραπάνω κύρια χαρακτηριστικά εκτός του ότι κάνουν την ETC μέθοδο πιο αποτελεσματική και ελκυστική για τους χρήστες της, η ίδια παρουσιάζει ορισμένα λειτουργικά προβλήματα, όπως είναι τα ακόλουθα: Tailgating: Η πιο κοινή μορφή υπεκφυγής είναι αυτή του tailgating. Εδώ, ένα όχημα που δεν είναι εξοπλισμένο με μία ετικέτα οδηγεί κολλητά πίσω από ένα όχημα εξοπλισμένο για έγκυρη ETC πληρωμή. Αυτή η μορφή υπεκφυγής των διοδίων επιτυγχάνεται συνήθως με δύο οδηγούς που συνεργάζονται, καθώς απαιτεί μια εξισορροπημένη ποσότητα δεξιοτήτων, ώστε να αποφύγουν να διακριθούν σαν δύο ξεχωριστά οχήματα χωρίς να συγκρουστούν. Αυτή η υπεκφυγής μορφή είναι πρακτική εκεί όπου η διέλευση είναι σε χαμηλές ταχύτητες, δηλαδή όταν χρησιμοποιούνται μπάρες. Η χρήση ενός αποδοτικού 16

AVC συστήματος συζευγμένου με ένα εμφανές εμπόδιο στη μορφή του VES θα εμπόδιζε τέτοια δραστηριότητα. Frontgating: Είναι ένα φαινόμενο που συναντάται αρκετά συχνά. Ένας πελάτης που πληρώνει με μετρητά ασυνείδητα μπορεί να περάσει μέσω της ετικέτας που είναι τοποθετημένη στο παρμπρίζ του πίσω οχήματος. Ο εξοπλισμός της λωρίδας εξασφαλίζει ότι ο κάτοχος του λογαριασμού χρεώνεται μόνο μία φορά και μπορεί να προχωρήσει κανονικά. Εξαιτίας της ποικιλίας των σχημάτων των οχημάτων ο τύπος προβλήματος δεν μπορεί να απαλειφθεί ολοκληρωτικά σε ένα σταθμό διοδίων όπου αναπόφευκτα τα οχήματα περιμένουν σε σειρά. Παρεμβολές: Ένα άλλο λειτουργικό γεγονός είναι αυτό των παρεμβολών των γειτονικών λωρίδων. Μερικά συστήματα βασίζονται σε μικροκυματική σύνδεση επικοινωνίας μεταξύ του αναγνώστη και της ετικέτας. Τα μικροκύματα αντανακλώνται από τα ψηλά οχήματα, με αποτέλεσμα δύο AVI συναλλαγών από τον ίδιο χρήστη την ίδια στιγμή, αλλά σε διαφορετικές λωρίδες. Το φιλτράρισμα από τον κεντρικό υπολογιστή διασφαλίζει ότι ο λογαριασμός του πελάτη χρεώνεται μόνο μία φορά. Τα συστήματα που χειρίζονται λογαριασμούς εντός του οχήματος δεν μπορούν να βασίζονται στο φιλτράρισμα αυτών των συναλλαγών, αλλά αυτά τείνουν να έχουν μία πιο αξιόπιστη σύζευξη δεδομένων δύο κατευθύνσεων εξαιτίας των απαιτήσεων υψηλής ασφάλειας. Η χρήση μιας πιο ασφαλούς σύζευξης δεδομένων ουσιαστικά εξαλείφει τα προβλήματα παρεμβολών. Παρότι, τα παραπάνω λειτουργικά προβλήματα που παρουσιάζονται με την χρήση των ETC συστημάτων στα διόδια επιφέρουν αρκετά μειονεκτήματα έχουν και τους ανάλογους τρόπους αντιμετώπισης, όπως προαναφέρθηκαν (Καπετανάκη και Καραμητράκη, 2008). 17

Ενότητα 2.1: Ανασκόπηση Θεωρίας 2.1.1 Ιστορική Αναδρομή Οι ρίζες της τεχνολογίας ράδιο-ταυτοποίησης ξεκινάει από την εποχή του Δεύτερου Παγκοσμίου Πολέμου με την χρήση ραντάρ. Η ανακάλυψη έγινε το 1935 από τον σκοτσέζο φυσικό Robert Alexander Watson-Watt, ο οποίος κατασκεύασε το πρώτο σύστημα που να μπορεί να ξεχωρίζει τα φιλικά ή τα εχθρικά αεροπλάνα, βάζοντας έναν πομπό σε κάθε βρετανικό αεροπλάνο. Όταν ο πομπός λάμβανε σήματα από σταθμούς στο έδαφος, άρχιζε να εκπέμπει πίσω ένα σήμα στο αεροσκάφος που το προσδιόριζε ως φιλικό. Το