Goods Register Using Contact-Free Identification Methods

(1)

VYSOK ´

E U ˇ

CEN´I TECHNICK ´

E V BRN ˇ

E

BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

FAKULTA INFORMA ˇ

CN´ICH TECHNOLOGI´I

´

USTAV PO ˇ

C´ITA ˇ

COV ´

YCH SYST ´

EM ˚

U

FACULTY OF INFORMATION TECHNOLOGY DEPARTMENT OF COMPUTER SYSTEMS

EVIDENCE MAJETKU POMOC´I METOD BEZKONTAKTN´I

IDENTIFIKACE

DIPLOMOV ´

A PR ´

ACE

MASTER’S THESIS

AUTOR PR ´

ACE

Bc. PAVEL WALACH

AUTHOR

(2)

VYSOK ´

E U ˇ

CEN´I TECHNICK ´

E V BRN ˇ

E

BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

FAKULTA INFORMA ˇ

CN´ICH TECHNOLOGI´I

´

USTAV PO ˇ

C´ITA ˇ

COV ´

YCH SYST ´

EM ˚

U

FACULTY OF INFORMATION TECHNOLOGY DEPARTMENT OF COMPUTER SYSTEMS

EVIDENCE MAJETKU POMOC´I METOD BEZKONTAKTN´I

IDENTIFIKACE

GOODS REGISTER USING CONTACT-FREE IDENTIFICATION METHODS

DIPLOMOV ´

A PR ´

ACE

MASTER’S THESIS

AUTOR PR ´

ACE

Bc. PAVEL WALACH

AUTHOR

VEDOUC´I PR ´

ACE

Ing. JOSEF STRNADEL, Ph.D.

SUPERVISOR

(3)

Zad´

an´ı diplomov´

e pr´

ace

ˇ

Reˇsitel Walach Pavel, Bc.

Obor Poˇc´ıtaˇcov´e syst´emy a s´ıtˇe

T´ema Evidence majetku pomoc´ı metod bezkontaktn´ı identifikace

Kategorie Datab´aze

Pokyny:

1. Seznamte se s technologiemi pouˇz´ıvanými pro bezkontaktn´ı identifikaci a s problematikou návrhu a realizace systém˚u pro evidenci majetku.

2. Vytvoˇrte specifikaci a model systému pro bezkontaktn´ı evidenci majetku (vybaven´ı prodejny, prodávaného zboˇz´ı atp.) v prostˇred´ı obchodn´ıho stˇrediska, promyslete moˇznosti, výhody a nevýhody realizac´ı softwarové a hardwarové ˇcásti systému.

3. Systém vˇcetnˇe vhodných tiskových sestav realizujte zejména s ohledem na poˇzadavek jeho pouˇzitelnosti pˇri bˇeˇzných provozn´ıch ˇcinnostech (napˇr. inventura vybaven´ı a zboˇz´ı, zmˇena cen zboˇz´ı, kontrola doby spotˇreby zboˇz´ı, statistiky pro dané ˇcasové obdob´ı).

4. Funkˇcnost syst´emu prakticky ovˇeˇrte.

Literatura:

• Dle pokyn˚u vedouc´ıho

Pˇri obhajobˇe semestráln´ı ˇcásti diplomového projektu je poˇzadováno:

• Body 1 a 2.

Podrobné závazné pokyny pro vypracován´ı diplomové práce naleznete na adrese http://www.fit.vutbr.cz/info/szz

Technická zpráva diplomové práce mus´ı obsahovat formulaci c´ıle, charakteristiku souˇcasného stavu, teo-retická a odborná východiska ˇreˇsených problém˚u a specifikaci etap, které byly vyˇreˇseny v rámci roˇcn´ıkového a semestráln´ıho projektu (30 aˇz 40% celkového rozsahu technické zprávy).

Student odevzdá v jednom výtisku technickou zprávu a v elektronické podobˇe zdrojový text technické zprávy, ´

uplnou programovou dokumentaci a zdrojové texty program˚u. Informace v elektronické podobˇe budou uloˇzeny na standardn´ım pamˇet’ovém médiu (disketa, CD-ROM), které bude vloˇzeno do p´ısemné zprávy tak, aby nemohlo doj´ıt k jeho ztrátˇe pˇri bˇeˇzné manipulaci.

Vedouc´ı Strnadel Josef, Ing., Ph.D., UPSY FIT VUT Datum zad´an´ı 28. ´unora 2007

(4)

Licenˇ

cn´ı smlouva

Licenˇcn´ı smlouva v kompletn´ım znˇen´ı je uloˇzena v archivu Fakulty informaˇcn´ıch technologi´ı Vysok´eho uˇcen´ı technick´eho v Brnˇe.

V´yˇnatek z licenˇcn´ı smlouvy:

ˇ

Cl´anek 2

Udˇelen´ı licenˇcn´ıho opr´avnˇen´ı

1. Autor touto smlouvou poskytuje nabyvateli oprávnˇen´ı (licenci) k výkonu práva uvedené d´ılo nevýdˇeleˇcnˇe uˇz´ıt, archivovat a zpˇr´ıstupnit ke studijn´ım, výukovým a výzkumným úˇcel˚um vˇcetnˇe poˇrizován´ı výpis˚u, opis˚u a rozmnoˇzenin.

2. Licence je poskytována celosvˇetovˇe, pro celou dobu trván´ı autorských a majetkových práv k d´ılu.

3. Autor souhlas´ı se zvˇeˇrejnˇen´ım d´ıla v databázi pˇr´ıstupné v mezinárodn´ı s´ıti:

ihned po uzavˇren´ı t´eto smlouvy

1 rok po uzavˇren´ı t´eto smlouvy

3 roky po uzavˇren´ı t´eto smlouvy

5 let po uzavˇren´ı t´eto smlouvy

10 let po uzavˇren´ı t´eto smlouvy

(z d˚uvodu utajen´ı v nˇem obsaˇzen´ych informac´ı).

4. Nevýdˇeleˇcné zveˇrejˇnován´ı d´ıla nabyvatelem v souladu s ustanoven´ım§47b zákona ˇc. 111/1998 Sb., v platném znˇen´ı, nevyˇzaduje licenci a nabyvatel je k nˇemu povinen a oprávnˇen ze zákona.

(5)

Abstrakt

Tato práce se zabývá pouˇzit´ım technologie bezkontaktn´ı identifikace v prostˇred´ı obchodn´ıho stˇrediska. Popisuje návrh systému pro evidenci majetku s vyuˇzit´ım RFID technologie. Práce má za c´ıl seznámit s pouˇz´ıvanými technologiemi a postupy. Je zde popsán model systému jak na úrovni hardwaru tak i ze softwarové stránky. Implementovaná aplikace demonstruje pouˇzit´ı systému pˇri bˇeˇzných provozn´ıch ˇcinnostech jako inventura zboˇz´ı, kontrola doby spotˇreby, statistiky.

Kl´ıˇ

cov´

a slova

RFID, evidence majetku, obchodn´ı stˇredisko, EPC

Abstract

This thesis describe utilization of contactless identification technology in the retail envi-ronment. Describe projecting of goods register system. Its goal is to introduce to utilized technologies and methods. The model of system is described in both hardware and sofware level. Aplication is demonstrating usability with ordinary operations like inventory check or statistics.

Keywords

RFID, goods register, warehouse, EPC

Citace

Pavel Walach: Evidence majetku pomoc´ı metod bezkontaktn´ı identifikace, diplomov´a pr´ace, Brno, FIT VUT v Brnˇe, 2007

(6)

Evidence majetku pomoc´ı metod bezkontaktn´ı

iden-tifikace

Prohl´

aˇ

sen´ı

Prohlaˇsuji ˇze jsem tuto práci vypracoval samostatnˇe na základˇe uvedené literatury pod veden´ım vedouc´ıho práce. Uvedl jsem vˇsechny literárn´ı prameny a publikace ze kterých jsem ˇcerpal.

. . . . Pavel Walach 22. kvˇetna 2007

Podˇ

ekov´

an´ı

Dˇekuji vedouc´ımu práce Ing. Josefu Strnadelovi, Ph.D. za veden´ı a cenné rady pˇri zpracován´ı diplomové práce.

c

Pavel Walach, 2007.

Tato práce vznikla jako ˇskoln´ı d´ılo na Vysokém uˇcen´ı technickém v Brnˇe, Fakultˇe in-formaˇcn´ıch technologi´ı. Práce je chránˇena autorským zákonem a jej´ı uˇzit´ı bez udˇelen´ı oprávnˇen´ı autorem je nezákonné, s výjimkou zákonem definovaných pˇr´ıpad˚u.

(7)

Obsah

1 Uvod´ 2 2 Technologie RFID 3 2.1 RFID Systém . . . 3 2.1.1 Komunikace . . . 5 2.1.2 Kódován´ı . . . 5 2.1.3 Nosné frekvence . . . 7

2.1.4 Rychlost pˇrenosu dat a ˇs´ıˇrka p´asma . . . 8

2.1.5 Dosah a ´uroveˇn v´ykonu . . . 9

2.2 RFID Transpond´er . . . 9

2.2.1 Nap´ajen´ı . . . 10

2.2.2 Pˇrenosov´e rychlosti . . . 10

2.2.3 Organizace uloˇzen´ych dat . . . 10

2.2.4 Typy pamˇeti . . . 11

2.2.5 Tvar a rozmˇery . . . 11

2.2.6 Cena . . . 12

2.2.7 Pˇr´ıstup k v´ıce tag˚um najednou . . . 12

2.2.8 Bezpeˇcnost . . . 12

2.3 RFID ˇctec´ı zaˇr´ızen´ı. . . 12

3 Evidence majetku 14 3.1 Evidence majetku pomoc´ı bezkontaktn´ıch technologi´ı. . . 14

3.1.1 Hardware . . . 15

3.1.2 Middleware . . . 17

4 Realizace syst´emu 19 4.1 Model syst´emu . . . 20

4.1.1 HW model . . . 20

4.1.2 SW model. . . 22

4.1.3 Operace v syst´emu . . . 25

4.2 Realizace syst´emu . . . 27

4.2.1 Pˇrihl´aˇsen´ı . . . 27

4.2.2 Administrativa . . . 28

4.2.3 Sklad . . . 29

4.2.4 Obsluha . . . 30

4.2.5 Pokladna . . . 30

(8)

