Σχεδίαση αναλογικού τμήματος παθητικής ετικέτας (tag) για σύστημα αναγνώρισης μέσω ραδιοσυχνοτήτων (RFID)

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ ΚΑΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ Σχεδίαση αναλογικού τμήματος παθητικής ετικέτας (tag) για σύστημα αναγνώρισης μέσω ραδιοσυχνοτήτων (RFID) Διπλωματική Εργασία Παπάζογλου Δήμητρα Επιβλέπων: Αλκιβιάδης Χατζόπουλος καθηγητής Α.Π.Θ Ιούνιος 2013

Σχεδίαση αναλογικού τμήματος παθητικής ετικέτας (tag) για σύστημα αναγνώρισης μέσω ραδιοσυχνοτήτων (RFID) 2

Ευχαριστίες Στα πλαίσια της διπλωµατικής εργασίας, θα ήθελα να ευχαριστήσω τον καθηγητή µου κ. Αλκιβιάδη Χατζόπουλο για την επίβλεψη της διπλωµατικής µου εργασίας. Ακόµα θα ήθελα να εκφράσω τις ευχαριστίες µου στον κ. Ιωάννη Κοσµαδάκη, υποψήφιο διδάκτορα του τµήµατος Φυσικής, για την καθοδήγηση και την πολύτιµη βοήθεια που µου προσέφερε κατά την διάρκεια της υλοποίησης της. Τέλος, ένα µεγάλο ευχαριστώ στην οικογένεια και στους φίλους µου για την συµπαράσταση που µου έδωσαν όλο αυτό τον καιρό.

Περίληψη Στις µέρες µας, η ανάγκη για αναγνώριση µε αυτοµατοποιηµένο τρόπο και χωρίς οπτική επαφή δυναµώνει όλο και περισσότερο. Την ανάγκη αυτή ήρθαν να ικανοποιήσουν τα συστήµατα αναγνώρισης µέσω ραδιοσυχνοτήτων RFID (Radio Frequency IDentification systems) και γι αυτό έχουν αποκτήσει κυρίαρχο ρόλο στην καθηµερινή µας ζωή και ιδιαίτερα στο χώρο της εφοδιαστικής αλυσίδας. Η γρήγορη, αξιόπιστη και αυτοµατοποιηµένη διαδικασία αναγνώρισης και ταυτοποίησης προϊόντων ή ακόµα και ανθρώπων που προσφέρουν, αλλά και το χαµηλό τους κόστος, τους κατατάσσουν στην πρώτη θέση στην τεχνολογία Συστηµάτων Αυτόµατης Αναγνώρισης και Συλλογής Στοιχείων AIDC (Automatic Identification and Data Capture Technology).Ένα σύστηµα RFID αποτελείται από έναν αναγνώστη (reader), µία ετικέτα (tag) και ένα λογισµικό(middleware). Έγινε λοιπόν µια προσπάθεια σχεδίασης του αναλογικού µέρους µιας παθητικής RFID ετικέτας (tag), η οποία καθώς δεν έχει δικιά της πηγή τροφοδοσίας λαµβάνει όλη την απαραίτητη ενέργεια που χρειάζεται από έναν RFID αναγνώστη (reader) o οποίος λειτουργεί σε συχνότητα 13.56MHz. Το αναλογικό τµήµα της ετικέτας σχεδιάστηκε έτσι ώστε να εκτελεί 4 λειτουργίες: παραγωγή συνεχούς και σταθερής τάσης για τα αναλογικά αλλά και τα ψηφιακά κυκλώµατα του tag, παροχή ενός σταθερού ρολογιού χωρίς διαλείψεις για το ψηφιακό πυρήνα, αποστολή δεδοµένων από το tag στο reader και λήψη δεδοµένων από το reader στο tag. Παρουσιάζεται λοιπόν η δοµή και η λειτουργία των κυκλωµάτων που χρησιµοποιήθηκαν ώστε να εκτελούνται οι παραπάνω λειτουργίες. Η επικοινωνία reader και tag έγινε µε βάση το πρότυπο ISO 15693. Όλα τα κυκλώµατα σχεδιάστηκαν µε το πρόγραµµα Cadence χρησιµοποιώντας την τεχνολογία UMC 0.18µm και όλες οι προσοµοιώσεις έτρεξαν µε το Cadence Virtuoso. Λέξεις Κλειδιά- RFID, Παθητική Ετικέτα, Χαµηλή Κατανάλωση, Σχεδίαση Αναλογικού Τµήµατος Ετικέτας, ISO 15693, Συχνότητα Λειτουργίας 13.56MHz, Cadence, Τεχνολογία UMC 0.18µm. ii

Abstract Nowadays, there is an increasing need of using automated identification without having line of sight. This need can be satisfied by the Radio Frequency Identification Systems (RFID), which play crucial role in everyday life and especially in the field of supply chain. Their rapid automated process of identifying products or even people, combined with reliability and a low price, constitute the factors that rank RFID systems at the top of Automatic Identification and Data Capture Technologies (AIDC). A conventional RFID system is made up of three components: one reader, one tag and the required middleware. There was an effort to design the analog part of a passive RFID tag, which doesn t have its own power supply but all the power is offered by a RFID reader operating at 13.56MHz. The analog part of the tag has four operations: generating constant DC voltage for the analog and digital circuits of tag, generating a constant and uninterruptible clock for the digital kernel, transferring data to the reader, receiving data from the reader. Moreover, the structure and the operation of the analog circuits that were used are presented. The process of communication between the reader and the tag is based on ISO 15693. The circuits were designed with Cadence Program using UMC 0.18um Technology and Cadence Virtuoso was used to run all the simulations. Index Terms- RFID, Passive Tag, Low Power, Analog Design Of a Tag, ISO 15693, Operating Frequency 13.56MHz, Cadence, Technology UMC 0.18um. iii

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ... I ΠΕΡΙΛΗΨΗ... II ABSTRACT... III ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ... IV ΛΙΣΤΑ ΕΙΚΟΝΩΝ... VII ΛΙΣΤΑ ΠΙΝΑΚΩΝ... X 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ... 1 1.1 ΠΡΟΛΟΓΟΣ... 1 1.2 ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ... 1 1.3 ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΚΕΙΜΕΝΟΥ... 1 2 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ RFID... 3 2.1 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ RFID... 3 2.2 ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ... 4 2.3 ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ ΜΕΡΗ ΕΝΟΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ RFID... 4 2.3.1 ΕΤΙΚΕΤΑ... 6 2.3.1.1 Χαρακτηριστικά ετικετών... 6 2.3.1.2 Κατηγορίες Ετικετών... 6 2.3.2 ΑΝΑΓΝΩΣΤΗΣ... 8 2.3.2.1 Χαρακτηριστικά αναγνωστών... 8 2.3.2.2 Κατηγορίες αναγνωστών... 8 2.3.3 ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ... 9 2.4 ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ RFID... 10 2.4.1 ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ... 10 2.4.2 ΑΠΟΣΤΑΣΗ ΑΝΑΓΝΩΣΗΣ... 11 2.4.3 ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΑ ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑΣ ΑΠΟ ΠΗΓΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ... 12 2.4.4 ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΑ ΕΠΑΝΕΓΓΡΑΦΗΣ ΜΝΗΜΗΣ... 12 2.4.5 ΤΡΟΠΟΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΣ ΑΝΑΓΝΩΣΤΗ ΚΑΙ ΕΤΙΚΕΤΑΣ... 13 2.4.6 ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΟ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΣ... 14 2.4.7 ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΕΞΥΠΗΡΕΤΗΣΗΣ... 14 2.5 ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ RFID ΚΑΙ ΓΡΑΜΜΩΤΟΙ ΚΩΔΙΚΕΣ... 15 2.5.1 ΓΡΑΜΜΩΤΟΣ ΚΩΔΙΚΑΣ... 15 2.5.2 ΣΥΓΚΡΙΣΗ RFID ΚΑΙ ΓΡΑΜΜΩΤΟΙ ΚΩΔΙΚΕΣ... 16 2.6 ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ RFID... 17 3 ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΕΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ RFID... 19 3.1 ΔΙΕΘΝΗΣ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΣ ΤΥΠΟΠΟΙΗΣΗΣ ISO... 19 3.2 ΠΡΟΤΥΠΑ ISO ΓΙΑ RFID... 20 iv

