Современные системы RFID и проблемы идентификации

Практическая значимость данной работы состоит в повышении безопасности движения транспортных средств за счет приоритетности контроля параметров систем.

Научная новизна исследования заключается в применении методов динамического программирования для практической оценки приоритетности вывода страниц информации для визуального контроля режимов работы транспортного средства.

Список литературы: 1. Лебедев Г.Н. Методы принятия оперативных решений в задачах управления и контроля. М.: МАИ, 1992. 237 с. 2. Горькова В.И. и др. Закономерности роста и старения научно-технической информации и их использование в работе информационных органов. Наука, информация, производство. М.: ВИНИТИ, 1978. 57 с. 3. Беллман Р. Динамическое программирование. М.: Изд-во иностр.лит., 1960. 379 с. 4. Лебедев Г.Н., ГришанинЮ.С., Липатов А.В., Степаньянц Г.А. Теория оптимальных систем. М.: Изд. МАИ, 1999. 103 с. 5. Боголюбов А.А., Галютин В.Б., Лебедев Г.Н. Проблема управления полетом с помощью искусственного интеллекта // Авиакосмическое приборостроение. 2002. №>1. С. 38 - 44.

Поступила в редколлегию 29.08.2006 Слипченко Николай Иванович, канд. техн. наук, профессор, проректор по научной работе ХНУРЭ. Научные интересы: радиофизика и электроника. Адрес: Украина, 61166, Харьков, пр. Ленина, 14, тел. (057) 702-10-20.

Письменецкий Виктор Александрович, канд. техн. наук, профессор ХНУРЭ. Научные интересы: разработка устройств обработки сигналов. Адрес: Украина, 61166, Харьков, пр. Ленина, 14, тел. (057) 702-13-43.

Переясловец Сергей Васильевич, аспирант ХНУРЭ. Научные интересы: микроминиатюризация электроники транспортных средств. Адрес: Украина, 61166, Харьков, пр. Ленина, 14, тел. (057) 702-13-43.

Фролов Андрей Витальевич, аспирант кафедры МЭПУ ХНУРЭ. Научные интересы: исследование характеристик фоточувствительных структур. Адрес: Украина, 61166, Харьков, пр. Ленина, 14, тел.702-16-59.

Новоселова Светлана Кузьминична, зав. лаб. ЦНТМ, ХНУРЭ. Научные интересы: алгоритмы оптимизации и визуализации информации. Адрес: Украина, 61166, Харьков, пр. Ленина, 14, тел. (057) 702-13-43.

УДК 621.395:004.77

В.И. ХАХАНОВ, И.В. ФИЛИППЕНКО

СОВРЕМЕННЫЕ СИСТЕМЫ RFID И ПРОБЛЕМЫ ИДЕНТИФИКАЦИИ

Рассматриваются современные системы RFID. Приводится классификация, обзор различных принципов работы систем RFID и сфера их применения. Также рассматриваются достоинства и недостатки этих систем и проблемы надежности идентификации.

Введение

Стремительное развитие информационных технологий привело к формированию глобальной информационной среды. Глобальная информатизация сопровождается активной компьютеризацией и автоматизацией процессов управления предприятиями и учреждениями. Важнейшей проблемой информатизации является обеспечение точной и безопасной информацией. Одна из основных задач, решаемых в процессе информатизации, это задача электронной бесконтактной идентификации.

В настоящее время наиболее перспективной технологией является радиочастотная идентификация, или RFID (Radio Frequency IDeentification). Данная технология, используя радиоканал, позволяет получить информацию о предмете или человеке автоматически, без необходимости непосредственного контакта.

Обзор систем RFID

Система RFID состоит из трех основных компонентов: считывателя (ридера), транспон-дера (радиочастотная метка, тег) и компьютерной системы обработки информации. Общая схема системы радиочастотной идентификации приведена на рис. 1.

Команды

Ридер

Антенна

Энергия

Данные

Данные

Транспондер

Рис. 1. Общая схема системы радиочастотной идентификации

Ридер обычно содержит радиочастотный модуль (передатчик и приемник), антенну и блок управления, включающий микропроцессор и память.

Транспондер представляет собой устройство, являющееся носителем данных ЯРЮ. Он включает в себя приемник, передатчик и блок памяти для хранения информации. Приемник, передатчик и память обычно конструктивно выполняются в виде отдельной интегральной схемы (чипа). В зависимости от конфигурации транспондер может еще включать в себя источник питания.