Kapitola 1

´

Uvod

Bezkontaktn´ı aplikace se jiˇz zabydlely v mnoha oblastech kaˇzdodenn´ıho ˇzivota a budou v tom pokraˇcovat i nadále. Bezkontaktn´ı technologie umoˇzˇnuje rychlou výmˇenu dat. Z to-hoto d˚uvodu se jako hlavn´ı oblast zájmu jev´ı právˇe bezkontaktn´ı identifikace. Pˇr´ısluˇsné typy zaˇr´ızen´ı pro bezkontaktn´ı identifikaci se liˇs´ı podle aplikace. Na jedné stranˇe to jsou malé znaˇcky obsahuj´ıc´ı identifikaci produktu aˇz po “chytré” karty nebo dokonce mobiln´ı telefony s bezkontaktn´ımi moˇznostmi. Identifikace lid´ı a zboˇz´ı jednoduchým mávnut´ım pˇredmˇetem obsahuj´ıc´ım identifikaˇcn´ı údaje nad ˇcteˇckou je pohodlné a ˇsetˇr´ı mnoho ˇcasu. Nákupn´ı voz´ık jehoˇz obsah je bˇehem okamˇziku nasn´ımán a zúˇctován hodnˇe zjednoduˇs´ı obchodn´ı transakce. Nástupn´ı stanice veˇrejné dopravy m˚uˇze d´ıky bezkontaktn´ımu pˇrenosu dat mnohokrát zvýˇsit propustnost cestuj´ıc´ıch d´ıky jednoduchému mávnut´ı karty ˇci mobiln´ıho telefonu pˇres ˇcteˇcku oproti sloˇzitému vkládán´ı j´ızdenky do znaˇckovaˇce. Mnoˇzstv´ı pˇr´ıklad˚u je znaˇcné. Jak rychle se bezkontaktn´ı technologie rozˇs´ıˇr´ı je otázkou ˇcasu a ceny. Pouˇzit´ı v obchodn´ıch ˇretˇezc´ıch zrychl´ı operace naskladnˇen´ı a výdeje ze skladu, v prostˇred´ı obchodn´ıho stˇrediska zrychl´ı manipulaci s výrobkem, umoˇzn´ı rychlou kontrolu pozice výrobku stejnˇe jako kontrolu dos-tupnosti nejˇzádanˇejˇs´ıch výrobk˚u v prodejn´ım regálu. Zrychl´ı se i pokladn´ı transakce d´ıky sn´ıˇzen´ı mnoˇzstv´ı manipulace se zboˇz´ım. RFID vyuˇz´ıvá té vlastnosti, ˇze je schopna pˇrenáˇset informace skrz prostˇred´ı a pˇrekáˇzky, tud´ıˇz nezáleˇz´ı na orientaci a um´ıstˇen´ı výrobku vzhle-dem k anténˇe.

Tato práce se zabývá pouˇzit´ım RFID technologie v oblasti prodeje zboˇz´ı. Seznamuje s pouˇz´ıvanými technologiemi hlavnˇe v pásmu UHF, které se v tomto odvˇetv´ı zaˇc´ıná nejv´ıce prosazovat. Popisuje hardwarové vybaven´ı obchodn´ıho stˇrediska a jeho spojen´ı s informaˇcn´ım systémem.

V kapitole o RFID technologii popisuji z ˇceho se skládá RFID systém a jeho souˇcásti[10]. Jak prob´ıhá pˇrenos dat mezi tˇemito souˇcástmi. Zm´ınil jsem se i o moˇzných bezpeˇcnostn´ıch problémech[5]. Popsal jsem r˚uzné moˇznosti, které bezkontaktn´ı technologie nab´ız´ı. Kapi-tola Evidence majetku pojednává o problematice pouˇzit´ı bezkontaktn´ı technologie na jed-notlivých úrovn´ıch. Prob´ırá hardware pouˇz´ıvaný pro vybaven´ı prodejny a jeho správu.

ˇ

Ctvrtá kapitola popisuje hardwarový a softwarový model systému a implementaci demon-straˇcn´ı aplikace tohoto modelu.

(9)

Kapitola 2

Technologie RFID

2.1 RFID Syst´

em

Základn´ı konfigurace RFID systému se skládá ze tˇr´ı ˇcást´ı:

• jednotka zpracov´an´ı dat, obvykle mikrokontrol´er

• jeden nebo nˇekolik tag˚u - transpond´er˚u

• transceiver - rozhran´ı pro komunikaci mezi poˇc´ıtaˇcem nebo mikrokontrol´erem a transpond´erem

Viz. obr´azek 2.1.

Obr´azek 2.1: RFID syst´em

Nˇekdy se jako samostatná ˇcást uvád´ı i anténa, jelikoˇz k jednomu transceiveru m˚uˇze být pˇripojeno v´ıce antén pomoc´ı sluˇcovaˇce nebo pˇrep´ınaˇce.

(10)

• Velikost datového prostoru:Potˇrebná velikost datového prostoru (napˇr. mnoˇzstv´ı tago-vaných objekt˚u) urˇcuje poˇcet unikátn´ıch ˇc´ısel v pr˚ubˇehu existence identifikaˇcn´ıho systému. Jelikoˇz velikost kódu urˇcuje velikost pamˇeti a dobu datového pˇrenosu, mˇela by být velikost tohoto kódu co nejmenˇs´ı s ohledem na potˇreby systému v pr˚ubˇehu jeho ˇzivota.

• Cten´ˇ y prostor: Cten´ˇ y prostor je trojrozmˇerný prostor v okol´ı antény, ve kterém je moˇzno aktivovat tag a komunikovat s n´ım. Na rozmˇerech tohoto prostoru závis´ı rozmˇery a um´ıstˇen´ı antény ˇci antén tak, aby tento prostor efektivnˇe pokryly. Poˇzadavky na tento prostor se mohou liˇsit podle toho zda jsou antény stacionárn´ı a tag se skrz nˇej pohybuje, ˇci je anténa pˇrenosná a pouˇz´ıvá se k vyhledáván´ı tagu uloˇzeného v prostoru.

• Velikost a tvar tagu:RFID tag m˚uˇze m´ıt nepˇreberné mnoˇzstv´ı tvar˚u. Jelikoˇz velikost elektroniky tagu je vˇetˇsinou zanedbatelná, rozmˇery tagu závis´ı hlavnˇe na rozmˇerech antény, jej´ıˇz rozmˇery jsou závislé na aplikaci. Velikost antény ovlivˇnuje dosah a rozmˇery smˇer, ze kterého je moˇzno nejefektivnˇeji ˇc´ıst.

• Rychlost pohybu tagu:Rychlost pohybu tagu ˇcteným prostorem ovlivˇnuje minimáln´ı dobu ˇcten´ı. Pˇri pr˚uchodu tagu prostorem ˇcteˇcky, kdy je tag aktivn´ı, mus´ı bˇehem této doby doj´ıt alespoˇn k jednomu úspˇeˇsnému ˇctec´ımu cyklu.

• Spolehlivost pˇrenosu dat: Aby jsme mohli zaruˇcit bezchybný pˇrenos dat skrz prostor, který je plný ˇsumu, mus´ıme do komunikace zakomponovat i data pro detekci a opravu chyb. Zvˇetˇsován´ım mnoˇzstv´ı tˇechto dat se sice zvyˇsuje spolehlivost pˇrenesených dat, ale také zvˇetˇsuje plochu ˇcipu pˇridanou elektronikou stejnˇe jako prodluˇzuje dobu komu-nikace. Mnoˇzstv´ı pˇridaných informac´ı nebo sloˇzitost algoritmu zajiˇst’uj´ıc´ıho spolehlivost je proto tˇreba volit v závislosti na poˇzadované spolehlivosti a efektivitˇe pˇrenosu.

• Bezkolizn´ı pˇr´ıstup: V nˇekterých aplikac´ıch m˚uˇze nastat situace, kdy se ve ˇcteném prostoru nacház´ı v´ıce tag˚u, ze kterých chceme ˇc´ıst. V tomto pˇr´ıpadˇe se pro komunikaci mus´ı pouˇz´ıt antikolizn´ı protokol, který mus´ı zajistit, aby v jednom okamˇziku prob´ıhalo ˇcten´ı pouze z jednoho tagu.

• Cten´ˇ y prostor: Tvar magnetického pole v okol´ı c´ıvky ˇctec´ıho zaˇr´ızen´ı je závislý na rozmˇerech c´ıvky, magnetických vlastnostech okol´ı. Dá se odvodit pomoc´ı Maxwellových rovnic pro popis magnetického pole. Toto pole nen´ı konzistentn´ı co do intenzity a orientace magnetických siloˇcar. Pokud se bude shodovat orientace magnetického pole c´ıvky tagu a ˇcteˇcky, dojde k aktivaci tagu a k pˇrenosu dat. Efektivita pˇrenosu bude maximáln´ı. R˚uzná orientace tˇechto pol´ı vede k tomu, ˇze tag je pro ˇcteˇcku “neviditelný”. Jakákoliv orientace mezi tˇemito extrémy sniˇzuje efektivitu pˇrenosu v závislosti na úhlu siloˇcar c´ıvek. Tento problém se dá ˇcásteˇcnˇe vyˇreˇsit pouˇzit´ım v´ıce r˚uznˇe orientovaných antén na tagu.

• Rychlost a trajektorie pohybu:Doba, kdy je tag pro ˇcteˇcku viditelný ovlivˇnuje pravdˇepodobnost, ˇze bude tag detekovaný a pˇreˇctený. V nejlepˇs´ım pˇr´ıpadˇe m˚uˇze být tag pˇreˇctený bˇehem

jedné iterace ˇcten´ı. Pro kaˇzdou trajektorii se dá urˇcit maximáln´ı rychlost, jakou se m˚uˇze tag pohybovat, aby byl pro ˇcteˇcku co nejdéle viditelný a mohlo doj´ıt ke ˇcten´ı, neˇz se dostane do oblasti, kdy orientace a poloha tagu zabraˇnuje úspˇeˇsnému ˇcten´ı.

• Vˇetˇs´ı mnoˇzstv´ı tag˚u:Nacház´ı-li se v okol´ı ˇcteˇcky v´ıce aktivovaných tag˚u, budou se je-jich komunikace navzájem ovlivˇnovat a ˇcteˇcka tak pˇreˇcte nesmyslná data. I pˇri pouˇzit´ı

(11)

antikolizn´ıho algoritmu se mus´ı zajistit, aby doba ˇcten´ı t´eto skupiny tag˚u byla menˇs´ı neˇz doba jejich pobytu v ˇctec´ım poli.

2.1.1 Komunikace

Pˇrenos dat mezi tagy a ˇcteˇckou prob´ıhá bezdrátovˇe. Pouˇz´ıvaj´ı se dvˇe metody podle kterých se i dˇel´ı RFID systémy: jeden je zaloˇzen na indukˇcn´ı vazbˇe mezi dvˇema c´ıvkami, viz. obr.

2.2 a jedna na vys´ılán´ı elektromagnetických vln, viz. obr. 2.3. Nevýhodou indukˇcn´ı vazby je omezen´ı vzdálenosti, protoˇze vzduchová mezera v jádru c´ıvky má velkou permeabilitu a tud´ıˇz mus´ı být ˇctec´ı a ˇctené zaˇr´ızen´ı v tˇesném kontaktu. Pˇri pouˇzit´ı elektromagnetických ˇ

ci rádiových vln m˚uˇzeme pˇrenos informac´ı uskuteˇcnit na velké vzdálenosti, v závislosti na pouˇzité frekvenci a vys´ılac´ım výkonu. Úkolem vys´ılaˇce je dodávat energii a ˇcasován´ı vys´ılán´ım a zmˇenou elektromagnetického pole v okol´ı antény. Anténa v tagu tuto energii pˇrij´ımá a pouˇz´ıvá ji k napájen´ı elektroniky a ke generován´ı hodinového signálu pro logické obvody. Aktivovaný tag pˇristupuje ke svým dat˚um a následnˇe mˇen´ı elektrické vlastnosti své antény, ˇc´ımˇz mˇen´ı vlastnosti elmag. pole ˇcteˇcky. Ta tyto zmˇeny detekuje a je z nich schopna z´ıskat tagem vys´ılána data. V systémech s moˇznost´ı ˇcten´ı i zápisu ˇcteˇcka (zapisovaˇcka) pos´ılá tagu data modulac´ı svého elmag. pole. Elektronika tagu tuto modulaci detekuje a pˇrijatá data je schopna zpracovat jako pˇr´ıkazy nebo uloˇzit do pamˇeti.