3.3 ΠΡΟΤΥΠΟ ISO 15693... 21 3.3.1 ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑ ΑΝΑΓΝΩΣΤΗ ΠΡΟΣ ΕΤΙΚΕΤΑ... 22 3.3.1.1 Διαµόρφωση κατά πλάτος... 22 3.3.1.2 Κωδικοποίηση και ρυθµός µετάδοσης δεδοµένων... 23 3.3.1.3 Πλαίσια... 26 3.3.2 ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑ ΕΤΙΚΕΤΑΣ ΠΡΟΣ ΑΝΑΓΝΩΣΤΗ... 27 3.3.2.1 Διαµόρφωση... 27 3.3.2.2 Ρυθµός µετάδοσης δεδοµένων... 27 3.3.2.3 Κωδικοποίηση... 28 3.3.2.4 Πλαίσια... 29 3.3.3 ΟΡΙΣΜΟΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ... 30 3.3.3.1 Ταυτότητα... 30 3.3.3.2 AFI,DSFID,CRC... 30 3.3.4 ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΜΝΗΜΗΣ ΕΤΙΚΕΤΑΣ... 31 3.3.5 ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΟ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΣ... 31 3.3.5.1 Περιεχόµενο πρωτοκόλλου... 31 3.3.5.2 Λειτουργίες... 33 3.3.5.3 Καταστάσεις ετικέτας... 34 3.3.6 ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΑΠΟΦΥΓΗΣ ΣΥΓΚΡΟΥΣΗΣ ΤΩΝ ΕΤΙΚΕΤΩΝ... 35 4 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΩΝ ΑΝΑΛΟΓΙΚΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ ΤΗΣ ΕΤΙΚΕΤΑΣ-ΚΕΡΑΙΑ ΑΝΑΓΝΩΣΤΗ & ΕΤΙΚΕΤΑΣ... 40 4.1 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ CMOS... 40 4.1.1 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ MOSFET ΤΡΑΝΖΙΣΤΟΡ... 40 4.1.2 ΣΥΜΠΛΗΡΩΜΑΤΙΚΑ MOS... 42 4.1.3 ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΙΣΧΥΟΣ... 44 4.1.4 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ UMC 0.18UM... 45 4.2 ΓΕΝΙΚΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ ΕΝΟΣ TAG... 46 4.3 ΚΕΡΑΙΑ READER & TAG... 48 5 ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑ ΣΤΑ ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΤΟΥ TAG... 52 5.1 ΑΝΟΡΘΩΤΗΣ... 52 5.1.1 ΑΝΟΡΘΩΤΗΣ ΓΕΦΥΡΑΣ ΜΕ NMOS ΤΡΑΝΖΙΣΤΟΡ... 55 5.1.2 ΑΝΟΡΘΩΤΗΣ ΓΕΦΥΡΑΣ ΜΕ NMOS ΧΑΜΗΛΗΣ ΤΑΣΗΣ ΚΑΤΩΦΛΙΟΥ... 59 5.1.3 ΑΝΟΡΘΩΤΗΣ ΓΕΦΥΡΑΣ ΜΕ NMOS ΚΑΙ PMOS ΤΡΑΝΖΙΣΤΟΡ... 61 5.1.4 ΑΝΟΡΘΩΤΗΣ ΜΕ ΚΥΚΛΩΜΑ ΕΚΚΙΝΗΣΗΣ... 64 5.1.5 ΑΝΟΡΘΩΤΕΣ ΜΕ ΑΚΥΡΩΣΗ ΤΗΣ ΤΑΣΗΣ ΚΑΤΩΦΛΙΟΥ... 68 5.1.5.1 pmos Τρανζίστορ χωρίς & µε ακύρωση κατωφλίου... 68 5.1.5.2 Ανορθωτής γέφυρας µε ακύρωση της τάσης κατωφλίου... 69 5.1.5.3 Ανορθωτής µε αντιστροφέα και µε ακύρωση του κατωφλίου... 72 5.2 ΡΥΘΜΙΣΤΗΣ ΤΑΣΗΣ... 75 5.3 ΚΥΚΛΩΜΑ ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΣΗΣ... 79 6 ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΨΗΦΙΑΚΟΥ ΡΟΛΟΓΙΟΥ, ΑΠΟΣΤΟΛΗ & ΛΗΨΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ... 82 6.1 ΠΑΡΟΧΗ ΡΟΛΟΓΙΟΥ ΓΙΑ ΤΟ ΨΗΦΙΑΚΟ ΠΥΡΗΝΑ... 82 6.1.1 ΡΟΛΟΙ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑΣ 13.56MHZ... 84 6.1.2 ΔΙΑΙΡΕΤΗΣ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑΣ... 86 6.1.3 ΑΝΙΧΝΕΥΤΗΣ ΦΑΣΗΣ ΚΑΙ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑΣ... 88 6.1.4 ΚΥΚΛΩΜΑ ΑΝΤΛΙΑΣ ΦΟΡΤΙΩΝ ΑΚΟΛΟΥΘΟΥΜΕΝΟ ΑΠΟ ΦΙΛΤΡΟ ΒΡΟΧΟΥ... 92 v

6.1.5 ΤΑΛΑΝΤΩΤΗΣ ΕΛΕΓΧΟΜΕΝΟΣ ΑΠΟ ΤΑΣΗ... 94 6.1.6 ΑΠΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΣΗ DPLL... 97 6.2 ΑΠΟΣΤΟΛΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ... 98 6.2.1 ΔΙΑΜΟΡΦΩΤΗΣ... 98 6.3 ΛΗΨΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ... 100 6.3.1 ΑΝΙΧΝΕΥΤΗΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΥΣΑΣ... 100 6.3.2 ΣΥΓΚΡΙΤΗΣ ΤΑΣΗΣ ΜΕ ΥΣΤΕΡΗΣΗ... 102 6.4 ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΠΑΘΗΤΙΚΗΣ ΕΤΙΚΕΤΑΣ... 104 7 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ ΤΟΥ TAG... 105 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΜΕΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΕΠΕΚΤΑΣΕΙΣ... 110 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ... 112 vi

Λίστα Εικόνων Εικόνα 2.1 Λογότυπο RFID... 3 Εικόνα 2.2: Συστατικά µέρη ενός συστήµατος RFID... 5 Εικόνα 2.3: Λειτουργία συστήµατος RFID... 5 Εικόνα 2.4: α) Ενεργητική ετικέτα β) Παθητική ετικέτα γ) Ηµιενεργητική ετικέτα... 6 Εικόνα 2.5: Αναγνώστης (reader)... 8 Εικόνα 2.6: α) Σταθερός αναγνώστης β) Φορητός αναγνώστης... 9 Eικόνα 2.7: Σύστηµα RFID... 9 Εικόνα 2.8: Μεταφορά δεδοµένων µε Full Duplex, Half Duplex, Sequential... 14 Εικόνα 2.9: Γραµµωτός κώδικας (barcode)... 15 Εικόνα 2.10: RFID και barcodes... 17 Εικόνα 2.11: Χρήση RFID σε βιβλιοθήκες... 18 Εικόνα 2.12 Χρήση RFID στην βιοµηχανία... 18 Εικόνα 3.1 Οργανισµός ISO... 19 Εικόνα 3.2: Χαρακτηριστικά των ISO/IEC 11784/5,18000-X,14443, 15693... 21 Εικόνα 3.3: Διαµόρφωση ASK 100%... 22 Εικόνα 3.4: Διαµόρφωση ASK 100%... 23 Εικόνα 3.5: Μορφή παλµού µε κωδικοποίηση 1 out of 256... 24 Εικόνα 3.6: Κωδικοποίηση 1 out of 256... 24 Εικόνα 3.7: Αποστολή των bits 00,01,10,11 µε κωδικοποίηση 1 out of 4... 25 Εικόνα 3.8: Αποστολή του byte (11100001) µε κωδικοποίηση 1 out of 4... 26 Εικόνα 3.9: Αποστολή του SOF µε κωδικοποίηση 1 out of 256... 26 Εικόνα 3.10: Αποστολή του SOF µε κωδικοποίηση 1 out of 4... 26 Εικόνα 3.11: Κωδικοποίηση EOF... 27 Εικόνα 3.12: Κωδικοποίηση του λογικού 0 κατά Manchester... 28 Εικόνα 3.13: Κωδικοποίηση του λογικού 0 κατά Manchester... 28 Εικόνα 3.14: Κωδικοποίηση SOF κατά Manchester... 29 Εικόνα 3.15: Κωδικοποίηση ΕOF κατά Manchester... 30 Εικόνα 3.16: Ταυτότητα (UID) του tag... 30 Εικόνα 3.17: Μορφή CRC... 31 Εικόνα 3.18: Μορφή Εντολής του Reader... 32 Εικόνα 3.19: Μορφή απάντησης από το tag... 33 Εικόνα 3.20: Διαδικασία εναλλαγής των καταστάσεων του tag... 34 Εικόνα 3.21: Μορφή αίτησης απογραφής από τον reader... 35 Εικόνα 3.22: Παράδειγµα πεδίου Mask Value... 36 Εικόνα 3.23: Διαδικασία απογραφής των tags... 36 Εικόνα 3.24: Παράδειγµα anticollision... 37 Εικόνα 3.25: Παράδειγµα anticollision (συνέχεια)... 38 Εικόνα 3.26: Παράδειγµα anticollision (συνέχεια)... 38 Εικόνα 4.1: Τρανζίστορ nmos α) κυκλωµατικό σύµβολο β) ηµιαγωγική δοµή... 41 Εικόνα 4.2 : Τρανζίστορ pmos α) κυκλωµατικό σύµβολο β) ηµιαγωγική δοµή... 42 Εικόνα 4.3: Ηµιαγωγική δοµή ενός CMOS... 43 Εικόνα 4.4: Συνδεσµολογία τρανζίστορ pmos και nmos σε διάταξη αντιστροφέα... 43 Εικόνα 4.5: Χαρακτηριστική καµπύλη ενός αντιστροφέα... 44 Εικόνα 4.6: Λειτουργία του παθητικού tag... 46 Εικόνα 4.7: Παραγωγή συνεχούς τάσης τροφοδοσίας για το chip του tag... 47 Εικόνα 4.8: Παροχή ρολογιού για το ψηφιακό πυρήνα... 47 Εικόνα 4.9: Αποστολή δεδοµένων από το tag στο reader... 48 Εικόνα 4.10: Λήψη δεδοµένων από το tag... 48 vii