σύστημα RFID λειτουργεί πάνω στην ίδια βασική ιδέα. Γι αυτό, από τότε και έπειτα οι δεκαετίες που ακολούθησαν είχαν ως θέμα έρευνας την ανάπτυξη και την βελτίωση των συστημάτων RFID. Αφού προηγήθηκε η απαραίτητη τεχνολογική ανάπτυξη, η δεκαετία του 1950 ήταν η εποχή της έρευνας για το RFID και τις τεχνικές του. Μάλιστα, αυτή την περίοδο μελετήθηκαν τα συστήματα μετάδοσης μεγάλων αποστάσεων για την αναγνώριση των φιλικών ή των εχθρικών αεροσκαφών. Παράλληλα, ερευνούνταν και πολλές τεχνολογίες που σχετίζονταν με την τεχνολογία RFID μέχρι που τη δεκαετία του 1960 άρχισε να χρησιμοποιείται για εμπορικούς λόγους σαν αντικλεπτικό σύστημα το οποίο με την χρήση των ραδιοκυμάτων καθόριζε το αν το προϊόν είχε πληρωθεί ή όχι (Σταματούδη, 2008). Τη δεκαετία του 1970, η αμερικανική κυβέρνηση δημιουργεί ένα σύστημα για την ανίχνευση των οχημάτων βάζοντας πομποδέκτες σε αυτά, όπως και σε ζώα. Μάλιστα, το 1973 ο Αμερικανός Mario Cardullo κατασκεύασε έναν παθητικό αναμεταδότη με μνήμη ο οποίος χρησιμοποιήθηκε ως συσκευή φόρου από τη λιμενική αρχή της Νέας Υόρκης (Μωϋσιάδου, 2010). Ακόμη, την ίδια δεκαετία έγιναν ορισμένες προσπάθειες ανάπτυξης των εφαρμογών για την παρακολούθηση/ιχνηλάτιση ζώων, την παρακολούθηση των οχημάτων και την αυτοματοποίηση των εργοστασίων (Landt, 2001). Επιπλέον, τη δεκαετία του 1980 συντελέστηκε πλήρης εφαρμογή της τεχνολογίας RFID. Σε αυτό συντέλεσε και η ανάπτυξη των προσωπικών υπολογιστών, καθώς 18

αρχίζει να χρησιμοποιείται για πρώτη φορά και για τον εντοπισμό ζώων. Στις Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής το ενδιαφέρον στράφηκε περισσότερο στις μεταφορές, στον έλεγχο πρόσβασης του προσωπικού και λιγότερο στον εντοπισμό ζώων. Από την άλλη, στην Ευρώπη παρατηρήθηκε ένα μεγαλύτερο ενδιαφέρον για τα συστήματα μικρού εύρους για τα ζώα και για τις βιομηχανικές και επιχειρησιακές εφαρμογές (Παπαδοπούλου, 2009). Τη δεκαετία του 1990, ξεκινούν οι εφαρμογές σε εμπορικές επιχειρήσεις. Πιο συγκεκριμένα, το 1991 λειτούργησε το πρώτο στον κόσμο σύστημα ηλεκτρονικής συλλογής διοδίων σε αυτοκινητόδρομο στην Οκλαχόμα των Ηνωμένων Πολιτειών. Μεγάλο ενδιαφέρον για τη συλλογή των διοδίων παρατηρήθηκε κα στην Ευρώπη, όπου πολλές εταιρείες εργάστηκαν πάνω στη δημιουργία του πανευρωπαϊκού προτύπου CEN για τις εφαρμογές αυτές (Παπαδόπουλος, 2009). Ενώ την επόμενη δεκαετία ανάκυψε η ανάγκη για προτυποποίηση και ευρεία χρήση της τεχνολογίας RFID σε όλο και περισσότερους τομείς. Με την αυγή του 21ου αιώνα, η τεχνολογία των RFID συστημάτων έχει παρουσιάσει ραγδαία ανάπτυξη με τις ετικέτες να έχουν μικρύνει τόσο σε μέγεθος που να μπορούν να πάρουν τη μορφή της αυτοκόλλητης ετικέτας με δυνατότητα επισύναψης πάνω σε οποιοδήποτε αντικείμενο. Επιπλέον το κόστος εγκατάστασης ενός τέτοιου συστήματος να έχει μειωθεί σημαντικά. Τέλος, να σημειωθεί πως οι μεγαλύτερες επιχειρήσεις διακίνησης προϊόντων παγκοσμίως, έχουν εισάγει τα RFID σε όλο το εύρος της εφοδιαστικής αλυσίδας. 