Samotný pˇrenos dat je proveden zmˇenou vlastnost´ı média nebo pˇrenosového kanálu, kterým maj´ı data procházet. ˇSum, interference a ruˇsen´ı jsou zdrojem chyb v datech. Tˇemto chybám se mus´ı pˇredcházet a snahou je zajistit bezchybný pˇrenos dat. Komunikace prob´ıhá asynchronnˇe nebo je nesynchronizována, a proto je tˇreba se vˇenovat formˇe jakou jsou data pˇrenáˇsena. Za t´ımto úˇcelem se pouˇz´ıvá kanálové kódován´ı. Pouˇz´ıvá se mnoho kód˚u a kaˇzdý má své specifické vlastnosti. Vys´ılaˇc má na starosti kódován´ı, tj. vkládán´ı do datovalo proudu i informace o taktu (frekvenci) pˇrenosu podle nˇejakého schématu. Pˇrij´ımaˇc zase mus´ı pˇrijatá data rozkódovat, tj. z´ıskat z datového proudu data a jejich ˇcasován´ı.

Obr´azek 2.2: Indukˇcn´ı vazba

2.1.2 K´odov´an´ı

Non-return to Zero (NRZ): Standardn´ı kódován´ı, kdy jednotlivým stav˚um odpov´ıdá nˇejaká úroveˇn napˇet´ı. Kaˇzdý bit trvá stejný poˇcet takt˚u. Je potˇreba pˇresnou synchro-nizaci pˇrenosu. Ukázka kódu viz. obr.2.4.

(12)

Obrázek 2.3: Radiové vys´ılán´ı

Obrázek 2.4: Kódován´ı NRZ

Return to Zero (RZ): Obrázek 2.5 popisuje kódován´ı podobné jako pˇredchoz´ı, ale bit trvá jen p˚ulku taktu, druhá p˚ulka taktu je vˇzdy “0”.

Obrázek 2.5: Kódován´ı RZ

Dvoufázové kódován´ı: U dvoufázového kódován´ı se úroveˇn signálu mˇen´ı vˇzdy v polovinˇe bitu nezávisle na hodnotˇe. Proto se úroveˇn nemus´ı vracet k nule jako v pˇredchoz´ım pˇr´ıpadˇe. Výhoda tohoto kódován´ı je synchronizace (v kaˇzdém bitu nastává pˇrechod a tud´ıˇz se m˚uˇze pˇrij´ımaˇc synchronizovat s vys´ılaˇcem) a odolnost proti chybám (aby doˇslo k chybˇe musel by ˇsum invertovat signál na obou stranách pˇrechodu).

Manchester kódován´ı: Na obrázku 2.6 je znázornˇeno Manchester kódován´ı. Uprostˇred kaˇzdého taktu je pˇrechod, zmˇena z ’0’ na ’1’ znamená ’1’, zmˇena z ’1’ na ’0’ znamená ’0’. Pˇreklopen´ı úrovnˇe je pouˇzito jak pro data tak pro synchronizaci.

Diferenciáln´ı Manchester kódován´ı: Uprostˇred kaˇzdého taktu je pˇrechod, zmˇena na zaˇcátku taktu znamená ’0’, ˇzádná zmˇena na zaˇcátku taktu znamená ’1’. Pˇreklopen´ı ´

(13)

Obrázek 2.6: Kódován´ı Manchester

Obrázek 2.7: Kódován´ı Diferenciáln´ı Manchester

Modulace

K zajiˇstˇen´ı pˇrenosu efektivnˇe skrz prostor a vzduch, který oddˇeluje dvˇe navzájem komu-nikuj´ıc´ı ˇcásti je tˇreba tyto data zakomponovat na rytmicky se mˇen´ıc´ı sinusový signál nebo nosnou vlnu. Tento proces superpozice je nazýván téˇz modulac´ı a pouˇz´ıvá se mnoho typu modulac´ı, z nichˇz kaˇzdá má své uˇziteˇcné vlastnosti. Modulac´ı mysl´ıme zmˇenu nˇekteré vlast-nosti média, tj. sinusového elektromagnetického pole jako je amplituda, frekvence nebo fáze podle dat, která se maj´ı pˇrenáˇset. Podle toho je taky nazýváme Amplitude shift keying ASK, Frekvency shift keying FSK a Phase shift keying PSK.

2.1.3 Nosn´e frekvence

Pˇri komunikaci po drátovém veden´ı je zaruˇceno, ˇze komunikaˇcn´ı kanály a s´ıtˇe nejsou mezi sebou ruˇseny a jsou naprosto izolovány. U rádiového signálu je tohoto dosaˇzeno oddˇelen´ım frekvenˇcn´ıch pásem. Frekvence pouˇzité pro RFID aplikace jsou rozdˇeleny do tˇr´ı pásem: n´ızké (low), stˇredn´ı (medium) a vysoké (high).

Frekvenˇcn´ı p´asma:

N´ızké 100-500 kHz: Krátký aˇz stˇredn´ı dosah, levné, malé ˇctec´ı rychlosti.

Pouˇzit´ı: kontrola pˇr´ıstupu, identifikace zv´ıˇrat, inventarizace, automobilov´y imobiliz´er

Stˇredn´ı 10-15 MHz: Krátký aˇz stˇredn´ı dosah, docela levné, stˇredn´ı rychlost ˇcten´ı. Pouˇzit´ı: kontrola pˇr´ıstupu (“chytré karty”)

Vysoké 2.4-5.8 GHz: Velký dosah, vysoké rychlosti pˇrenosu, je potˇrebná pˇr´ımá viditel-nost, drahé.

(14)

Ve svˇetˇe se pouˇz´ıvá osm pásem pro RFID aplikace. Nˇekteré zemˇe nemaj´ı pˇr´ıstup k pásm˚um vypsaným výˇse. V kaˇzdé zemi a pro kaˇzdou frekvenci existuje specifické pravidlo, které ustanovuje pouˇzit´ı tˇechto frekvenc´ı. Tyto ustanoven´ı se aplikuj´ı na regulaci výkonu a interference stejnˇe jako na tolerance.

<135 kHz: Velké mnoˇzstv´ı produkt˚u zabývaj´ıc´ıch se znaˇcen´ım zv´ıˇrat, jejich vyhledáván´ı

a stopován´ı. Transpondéry pracuj´ıc´ı v tomto pásmu nepotˇrebuj´ı licenci pro provoz.

1.95 MHz, 3.25 MHz, 4.75 MHz a 8.2 MHz: Elektronický hl´ıdac´ı systém (EAS) pouˇz´ıvaný v obchodn´ıch stˇredisc´ıch.

kolem 13 MHz a 13.56 MHz: EAS uˇzit´y ve vˇedˇe, pr˚umyslu a medic´ınˇe (ISM).

kolem 27 MHz: ISM aplikace.

430-460 MHz: ISM v Evropˇe.

902 MHz-916 MHz: ISM zvláˇstˇe v Americe, ˇzelezniˇcn´ı a silniˇcn´ı aplikace. Pásmo je rozdˇeleno na úzké a ˇsiroké (spread spectrum type). V Evropˇe jsou stejné frekvence pouˇz´ıvány v GSM telefonn´ı s´ıti.

918 MHz-926 MHz: RFID v Austrálii pro vys´ılán´ı s vyzáˇreným výkonem menˇs´ım neˇz 1W.

2350-2450 MHz: ISM ve vˇetˇs´ı ˇcásti svˇeta. IEEE 802.11 uvád´ı toto pásmo jako vhodné pro RF komunikaci a pouˇz´ıvá jak rozprostˇrené spektrum tak úzkopásmové systémy.

5400-6800 MHz: Toto pásmo je urˇceno pro budouc´ı pouˇzit´ı. FCC (Federal Communi-cation Comise) byla poˇzádána k alokován´ı 75 MHz v pásmu 5.85-5.925 GHz pro in-teligentn´ı transportn´ı sluˇzby. Ve Francii TIS Travelers Information Section) je zaloˇzen na evropském pre-standartu pro komunikaci mezi vozidlem a krajnic´ı, na které jsou um´ıstˇené majáky na frekvenci 5.8 GHz.

2.1.4 Rychlost pˇrenosu dat a ˇs´ıˇrka p´asma

Volba nosné frekvence je d˚uleˇzitá pro urˇcen´ı rychlosti pˇrenosu. Prakticky ˇreˇceno rychlost je pˇr´ımo závislá na frekvenci nosné a nebo na rychlosti zmˇen nosné vlny urˇcené k pˇrenosu dat.

ˇ

C´ım vyˇsˇs´ı je pouˇzitá frekvence t´ım vyˇsˇs´ı je i dosaˇzená rychlost pˇrenosu nebo propustnost. To je pˇr´ımo spojeno se ˇs´ıˇrkou pásma nebo rozsahem frekvenc´ı dostupných ve frekvenˇcn´ım pásmu, ve kterém se komunikuje. Kanál by mˇel být alespoˇn dvakrát tak velký neˇz bitová rychlost potˇrebná pro aplikaci. Kde je omezena ˇs´ıˇrka kanálu je i omezena propustnost a je potˇreba pˇremýˇslet o rychlosti pˇrenosu. Tento problém nen´ı tak velký v pˇr´ıpadech pouˇzit´ı ˇsirˇs´ıho pásma kanálu. Pˇri pouˇzit´ı komunikace s rozprostˇreným spektrem ve frekvenˇcn´ım pásmu 2.4-2.5 GHz je dosaˇzeno pˇrenosu aˇz 2 Mb/s a také je pˇrenos odolný proti ruˇsen´ı d´ıky pouˇzit´ı rozprostˇreného signálu. Rozprostˇrené spektrum sice zvyˇsuje hladinu ˇsumu ale sniˇzuje pomˇer signálu k ˇsumu.

(15)

2.1.5 Dosah a ´uroveˇn v´ykonu

Dosah kterého m˚uˇzeme dosáhnout u RFID systému je závislý na:

• Energii (v´ykonu) dostupn´eho na ˇctec´ım zaˇr´ızen´ı pro komunikaci s tagy.

• Energii dostupn´e tagu pro odpovˇed’.

• Podm´ınkách prostˇred´ı a pˇrekáˇzkách. Nejv´ıce se uplatn´ı pˇri vysokých frekvenc´ıch vˇcetnˇe pomˇeru signál-ˇsum.