Εικόνα 4.11: Κύκλωµα για την µεταφορά της µέγιστης δυνατής ενέργειας από το reader στο tag... 49 Εικόνα 4.12: Κεραία Reader και κεραία tag... 49 Εικόνα 4.13: Το tag εισέρχεται στο πεδίο του reader στα 10µs για διάστηµα 10µs... 50 Εικόνα 4.14: Σήµα τάσης κεραίας reader και κεραίας tag... 51 Εικόνα 5.1: Παραγωγή συνεχούς τάσης... 52 Εικόνα 5.2: Τροφοδοσία στο ολοκληρωµένο κύκλωµα του tag... 53 Εικόνα 5.3: α)ανορθωτής γέφυρας µε 4 nmos β)ανορθωτής γέφυρας µε 2 nmos και 2 pmos... 54 Εικόνα 5.4: Ανορθωτής µε Bootstrap Κύκλωµα... 54 Εικόνα 5.5: α) Ανορθωτής µε χρήση ITC β)ανορθωτής µε inverters και χρήση ITC... 55 Εικόνα 5.6: Ανορθωτής γέφυρας µε nmos... 55 Εικόνα 5.7: Ν2 και Ν3 είναι σε κατάσταση ΟΝ... 56 Εικόνα 5.8: Ν1 και Ν4 είναι σε κατάσταση ΟΝ... 57 Εικόνα 5.9: Είσοδος και έξοδος ανορθωτή γέφυρας µε 4 nmos... 58 Εικόνα 5.10: Ανορθωτής γέφυρας µε nmos µε χαµηλή Vt... 59 Εικόνα 5.11: Ν2 και Ν3 είναι σε κατάσταση ΟΝ... 60 Εικόνα 5.12: Είσοδος και έξοδος ανορθωτή γέφυρας µε 4 nmos χαµηλής Vt... 60 Εικόνα 5.13: Ανορθωτής γέφυρας µε nmos και pmos... 62 Εικόνα 5.14: Είσοδος, ρεύµα I d του P1 τρανζίστορ και έξοδος ανορθωτή... 63 Εικόνα 5.15: Σύνδεση του N3 τρανζίστορ µε bootstrap κύκλωµα... 64 Εικόνα 5.16: Ανορθωτής µε bootstrap κύκλωµα(σύνδεση µόνο του N3)... 65 Εικόνα 5.17: Κατάσταση OFF... 66 Εικόνα 5.18: Κατάσταση ΟΝ... 66 Εικόνα 5.19: Είσοδος, ρεύµα I d του P1 τρανζίστορ και έξοδος ανορθωτή... 67 Εικόνα 5.20: α) pmos διοδικά συνδεδεµένο β) pmos µε ακύρωση της τάσης κατωφλίου... 68 Εικόνα 5.21: Ανορθωτής γέφυρας µε ακύρωση της τάσης κατωφλίου... 69 Εικόνα 5.22: Είσοδος και έξοδος ανορθωτή... 70 Εικόνα 5.23: Καθρέφτης ρεύµατος µε pmos... 71 Εικόνα 5.24: Ανορθωτής µε αντιστροφέα και ακύρωση της τάσης κατωφλίου... 72 Εικόνα 5.25: Είσοδος και έξοδος ανορθωτή µε αντιστροφέα και ακύρωση της τάσης κατωφλίου... 73 Εικόνα 5.26: Έξοδοι ανορθωτών... 74 Εικόνα 5.27: Ρυθµιστής τάσης LDO... 75 Εικόνα 5.28 Διαφορικός ενισχυτής... 76 Εικόνα 5.29: Κύκλωµα παραγωγής τάσης αναφοράς... 77 Εικόνα 5.30: Κύκλωµα LDO... 78 Εικόνα 5.31: Είσοδος και έξοδος LDO... 78 Εικόνα 5.32: Είσοδος και έξοδος LDO κατά την αποστολή ή λήψη δεδοµένων... 79 Εικόνα 5.33: Κύκλωµα POR... 80 Εικόνα 5.34: Η είσοδος και έξοδος POR... 80 Εικόνα 6.1: Δηµιουργία ψηφιακού ρολογιού µε DPLL... 82 Εικόνα 6.2: Κύκλωµα Clock Extractor... 84 Εικόνα 6.3: Είσοδος και έξοδος clock extractor... 85 Εικόνα 6.4: Νέο κύκλωµα clock extractor... 85 Εικόνα 6.5: Είσοδος και έξοδος clock extractor... 86 Εικόνα 6.6: Frequency Divider... 87 Εικόνα 6.7: Master Slave JK Flip-Flop... 87 Εικόνα 6.8: Είσοδος και έξοδος frequency divider... 88 Εικόνα 6.9: Βρόχος ανάδρασης... 89 viii

Εικόνα 6.10: Phase Frequency Detector... 89 Εικόνα 6.11: signal1 έπεται του signal2... 90 Εικόνα 6.12: Συχνότητα signal1 µεγαλύτερη του signal2... 90 Εικόνα 6.13: signal1 προηγείται του signal2... 91 Εικόνα 6.14: Συχνότητα signal1 µικρότερη του signal2... 91 Εικόνα 6.15: signal1 και signal2 ίδια φάση και ίδια συχνότητα... 92 Εικόνα 6.16: Κύκλωµα charge pump & loop filter... 93 Εικόνα 6.17: Είσοδοι και έξοδος του charge pump και loop filter... 93 Εικόνα 6.18: Initialization circuit... 94 Εικόνα 6.19: Κύκλωµα VCO... 95 Εικόνα 6.20: Αρχιτεκτονική VCO... 95 Εικόνα 6.21: Έξοδος VCO... 96 Εικόνα 6.22: Απενεργοποίηση DPLL... 97 Εικόνα 6.23: Το tag στέλνει δεδοµένα στο reader... 98 Εικόνα 6.24: Κύκλωµα Modulator... 99 Εικόνα 6.25: Τάση στην κεραία του Reader και του tag κατά την αποστολή δεδοµένων... 99 Εικόνα 6.26: Ο reader στέλνει δεδοµένα στο tag... 100 Εικόνα 6.27: Κύκλωµα Εnvelope... 101 Εικόνα 6.28: Είσοδος και έξοδος envelope... 101 Εικόνα 6.29: Κύκλωµα Schmitt trigger... 102 Εικόνα 6.30: Καµπύλη υστέρησης... 103 Εικόνα 6.31: Λήψη δεδοµένων µε διαµόρφωση 100%... 104 Εικόνα 7.1: Κωδικοποίηση του λογικού 0 κατά Manchester... 105 Εικόνα 7.2: Τάση κεραίας tag και reader κατά την αποστολή του bit... 105 Εικόνα 7.3: Τάση στην έξοδο του ανορθωτή και του ρυθµιστή κατά την αποστολή του bit... 106 Εικόνα 7.4: Απενεργοποίηση DPLL εκτός VCO κατά την αποστολή του bit... 106 Εικόνα 7.5: Αποστολή byte 11000001 µε κωδικοποίηση 1 out of 4... 107 Εικόνα 7.6: Τάση κεραίας tag και reader κατά την αποστολή του byte... 107 Εικόνα 7.7: Τάση στην έξοδο του ανορθωτή και του ρυθµιστή, λήψη δεδοµένων µε την βοήθεια της περιβάλλουσας του ανορθωτή... 108 Εικόνα 7.8: Απενεργοποίηση DPLL εκτός VCO κατά την αποστολή του byte... 108 Εικόνα 7.9: Καθυστέρηση απενεργοποίησης του DPLL εκτός VCO κατά την αποστολή του bit 00... 109 Εικόνα 7.10: Σταθερό και χωρίς διαλείψεις ρολόι συχνότητας 1.639MHz κατά την λήψη των δεδοµένων... 109 ix

Λίστα Πινάκων Πίνακας 1: Πλεονεκτήµατα και µειονεκτήµατα των ενεργητικών ετικετών... 7 Πίνακας 2: Πλεονεκτήµατα και µειονεκτήµατα παθητικών ετικετών... 7 Πίνακας 3: Χαρακτηριστικά, πλεονεκτήµατα, µειονεκτήµατα και εφαρµογές των συνηθέστερων συχνοτήτων σε RFID... 11 Πίνακας 4: Πρότυπα ISO για την τεχνολογία RFID[10]... 20 Πίνακας 5: Ρυθµοί µετάδοσης δεδοµένων για ένα φέρον και δύο φέροντα σήµατα... 28 Πίνακας 6: Κωδικοί και περιεχόµενο εντολής... 33 Πίνακας 7: Επιτρεπόµενες τιµές των t1,t2,t3... 39 Πίνακας 8: Πίνακας σύγκρισης nmos και pmos τρανζίστορ... 42 Πίνακας 9: Περιοχές λειτουργίας ενός αντιστροφέα... 44 Πίνακας 10: Χαρακτηριστικά των τρανζίστορ Ν_33_ΜΜ, P_33_MM... 45 Πίνακας 11: Χαρακτηριστικά των τρανζίστορ N_18_MM, P_18_MM... 45 Πίνακας 12: Χαρακτηριστικά των τρανζίστορ, N_LV_33_MM, N_ΖERO_33_MM... 46 Πίνακας 13: Σύγκριση ανορθωτών... 74 x

1 Εισαγωγή 1.1 Πρόλογος Ολοένα και περισσότερο γίνεται πιο επιτακτική η ανάγκη για αναγνώριση προϊόντων αλλά και ανθρώπων στους διάφορους τοµείς της καθηµερινής ζωής. Διάφορες τεχνολογίες έχουν δηµιουργηθεί για τον σκοπό αυτό, µε κυρίαρχη την τεχνολογία αναγνώρισης µέσω ραδιοσυχνοτήτων (Radio Frequency Identification Technology) καθώς τα πλεονεκτήµατα που προσφέρει είναι πολύ περισσότερα σε σύγκριση µε τις υπόλοιπες. Στο µέλλον η τεχνολογία RFID πρόκειται να επεκταθεί ακόµα περισσότερο απλουστεύοντας ακόµα πιο πολύ πολλές διαδικασίες που µέχρι τώρα ήταν περισσότερο χρονοβόρες αλλά και αναξιόπιστες. Οι εφαρµογές της είναι πλέον πάρα πολλές και µελλοντικά πρόκειται να γίνουν πολύ περισσότερες. Η αυτοµατοποιηµένη διαδικασία αναγνώρισης που προσφέρει σε συνδυασµό µε το µικρό κόστος της είναι µερικές σηµαντικές παράµετροι που την αναδεικνύουν ως πρώτη επιλογή για εφαρµογές αναγνώρισης και συλλογής στοιχείων. 1.2 Αντικείµενο διπλωµατικής εργασίας Σκοπός της παρούσας διπλωµατικής εργασίας είναι η σχεδίαση του αναλογικού τµήµατος µιας παθητικής RFID ετικέτας (tag). Πιο συγκεκριµένα θα παρουσιασθούν και θα αναλυθούν όλα τα αναλογικά κυκλώµατα που σχεδιάστηκαν ώστε η ετικέτα να εκτελεί τις παρακάτω λειτουργίες: Παραγωγή συνεχούς και σταθερής τάσης τροφοδοσίας για το αναλογικό και ψηφιακό τµήµα Παροχή ενός σταθερού και αδιάλειπτου ρολογιού για τον ψηφιακό πυρήνα Λήψη δεδοµένων από τον αναγνώστη (reader) Αποστολή δεδοµένων προς τον αναγνώστη (reader) Έτσι σχεδιάστηκε αρχικά η δοµή των κυκλωµάτων µε τη βοήθεια των οποίων θα έχουµε µία συνεχή τάση η οποία θα τροφοδοτήσει το ολοκληρωµένο κύκλωµα του tag. Στη συνέχεια έχοντας πλέον την απαραίτητη τροφοδοσία για τη λειτουργία τους, σχεδιάστηκαν οι κυκλωµατικές διατάξεις ώστε να παρέχεται ένα σταθερό ρολόι χωρίς διαλείψεις αλλά και να υπάρχει η δυνατότητα µεταφοράς πληροφορίας από το reader στο tag και το αντίστροφο. Η επικοινωνία µεταξύ ετικέτας και αναγνώστη γίνεται σύµφωνα µε το πρότυπο ISO 15693, οι προδιαγραφές του οποίου παρουσιάζονται στην παρούσα διπλωµατική. Απώτερος στόχος είναι µε την ολοκλήρωση της σχεδίασης και τρέχοντας τις απαραίτητες προσοµοιώσεις να δειχθεί ότι σχεδιάστηκε µία ετικέτα η οποία µπορεί να επιτελεί τις βασικές της λειτουργίες έτσι ώστε να είναι δυνατή στο µέλλον ακόµα και η κατασκευή της. 1.3 Οργάνωση κειµένου Η διπλωµατική εργασία αποτελείται από 8 κεφάλαια, στα οποία γίνεται η ανάλυση του θεωρητικού υπόβαθρου της παρούσας εργασίας, της σχεδίασης και των αποτελεσµάτων της σχεδίασης του αντικειµένου της. 1