2.1.2 Περιγραφή της τεχνολογίας RFID Η τεχνολογία RFID (Radio Frequency Identification), αποτελεί την πλέον σύγχρονη εφαρμογή ηλεκτρονικής ταυτοποίησης. Στηρίζεται στη χρήση ραδιοκυμάτων και επιτρέπει την αυτόματη αναγνώριση ανθρώπων ή, κατά κύριο λόγο, αντικειμένων (προϊόντων) τα οποία φέρουν ετικέτες (RFID tags). Οι ετικέτες RFID έχουν μικροεπεξεργαστή και κεραία ώστε να μπορούν να ανιχνευθούν αυτόματα από σταθερούς ή φορητούς αναγνώστες (RFID readers) χωρίς να είναι απαραίτητη η σάρωση του κάθε μεμονωμένου αντικειμένου. Ο αναγνώστης εκπέμπει ένα σήμα στην ετικέτα RF, η οποία με την βοήθεια της κεραίας της, το διοχετεύει στη μνήμη 19

της, όπου έχουν αποθηκευτεί κάποια δεδομένα. Η ετικέτα RF, δεχόμενη το σήμα αυτό ενεργοποιείται και αποστέλλει πίσω τα δεδομένα. Τα δεδομένα αυτά μεταδίδονται μέσω ενός ενδιάμεσου λογισμικού (middleware) στο πληροφοριακό σύστημα, το οποίο αποθηκεύει και επεξεργάζεται τα δεδομένα που συλλέγονται από τις ετικέτες. Επίσης, η εμβέλεια του συστήματος RFID είναι ανάλογη με τον τύπο ετικέτας των αναμεταδοτών που χρησιμοποιείται και της λειτουργούσας συχνότητας έτσι μπορούμε να τα ταξινομήσουμε σε χαμηλής και υψηλής συχνότητας συστήματα (Λυραράκης, 2011). 2.1.3 Αρχιτεκτονική της τεχνολογίας RFID Το σύστημα RFID αποτελείται από τα εξής βασικά στοιχεία: Μία ή περισσότερες ετικέτες (tags), η οποία αναφέρεται και ως πομποδέκτης (transponder). Έναν ή περισσότερους αναγνώστες (readers), ο οποίος αποτελείται από την κεραία (antenna) και την μονάδα ελέγχου (control unit). Δύο ή περισσότερες κεραίες (access points). Το ενδιάμεσο λογισμικό (middleware), το οποίο λειτουργεί ως «γέφυρα» επικοινωνίας μεταξύ του αναγνώστη και του πληροφοριακού συστήματος (Λυραράκης, 2011). 2.1.4 Ανάλυση στοιχείων συστήματος RFID 2.1.4.1 Οι ετικέτες (tags) Η ετικέτα είναι ένα μικρό ηλεκτρονικό κύκλωμα που η βασική του λειτουργία είναι να αποθηκεύει και να μεταδίδει δεδομένα στον αναγνώστη. Τοποθετείται στο υπό αναγνώριση αντικείμενο όπου αποθηκεύει έναν σειριακό αριθμό αναγνώρισης καθώς και ορισμένες άλλες πληροφορίες που αφορούν το αντικείμενο στο οποίο χρησιμοποιείται. Στην πιο βασική του μορφή αποτελείται από ένα ηλεκτρονικό τσιπ και μία κεραία τοποθετημένα σε ένα πακέτο ώστε να σχηματίσουν μια ετικέτα. 20

Επίσης, ορισμένες ετικέτες περιέχουν μπαταρίες και αυτό τις διαχωρίζει σε ενεργές και παθητικές ετικέτες και σε ημι-παθητικές. 2.1.4.1.1 Κατηγορίες ετικετών RFID αναλόγως με την πηγή ενέργειάς τους Οι ετικέτες χωρίζονται σε τρεις κατηγορίες οι οποίες είναι οι ακόλουθες: 1. Παθητικές ετικέτες (Passive tags) Οι παθητικές ετικέτες αποτελούνται από ένα μικροτσίπ και μία κεραία. Ο αναγνώστης στέλνει ραδιοκύματα, τα οποία μέσω της κεραίας μεταδίδουν ηλεκτρικό ρεύμα στο μικροκύκλωμα που περιλαμβάνει η ετικέτα. Αυτή στέλνει με τον τρόπο αυτό τα δεδομένα, τα οποία έχουν αποθηκευτεί στο μικροτσίπ ως απάντηση. Οι παθητικές ετικέτες λόγω της ικανότητάς τους να λειτουργούν δίχως ηλεκτρικό ρεύμα από δική τους πηγή, είναι σημαντικά φθηνότερες και κατά πολύ μικρές σε μέγεθος, με αποτέλεσμα, να βρίσκουν εφαρμογή σε πολλά προϊόντα. Ωστόσο, η έλλειψη τροφοδοσίας περιορίζει και την εμβέλεια λειτουργίας τους που φτάνει μέχρι και τα πέντε μέτρα, αλλά και το εύρος των δεδομένων, τα οποία μπορεί να αποθηκεύσουν και να αναμεταδώσουν. 