Ikdyˇz dosah závis´ı hodnˇe na velikosti dodané energie, závis´ı také na zp˚usobu a efek-tivitˇe pˇrenosu. Pole nebo elektromagnetická vlna se ˇs´ıˇr´ı prostorem kolem antény a jej´ı s´ıla se se vzdálenost´ı zmenˇsuje. Tvar antény ovlivˇnuje tvar pole nebo elektromagnetické vlny, takˇze dosah je ovlivnˇen i úhlem jaký sv´ırá anténa a transpondér. Velikost signálu se v prostoru zmenˇsuje s mocninou vzdálenosti. Jsou-li v prostoru i pˇrekáˇzky s´ıla signálu se sniˇzuje závratnˇe. M˚uˇze také doj´ıt k odraz˚um od pˇrekáˇzek, coˇz m˚uˇze signál hodnˇe zaruˇsit. Pokud signál putuje k c´ıli nˇekolika r˚uznými cestami, ˇr´ıkáme tomuto jevu mnohacestný pˇr´ıjem. Pˇri velkých frekvenc´ıch m˚uˇze být signál pohlcen prostˇred´ım jako vodn´ı pára (mlha), nebo jakýmkoliv zneˇciˇstˇen´ım. Proto je v nˇekterých aplikac´ıch nutné brát v potaz v jakém prostˇred´ı ke komunikaci docház´ı. Signál pˇricházej´ıc´ı od tagu je mnohem slabˇs´ı neˇz signál vys´ılaný ˇcteˇckou, proto je potˇreba citlivý pˇrij´ımaˇc na ˇcteˇcce k pˇrijet´ı odpovˇedi (signál vracej´ıc´ı se zpˇet). U nˇekterých systém˚u je proto pˇrij´ımaˇc oddˇelen od vys´ılaˇce, zvláˇstˇe pokud je vys´ılaná (uplink) nosná odliˇsná od pˇrij´ımané nosné (downlink).

Ikdyˇz je moˇzné volit úroveˇn signálu podle potˇreb aplikace, mus´ı se volit podle urˇcitých pravidel. Stejnˇe jako omezen´ı o pouˇz´ıván´ı urˇcitých frekvenc´ı jako nosných, existuje i omezen´ı o vyzáˇreném výkonu. Pro RFID je sice uveden výkon 100-500 mW ale je tˇreba se ˇr´ıdit ustanoven´ımi m´ıstn´ıch úˇrad˚u v zemi kde je technologie pouˇzita. Úˇrady mohou také urˇcovat jakou formou je energie pˇrenáˇsena, zda pulsnˇe nebo souvisle.

2.2 RFID Transpond´

er

Slovo transpondér je odvozeno od slov TRANSmiter/resPONDER (vys´ılaˇc/odpov´ıdaˇc) a popisuje funkci zaˇr´ızen´ı. Tag odpov´ıdá na vyslanou ˇzádost o data, která obsahuje. Pˇrenos mezi ˇcteˇckou a transpondérem (tagem) prob´ıhá bezdrátovˇe, tj. skrz prostor nebo vzduchové rozhran´ı mezi nimi. Základn´ı souˇcást´ı tagu je n´ızkopˇr´ıkonový ˇcip s moˇznost´ı pˇripojen´ı c´ıvky, nebo s c´ıvkou vyrobenou na ˇcipu, pro pˇrenos dat a generován´ı energie (pasivn´ı mód).

Z´akladn´ı vlastnosti RFID transpond´eru

Existuje mnoho charakteristických vlastnost´ı, které popisuj´ı RFID transpondéry:

• Zp˚usob nap´ajen´ı transpond´eru

• Zp˚usob pˇrenosu dat

(16)

• Moˇznosti z´apisu a programov´an´ı

• Tvar a rozmˇery

• Cena

2.2.1 Nap´ajen´ı

K práci potˇrebuj´ı transpondéry (tagy) energii, ikdyˇz úroveˇn je trvale velmi n´ızká (mikro aˇz miliwaty). Tagy jsou bud’to aktivn´ı nebo pasivn´ı, coˇz je urˇceno zp˚usobem jakým z´ıskávaj´ı energii.

Aktivn´ı tagy jsou napájeny vlastn´ı bateri´ı a jsou obvykle urˇceny k zápisu i ˇcten´ı. Jsou sice docela tˇeˇzké ale mohou pracovat v rozsahu teplot−50◦C-70◦C. Má-li tag baterii a je-li zatavený (hermeticky uzavˇrený), je jeho ˇzivotnost omezena. Ale zkombinuje-li se baterie s velkou kapacitou a n´ızkopˇr´ıkonová elektronika, je zaruˇcena ˇzivotnost v ˇrádu let v závislosti na teplotˇe prostˇred´ı, poˇctu cykl˚u ˇcten´ı/zápis a frekvenci uˇz´ıván´ı. Oproti pasivn´ım tag˚um jsou ale velmi velké, tˇeˇzké a draˇzˇs´ı. Umoˇzˇnuj´ı ale mnohem vˇetˇs´ı dosah, vˇetˇs´ı odolnost k ˇsumu a vˇetˇs´ı pˇrenos dat, je-li pouˇzita i velká frekvence pro pˇrenos.

Pasivn´ı tagy nepouˇz´ıvaj´ı vlastn´ı baterie ale z´ıskávaj´ı napájen´ı z elektromagnetického pole generovaného ˇctec´ım zaˇr´ızen´ım. Jsou mnohem menˇs´ı, lehˇc´ı, levnˇejˇs´ı a maj´ı témˇeˇr neomezenou ˇzivotnost. Naproti tomu maj´ı krátký dosah neˇz aktivn´ı tagy a potˇrebuj´ı ˇcteˇcku s velkým výstupn´ım výkonem, která jim dodá energii potˇrebnou k chodu. Pasivn´ı tagy neobsahuj´ı velké mnoˇzstv´ı dat a pˇrenos je velmi citlivý na hladinu okoln´ıho ˇsumu. Citlivost a orientace muˇze být také hodnˇe ovlivnˇena limituj´ıc´ım mnoˇzstv´ım energie. Oproti tˇemto omezen´ım pasivn´ı transpondéry nab´ızej´ı n´ızkou cenu a dlouhou ˇzivotnost.

Jeˇstˇe existuj´ı takzvané semipasivn´ı tagy, coˇz je kombinace obou pˇredchoz´ıch, kdy je souˇcást´ı transpondéru baterie s malou kapacitou pouˇzitá k napájen´ı ˇcidla um´ıstˇeného na tagu ale ne k pˇrenosu dat.

2.2.2 Pˇrenosov´e rychlosti

Pˇrenosová rychlost je závislá na nosné frekvenci. ˇC´ım vyˇsˇs´ı je pouˇzitá frekvence, t´ım vyˇsˇs´ı je i pˇrenosová rychlost. Mˇelo by se brát v potaz ˇze pˇrenos je ˇcasovˇe omezený (trvá nˇejakou dobu), ikdyˇz velmi malou napˇr. milisekundy a v nˇekterých aplikac´ıch kde je tag pohyblivý tj. kde se tag pohybuje skrz ˇctec´ı zónu se nemus´ı stihnout pˇrenést vˇsechny informace.

2.2.3 Organizace uloˇzen´ych dat

Data uloˇzená v pˇrenosném médiu potˇrebuj´ı nˇejakou organizaci a dodatky jako identifikátory (znaˇcky) nebo bity pro detekci chyb k pˇr´ıpadné obnovˇe. Toto je obvykle oznaˇcováno jako výchoz´ı kódován´ı. Systémy pro standardizaci ˇc´ısel jako tˇreba UCC/EAN a pˇridruˇzené da-tové definice mohou být aplikovány na data uloˇzená na tagu.

(17)

V z´akladˇe mohou tagy obsahovat:

• Identifikátory, ve kterých je uloˇzeno ˇc´ıslo ˇci ˇretˇezec pro identifikaci nebo nˇejaký pˇr´ıstupový kliˇc k dat˚um uloˇzeným jinde v poˇc´ıtaˇci ˇci systému, nebo informace k ovládán´ı nˇejakého systému.

• Pˇrenosné datové soubory ve kterých jsou uloˇzena data ke komunikaci nebo k zapoˇcet´ı nˇejaké akce bez dalˇs´ıho ovládán´ı nebo v kombinaci s daty uloˇzenými jinde.

Tagy mohou obsahovat data o velikosti od jednoho bitu aˇz po nˇekolik kilobyt˚u.

Jednobitová zaˇr´ızen´ı mohou být pouˇzitá ve sledovac´ıch systémech. Systémy sledován´ı zboˇz´ı je typická aplikace pro tyto zaˇr´ızen´ı, kde se tagy pouˇz´ıvaj´ı k aktivován´ı alarmu jsou-li detekovány v dosahu ˇcteˇcky. Mohou také být pouˇzity ve sˇc´ıtac´ıch aplikac´ıch.

Zaˇr´ızen´ı s kapacitou 128 bit˚u jsou dostateˇcná k udrˇzen´ı sériového nebo identifikaˇcn´ıho ˇ

c´ısla vˇcetnˇe kontroln´ıch bit˚u. Tato zaˇr´ızen´ı mohou být naprogramována jiˇz pˇri výrobˇe nebo uˇzivatelem.

Zaˇr´ızen´ı s úloˇzným prostorem 512 bit˚u jsou trvale programovatelná uˇzivatelem a mohou kromˇe identifikaˇcn´ıho ˇci sériového ˇc´ısla obsahovat i jiná aplikaˇcnˇe specifická data jako popis ˇ

ci obsah zásilky (bal´ıku), instrukce ˇci dokonce výsledek pˇredchoz´ı ˇctec´ı/zápisové transakce. Tagy s pamˇet´ı kolem 64 kilobit˚u mohou být pouˇzity k pˇrenáˇsen´ı dat. Se zvýˇsenou kapacitou tagu mohou být data organizována do urˇcité struktury ˇci stránek a k takto uloˇzeným dat˚um je moˇzno pˇristupovat selektivnˇe bˇehem procesu ˇcten´ı.

2.2.4 Typy pamˇeti

Pamˇet’ transpondéru m˚uˇze být bud’ Read-only (pouze pro ˇcten´ı), RAM (s náhodným pˇr´ıstupem), nebo stálá programovatelná pamˇet’ pro ukládán´ı dat v závislosti na typu a nároˇcnosti systému (zaˇr´ızen´ı). Pamˇet’ typu ROM je urˇcena k uloˇzen´ı bezpeˇcnostn´ıch dat a instrukc´ı operaˇcn´ıho systému tagu, které ve spojen´ı s procesorem, nebo jinou logikou, provád´ı funkce jako ˇcasován´ı odpovˇedi, pr˚ubˇeh pˇrenosu dat, nebo algoritmy zabraˇnuj´ıc´ı koliz´ım. RAM pamˇeti jsou urˇceny k doˇcasnému ukládán´ı informac´ı bˇehem dotazován´ı a odpovˇedi transpondéru. Programovatelná pamˇet’ vˇetˇsinou typu EEPROM je pouˇz´ıvána k dlouhodobému uchován´ı dat, kdy je zaˇr´ızen´ı v reˇzimu spánku nebo nen´ı napájeno. Dalˇs´ı pamˇet’ové komponenty jsou buffery slouˇz´ıc´ı k doˇcasnému uchován´ı pˇr´ıchoz´ıch demodulo-vaných dat nebo odchoz´ıch dat pˇripravených k modulaci a pˇrenosu pomoc´ı antény. Systém rozhran´ı obsahuje souˇcásti ke smˇerován´ı a uchován´ı energie pˇricházej´ıc´ı od ˇctec´ıho zˇr´ızen´ı pro napájen´ı u pasivn´ıch transpondér˚u a spuˇstˇen´ı odezvy. Obsahuje-li tag program, mus´ı být pˇr´ıtomno i zaˇr´ızen´ı (obvod), které se postará o demodulaci signálu a provede úkoly nezbytné k pˇr´ıjmu dat.