Στο κεφάλαιο 2 γίνεται µία εισαγωγή για τα συστήµατα RFID παρουσιάζοντας τα συστατικά µέρη, τα πλεονεκτήµατα και τις εφαρµογές των συστηµάτων αυτών καθώς επίσης γίνεται και µία σύγκριση των RFID µε τους γραµµωτούς κώδικες (barcodes). Στο κεφάλαιο 3 παρουσιάζονται οι προδιαγραφές του προτύπου ISO 15693 σύµφωνα µε το οποίο έγινε η σχεδίαση της παθητικής ετικέτας. Στο κεφάλαιο 4 γίνεται µία περιγραφή των κυκλωµάτων από τα οποία αποτελείται η παθητική ετικέτα και παρουσιάζεται το στοιχείο σύνδεσης του αναγνώστη και της ετικέτας, δηλαδή η κεραία του reader και του tag. Στο κεφάλαιο 5 ξεκινά η σχεδίαση του αναλογικού τµήµατος του tag µε την σχεδίαση των κυκλωµάτων που αφορούν την τροφοδοσία στο ολοκληρωµένο κύκλωµα του tag. Παρουσιάζονται διάφορες κυκλωµατικές διατάξεις που µελετήθηκαν για το κύκλωµα του ανορθωτή και γίνεται µία σύγκριση µεταξύ τους ενώ στο τέλος γίνεται η επιλογή του καταλληλότερου. Στο κεφάλαιο 6 σχεδιάζονται τα κυκλώµατα µε τα οποία είναι δυνατή η παροχή ενός σταθερού ρολογιού, καθώς επίσης και τα κυκλώµατα µε τα οποία το tag µπορεί να δέχεται και να αποστέλλει δεδοµένα από και προς τον reader. Στο κεφάλαιο 7 δίνονται κάποια παραδείγµατα προσοµοιώσεων του tag που σχεδιάστηκε, ενώ στο κεφάλαιο 8 παρουσιάζονται κάποια συµπεράσµατα που προέκυψαν κατά την σχεδίαση και κάποιες µελλοντικές επεκτάσεις που µπορεί να γίνουν στη συγκεκριµένη σχεδίαση. 2

2 Εισαγωγή στα συστήµατα RFID 2.1 Τεχνολογία RFID Εικόνα 2.1 Λογότυπο RFID Η αναγνώριση µέσω ραδιοσυχνοτήτων RFID (Radio Frequency Identification) αποτελεί πλέον στις µέρες µας µία από τις σηµαντικότερες τεχνολογίες που συνεχώς εξελίσσεται και εµφανίζεται πλέον καθηµερινά στην ζωή µας. Στις αρχές του προηγούµενου αιώνα, η τεχνολογία RFID παρουσιάστηκε ως µια νέα αυτόµατη µέθοδος ηλεκτρονικής ταυτοποίησης, η οποία θα έφερνε επανάσταση στην παρακολούθηση των προϊόντων και των µονάδων µεταφοράς τους. Με την εµφάνιση αυτής της καινούργιας µεθόδου έγινε εφικτή η αναγνώριση και η ταυτοποίηση αντικειµένων ή ακόµα και ανθρώπων καθώς επίσης και η συνεχής και αξιόπιστη παρακολούθηση της θέσης, της κατάστασης και του ιστορικού τους. Η καινοτοµία αυτή έφερε νέες δυνατότητες σε πολλούς τοµείς ενώ απλούστευσε σηµαντικά ενέργειες της καθηµερινής µας ζωής που παλαιότερα θα απασχολούσαν αρκετό χρόνο. Γενικότερα η συνεισφορά της τεχνολογίας είναι πολύ σηµαντική καθώς οι εφαρµογές της µπορούν να εξυπηρετήσουν πολλούς κλάδους κάθε επιστήµης. Η τεχνολογία RFID ανήκει στην οικογένεια των Συστηµάτων Αυτόµατης Αναγνώρισης και Συλλογής Στοιχείων AIDC (Automatic Identification and Data Capture Technology). Στην οικογένεια αυτή ανήκουν εκτός από την τεχνολογία RFID και οι παρακάτω τεχνολογίες[1]: Barcodes Έξυπνες κάρτες Μαγνητικές κάρτες Οπτική αναγνώριση χαρακτήρων Βιοµετρική αναγνώριση Αναγνώριση φωνής Παρακολούθηση ηλεκτρονικών εγγράφων Συστήµατα εντοπισµού σε πραγµατικό χρόνο Πολύ σηµαντική είναι η συνεισφορά της τεχνολογίας RFID στον τοµέα της εφοδιαστικής αλυσίδας. Ο κύκλος της εφοδιαστικής αλυσίδας αρχίζει µε την εισαγωγή στοιχείων, συνεχίζει µε τον προγραµµατισµό και καταλήγει µε την υλοποίηση του πλάνου. Η τεχνολογία RFID συνεισφέρει στον συντονισµό και στην βελτιστοποίηση και των τριών αυτών φάσεων, καθώς 3

επιτρέπει στις επιχειρήσεις να διαχειρίζονται τις εφοδιαστικές αλυσίδες τους αυτοµατοποιηµένα, µε διαφάνεια κι έχοντας σηµαντικά βελτιωµένες δυνατότητες ελέγχου. Γενικότερα, πρόκειται για µία τεχνολογία, που παρέχει υψηλή αξιοπιστία και, παράλληλα, το κόστος του σχετικού εξοπλισµού της έχει µειωθεί πλέον σε πολύ λογικά επίπεδα. 2.2 Ιστορική αναδροµή Ο πρώτος που οραµατίστηκε τη χρήση τους ήταν ο Harry Stockman, "Communication by Means of Reflected Power", Proceedings of the IRE, pp1196-1204, October 1948. Για να γίνει όµως πραγµατικότητα χρειαζόταν επιπλέον τεχνολογία. Ήταν απαραίτητος ο µετασχηµατιστής, το ολοκληρωµένο κύκλωµα, ο µικροεπεξεργαστής (microprocessor), η ανάπτυξη των τηλεπικοινωνιών καθώς και η αλλαγή στην νοοτροπία των επιχειρηµατιών. Έπρεπε λοιπόν να περάσουν 30 χρόνια προκειµένου να αρχίσει να γίνεται πραγµατικότητα. Στις αρχές της δεκαετίας του 1940 έγινε η πρώτη τους εµφάνιση. Χρησιµοποιήθηκε κατά τη διάρκεια του Β Παγκοσµίου Πολέµου για στρατιωτικούς λόγους. Αφού προηγήθηκε η απαραίτητη τεχνολογική ανάπτυξη, η δεκαετία του 1950 ήταν εποχή έρευνας για το RFID. Νωρίτερα είχαν γίνει έρευνες για το ραντάρ και τα ραδιοκύµατα. Παράλληλα ερευνούνταν και πολλές τεχνολογίες που σχετίζονταν µε το RFID µέχρι που τo 1960 αρχίζει και χρησιµοποιείται για εµπορικούς λόγους µε σκοπό τον εντοπισµό των κλεφτών. Τότε ακόµη αποτελούταν από ένα tag ενός bit, και αυτό που ανιχνευόταν ήταν η ύπαρξη ή όχι του tag. Από τη δεκαετία του 1970 παρατηρείται έκρηξη της ανάπτυξης του RFID. Εντοπίζονται πλέον οι πρώτοι χρήστες και επιταχύνονται οι έρευνες. Χρησιµοποιείται από επιχειρήσεις, πανεπιστήµια, το κράτος και από επενδυτές. Το 1980 χρησιµοποιείται για τον εντοπισµό ζώων, ενώ ξεκινούν οι εµπορικές εφαρµογές σε επιχειρήσεις, εφαρµόζεται σε εργοστάσια, σε αυτοκινητοβιοµηχανίες, σε λεωφόρους, σε γέφυρες, για εντοπισµό φορτίων, στην επιστήµη, σε διόδια δρόµων και σε πολλούς ακόµη τοµείς. Εµφανίζεται σε πολλές χώρες όπως για παράδειγµα στην Αµερική, στη Γαλλία, στη Νορβηγία, στην Ιταλία, στην Πορτογαλία και αλλού[2]. Αποτέλεσµα όλων των παραπάνω είναι τα RFID συστήµατα να έχουν κατακλύσει σιωπηλά την καθηµερινότητα των πολιτών προσφέροντας σηµαντικές διευκολύνσεις ειδικά στους τοµείς της τριτογενούς παραγωγικής διαδικασίας, δηλαδή στον τοµές της υγείας ανοίγοντας ένα νέο ερευνητικό πεδίο. Το RFID λοιπόν από το 1990 είναι µέρος της καθηµερινής µας ζωής 2.3 Συστατικά µέρη ενός συστήµατος RFID Τα συστήµατα RFID δεν είναι όλα ίδια. Μπορεί να διαφέρουν σε πολλά χαρακτηριστικά καθώς υπάρχουν πολλές παράµετροι που πρέπει να ρυθµιστούν για την υλοποίηση ενός συστήµατος RFID. Η συχνότητα λειτουργίας, η απόσταση ανάγνωσης, η τροφοδοτούµενη ή µη παροχή ενέργειας, για τι είδους εφαρµογή πρόκειται να χρησιµοποιηθεί κ.ά που θα αναλυθούν αναλυτικά στη συνέχεια είναι µερικές από τις παραµέτρους που πρέπει να ληφθούν υπ όψιν πριν την επιλογή του κατάλληλου συστήµατος RFID. 4