2. Ενεργητικές ετικέτες (Active tags) Οι ενεργές ετικέτες λειτουργούν με τον ίδιο ακριβώς τρόπο με τις παθητικές ετικέτες. Αν και, η διαφορά τους έγκειται στην τροφοδοσία του κυκλώματος που προκαλεί την αναμετάδοση των δεδομένων. Οι ενεργές ετικέτες διαθέτουν μπαταρίες και μπορούν μόνες τους να τροφοδοτήσουν την αναμετάδοση. Η χρήση της μπαταρίας, όμως, προκαλεί μεγαλύτερο κόστος παραγωγής, άρα και διάθεσης, ενώ ο όγκος αυξάνεται. Από την άλλη πλευρά, αυξάνεται και το μέγεθος των αποθηκευμένων δεδομένων στο μικροτσίπ, αλλά και η εμβέλεια αναμετάδοσης που φτάνει τις μερικές δεκάδες μέτρα, δυνατότητες που καθιστούν τις ενεργές ετικέτες ως τις επικρατέστερες. 3. Ημι-παθητικές ετικέτες (Semi-passive tags) Οι ημι-παθητικές ετικέτες στην κατασκευή τους και στον τρόπο επικοινωνίας τους είναι ίδιες με τις παθητικές ετικέτες. Αυτό που τις κάνει να διαφέρουν είναι η μπαταρία που διαθέτουν, όπως και οι ενεργητικές. Ωστόσο, η διαφορά τους 21

παρουσιάζεται στο ότι η πηγή θέτει σε λειτουργία το ολοκληρωμένο κύκλωμα και όχι τη μετάδοση του σήματος στον αναγνώστη, από όπου και απορροφούν την απαιτούμενη ενέργεια. Οι ετικέτες, τέλος, αχρηστεύονται όταν τελειώσει η μπαταρία που διαθέτουν (Κουλλαπής, 2009). 2.1.4.1.2 Κατηγορίες ετικετών RFID αναλόγως την δυνατότητα ανάγνωσηςεγγραφής Επίσης, οι ετικέτες RFID διαχωρίζονται σύμφωνα με τον τύπο των μικροεπεξεργαστών που χρησιμοποιούν σε: Επανεγγράψιμες (Read-write): μπορούν να προστεθούν πληροφορίες στην ετικέτα ή να γραφτούν πάνω σε υπάρχουσες πληροφορίες όταν η ετικέτα βρίσκεται σε ακτίνα ενός αναγνώστη. Συνήθως, οι ετικέτες αυτές έχουν ένα σειριακό αριθμό, ο οποίος μπορεί να διαγραφεί και να κλειδώσει ορισμένα δεδομένα, έτσι ώστε να μην παραγραφούν. Αναγνώσιμες (Read-only): ενσωματώνουν πληροφορίες που έχουν αποθηκευτεί σε αυτές κατά τη διάρκεια της κατασκευής τους, οι οποίες δεν μπορούν να τροποποιηθούν. «Μιας εγγραφής, πολλών αναγνώσεων» ( Write-once read-many, Worm): ενσωματώνουν πληροφορίες κατά τη κατασκευή τους, αλλά μπορεί και ο χρήστης τους να προσθέσει πληροφορίες μία και μόνο φορά. Έπειτα μετατρέπονται σε αναγνώσιμες (Γιαγλής, 2006). 2.1.4.1.3 Κατηγορίες ετικετών RFID αναλόγως της κατασκευής και της εφαρμογής τους Ακόμα, οι ετικέτες διαχωρίζονται σε περεταίρω κατηγορίες σύμφωνα με τον τρόπο κατασκευής και εφαρμογής τους. Καθώς, οι εφαρμογές των συστημάτων RFID ποικίλουν στην κατασκευή των ετικετών αλλάζει αναλόγως με την εφαρμογή τους. Ως κατασκευή, ορίζουμε «την ενσωμάτωση της κεραίας και του ολοκληρωμένου κυκλώματος στην ετικέτα, καθώς και τον τρόπο με τον οποίο αυτή τοποθετείται πάνω στο αντικείμενο που πρέπει να αναγνωριστεί» (Λυραράκης, 2011). 22