2.2.5 Tvar a rozmˇery

RFID tag m˚uˇze fyzicky nabývat r˚uzných forem, velikost´ı a tvar˚u ochranného obalu. Tagy urˇcené pro znaˇckován´ı zv´ıˇrat jsou váleˇcky dlouhé kolem 10 mm a v pr˚umˇeru maj´ı jen pár

(18)

milimetr˚u. Existuj´ı i tagy tvaru vrutu pro aplikace zpracován´ı dˇreva, nebo tvaru kreditn´ı karty pro pˇr´ıstupové systémy. Tagy v systémech proti krádeˇzi jsou zabudovány do pevných plastových obal˚u pevnˇe pˇripevnˇených ke zboˇz´ı. Materiál z nˇehoˇz je obal tagu vyroben také závis´ı na prostˇred´ı ve kterém se bude pouˇz´ıvat, mohou to být plasty odolné proti chemikáli´ım nebo kovové schránky odolné proti náraz˚um a vysokým teplotám.

2.2.6 Cena

Cena transpondéru se odv´ıj´ı od kapacity pamˇeti nebo materiálu a tvaru obalu. Také mnoˇzstv´ı pˇridaných funkc´ı, sloˇzitost obvod˚u a frekvenˇcn´ı pásmo, ve kterém transpondér komunikuje velmi zvyˇsuj´ı náklady na poˇr´ızen´ı.

2.2.7 Pˇr´ıstup k v´ıce tag˚um najednou

Nˇekteré aplikace poˇzaduj´ı pˇr´ıstup k v´ıce RFID transpondér˚um najednou nebo selektivnˇe. Je-li potˇreba pˇristoupit k urˇcitému tagu ve skupinˇe, je potˇreba ho nejprve identifikovat. Pˇri výzvˇe k odpovˇedi ale odpov´ı vˇsechnu tagy v dosahu najednou. Proces, který zaruˇc´ı správné pˇreˇcten´ı vˇsech identifikaˇcn´ıch kód˚u se nazývá antikolizn´ı [9][1]. Existuje nˇekolik metod k identifikaci tagu ve skupinˇe. Algoritmy mohou prozkoumat prostorovou, ˇcasovou nebo frekvenˇcn´ı doménu. Napˇr´ıklad v ˇcasové doménˇe m˚uˇzou transpondéry vyslat odezvu s náhodným zpoˇzdˇen´ım, kdy je velká pravdˇepodobnost, ˇze ˇcteˇcka identifikuje a pˇreˇcte tag dˇr´ıv neˇz se ozve jiný. Nevýhodou tohoto algoritmu je omezené mnoˇzstv´ı tázaných tag˚u. Jiná metoda je zaloˇzena na binárn´ım vyhledávac´ım stromˇe. ˇCtec´ı zaˇr´ızen´ı vyˇsle dotaz na vˇsechna zaˇr´ızen´ı a jako identifikaci nastav´ı nejvýznamnˇejˇs´ı bit adresy, pokud se ozve právˇe jedno zaˇr´ızen´ı ˇcteˇcka jej pˇreˇcte, neozve-li se ˇzádné, ˇcteˇcka tento bit vynuluje a opakuje toto s ménˇe významným bitem. Pokud by se ozvalo tag˚u v´ıce nechá tento bit nastavený a opakuje toto pro ménˇe významný bit. T´ımto postupem prohledá vˇsechny moˇzné adresy.

2.2.8 Bezpeˇcnost

RFID transpondéry nemus´ı být urˇceny pouze k identifikaci a vyhledáván´ı. Mohou i obsa-hovat uˇziteˇcné informace o pˇredmˇetu ˇci zboˇz´ı, a tyto informace mohou být volnˇe dostupné. Na druhou stranu ale nemus´ı být vhodné, aby k tˇemto informac´ım mˇel pˇr´ıstup kdokoliv. Takovéto volnˇe pˇr´ıstupné informace mohou být zkop´ırovaný ˇci dokonce zfalˇsovány. Mohou o uˇzivateli mnoho prozradit. V bezpeˇcnostn´ıch ˇci pˇr´ıstupových aplikac´ıch je nevhodné m´ıt moˇznost zaˇr´ızen´ı klonovat. Existuje nˇekolik metod, jak tomuto zabránit. Nacház´ı-li se tag mimo prostˇred´ı aplikace m˚uˇze být um´ıstˇen do ochranného obalu, který odst´ın´ı jakýkoliv rádiový signál. Je moˇzné pouˇz´ıt i r˚uzné kódy nebo kl´ıˇce bez kterých transpondér prostˇe neodpov´ı. Existuj´ı i r˚uzné ruˇsiˇcky, které zabrán´ı jakémukoliv pokusu o ˇcten´ı informac´ı z transpondér˚u v jej´ı bl´ızkosti.

2.3 RFID ˇ

ctec´ı zaˇ

r´ızen´ı

ˇ

Cteˇcka (transceiver) je vˇetˇsinou nˇekde pˇripevnˇena, naopak tag je pohyblivá ˇcást systému. ˇ

Cteˇcka a transpondér spolu komunikuj´ı bezdrátovˇe, pomoc´ı radiových vln. Obˇe ˇcásti ob-sahuj´ı rezonanˇcn´ı obvod naladˇený co jak nejbl´ıˇze pracovn´ı frekvenci. ˇCteˇcka dodává transpondéru

(19)

energii pomoc´ı elektromagnetické indukce. Modulac´ı tohoto pole ˇcteˇcka vys´ılá data transpondéru. Transpondér se nabije a vrát´ı data uloˇzená na ˇcipu.

ˇ

Cteˇcky se liˇs´ı sloˇzitost´ı závisej´ıc´ı na mnoˇzstv´ı podporovaných transpondér˚u a na dos-tupných funkc´ıch. Hlavn´ı funkc´ı vˇsak je zprostˇredkovat komunikaci a pˇrenést data. Funkce provádˇené ˇcteˇckou mohou obsahovat akce jako sledován´ı kvality signálu a jeho úpravy, kon-trola parity pˇrenáˇsených dat a jeho opravy. Jakmile jsou data z transpondéru bezchybnˇe pˇrijata a dekódována, m˚uˇze se podle urˇcitého algoritmu ˇcteˇcka rozhodnout jestli data nejsou vys´ılána opakovanˇe a m˚uˇze transpondéru pˇrikázat ukonˇcen´ı vys´ılán´ı. Toto souvis´ı s funkc´ı ˇ

cten´ı v´ıce tag˚u v krátkém ˇcasovém okamˇziku. Dalˇs´ı metoda pˇr´ıstupu k v´ıce tag˚um je jejich vyzýván´ı podle napˇr. sériového ˇc´ısla nebo jiného identifikaˇcn´ıho prvku. Sluˇcován´ım v´ıce ˇ

ctec´ıch zaˇr´ızen´ı se mohou stavˇet sloˇzitˇejˇs´ı syst´emy.

Programátory transpondér˚u se pouˇz´ıvaj´ı k zápisu nebo pˇrepisu dat v pamˇeti. Tagy s moˇznost´ı jen jednoho zápisu se programuj´ı vˇetˇsinou uˇz pˇri výrobˇe ale m˚uˇze je programovat i uˇzivatel.

Vzdálenost na kterou je provádˇen zápis je obvykle mnohem menˇs´ı neˇz dosah pˇri ˇcten´ı a v nˇekterých systémech je potˇreba pˇr´ımý kontakt tagu s programátorem. Pˇri zápisu je také moˇzno pˇristupovat v jednom okamˇziku pouze k jednomu transpondéru. Ale uˇz se vyv´ıj´ı zaˇr´ızen´ı s moˇznost´ı selektivn´ıho programován´ı skupiny tag˚u nacházej´ıc´ıch se v dosahu programátoru.

(20)

Kapitola 3

Evidence majetku

Evidence majetku je proces který monitoruje mnoˇzstv´ı, um´ıstˇen´ı a stav zboˇz´ı ˇci vybaven´ı stejnˇe jako s t´ım spojený pˇr´ıjem, výdej a dalˇs´ı procesy. Pouˇzit´ı modern´ıch metod jako jsou ˇ

cárové kódy ˇci RFID pom˚uˇze tyto procesy zautomatizovat. Pˇri pouˇzit´ı tˇechto technologi´ı je moˇzno sb´ırat informace napomáhaj´ıc´ı vystopovat um´ıstˇen´ı a pohyb zboˇz´ı, jeho aktuáln´ı mnoˇzstv´ı a dostupnost. V prostˇred´ı obchodn´ıho stˇrediska je ale také d˚uleˇzité zásobován´ı, aby se co nejefektivnˇeji doc´ılila spokojenost zákazn´ıka[3][6].

Základn´ı funkce, které by mˇel systém ˇreˇsit:

• sledovat pohyb zboˇz´ı a jeho stav v reálném ˇcase, jeho um´ıstˇen´ı v jednotlivých lokac´ıch

• ˇr´ıdit skladov´e operace

• evidovat sluˇzby souvisej´ıc´ı s provozem

• sn´ıˇzen´ı chybovosti pˇri zpracov´an´ı dat

3.1 Evidence majetku pomoc´ı bezkontaktn´ıch technologi´ı

Zde bych chtˇel popsat technologie pouˇz´ıvané ve svˇetˇe pro evidenci majetku a inventarizaci skladových zásob[7]. T´ımto se zabývá skupina EPCGlobal. Ta vyvinula skupinu protokol˚u EPC Gen2 a popsala tzv. EPC s´ıt’, coˇz je jiný název pro skupinu technologi´ı pouˇz´ıvanou v tomto odvˇetv´ı.

EPC Gen2 je zkratka pro EPCglobal UHF Class 1 Generation 2. EPCGlobal pracuje na mezinárodn´ıch standardech pro pouˇzit´ı RFID a EPC pro identifikaci jakéhokoliv pˇredmˇetu ve svˇetové zásobovac´ı s´ıti. Úkolem EPCGlobal je vnést ˇrád do zmatku protokol˚u pouˇz´ıvaných v RFID aplikac´ıch po celém svˇetˇe. Nejv´ıce jsou pouˇz´ıvány protokoly Class 0 a Class 1, které EPCglobal definovala v roce 2003. V roce 2004 Hardware Action Group vytvoˇrila nový protokol rozhran´ı Class 1 Generation 2, který vyˇreˇsil mnoˇzstv´ı problém˚u objevených v protokolech Class 0 a Class 1. Standard EPC gen2 byl schválen v roce 2004 a stal ze páteˇr´ı RFID standard˚u, které se vyv´ıj´ı. Standard EPC Gen2 byl s malými úpravami adoptován jako ISO 18000-6C v roce 2006.