Εικόνα 2.2: Συστατικά µέρη ενός συστήµατος RFID Πέρα όµως από αυτές τις παραµέτρους, όλα τα συστήµατα RFID αποτελούνται από τρία βασικά µέρη[3]: 1.Η ετικέτα (tag), χρησιµοποιείται και ο όρος αναµεταδότης (transponder) 2.Ο αναγνώστης (reader), χρησιµοποιείται και ο όρος ποµποδέκτης (transceiver) 3.Εξειδικευµένο λογισµικό (RFID middleware) εγκατεστηµένο σε τοπικό κεντρικό υπολογιστή Ένα σύστηµα RFID µπορεί να έχει έναν ή περισσότερους αναγνώστες καθώς και µία ή και περισσότερες ετικέτες, όπως φαίνεται στην εικόνα 2.2. Εικόνα 2.3: Λειτουργία συστήµατος RFID 5

Ένα σύστηµα RFID λειτουργεί µε την παρακάτω λογική: Ο αναγνώστης εκπέµπει µέσω ραδιοσυχνοτήτων ένα σήµα το οποίο λαµβάνεται από όσα tags βρίσκονται τη δεδοµένη στιγµή εντός του πεδίου εµβέλειας του. Οι ετικέτες ανταποκρίνονται αυτόµατα εκπέµποντας πίσω τα αποθηκευµένα τους δεδοµένα (π.χ ταυτότητα, δεδοµένα µνήµης κ.ά) O αναγνώστης λαµβάνει τις πληροφορίες από όλα τα tags, τις αποκωδικοποιεί και τις αποστέλλει (µέσω καλωδίου ή ασύρµατα) στον κεντρικό υπολογιστή. Ο κεντρικός υπολογιστής επεξεργάζεται και αξιοποιεί τα δεδοµένα αυτά 2.3.1 Ετικέτα 2.3.1.1 Χαρακτηριστικά ετικετών Η ετικέτα (tag) αποτελείται από[3] : 1.ένα ολοκληρωµένο κύκλωµα (microchip),στο οποίο αποθηκεύονται οι πληροφορίες 2.την κεραία 3.µία µπαταρία (σε µερικές περιπτώσεις, όχι πάντα) Οι βασικές λειτουργίες µιας RFID ετικέτας είναι οι εξής: α. Αποθήκευση δεδοµένων β. Αποστολή δεδοµένων σε έναν αναγνώστη. Τα περισσότερα tags έχουν την µορφή αυτοκόλλητης ετικέτας στην οποία είναι εκτυπωµένη κάποια οπτική πληροφορία ενώ σε περιβάλλον ακραίων καταστάσεων και σε αντίξοες συνθήκες είναι συνηθισµένη η χρήση ειδικών tags σε πλαστικά περιβλήµατα. Το είδος της πληροφορίας µπορεί να είναι οτιδήποτε ανάλογα µε το τις ανάγκες της κάθε επιχείρησης. 2.3.1.2 Κατηγορίες Ετικετών Εικόνα 2.4: α) Ενεργητική ετικέτα β) Παθητική ετικέτα γ) Ηµιενεργητική ετικέτα δ) Ηµιπαθητική ετικέτα Οι ετικέτες ανάλογα µε την πηγή της ενέργειας τους διακρίνονται σε[3]: Ενεργητικές (Active), οι οποίες διαθέτουν ενσωµατωµένη µπαταρία για την λειτουργία τους, και ενεργοποιούνται αυτόµατα όταν εισέρχονται στο πεδίο του αναγνώστη. Η 6

απόσταση ισχύος εκποµπής τους είναι µεγάλη (40m +) και χρησιµεύουν κυρίως για την αναγνώριση αντικειµένων υψηλής αξίας που πρέπει να παρακολουθούνται από µεγάλες αποστάσεις. Παθητικές (Passive), οι οποίες λειτουργούν χωρίς µπαταρία και τροφοδοτούνται από τον αναγνώστη, ο οποίος εκπέµπει ηλεκτροµαγνητικά κύµατα που δηµιουργούν πεδίο στην κεραία της ετικέτας. Η απόσταση ανάγνωσής τους είναι µικρή (20cm 6m) και έχουν µικρότερο µέγεθος από τις ενεργητικές. Ηµιενεργητικές/Ηµιπαθητικές (Semi-active/Semi-passive), οι οποίες περιέχουν µπαταρία, η οποία όµως δεν χρησιµεύει στην µετάδοση ραδιοκυµάτων προς τον αναγνώστη αλλά στην λειτουργία του µικροεπεξεργαστή. Η απόσταση ανάγνωσης αυτών των ετικετών είναι µεγαλύτερη από αυτή των παθητικών και µικρότερη από αυτή των ενεργητικών. Πλεονεκτήµατα 1.Δεν απαιτείται η τήρηση αυστηρών κανονισµών όπως στις παθητικές 2.Μεγαλύτερο εύρος ανάγνωσης σε σχέση µε τις παθητικές 3.Δυνατότητα αυτόνοµης επικοινωνίας µεταξύ πολλών tags χωρίς την παρεµβολή reader 4.Δυνατότητα ανεξάρτητης λειτουργίας µεταξύ tag και reader 5.Δυνατότητα εκκίνησης διαδικασίας επικοινωνίας από το tag στο reader. 6.Μεγαλύτερες ταχύτητες µεταφοράς δεδοµένων. Ενεργητικές Ετικέτες Μειονεκτήµατα 1.Υψηλό κόστος και µεγάλο µέγεθος 2.Αύξηση της θερµοκρασίας του tag 3. Η ύπαρξη πολλών ενεργητικών tags στο ίδιο πεδίο προκαλεί αρνητικές συνέπειες στο περιβάλλον λόγω των τοξικών ουσιών που αποβάλλουν οι µπαταρίες 4.Υψηλό κόστος συντήρησης λόγω της παρουσίας πηγών ενέργειας. 5. Αδυναµία λειτουργίας όταν εξαντληθεί η πηγή ενέργειας. 6. Ενδεχόµενα σφάλµατα κατά την ανάγνωση σε περίπτωση αδυναµίας παροχής της απαραίτητης ενέργειας από την πηγή Πίνακας 1: Πλεονεκτήµατα και µειονεκτήµατα των ενεργητικών ετικετών Παθητικές Ετικέτες Πλεονεκτήµατα Μειονεκτήµατα 1.Χαµηλό κόστος κατασκευής και 1.Περιορισµένο εύρος ανάγνωσης(έως 4-5m) λειτουργίας 2.Πολύ µικρό µέγεθος 2. Πρέπει να τηρούν αυστηρούς κανονισµούς 3.Μεγαλύτερο χρόνο ζωής σε σχέση µε τις 3. Απαιτείται η ύπαρξη του αναγνώστη ενεργητικές 4. Απεριόριστη διάρκεια λειτουργίας 4. Αδυναµία σύνδεσης αισθητήρων στο tag προς καταγραφή συνεχόµενων τιµών 5. Το tag µπορεί να παραµείνει αναγνώσιµο για πολύ µεγάλο χρονικό διάστηµα ακόµα και αφού επιτελέσει τον σκοπό του Πίνακας 2: Πλεονεκτήµατα και µειονεκτήµατα παθητικών ετικετών 7

Στους πίνακες 1 και 2 παρουσιάζονται τα πλεονεκτήµατα και τα µειονεκτήµατα των ενεργητικών και παθητικών ετικετών αντίστοιχα. Ανάλογα µε την δυνατότητα επανεγγραφής της µνήµης των ετικετών διακρίνονται σε: Αναγνώσιµές (Read Only), οι οποίες εγγράφονται κατά την κατασκευή τους µε κάποια δεδοµένα, τα οποία µπορεί στη συνέχεια ένας αναγνώστης να διαβάσει, αλλά όχι να τροποποιήσει. Μίας Εγγραφής-Πολλών Αναγνώσεων (Write Once-Read Many), οι οποίες εγγράφονται κατά την κατασκευή τους, αλλά και µία ακόµη φορά από τον αναγνώστη, και στη συνέχεια παραµένουν απλώς αναγνώσιµες Επανεγγράψιµες (Read-Write), οι οποίες εγγράφονται µεν κατά την κατασκευή τους, αλλά υπάρχει η δυνατότητα τα δεδοµένα τους να τροποποιούνται απεριόριστα µε τη χρήση ενός κατάλληλου αναγνώστη. 2.3.2 Αναγνώστης 2.3.2.1 Χαρακτηριστικά αναγνωστών Ο αναγνώστης (reader) αποτελείται από: 1.µία κεραία 2.µία ηλεκτρονική πλακέτα RF 3.ένα ηλεκτρονικό σύστηµα ελέγχου Εικόνα 2.5: Αναγνώστης (reader) Ο αναγνώστης λειτουργεί ως µεσολαβητής ανάµεσα στην ετικέτα και τον ελεγκτή. Οι βασικές λειτουργίες του αναγνώστη είναι οι εξής: α. Ανάγνωση των δεδοµένων µιας ετικέτας β. εγγραφή δεδοµένων σε ετικέτα γ. µεταφορά δεδοµένων από και προς τον κεντρικό υπολογιστή 2.3.2.2 Κατηγορίες αναγνωστών Οι Αναγνώστες κατατάσσονται στις εξής κατηγορίες[3]: Σταθερούς, οι οποίοι περιέχουν τουλάχιστον 1 κεραία, λειτουργικό σύστηµα µε 16-bit/32- bit επεξεργαστές και δυνατότητα επεξεργασίας σήµατος. Έχουν ικανότητα δικτύωσης σε ανεξάρτητους TCP/IP κόµβους και χρησιµοποιούν πρωτόκολλα όπως Telnet, SSH, HTTP, 8