Транспондер и ридер связываются между собой, используя радиочастотный канал.

Процесс радиочастотной идентификации происходит следующим образом. Передатчик ридера через антенну излучает электромагнитное поле определенной частоты. Транспон-дер, который попадает в зону этого электромагнитного поля, обнаруживает сигнал и отвечает собственным сигналом, содержащим полезную информацию (например, код доступа или код товара), на этой же или другой частоте. Сигнал улавливается антенной ридера и полезная информация поступает для дальнейшей обработки.

В зависимости от того, содержит ли транспондер источник питания или нет, системы ЯРЮ можно разделить на две группы: активные и пассивные.

Существенной отличительной чертой транспондера является его информационная емкость. По этому параметру они разделяются на однобитные и «-битные. Классификация систем ЯРЮ приведена на рис. 2.

Рис. 2. Классификация систем ЯРГО

Простые однобитные транспондеры работают на различных физических эффектах, таких как резонанс LC-цепи, умножение частоты нелинейным накопителем энергии, резонанс ферромагнитного элемента на основе магнитострикционного эффекта и др. Однобитные транспондеры способны только сигнализировать считывателю о своем присутствии в зоне опроса. Количество информации, равное 1 биту, достаточно только для подачи на считыватель сигнала, имеющего два состояния: «транспондер в зоне контроля» или «в зоне контроля транспондера нет».

Рассмотрим пример однобитной системы Я^ГО, использующей в качестве метки резонансную LC-цепь (рис. 3). Взаимодействие между считывателем и меткой основано на принципе электромагнитной индукции. При попадании в электромагнитное поле, излучаемое считывателем, в антенне транспондера посредством взаимной индукции наводится ток. Затем полученная энергия переизлучается меткой и это излучение улавливается считывателем.

Переменное

Рис. 3. Система с однобитным транспондером

Достоинство таких систем состоит в дешевизне изготовления меток, при этом срок функционирования метки ограничен только физическим износом.

Недостатками этих систем являются малая дальность действия, невозможность размещения под металлическими и электропроводными поверхностями, взаимные коллизии, а также невозможность получения данных о предмете идентификации, а только обнаружение его присутствия в зоне действия ридера. Метку, вследствие ее предельной простоты, достаточно просто подделать или вывести из строя. Также достаточно просто заблокировать работу всей системы внешним источником радиопомех. Вследствие этих недостатков данный тип идентификаторов не может быть использован как надежный.

Однако такие системы, несмотря на перечисленные недостатки, в настоящее время получили наибольшее распространение благодаря дешевизне изготовления меток. Эти системы, как правило, применяются в системах противодействия кражам, установленных в супермаркетах, в салонах проката. Такие транспондеры изготавливаются в виде этикеток, которые наклеиваются на товар и в случае его незаконного выноса мимо охранного устройства срабатывает сигнализация. Дезактивация таких меток происходит на кассе при оплате товара.

Рассмотренная система (как указывалось выше) не может распознавать объекты, а только извещать о факте попадания их в зону действия считывателя. Задача получения информации об объекте была решена в системах с «-битным транспондером.

Система с п-битным транспондером обычно содержит одиночный микрочип и обмотку, которая выполняет роль антенны (рис. 4).

Рис. 4. Система с «-битным транспондером

Такая система работает следующим образом. Ридер генерирует электромагнитное поле, силовые линии которого, пронизывая обмотку антенны транспондера, индуцируют переменное напряжение. Это напряжение выпрямляется выпрямителем на диоде и кон-

денсаторе и используется как электропитание для ИС (интегральной схемы - носителя данных).

Транспондер может отвечать ридеру несколькими способами. Например, передавая данные на частоте, отличающейся от частоты передатчика ридера, либо изменяя напряженность поля, излучаемого ридером посредством шунтирования обмотки тега в соответствии со значением поступающего бита из памяти ИС. Так, при поступлении "1" обмотка шунтируется, а при поступлении "0" остается разомкнутой. Устройство транспондера приведено на рис. 5.

Рис. 5. Устройство транспондера

Существует множество различных типов транспондеров. Это и метки, которые можно программировать только однократно (например, метки для занесения уникального серийного номера товара на заводе при его изготовлении), и многократно перепрограммируемые. Метки, с возможностью только считывания с них информации, и более сложные, с которых возможно производить как чтение, так и оперативно через радиоинтерфейс заносить данные. Транспондеры различаются по объему памяти с разной ее организацией. Возможно применение алгоритма криптозащиты.