EPC neboli Electronic Product Code je rodina pravidel pro tvorbu k´odu produkt˚u pro Gen 2 RFID tagy. Je navrˇzen, aby pokryl potˇreby mnoha odvˇetv´ı a pˇritom zaruˇcil

(21)

unik´atnost pro vˇsechny tagy pouˇz´ıvaj´ıc´ı EPC. EPC pˇrizp˚usobuje existuj´ıc´ı pravidla a defin-uje i nov´a.

S´ıt’ EPC je skupina technologi´ı umoˇzˇnuj´ıc´ı pouˇzit´ı RFID v oblastech zásobován´ı. Systém ze dá popsat jako model vrstev. Na nejniˇzˇs´ı úrovni jsou RFID znaˇcky. Druhá vrstva pˇredstavuje RFID ˇctec´ı zaˇr´ızen´ı a jiné senzory. Tyto prvn´ı dvˇe vrstvy dohromady tvoˇr´ı hardwarovou ˇcást EPC systému. RFID ˇcteˇcky a dalˇs´ı pomocná zaˇr´ızen´ı jsou kontrolována Middlewarem, které representuje tˇret´ı vrstvu systému. Middleware, pˇrij´ımá z niˇzˇs´ıch vrstev mnoˇzstv´ı dat a zpracovává je na informace poˇzadované aplikacemi jako systém evidence majetku.

3.1.1 Hardware

Kl´ıˇcovými prvky RFID hardwaru jsou ˇcteˇcky a tagy. Jazyk, kterým se dorozum´ıvaj´ı se nazývá RFID protokol nebo protokol vzduchového rozhran´ı[2].

Popiˇsme si nejprve vlastnosti RFID tagu: Jak jiˇz v´ıme tag se skládá z ˇcipu a antény. Nejpouˇz´ıvanˇejˇs´ı formou tagu jsou nálepky z pap´ıru nebo polymeru umoˇznuj´ıc´ı uchycen´ı na jakýkoliv povrch ˇci obal. Pouˇz´ıvané tagy pro tuto formu jsou pasivn´ı tagy. D´ıky tomu ˇze nepouˇz´ıvaj´ı baterie jsou malé a relativnˇe levné. Je s nimi jednoduchá manipulace a daj´ı se i potisknout libovolnými informacemi. RFID tagy mohou pracovat v rozsahu frekvenc´ı od 100KHz aˇz po 7GHz. Pro systémy evidence se pouˇz´ıvaj´ı pásma LF 125 kHz, HF 13.56 MHZ, UHF 900 MHz a mikrovlnné pásmo 2.54 GHz.

125 kHz tagy se nejˇcastˇeji pouˇz´ıvaj´ı v pˇr´ıstupových aplikac´ıch ve formˇe karet, a to z d˚uvodu jejich ceny a krátkého dosahu v ˇrádu centimetr˚u. Pro evidenci majetku jsou prakticky nepouˇzitelné, jelikoˇz vyˇzaduj´ı pˇr´ımý kontakt s ˇcteˇckou. Dalˇs´ım nedostatkem je, ˇze ve vˇetˇsinˇe pˇr´ıpad˚u neumoˇzˇnuj´ı zápis dat a pokud ano tak jen omezené mnoˇzstv´ı.

13.56 MHz tagy jsou dalˇs´ı moˇznost´ı pro pˇr´ıstupové systémy. Oproti 125 kHz maj´ı znatelnˇe vˇetˇs´ı dosah pˇri pouˇzit´ı v reˇzimu ˇcten´ı a to aˇz 150 cm ale zápis je moˇzný pouze do vzdálenosti v jednotkách centimetr˚u. Co se týˇce mnoˇzstv´ı dat, umoˇzˇnuj´ı zápis aˇz des´ıtek kilobit˚u.

Doposud zmiˇnovaná pásma vyuˇz´ıvaj´ı indukˇcn´ı vazbu mezi tagem a ˇcteˇckou, coˇz znaˇcnˇe omezuje jejich dosah. Dalˇs´ı technikou pro pˇrenos dat je vyuˇzit´ı elektromagnetických vln, tzv. backscatter.

2.54 GHz tagy maj´ı ohromný dosah, uvád´ı se aˇz 10m, ale jsou velmi drahé a ve vˇetˇsinˇe pˇr´ıpad˚u se pouˇz´ıvaj´ı ve formˇe aktivn´ıch tag˚u, tj. obsahuj´ı baterii a tud´ıˇz je jejich ˇzivotnost omezena. Pouˇz´ıvaj´ı se v aplikac´ıch, kde nevad´ı jejich velké rozmˇery jako imobilizéry, výbˇer mýtného ˇci sledován´ı dopravy jak na silnic´ıch tak ˇzeleznic´ıch.

pásmo UHF je v oblasti Evidence majetku asi nejpouˇz´ıvanˇejˇs´ı. Naráˇz´ı sice na problémy s omezen´ım frekvenc´ı vhodných k pouˇzit´ı v r˚uzných ˇcástech svˇeta, ale povolené frekvence jsou si natolik bl´ızko, ˇze se v tˇechto oblastech dá pouˇz´ıt jediný UHF tag. Dostupné pásma jsou 902 MHz – 928 MHz v Americe, 868 MHz – 870 MHz v Evropˇe a 950 MHz – 956 MHz v Japonsku. V ostatn´ıch zem´ıch jeˇstˇe nedoˇslo k uvolnˇen´ı tˇechto pásem pro volné pouˇz´ıván´ı.

(22)

Komunikaˇcn´ı rozhran´ı: ˇcteˇcka potˇrebuje data z tagu ˇc´ıst a obˇcas i zapisovat. Je tˇreba ˇreˇsit problémy jako slabá odezva od tagu v prostˇred´ıch, které jsou zaruˇsené ˇci plné jiných pˇrekáˇzek. Nebo plánovat pˇr´ıstup k v´ıce tag˚um, je-li jich v okol´ı ˇcteˇcky v´ıce. Tyto problémy jiˇz byly prostudovány a je hodnˇe zp˚usobu jak je ˇreˇsit. Takto byly definovány tˇri protokoly rozhran´ı:

Class 0 UHF protokol pro práci v pásmu UHF ve Spojených Státech a v Evropˇe.

Class 1 UHF protokol pro pásma UHF a 2.54 GHz ve Spojených Státech, v Evropˇe a v Japonsku a

Class 1 HF protokol v p´asmu 13.56 MHz po cel´em svˇetˇe.

Tˇr´ıda (Class) ve jm´enu protokolu je oznaˇcen´ı pouˇz´ıvan´e EPCglobal pro popis funkˇcnosti RFID tag˚u.

Class 0 tagy jsou tagy nesouc´ı EPC ˇc´ıslo a jsou pouˇz´ıvan´e pouze pro ˇcten´ı.

Class I tagy na které m˚uˇze být EPC ˇc´ıslo zapsáno pˇri pouˇzit´ı, ale po zápisu je tag uzamknut a m˚uˇze se pouze ˇc´ıst.

Tagy Class 0 a Class I jsou nˇekdy také oznaˇcovány jako poznávac´ı znaˇcky.

Class II jsou pouˇz´ıv´any pro z´apis vˇetˇs´ıho mnoˇzstv´ı dat, napˇr´ıklad informace o expedici.

Class III jsou semi-pasivn´ı tagy a nab´ızej´ı velk´y dosah.

Class IV jsou aktivn´ı tagy a nab´ız´ı velk´e mnoˇzstv´ı pouˇzit´ı, jsou ale podle toho patˇriˇcnˇe drah´e.

RFID ˇctec´ı zaˇr´ızen´ı a senzory: RFID ˇcteˇcky vykonávaj´ı dvˇe funkce, nejprve zapoˇcnou a vykonaj´ı kroky definované protokolem. Druhou jejich funkc´ı je dodáván´ı napájen´ı pro pasivn´ı a semi-pasivn´ı tagy, nutných pro jejich práci a komunikaci. Na trhu je nˇekolik druh˚u RFID ˇcteˇcek. Jednoúˇcelové a v´ıceúˇcelové. Jednoúˇcelové ˇcteˇcky podporuj´ı pouze jeden druh tagu, v´ıceúˇcelové naproti tomu dokáˇz´ı ˇc´ıst nepˇreberné mnoˇzstv´ı tag˚u. V´ıceúˇcelové ˇ

ctec´ı zaˇr´ızen´ı jsou v´ıceprotokolové zaˇr´ızen´ı, které dokáˇz´ı pouˇz´ıt nˇekolik protokol˚u v jednom momentu, napˇr´ıklad v´ıceprotokolová ˇcteˇcka dokáˇze ˇc´ıst tagy UHF tˇr´ıdy 0 a I. V´ıcefrekvenˇcn´ı ˇ

cteˇcky zase dokáˇz´ı komunikovat s tagy na r˚uzných frekvenc´ıch, napˇr. HF a UHF, dokonce i na 2.45 GHz. Tˇret´ı tˇr´ıda jsou zaˇr´ızen´ı s moˇznost´ı upgradu firmwaru. Firmware je vestavˇený program obsluhuj´ıc´ı zaˇr´ızen´ı. Upgrade firmwaru je kl´ıˇcový ze dvou d˚uvod˚u. Zaprvé, pouˇzitý firmware m˚uˇze obsahovat chyby a za druhé, jelikoˇz se komunikaˇcn´ı protokoly mohou zmˇenit, staˇc´ı pak nahrát pouze novou verzi programu m´ısto kupován´ı nového zaˇr´ızen´ı.

RFID antény: Cteˇˇ cka ˇcte tag t´ım zp˚usobem, ˇze vytváˇr´ı elektromagnetické pole kolem antény. Na nˇekteré ˇcteˇcky je moˇzno pˇripojit v´ıce antén, kde kaˇzdá je obslouˇzena samostatnˇe coˇz dovoluje ˇsirˇs´ı pokryt´ı prostoru ménˇe ˇcteˇckami. Umoˇzˇnuje to také zajistit ˇze jsou pˇreˇcteny vˇsechny tagy a ˇzádný neunikne.

(23)

Dalˇs´ı senzory: V nˇekterých m´ıstech je vhodné pouˇz´ıt napˇr´ıklad detektory pohybu, tˇreba ve vstupn´ıch bránách. D´ıky tomu ˇcteˇcka nemus´ı ˇc´ıst medium opakovanˇe, ale jen kdyˇz je to potˇreba, ˇc´ımˇz m˚uˇze ˇsetˇrit energii a nezahlcovat okol´ı ˇsumem.

3.1.2 Middleware

Middleware v EPC s´ıti je vrstva, kter´a umoˇzˇnuje aplikac´ım pracovat s RFID infrastruk-turou.