NTP, DHΙΙ. Οι αναγνώστες αυτoί έχουν την δυνατότητα να γράφουν και να διαβάζουν στις διάφορες ετικέτες, ανάλογα µε τον τύπο των τελευταίων. Μπορούν να τοποθετηθούν σε διάφορες περιοχές, π.χ σε διάφορα µέρη ενός κτιρίου, σε τοίχους, πόρτες κ.λ.π. Επίσης µπορούν να ενσωµατωθούν στις γραµµές παραγωγής όπως στις µεταφορικές ταινίες και αλλού. Φορητούς, οι οποίοι περιέχουν 1 κεραία, λειτουργικό σύστηµα µε 16-bit/32- bit επεξεργαστές και δυνατότητα επεξεργασίας σήµατος. Έχουν ικανότητα ασύρµατης δικτύωσης σε TCP/IP κόµβους, και απευθείας σύνδεσης σε server. Έχουν διάφορες µορφές, µπορεί να είναι κινητά τηλέφωνα, συσκευές τοποθετηµένες σε οχήµατα κ.ά. Συνήθως έχουν µια θύρα για να µπορούν να συνδεθούν σε κάποιο υπολογιστή. Έχουν διαφορετικό µέγεθος και σχήµα και τη δική τους πηγή ενέργειας. Προσαρµόζονται πιο εύκολα σε βιοµηχανικές εφαρµογές. Εικόνα 2.6: α) Σταθερός αναγνώστης β) Φορητός αναγνώστης 2.3.3 Λογισµικό Είναι ο «εγκέφαλος» του συστήµατος. Αναλαµβάνει την επεξεργασία όλων των δεδοµένων που διακινούνται από κάθε tag, συµπιέζει χιλιάδες σήµατα ετικετών σε µια συγκεκριµένη αναγνώριση και επίσης δρα σαν κανάλι µεταφοράς µεταξύ των στοιχείων RFID hardware και των συστηµάτων software της εφαρµογής του πελάτη, όπως το απόθεµα, η παραλαβή και τα logistics. Χρησιµοποιείται για την δικτύωση πολλών RFID και τον έλεγχο της ροής των δεδοµένων. Eικόνα 2.7: Σύστηµα RFID 9

Μέσω του λογισµικού αυτού καθορίζεται ο τρόπος λειτουργίας των αναγνωστών ώστε να βελτιστοποιηθεί η λειτουργικότητα όλου του συστήµατος, επιτυγχάνεται η συνεχής συλλογή και αποθήκευση των δεδοµένων ώστε να είναι διαθέσιµο κάθε στιγµή το ιστορικό όλων των διαδικασιών. Δίνεται επίσης η δυνατότητα εξαγωγής στατιστικών ή άλλων αναφορών µε ακριβή στοιχεία ενώ είναι δυνατή η διασύνδεση του συστήµατος RFID µε άλλα πληροφοριακά συστήµατα. 2.4 Κριτήρια σχεδιασµού συστηµάτων RFID Πριν την σχεδίαση ενός συστήµατος RFID πρέπει να καθορισθούν από τον σχεδιαστή ορισµένες σηµαντικές παράµετροι οι οποίες είναι καθοριστικές για την λειτουργία του συστήµατος. Οι περισσότερες,αν όχι όλες από αυτές,θα πρέπει να ληφθούν υπ όψιν και από κάποιον που αναζητά το κατάλληλο σύστηµα RFID που θα εξυπηρετήσει τις ανάγκες τους. Όλες αυτές οι παράµετροι συµβάλλουν στην ανάγκη κατηγοριοποίησης των συστηµάτων RFID ώστε να σχεδιασθεί/επιλεχθεί κάθε φορά το κατάλληλο σύστηµα. Στη συνέχεια γίνεται µία αναλυτική παρουσίαση των παραµέτρων αυτών(ορισµένων έχει γίνει ήδη) ώστε να γίνει κατανοητή η σηµαντικότητα τους. 2.4.1 Συχνότητα λειτουργίας Η συχνότητα λειτουργίας είναι η πρώτη παράµετρος που πρέπει να καθοριστεί όταν πρόκειται να σχεδιαστεί ένα σύστηµα RFID, καθώς σύµφωνα µε αυτήν θα αποφασιστούν στη συνέχεια τα κυκλώµατα και τα στοιχεία των κυκλωµάτων που θα αποτελείται το σύστηµα. Οι συχνότητες λειτουργίας των συστηµάτων RFID χωρίζονται σε 4 ζώνες: Χαµηλές συχνότητες LF (Low Frequencies), κυµαίνονται από 30 έως 300kHz Υψηλές συχνότητες HF/RF (High/Radio Frequencies), 3 έως 30MHz Πολύ υψηλές συχνότητες UHF (Ultra High Frequencies), κυµαίνονται από 300MHz έως 3GHz Μικροκυµατικές συχνότητες (Microwave Frequencies), κυµαίνονται από 2 έως 30GHz Οι συχνότητες που χρησιµοποιούνται κυρίως σε κάθε ζώνη συχνοτήτων είναι: 125kHz και 134.2kHz για χαµηλές συχνότητες, 13.56MHz για υψηλές συχνότητες, 860-960MHz για πολύ υψηλές συχνότητες και 2.645GHz για µικροκυµατικές [4]. Ανάλογα µε τη ζώνη συχνοτήτων στην οποία λειτουργεί ένα σύστηµα RFID υπάρχουν διαφορετικές δυνατότητες σε κάθε περίπτωση. Η εµβέλεια ανάγνωσης, ο ρυθµός µετάδοσης πληροφορίας καθώς και οι εφαρµογές που µπορούν να υλοποιηθούν διαφέρουν αναλόγως της συχνότητας λειτουργίας που χρησιµοποιείται, όπως φαίνεται στον παρακάτω πίνακα: 10

Χαρακτηριστικά Πλεονεκτήµατα Συνηθέστερες συχνότητες λειτουργίας RFID LF(125kHz&34.2kHz) HF/RF(13.56MHz) UHF(860-960MHz) -Αναγνώριση αντικειµένων µε υψηλή περιεκτικότητα σε νερό -Πολύ µικρή απόσταση ανάγνωσης (έως 300εκ.) -Μικρό κόστος των tags -Δεν επηρεάζονται από µεταλλικές επιφάνειες -Αναγνώριση κυρίως σε επίπεδο τεµαχίου -Μικρή απόσταση ανάγνωσης (έως 1µ.) - Μικρό κόστος των tags -Υψηλός ρυθµός µετάδοσης δεδοµένων -Υψηλή Ακρίβεια Μετρήσεων ( 100%) - Ικανότητα Ανάγνωσης σε υγρές και µεταλλικές επιφάνειες, σε πυκνό συσκευασµένα αντικείµενα -Λειτουργούν αποδοτικά γύρω από τα µέταλλα Microwave(2.645GHz) - Αναγνώριση κυρίως σε επίπεδο παλέτας & κιβωτίου -Μεγάλη απόσταση Ανάγνωσης (πάνω από 3µ.) -Στις µικροκυµατικές συχνότητες, απόσταση ανάγνωσης και πάνω από 30µ. -Εύκολη ενσωµάτωση των tags µέσα σε µη µεταλλικά αντικείµενα -Υψηλότερος ρυθµός µετάδοσης δεδοµένων -Πιο απλή κατασκευή και σχεδίαση των tags σε σχέση µε των HF Μειονεκτήµατα -Μικρός ρυθµός µετάδοσης δεδοµένων -Χαµηλή απόδοση µε την παρουσία µεγάλου όγκου υγρών -Περιορισµένη ανάγνωση σε υγρές, µεταλλικές και πυκνό συσκευασµένες επιφάνειες -Χαµηλή απόδοση όταν περιβάλλονται από υγρά και µέταλλα Εφαρµογή σε -Φρούτα -Φάρµακα - Βιβλιοθήκες - Αποσκευές - Ένδυση - Αποθήκες και Logistics - Είσπραξη Διοδίων Πίνακας 3: Χαρακτηριστικά, πλεονεκτήµατα, µειονεκτήµατα και εφαρµογές των συνηθέστερων συχνοτήτων σε RFID 2.4.2 Απόσταση ανάγνωσης Η απόσταση ανάγνωσης ορίζεται ως η µέγιστη απόσταση για την επιτυχή επικοινωνία µεταξύ ετικετών-αναγνωστών[4]. Η απόσταση αυτή ποικίλει και µπορεί να είναι πολύ µικρή, µικρή ή µεγάλη: Πολύ µικρή : περίπου µέχρι 60cm Μικρή : περίπου µέχρι 5 m Μεγάλη: περίπου 100+ m 11

Στα συστήµατα RFID η απόσταση ανάγνωσης µεταξύ ετικέτας και αναγνώστη εξαρτάται από τη συχνότητα λειτουργίας. Έτσι όπως φαίνεται και από τον πίνακα 3 τα συστήµατα που λειτουργούν σε LF συχνότητες απαιτούν πολύ µικρή απόσταση(έως 0.3 µ.) για την ανάγνωσή τους γι αυτό και είναι απαραίτητη η ύπαρξη µαγνητικών και ηλεκτρικών πεδίων. Τα συστήµατα αυτά µπορούν να λειτουργήσουν µε DC συχνότητες καθώς η λειτουργία τους δεν βασίζεται στην ακτινοβόληση των πεδίων. Στα συστήµατα που λειτουργούν σε HF/RF συχνότητες η απόστασή ανάγνωσης µπορεί να είναι µέχρι και 1 µέτρο γι αυτό και εκµεταλλεύονται την ικανότητα δηµιουργίας ηλεκτροµαγνητικού πεδίου και εποµένως την βοήθεια της µαγνητικής επαγωγής. Τα συστήµατα που λειτουργούν στις UHF/microwave συχνότητες έχουν εµβέλεια ανάγνωσης πάνω από 3m. µέχρι και 6m. ή 15m για τα παθητικά και τα ενεργητικά tags αντίστοιχα. 2.4.3 Δυνατότητα τροφοδοσίας από πηγή ηλεκτρικής ενέργειας Όπως αναφέρθηκε στην ενότητα 2.3.1.2 του κεφαλαίου, οι ετικέτες είτε τροφοδοτούνται από µία πηγή ηλεκτρικής ενέργειας(µπαταρία) είτε παίρνουν όλη την ενέργεια που χρειάζονται µέσω του ηλεκτροµαγνητικού πεδίου που δηµιουργεί ο αναγνώστης και έτσι τους παρέχεται η ανακλώµενη ενέργεια που προσφέρεται απ αυτόν[3]. Αυτή η δυνατότητα οδηγεί σε µία ακόµη κατηγοριοποίηση των συστηµάτων RFID ανάλογα µε τον τύπο ετικετών που χρησιµοποιούν. Έτσι λοιπόν διακρίνουµε τα εξής συστήµατα µε βάση τον τύπο των ετικετών που διαθέτουν: 1. Συστήµατα µε παθητική ετικέτα 2. Συστήµατα µε ενεργητική ετικέτα 3. Συστήµατα µε ηµιπαθητική ετικέτα 4. Συστήµατα µε ηµιενεργητική ετικέτα Η δυνατότητα λοιπόν τροφοδοσίας ή µη από πηγή ηλεκτρικής ενέργειας είναι ένας ακόµα σηµαντικός παράγοντας που πρέπει να εξεταστεί κατά την σχεδίαση ενός συστήµατος RFID. 2.4.4 Δυνατότητα επανεγγραφής µνήµης Στην ενότητα 2.3.1.2 του κεφαλαίου αναφέραµε ακόµα ότι κάποιες ετικέτες απλά θέλουν να κάνουν µόνο γνωστή την παρουσία τους, κάποιες άλλες επιτρέπουν µόνο την ανάγνωσή τους, κάποιες άλλες επιτρέπουν την ανάγνωσή τους αλλά και την δυνατότητα εγγραφής σε αυτές µία φορά και µόνο ενώ υπάρχουν και κάποιες που επιτρέπουν την ανάγνωσή τους αλλά και την επανεγγραφή και τον επαναπρογραµµατισµός τους παραπάνω από µία φορές. Έτσι λοιπόν κρίνεται αναγκαίο και πάλι να κατηγοριοποιήσουµε τα συστήµατα RFID ανάλογα µε την δυνατότητα επανεγγραφής της µνήµης τους. Έτσι ο σχεδιαστής ή ο καταναλωτής θα επιλέξει την κατάλληλη κατηγορία ώστε να σχεδιάσει/διαλέξει το κατάλληλο σύστηµα για τις ανάγκες του. Προσφέρεται λοιπόν από την τεχνολογία[3]: 1. Σύστηµα µε tag πληροφορίας 1 bit. Χρησιµοποιείται σε αντικλεπτικές εφαρµογές και είναι γνωστό ως EAS (Electronic Article Surveillance). Το tag αποτελείται µόνο από το στοιχείο σύζευξης και δεν περιέχει ολοκληρωµένο κύκλωµα. Σκοπός της χρήσης του είναι να κάνει απλά γνωστή την παρουσία του χωρίς να δώσει καµία επιπλέον πληροφορία στον Reader. 12