Существуют также транспондеры, имеющие не только энергонезависимую память, а еще и микропроцессор, позволяющий загружать в себя, например, Java-приложения. Это позволяет производить метке необходимые вычисления. Применение таких типов транс-пондеров поможет загрузить основную контролирующую систему, что упрощает ее работу и как следствие удешевляет.

Системы радиочастотной идентификации также можно классифицировать по используемой частоте. На сегодняшний день сформировались три основных группы систем:

- низкочастотные (например, рабочая частота - 100-150 кГц);

- высокочастотные (например, рабочая частота - 13,56 МГц);

- сверхвысокочастотные (например, рабочая частота 900 МГц, 2,4 ГГц).

Как правило, чем выше диапазон частот систем Я^ГО, тем больше дальность, на которой возможно считывание информации с транспондера.

Низкочастотные системы применяются для контроля доступа, логистики, маркировки товара, маркировки животных, предотвращения подделки различных категорий товаров. Дальность действия таких систем небольшая: от 2 до 15 см.

Высокочастотные системы применяются для контроля доступа, в качестве электронных паспортов, маркировки изделий, банковских карт, проездных билетов, систем сортировки, контроля технического процесса. Для них характерна высокая скорость передачи данных. Дальность действия таких систем - от 10 см до 1,5м.

Системы, работающие на сверхвысоких частотах, характеризуются самой большой дальностью действия - до 7 метров. Они применяются в логистике и складских хозяйствах, в системах управления парковками, маркировки контейнеров и паллет и т.д.

Широкое распространение ЯРЮ систем в разных отраслях народного хозяйства обусловлено следующими их достоинствами:

- они не требуют контакта или нахождения ридера и транспондера в прямой видимости;

- метки читаются быстро и точно;

- возможность скрытой установки электронной метки;

- данные на метке могут дополняться;

- высокая скорость считывания данных;

- неограниченный срок эксплуатации (для пассивных систем);

- большой объем кодовой информации, возможность исключения повторяемости меток;

- возможность чтения/записи;

- возможность засекречивания данных на метке.

Однако наряду с достоинствами RFID системам присущи недостатки. К ним относятся:

- относительно высокая стоимость (0,1 - 5 USD);

- невозможность размещения под металлическими и электропроводными поверхностями;

- взаимные коллизии;

- подверженность помехам в виде электромагнитных полей;

- возможность взлома системы специальными устройствами - граберами.

Рассмотрим отдельно каждый из них.

1. Относительно высокая стоимость.

Несмотря на относительно высокую стоимость, использование радиочастотных меток целесообразно для защиты дорогих товаров от краж или для обеспечения сохранности изделий, переданных на гарантийное обслуживание. В сфере логистики и транспортировки грузов стоимость радиочастотной метки может оказаться совершенно незначительной по сравнению со стоимостью содержимого контейнера. Кроме того, при современной динамике развития электронных технологий стоимость метки может быть значительно снижена в течение короткого времени. Следовательно, этот недостаток не является принципиальным.

2. Невозможность размещения под металлическими и электропроводными поверхностями.

Вследствие физических принципов, положенных в основу функционирования систем RFID, радиочастотные метки подвержены влиянию токопроводящих поверхностей, которые являются экранирующими по отношению к метке. Устранение этого недостатка возможно при применении специальных приемов установки метки.

3. Взаимные коллизии.

Несмотря на многообразие предлагаемых антиколлизионных процедур, данная проблема также не решена в полном объеме. Например, при мультидоступе с разделением во времени TDMA, при возникновении нештатной ситуации (при выходе из строя ключа управления передатчиком всего одного тега) блокируется работа всей системы. Это же относится и к разделению по коду, а также практически ко всем другим методам.

4. Подверженность помехам в виде электромагнитных полей.

В современных многобитных системах до сих пор до конца не решена проблема электромагнитной совместимости. В частности, современные системы имеют практически нулевую защищенность по отношению к системам противодействия, т.е. к системам радиочастотного подавления. В случае целенаправленной радиочастотной помехи, впрочем как и случайной, работа всей системы блокируется, потому как разделить сигнал помехи и сигнал транспондера не представляется возможным.

5. Поскольку система RFID использует радиочастотный канал, всегда имеется возможность перехвата информации специальными устройствами - граберами. Граберы могут не только принимать и записывать радиочастотные посылки, присутствующие в канале, но также и излучать их, имитируя работу транспондера.