Spr´ava dat

Správa dat úseku: Systémy pro automatickou identifikaci jsou systémy pro sbˇer dat na nejniˇzˇs´ı úrovni. Dodávaj´ı ˇcásteˇcné a zpˇreházené informace o inventáˇri ve formˇe deteko-vaných tag˚u. Fragmentace takto z´ıskaných dat má nˇekolik podob. Prostorová fragmentace, kdy data pˇricházej´ı z r˚uzných m´ıst a ˇcasová fragmentace, kdy data pˇricházej´ı nesynchoni-zovanˇe a opakovanˇe. A nakonec, kdyˇz je ˇctená urˇcitá oblast, nejsou vidˇet tagy, které by tam mˇely být nebo jsou d´ıky odrazu naˇcteny tagy, které se v oblasti fyzicky nevyskytuj´ı. Je potˇreba rozpoznat tyto problémy a z´ıskat z nich data srozumitelná aplikac´ı. Napˇr´ıklad nen´ı moˇzné detekovat vˇsechno zboˇz´ı na paletˇe, ale aplikace je schopna odvodit, z ˇcásteˇcných dat, ˇ

ze je pˇr´ıtomná celá paleta. Zpracován´ı dat mus´ı být schopno tyto kusé informace zpracovat a vytvoˇrit celkový obraz situace, jaké zboˇz´ı, kde a kdy se nacházelo. Správou dat middle-ware oddˇeluje aplikace od zbyteˇcných událost´ı a umoˇzˇnuje jim zabývat se problematikou evidence na jiné, vyˇsˇs´ı vrstvˇe abstrakce.

Firemn´ı správa dat: C´ılem správy dat na úrovni firmy je jednotný pohled na zboˇz´ı jedn´ım stejnorodým pohledem pˇres vˇsechny funkce. Data mus´ı být sd´ılená, aby se dosáhlo efektivn´ı manipulace se zboˇz´ım. Správa dat umoˇzn´ı vyuˇzit´ı obrovského mnoˇzstv´ı funkc´ı od zlepˇsen´ı existuj´ıc´ıch aplikac´ı, aˇz po pˇridáván´ı nových. Napˇr´ıklad plánován´ı doplˇnován´ı skladových zásob je jedna z tˇech, které se daj´ı velmi zjednoduˇsit pouˇzit´ım RFID technologie. Dalˇs´ı záleˇzitost´ı je dohledán´ı konkrétn´ıho kusu zboˇz´ı podle sériového ˇc´ısla.

Správa systému: Ke správné automatické a bezpeˇcné funkci RFID je potˇreba nain-stalovat a nakonfigurovat mnoˇzstv´ı zaˇr´ızen´ı. Tomuto se ˇr´ıká správa systému a je to druhá nejd˚uleˇzitˇejˇs´ı oblast RFID middlewaru. Aˇz na nˇekteré záleˇzitosti nejsou metody správy systému pouze v oblasti RFID, tyto prvky jsou spoleˇcné hodnˇe oblastem pr˚umyslu. Mezi nˇe patˇr´ı správa s´ıt’ových prvk˚u jako routery, pˇr´ıstupové body, servery, tiskárny a hodnˇe jiných. V této oblasti jiˇz ale netˇreba vymýˇslet nové vˇeci, jelikoˇz se tyto postupy pouˇz´ıvaj´ı v nejr˚uznˇejˇs´ıch odvˇetv´ıch a bylo jiˇz vymyˇsleno hodnˇe norem a standard˚u, které tyto postupy popisuj´ı.

Bezpeˇcnost: Pojmem bezpeˇcnost jsou myˇsleny tˇri primárn´ı c´ıle v poˇc´ıtaˇcových systémech: d˚uvˇernost, integrita (úplnost, neporuˇsenost) a dostupnost. V RFID systémech se bezpeˇcnost týká rozhran´ı na ˇctyˇrech vrstvách: mezi ˇcteˇckou a tagem, na spojen´ı mezi ˇcteˇckou a mid-dlewarem a nakonec mezi midmid-dlewarem a aplikac´ı.

Bezpeˇcnost na úrovni tag˚u jeˇstˇe nen´ı na takové úrovni, jak by se ˇcekalo. Ve vˇetˇsinˇe pˇr´ıpad˚u nejdou provádˇet operace jako rozliˇsován´ı, která ˇcteˇcka má právo tag ˇc´ıst, coˇz m˚uˇze

(24)

dˇelat obavy lidem co se boj´ı o své soukrom´ı. Obranou zde je, ˇze ˇcten´ı má omezený dosah, ale jiˇz se zaˇc´ınaj´ı objevovat ruˇsiˇcky, které dokáˇz´ı zabránit ve ˇcten´ı urˇcitých tag˚u. Nˇekteré tagy maj´ı moˇznost zablokovat svou ˇcinnost po pouˇzit´ı pˇr´ıkazu “kill”, ale to na druhou stranu zabraˇnuje jeho znovupouˇzitelnost. Nˇekteré tagy jiˇz dokáˇz´ı zpˇr´ıstupnit sv˚uj obsah jen po pouˇzit´ı hesla, takˇze se jejich ˇcinnost m˚uˇze doˇcasnˇe zablokovat a pozdˇeji, je-li tˇreba se dostat k jejich obsahu, napˇr´ıklad pˇri reklamaci výrobku, pomoc´ı kl´ıˇce ˇci hesla. Dalˇs´ım problémem je padˇelán´ı tag˚u, u levných tag˚u se mu zabránit nedá, ale nové draˇzˇs´ı verze tag˚u podporuj´ı ˇsifrován´ı.

Dalˇs´ı vrstva v poˇrad´ı je mezi ˇctec´ımi zaˇr´ızen´ımi a middlewarem, ve vˇetˇsinˇe pˇr´ıpad˚u je ˇreˇsená formou s´ıtˇe LAN. Otázka bezpeˇcnosti v této oblasti jiˇz byla mnohokrát ˇreˇsena hlavnˇe ve spojen´ı s bezpeˇcnost´ı v Internetu. Nejpouˇz´ıvanˇejˇs´ım ˇreˇsen´ım je nasazen´ı SSL, coˇz je dobˇre známý, promyˇslený a popsaný standard. Pouˇzit´ı SSL m´ısto vyv´ıjen´ı a implementace vlastn´ıch ˇreˇsen´ı uˇsetˇr´ı jak ˇcas tak i pen´ıze.

Tˇret´ım rozhran´ım je vrstva mezi middlewarem a uˇzivatelskou aplikac´ı. Zde se nab´ız´ı ˇreˇsen´ı v kontrole pˇr´ıstup˚u, coˇz je také jiˇz velice pochopená oblast a je moˇzno z´ıskat mnoho efektivn´ıch a bezpeˇcných nástroj˚u.

Hodnˇe lid´ı má obavy z napaden´ı RFID technologie viry. RFID tagy jsou pˇr´ıliˇs jednoduchá zaˇr´ızen´ı, aby mohly umoˇznit poˇz´ıvat jakékoli viry. Moˇzná v nˇekterých oblastech, kde se pouˇz´ıvaj´ı RFID tagy jako nosiˇce pro jednoduché kusy kódu pro nˇejaké dalˇs´ı zaˇr´ızen´ı. Ale v oblasti RFID Evidence majetku jsou pouze nosiˇci informac´ı a oˇsetˇrit napˇr´ıklad vstup nˇejaké nepˇr´ıpustné informace do systému je velmi jednoduchá záleˇzitost. Jediné m´ısto pro napaden´ı viry je posledn´ı vrstva s operaˇcn´ım systémem pro bˇeh aplikac´ı.

Konfigurace: Plnˇe vybavený RFID systém m˚uˇze obsahovat nespoˇcet ˇctec´ıch zaˇr´ızen´ı. Automatizace, kterou RFID nab´ız´ı se neobejde bez kompletn´ı náhrady lidské obsluhy mid-dlewarem. Je zapotˇreb´ı nakonfigurovat mnoho zaˇr´ızen´ı, mezi nˇeˇz patˇr´ı jak samotné ˇcteˇcky tak i r˚uzné ˇr´ıd´ıc´ı prvky, senzory ˇci výstupn´ı terminály. Systém mus´ı rozpoznat, odkud daná data pˇriˇsla, pro snadnˇejˇs´ı lokalizaci. Mus´ı zaˇr´ıdit, aby se zaˇr´ızen´ı navzájem neruˇsila a umoˇznit jim vys´ılat podle priority, aby se nestalo, ˇze velmi vyt´ıˇzené zaˇr´ızen´ı náchylné na kvalitu okoln´ıho prostˇred´ı by bylo pˇreruˇsováno a mohly by nastávat chyby pˇri ˇcten´ı.

Správa zaˇr´ızen´ı: Sloˇzité komplexn´ı systémy potˇrebuj´ı neustálou kontrolu pro zajiˇstˇen´ı optimáln´ıho chodu. Nefunkˇcn´ı antény, odpojené ˇcteˇcky ˇci poˇskozená elektronika mus´ı být vˇcas detekována a rychle opravena. Je vhodné pouˇz´ıt nˇejaký s´ıt’ový protokol pro moni-torován´ı a správu zaˇr´ızen´ı pˇripojených na s´ıt’. Je nezbytné, aby se systém udrˇzoval aktuáln´ı d´ıky aktualizac´ım firmwaru zaˇr´ızen´ı. Tolerance systému k chybám a vˇcasné varován´ı je kl´ıˇcové pro komplexn´ı systémy. Je vhodné pouˇz´ıvat v pˇr´ıpadˇe závaˇzné chyby záloˇzn´ı systémy. Prvky v s´ıti, jako jsou servery a smˇerovaˇce se mohou duplikovat, aby se výpadek nˇekterého zaˇr´ızen´ı neprojevil na funkˇcnosti celého systému. Zaˇr´ızen´ı jako ˇcteˇcky a senzory se mus´ı dát rychle vymˇenit a mus´ı být schopny se rychle rekonfigurovat a pˇrizp˚usobit se novému prostˇred´ı, aby se systém udrˇzel v bezchybném chodu.

(25)

Kapitola 4

Realizace syst´

emu

Systém evidence majetku sestává ze dvou ˇcást´ı. Hardwarová ˇcást se stará o sbˇer infor-mac´ı, aby mohly být dále zpracovány softwarem a uloˇzeny v databázi. Softwarová ˇcást umoˇzˇnuje manipulaci s daty, jako je vkládán´ı a mazán´ı poloˇzek databáze nebo úprava in-formac´ı o poloˇzkách a dalˇs´ı databázové záleˇzitosti.

Hardwarové a softwarové poˇzadavky na systém se neliˇs´ı od jakéhokoliv informaˇcn´ıho systému, tj. staˇc´ı jakýkoliv systém schopný spravovat relaˇcn´ı databázi. Takový systém se skládá ze serveru, na kterém m˚uˇze být nainstalována libovolná databáze a ze stanic, které maj´ı k této databázi pˇr´ıstup. Systém by mˇel umoˇznit uˇzivatel˚um manipulaci se záznamy v databázi.