2. Σύστηµα µε tag χωρίς δυνατότητα προγραµµατισµού. Το tag έχει έναν κωδικό αναγνώρισης (σειριακό αριθµό) ο οποίος εγγράφεται από τον κατασκευαστή σε µία µνήµη ROM (Read Only Memory). Επιτρέπεται η ανάγνωσή του από τον reader αλλά δεν υπάρχει δυνατότητα αλλαγής του ή επανεγγραφής του. Τα tags αυτού του τύπου είναι πολύ φθηνά καθώς επίσης και το κόστος των αναγνωστών είναι µικρό λόγω της δυνατότητας µόνο ανάγνωσης του tag. Γι αυτό τα συστήµατα αυτά χρησιµοποιούνται ευρέως σε µονάδες παραγωγής και στην διαδικασία διανοµής και αποθήκευσης προϊόντων. 3. Σύστηµα µε tag µε δυνατότητα προγραµµατισµού. Στα συστήµατα αυτά ο κωδικός αναγνώρισης του tag εγγράφεται στην µνήµη EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) και υπάρχει η δυνατότητα επανεγγραφής του µία φορά ή και παραπάνω από µία φορές. Τα συστήµατα αυτά χρησιµοποιούνται ως συστήµατα ελέγχου πρόσβασης. Η µνήµη ΕΕΡRΟΜ όµως καταναλώνει πολύ ενέργεια κατά την διαδικασία ανάγνωσης και εγγραφής καθώς επίσης είναι αρκετά ακριβή. Γι αυτό το λόγο έχουν χρησιµοποιηθεί και άλλες µνήµες όπως η µνήµη FRAM (Ferroelectric Random Access Memory) που είναι 100 φορές πιο οικονοµική και πιο γρήγορη από την EEPROM αλλά λόγω αρκετών κατασκευαστικών προβληµάτων που παρουσιάζει πολλές φορές δεν προτιµάται. Επίσης έχει χρησιµοποιηθεί σε αρκετά tags µε δυνατότητα επαναπρογραµµατισµού και η µνήµη SRAM (Static Random Access Memory) η οποία όµως απαιτεί µία συνεχής πηγή τροφοδοσίας προκειµένου να µπορεί να διατηρήσει τα δεδοµένα. Έτσι η µνήµη EEPROM είναι αυτή που παρά το µεγάλο κόστος της έχει κυριαρχήσει σε εφαρµογές που απαιτείται η δυνατότητα προγραµµατισµού της ετικέτας. 2.4.5 Τρόπος επικοινωνίας αναγνώστη και ετικέτας Η τεχνολογία RFID προσφέρει συστήµατα στα οποία η µεταφορά ενέργειας στο tag είτε είναι συνεχής είτε όχι και παρέχεται µόνο κατά την επικοινωνία του tag προς τον reader και το αντίστροφο. Εποµένως η συνεχής ή µη παροχή ενέργειας στο tag είναι µία ακόµη παράµετρος που θα πρέπει να λάβει υπ όψιν του ο σχεδιαστής του συστήµατος. Επιπλέον κατά την επικοινωνία του reader και του tag πρέπει να έχει ορισθεί από τον σχεδιαστή αν η µεταφορά των δεδοµένων από το reader προς το tag και από το tag στο reader θα γίνεται ταυτόχρονα ή ακολουθιακά. Έτσι λοιπόν έχουν ορισθεί 3 τρόποι αποστολής δεδοµένων, οι οποίοι είναι[3]: Half Duplex (HDX) : Η µεταφορά δεδοµένων από το tag στην κεραία του reader εναλλάσσεται µε αυτήν από τον reader στο tag. Σε συχνότητες κάτω από 30 MHz αυτό γίνεται συνήθως µε διαµόρφωση φορτίου, είτε µε είτε χωρίς υπο-φέρον (subcarrier), διαδικασία η οποία περιλαµβάνει απλές κυκλωµατικές διατάξεις. Η διαµόρφωση φορτίου επιδρά άµεσα στο µαγνητικό ή ηλεκτροµαγνητικό πεδίο που παράγεται από το reader και είναι γνωστές ως αρµονικές διαδικασίες. H µεταφορά ενέργειας από τον reader στο tag είναι συνεχής και ανεξάρτητη από την κατεύθυνση της ροής δεδοµένων. Full Duplex (FDX) : Η µεταφορά των δεδοµένων από το tag στον reader πραγµατοποιείται ταυτόχρονα µε τη µεταφορά δεδοµένων από τον reader στο tag. Αυτό περιλαµβάνει διαδικασίες, κατά τις οποίες τα δεδοµένα µεταφέρονται από το tag είτε σε κάποιο κλάσµα της συχνότητας εκποµπής του reader είτε σε µία εντελώς ανεξάρτητη συχνότητα. Όπως και στο 13

Half Duplex η µεταφορά ενέργειας από τον reader στο tag είναι συνεχής και ανεξάρτητη από την κατεύθυνση της ροής δεδοµένων. Sequential(SEQ) : Η µεταφορά δεδοµένων από το tag στον reader γίνεται στα κενά διαστήµατα ανάµεσα στην τροφοδοσία του tag. H µεταφορά ενέργειας από το tag στον reader πραγµατοποιείται για περιορισµένο χρονικό διάστηµα µόνο, γι αυτό και το σύστηµα λέγεται παλµικό. Εικόνα 2.8: Μεταφορά δεδοµένων µε Full Duplex, Half Duplex, Sequential 2.4.6 Πρωτόκολλο επικοινωνίας Όπως κάθε σύστηµα έτσι και το RFID πρέπει να ακολουθεί ένα συγκεκριµένο πρωτόκολλο επικοινωνίας. Υπάρχουν αρκετά πρωτόκολλα επικοινωνίας που µπορούν να επιλεχθούν για ένα σύστηµα RFID στις µέρες µας και τα χαρακτηριστικά που προσφέρουν είναι αρκετά και διαφορετικά σε κάθε πρωτόκολλο. Τα χαρακτηριστικά αυτά παρουσιάζονται αναλυτικά στο Κεφ.3. Πρέπει να σηµειωθεί ότι ένα σύστηµα RFID πρέπει να ακολουθεί αυστηρά τους κανόνες του πρωτοκόλλου του αλλιώς θα υπάρχουν πολλά προβλήµατα επικοινωνίας και εποµένως δυσλειτουργία του συστήµατος πράγµα το οποίο µπορεί να επιφέρει και την απόσυρση του συγκεκριµένου συστήµατος από την αγορά. Εποµένως η επιλογή του πρωτοκόλλου και η αυστηρή τήρηση του είναι ένας ακόµα πολύ σηµαντικός παράγοντας τον οποίο πρέπει πάντα να έχει στο νου του κατά την διάρκεια της σχεδίασης του συστήµατος. 2.4.7 Εφαρµογές εξυπηρέτησης Κάθε ετικέτα έχει κατασκευαστεί για να εξυπηρετεί µία ή περισσότερες εφαρµογές. Κάποιες ετικέτες έχουν κατασκευαστεί απλά για να αναγνωρίζονται από τον αναγνώστη, κάποιες άλλες µπορούν να στέλνουν αλλά και να λαµβάνουν κάποια δεδοµένα από τον αναγνώστη ενώ υπάρχουν και κάποιες που µπορούν να διαβάζουν και να εγγράφουν τα δεδοµένα αυτά. Ανάλογα λοιπόν την εφαρµογή για την οποία θέλουµε να χρησιµοποιηθεί το σύστηµα µας θα διαµορφώσουµε και κατάλληλα τις παραµέτρους που χρειάζονται. Εποµένως προτού αποφασισθούν όλες οι παραπάνω παράµετροι που αναλύθηκαν προηγουµένως, θα πρέπει ο σχεδιαστής να ξέρει για τι είδους εφαρµογή πρόκειται να σχεδιαστεί το σύστηµα. 14