Выводы

Исходя из анализа существующих систем RFID, которые были рассмотрены в статье, становится очевидным наличие достаточно серьезных проблем надежности идентификации, информационной емкости и стойкости по отношению к электромагнитным помехам и системам радиотехнического противодействия.

Все это указывает на безусловную актуальность создания принципиально новых систем идентификации для таких областей как медицина, логистика, транспортные услуги. В процессе разработки этих систем основное внимание будет уделено минимизации приведенных выше недостатков для повышения надежности идентификации.

Список литературы: 1. Стариков О. Технология радиочастотной идентификации в промышленной автоматизации и логистике // Chip news Украина, 2005. .№2. 2. Рахно Е. RFID идентификация // Chip news Украина, 2006. .№3. 3. Боровко Р. Мировой рынок средств идентификации // http://www.cnew.ru 4. Klaus Finkenzeller RFID Hardbook: Fundamentals and Application in Contactless Smart Cards and Identification, 2003 John Wiley & Sons. Ltd. 5. Gehrig U. RFID Made Easy / EM Microelectronic-Marin SA/ EMAN1099/ Rev/ B CH-2074. Marin, 1999. 6. Global RFID System utilizing SAW Technology / RF SAW Inc./ 2003 Rev/ 1.0// http://www.rfsaw.com. T. Friedrich U., Annala A.-L. Palomar - a European answer for passive UHF RFID application / RFID Innovations 2001 conference // http://vicaragepublictions.co.uk

Поступила в редколлегию 10.09.2006 Хаханов Владимир Иванович, д-р техн. наук, профессор кафедры АПВТ ХНУРЭ. Научные интересы: техническая диагностика вычислительных устройств, систем, сетей и программных продуктов. Увлечения: баскетбол, футбол, горные лыжи. Адрес: Украина, 61166, Харьков, пр.Ленина, 14, тел. 70-21-326. E-mail:hahanov@kture.kharkov.ua.

Филиппенко Инна Викторовна, методист ХНУРЭ, инженер. Научные интересы: системы дистанционного контроля и управления с использованием радиоканала. Увлечения: книги, большой теннис, цветоводство. Адрес: Украина, 61166, Харьков, пр. Ленина, 14, тел. 702-0214. E-mail:fil@kart.edu.ua.

УДК 519.859

Л.Г. ЕВСЕЕВА

ИНТЕРВАЛЬНАЯ МЕТРИКА НА n-МЕРНОМ МНОЖЕСТВЕ ЦЕНТРИРОВАННЫХ ИНТЕРВАЛОВ

На п-мерном множестве центрированных интервалов строится интервальное отображение, удовлетворяющее аксиомам метрики. В интервальном пространстве Iп ^ с интервальной метрикой определяется п-мерный интервальный шар, Е-окрестность. Вводится понятие предела интервального отображения в точке многомерного интервального метрического пространства.

Введение

При тестировании программного обеспечения (задача сегментации исходных данных) в задачах синтеза технических систем возникает проблема компоновки сложных объектов нескольких видов, которые можно аппроксимировать с наперед заданной точностью объединением геометрических объектов, метрические характеристики которых заданы с погрешностями.

Задачи компоновки относятся к классу задач геометрического проектирования [1].

При построении математических моделей оптимизационных задач такого типа, разработке эффективных методов их решения возникает необходимость учитывать погрешности метрических характеристик и параметры размещения моделей реальных объектов и их взаимодействия.

Один из подходов к моделированию и решению прикладных и научных оптимизационных задач размещения 3D объектов с учетом погрешностей базируется на использовании элементов интервального анализа в геометрическом проектировании [2-4].

Обобщением представления о расширенном множестве центрированных интервалов [4] как о множестве, в котором вводится расстояние между элементами, есть понятие интервального метрического пространства.

В работе [5] рассматриваются трехмерные интервальные метрические пространства с евклидовой и некоторыми интервальными метриками специального вида. Интервальная метрика [6], введенная на множестве центрированных интервалов, позволяет использовать особые свойства интервального метрического пространства в дальнейшем при реализации математических моделей оптимизационных задач геометрического проектирования.

Исходя из того, что при решении оптимизационных задач размещения, в частности, с учетом минимальных и максимальных допустимых расстояний между объектами, а также при аналитическом описании взаимодействий базовых геометрических объектов с помо-