Υπάρχουν βέβαια και πολλά ακόµα κριτήρια για τον σχεδιασµό ενός συστήµατος RFID, παραπάνω αναφέρθηκαν τα πιο σηµαντικά. 2.5 Συστήµατα RFID και γραµµωτοί κώδικες Η τεχνολογία RFID όπως είπαµε ανήκει στην οικογένεια των Συστηµάτων Αυτόµατου Προσδιορισµού και Συλλογής Στοιχείων.Στην ίδια οικογένεια ανήκουν και οι γραµµωτοί κώδικες(barcodes) οι οποίοι µελλοντικά πρόκειται να αντικατασταθούν από τα συστήµατα RFID καθώς οι δυνατότητες που προσφέρουν τα τελευταία είναι πολύ περισσότερες. 2.5.1 Γραµµωτός κώδικας Ο γραµµωτός κώδικας είναι ένα σύστηµα αυτόµατης οπτικής αναγνώρισης κωδικών αριθµών που αντιστοιχούν σε περιγραφή των χαρακτηριστικών των προϊόντων. Έχει συνήθως την γνωστή µορφή των διαδοχικών µαύρων και άσπρων λωρίδων ποικίλου µεγέθους οι οποίες είναι τυπωµένες πάνω στην συσκευασία του προϊόντος. Μία αλληλουχία λωρίδων αντιστοιχεί σε έναν αριθµό, ο ίδιος όµως αριθµός µπορεί να υποδηλώνεται και από διαφορετική αλληλουχία λωρίδων[5]. Για την ανάγνωση ενός barcode απαραίτητη είναι η ύπαρξη των παρακάτω στοιχείων: 1.Mία ετικέτα (barcode) 2.Ένας αναγνώστης (reader) που έχει τη µορφή ενός σαρωτή (scanner) 3.Ένα λογισµικό (middleware) εγκατεστηµένο σε τοπικό κεντρικό υπολογιστή που λαµβάνει και αποθηκεύει τις πληροφορίες Εικόνα 2.9: Γραµµωτός κώδικας (barcode) Στον γραµµωτό κώδικα, κάθε ψηφίο αποτελείται από δύο άσπρες και δύο µαύρες γραµµές: Στα 5 πρώτα ψηφία είναι ο Κωδικός του Κατασκευαστή. Τα άλλα 5 ψηφία είναι ο Κωδικός του Προϊόντος. Το τελευταίο ψηφίο είναι το ψηφίο ελέγχου το οποίο έχει βάλει µόνο του ο Η/Υ. Στο πρώτο ψηφίο δεν αντιστοιχούν γραµµές αλλά το υπολογίζει ο ηλεκτρονικός υπολογιστής βάσει του τελευταίου ψηφίου. 15

Η ανάγνωση γίνεται ως εξής : Ο σαρωτής στέλνει µία δέσµη ακτινών laser πέφτει πάνω στην ετικέτα του barcode. Η δέσµη αυτή ανακλάται και το σήµα ανάκλασης αποκωδικοποιείται µέσω του σαρωτή, µετατρέποντας το σήµα σε αριθµούς ή γράµµατα τα οποία συνιστούν το περιεχόµενο µε τους χαρακτήρες που κωδικοποιήθηκαν µε µορφή barcode. Η µεταφορά των δεδοµένων γίνεται από τα ειδικά µηχανήµατα ανάγνωσης σε έναν υπολογιστή. Η µεταφορά αυτή µπορεί να γίνει είτε ενσύρµατα είτε ασύρµατα[5]. 2.5.2 Σύγκριση RFID και γραµµωτοί κώδικες Με την εµφάνιση των συστηµάτων RFID οι γραµµωτοί κώδικες (barcodes) έχασαν την κυριαρχία που είχαν µέχρι τότε στην τεχνολογία των συστηµάτων αυτόµατης αναγνώρισης και συλλογής στοιχείων AIDC καθώς οι πρώτοι προσφέρουν πολλά και σηµαντικά πλεονεκτήµατα σε σχέση µε τα barcodes[6]. Παρακάτω σηµειώνονται κάποια από αυτά που όπως φαίνεται είναι αρκετά: 1. Η αναγνώριση του tag γίνεται αυτόµατα χωρίς να χρειάζεται οποιαδήποτε ενέργεια του χειριστή, αρκεί βέβαια το tag να βρίσκεται εντός του πεδίου εµβέλειας του αναγνώστη. 2. Παρουσιάζουν µεγαλύτερη ανθεκτικότητα και µπορούν να µείνουν αναλλοίωτα ακόµα και σε αντίξοες συνθήκες. 3. Δεν χρειάζεται οπτική επαφή µεταξύ αναγνώστη και ετικετών και η µεταφορά πληροφορίας γίνεται µέσω ραδιοσυχνοτήτων. Έτσι επιτυγχάνεται ασύρµατη εκποµπή και λήψη δεδοµένων ανεξάρτητα από τη θέση, τον προσανατολισµό και την φυσική κατάσταση του tag. Αντίθετα τα barcodes είναι µια "line-of-sight" τεχνολογία, κάτι που σηµαίνει ότι ο σαρωτής (scanner) θα πρέπει να "βλέπει" το γραµµωτό κώδικα για να τον διαβάσει. 4. Έχει µεγαλύτερη απόσταση ανάγνωσης, µπορεί να είναι από µερικά εκατοστά µέχρι και µερικά µέτρα. Αντιθέτως, η ανάγνωση των barcodes γίνεται σε απόσταση µόνο λίγων εκατοστών. 5. Παρέχει υψηλή ασφάλεια των στοιχείων που είναι αποθηκευµένα στο tag καθώς είναι πολύ δύσκολο να αντιγραφούν ή να αλλοιωθούν ενώ ανταποκρίνονται σε κάθε αναγνώστη µόνο µε χρήση κωδικού πρόσβασης. 6. Δεν χρειάζεται ξεχωριστή διαδικασία για την αναγνώριση κάθε tag όπως απαιτείται στα barcodes αλλά είναι δυνατή η ταυτόχρονη αναγνώριση και ταυτοποίηση πολλών tags. 7. Τα σύγχρονα tags διαθέτουν µνήµη µεγάλης χωρητικότητας για την αποθήκευση δεδοµένων. Έτσι πλέον µπορούν να αποθηκεύουν περισσότερα δεδοµένα εκτός από τον κωδικό της ταυτότητας τους αντιθέτως µε τα barcode που δεν έχουν την δυνατότητα αυτή. Παρά τα πολλά και σηµαντικά πλεονεκτήµατα που παρουσιάζουν τα RFID συστήµατα οι γραµµωτοί κώδικες(barcodes) παρουσιάζουν ένα σηµαντικό πλεονέκτηµα, το οποίο είναι και ο λόγος που δεν έχει γίνει ακόµα η αντικατάστασης τους από τα RFID. Το πλεονέκτηµα αυτό είναι το πολύ µικρό κόστος τους κάτι το οποίο είναι σηµαντικός παράγοντας για τις επιχειρήσεις, ιδιαίτερα στα µέρες µας. Εποµένως επιχειρήσεις οι οποίες δεν απαιτούν εξειδικευµένες εφαρµογές για την αναγνώριση των προϊόντων θα προτιµήσουν σίγουρα την χρήση των barcodes. 16

Εικόνα 2.10: RFID και barcodes Έτσι λοιπόν τίθεται από τις περισσότερες επιχειρήσεις το ερώτηµα: RFID ή BARCODE;. Η απάντηση δεν είναι πάντα η ίδια. Κύριοι παράγοντες για τη λήψη της απόφασής αυτής θα πρέπει να είναι: - η αξία των διακινούµενων προϊόντων - το πλήθος των κινήσεων (πωλήσεων - διακινήσεων) - το περιβάλλον της επιχείρησης - το συνολικό κόστος της επένδυσης. - η ασφάλεια της επιχείρησης Αξίζει ακόµα να σηµειωθεί ότι υπάρχουν εφαρµογές που κρίνεται προτιµότερο ο συνδυασµός των δύο συστηµάτων ώστε να επιτευχθεί βέλτιστη αποδοτικότητα και αξιοπιστία του τελικού συστήµατος[6]. 2.6 Εφαρµογές της τεχνολογίας RFID Η τεχνολογία RFID έχει πολλές χρήσιµες εφαρµογές, σηµαντικότερες από τις οποίες είναι[7]: 1.Πληρωµή διοδίων. Μία από τις πιο διαδεδοµένες χρήσεις της τεχνολογίας RFID είναι η πληρωµή διοδίων στις εθνικές οδούς. Στην Ελλάδα εφαρµόζεται το σύστηµα «e-pass» για την πληρωµή διοδίων στην Αττική Οδό και το σύστηµα «ΤΕΟ-Pass» για την πληρωµή διοδίων σε όλες τις εθνικές οδούς της χώρας. 2.Διαβατήρια. Microchip RFID ενσωµατώνονται στα νέου τύπου διαβατήρια, τα λεγόµενα βιοµετρικά διαβατήρια ή e-passports, τα οποία περιλαµβάνουν προσωπικά δεδοµένα του κατόχου τους. Τα διαβατήρια αυτά έχουν αρχίσει να εκδίδονται από πολλές χώρες. 3. Πιστωτικές κάρτες. Αρκετές πιστωτικές κάρτες περιέχουν τώρα microchip RFID. 4. Διαχείριση προϊόντων. Ετικέτες RFID χρησιµοποιούνται για τη διαχείριση των εµπορευµάτων σε καταστήµατα λιανικής πώλησης, στη διαχείριση εµπορευµατοκιβωτίων και παλετών, καθώς και για την διαχείριση αποσκευών και εµπορευµάτων στα αεροδρόµια. 5. Έλεγχος πρόσβασης σε κτίρια. Ειδικές κάρτες, εφοδιασµένες µε microchip RFID, χρησιµοποιούνται στα σύγχρονα συστήµατα ελέγχου πρόσβασης σε κτίρια. Τις κάρτες αυτές αρκεί να τις πλησιάσει ο κάτοχός τους σε απόσταση λίγων εκατοστών, σε ειδικούς σταθερούς αναγνώστες, για να γίνει η ταυτοποίηση του κατόχου τους. 6. Διαχείριση και έλεγχος οχηµάτων. Μέσω του συστήµατος RFID µπορεί να γίνει η καταγραφή των οχηµάτων µε σκοπό την καταγραφή της οδικής συµπεριφοράς των οδηγών και κυρίως τον αποτελεσµατικότερο τρόπο για την είσπραξη των προστίµων από τροχαίες παραβάσεις. Σύµφωνα µε το πρόγραµµα αυτό που έχει αρχίσει να εφαρµόζεται, σε κάθε αυτοκίνητο, τοποθετείται µία ετικέτα RFID, η οποία επικοινωνεί µε µία βάση δεδοµένων στην 17