Pˇri pouˇzit´ı RFID technologie se bude pˇreváˇzná ˇcást inventarizace týkat tagován´ı zboˇz´ı a uloˇzen´ı patˇriˇcných informac´ı o tomto zboˇz´ı do databáze. Jak velká ˇcást informac´ı se uloˇz´ı do databáze anebo zap´ıˇse na tag závis´ı na úrovni pouˇzité technologie. Nejjednoduˇsˇs´ı a nejlevnˇejˇs´ı je pouˇzit´ı tag˚u obsahuj´ıc´ıch pouze svou identifikaci a tuto informaci pouˇz´ıt jako odkazu do tabulky v databázi. Tento pˇr´ıstup je ale nároˇcný na propustnost systému, jelikoˇz k nˇekterým poloˇzkám se bude pˇristupovat pˇr´ıliˇs ˇcasto. Nˇekteré informace je proto vhodné uloˇzit pˇr´ımo na tag a t´ım sn´ıˇzit mnoˇzstv´ı dotaz˚u na server. Tento zp˚usob je ale nároˇcnˇejˇs´ı na vybaven´ı, protoˇze je nutno pouˇz´ıt tagy s moˇznost´ı zápisu a také programátory tˇechto tag˚u jsou mnohem sloˇzitˇejˇs´ı a draˇzˇs´ı.

Systém pro bezkontaktn´ı evidenci majetku v prostˇred´ı obchodn´ıho stˇrediska bude ob-sahovat databázový server a terminály pro pˇr´ıstup k nˇemu. K terminál˚um urˇceným k in-ventarizaci budou pˇripojeny programátory RFID tag˚u urˇcených pro zápis informac´ı, ke kterým by se muselo zbyteˇcnˇe ˇcasto pˇristupovat do databáze. Na regálech budou um´ıstˇeny ˇ

cteˇcky urˇcené ke kontrole zda je v regálu um´ıstˇeno dostateˇcné mnoˇzstv´ı výrobku a nebo zda je zboˇz´ı um´ıstˇeno na svém m´ıstˇe. Dalˇs´ı funkc´ı regálu bude kontrolovat ˇcerstvost zboˇz´ı a upozorˇnovat obsluhu na doplnˇen´ı zboˇz´ı nebo výmˇenu proˇslého.

Problém m˚uˇze nastat s pokryt´ım regálu signálem z d˚uvodu omezeného dosahu ˇctec´ıch zaˇr´ızen´ı. Je nˇekolik moˇznost´ı jak toto ˇreˇsit. Prvn´ı moˇznost je pouˇz´ıt draˇzˇs´ıch tag˚u pracuj´ıc´ıch na vysoké frekvenci ale s velkým dosahem. Bude-li ale v dosahu ˇcteˇcky velké mnoˇzstv´ı oznaˇckovaného zboˇz´ı m˚uˇze nastat zahlcen´ı ˇcteˇcky. To by se dalo ˇreˇsit odst´ınˇen´ım jed-notlivých sekc´ı regálu, ale t´ım by se zas plýtvalo schopnostmi drahého ˇctec´ıho zaˇr´ızen´ı. Dalˇs´ı moˇznost´ı je pouˇz´ıt v´ıce levnˇejˇs´ıch ˇcteˇcek s krátkým dosahem pro pokryt´ı sekce regálu, ale propojen´ı velkého mnoˇzstv´ı ˇcteˇcek m˚uˇze být pˇr´ıliˇs sloˇzité. Posledn´ı ˇreˇsen´ı[4] je zabudovat

(26)

do sekce regálu anténu, která by pokryla potˇrebnou oblast. Ale návrh takové antény nemus´ı být jednoduchý.

Budou-li na zboˇz´ı pouˇzity RFID tagy s krátkým dosahem, nastane problém jak toto zboˇz´ı uloˇzit ve skladu aby se dalo jednoduˇse lokalizovat. Ve skladiˇsti je zboˇz´ı um´ıstˇeno vˇetˇsinou na paletách a v krabic´ıch. Zde se m˚uˇzou pouˇz´ıt tagy s velkým dosahem jelikoˇz jich nebude velké mnoˇzstv´ı. T´ımto se vytvoˇr´ı hierarchie, kdy tzv. makro tag na paletˇe bude obsahovat informace o makro taz´ıch na krabic´ıch um´ıstˇených na paletˇe. U krabic to bude obdobné. Pˇresnˇeji to znázorˇnuje obrázek 4.1[8].

Obr´azek 4.1: Hierarchie RFID tag˚u na paletˇe.

4.1 Model syst´

emu

4.1.1 HW model

Systém je navrˇzen s ohledem na to ˇze u nás jeˇstˇe tato technologie nen´ı zavedena a tud´ıˇz si mus´ı stˇredisko samo tagovat zboˇz´ı. Pro tento úˇcel mus´ı být vybaveno zaˇr´ızen´ım pro potisk nalepovac´ıch tag˚u a ˇctec´ımi/zapisovac´ımi terminály. Tagy v pásmu UHF sice podporuj´ı zápis pro ukládán´ı dat, ale data zapsaná na taz´ıch budou urˇcena pouze pro zákazn´ıka. Tyto data zahrnuj´ı informace o kupn´ı cenˇe, datu výroby, spotˇreby a prodeje pro úˇcely reklamace. Zbude-li na tagu m´ısto m˚uˇzou se na nˇej uloˇzit i informativn´ı data o zboˇz´ı, které by mohl vyuˇz´ıt v kombinaci s jiným zaˇr´ızen´ım schopným tyto data zpracovat. Systém bude vyuˇz´ıvat data z databáze. Kaˇzdý pr˚uchod d˚uleˇzitý pro lokalizaci tagu bude vybaven pr˚uchoz´ı bránou s anténami. Toto se bude vyuˇz´ıvat zejména pro snazˇs´ı lokalizaci zboˇz´ı. Antén mus´ı být nˇekolik a r˚uznˇe orientovaných, aby se zaruˇcilo, ˇze budou rozpoznány vˇsechny tagy bránou procházej´ıc´ı. Zde neomezuje ani tak dosah antén, jako orientace tagu, který m˚uˇze být v takové pozici, ˇze je pro ˇcteˇcku nedetekovatelný. ˇCteˇcky jsou vybaveny rozhran´ım

(27)

RS232, výjimeˇcnˇe USB a t´ımto rozhran´ım jsou pˇripojeny k s´ıt’ovému terminálu. Terminál m˚uˇze být klasické PC, nebo jeho odlehˇcená verze s moˇznosti bootován´ı ze s´ıtˇe. Zde ne-jsou kladeny velké nároky na hardware terminálu. Jeho funkce je pouze zpracován´ı dat z pˇripojeného ˇctec´ıho zaˇr´ızen´ı a aktualizace polohy detekovaného tagu v databázi. Nˇekteré terminály mus´ı provádˇet jeˇstˇe dalˇs´ı operace v závislosti na jeho pouˇzit´ı. Terminál na vs-tupu do skladu bude urˇcen k pˇr´ıjmu nového zboˇz´ı, k zápisu dat o zboˇz´ı do pamˇeti tagu a do databáze. Tento terminál má lidskou obsluhu, která má na starosti znaˇcen´ı zboˇz´ı a jeho uskladnˇen´ı. Tento terminál je také urˇcen k vyˇrazován´ı neprodejného zboˇz´ı, tj. poˇskozeného ˇ

ci proˇslého. Na rozhran´ı mezi skladem a prodejnou bude terminál, jehoˇz obsluha bude zodpovˇedná za kontrolu dostupnosti zboˇz´ı na prodejnˇe a bude docházej´ıc´ı zboˇz´ı vydávat. Dále bude z prodejny stahovat zboˇz´ı proˇslé nebo poˇskozené(vyreklamované). Na prodejnˇe budou um´ıstˇeny tzv. inteligentn´ı regály, které budou automaticky kontrolovat dostupnost zboˇz´ı a jeho spotˇrebn´ı dobu. Tyto regály budou spojeny s terminálem skladn´ıka a obsluhy a budou je upozorˇnovat na události spojené s prodejnou. Tyto inteligentn´ı regály obsahuj´ı mnoˇzstv´ı antén pˇripojených k ˇctec´ım zaˇr´ızen´ım a budou stále zpracovávat aktuáln´ı infor-mace o zboˇz´ı, jeho mnoˇzstv´ı a poloze. Na rozd´ıl od dveˇrn´ıch rám˚u, které generuj´ı události pouze pokud se tag pohybuje skrz nˇe, regály hl´ıdaj´ı aktuáln´ı informace. Ned´ılnou souˇcást´ı tˇechto regál˚u jsou i informaˇcn´ı displaye. Z nich by se mˇel zákazn´ık dozvˇedˇet informace o nab´ızeném zboˇz´ı a jeho cenu. Anténn´ı rámy budou um´ıstˇeny i u vchodu do prodejny a budou m´ıt za úkol kontrolovat, zda prodejnu neopouˇst´ı nezaplacený výrobek. A nakonec pokladny zodpovˇedné za zúˇctován´ı budou také vybaveny rámy s moˇznost´ı ˇcten´ı i zápisu. Kromˇe platebn´ıch transakc´ı budou aktualizovat databázi o prodeji zboˇz´ı a budou i aktual-izovat pamˇet’ tagu o datu prodeje pro dalˇs´ı úˇcely jako je reklamace, aj. Na obrázku 4.2 je pˇribliˇzný návrh hardwarového vybaven´ı obchodn´ıho stˇrediska.

(28)

Detailn´ı popis souˇc´ast´ı:

Antény : Jsou pˇripojeny koaxiáln´ım kabelem ke ˇctec´ımu zaˇr´ızen´ı. Jsou um´ıstˇeny na dveˇrn´ıch rámech, které jsou osazeny nˇekolika anténami pro úplné pokryt´ı pr˚uchodu a k zajiˇstˇeni detekce vˇsech procházej´ıc´ıch tag˚u. Tyto pr˚uchody jsou um´ıstˇeny na vstupu do skladu, u výdeje zboˇz´ı na prodejnu, u pokladen a nakonec u východu z prodejny.

ˇ

Ctec´ı zaˇr´ızen´ı : Cteˇˇ cka má moˇznost pˇripojit aˇz 4 antény, které je schopna rozliˇsit. Toho se dá vyuˇz´ıt ke zmenˇsen´ı poˇctu ˇcteˇcek, jelikoˇz nen´ı nutné m´ıt vlastn´ı ˇcteˇcku pro kaˇzdý rám. Pokud nen´ı potˇreba antény rozliˇsovat, ale spojit jich nˇekolik do jedné, dá se pouˇz´ıt sluˇcovaˇc. Nejdostupnˇejˇs´ı jsou zaˇr´ızen´ı s rozhran´ım RS232, to sice neumoˇzˇnuje komunikaci závratnými rychlostmi, ale pro naˇse potˇreby je to dostaˇcuj´ıc´ı. Jsou schopny detekovat a naˇc´ıst aˇz 50 tag˚u/s. Informace o detekovaném zboˇz´ı pˇredávaj´ı terminálu, který data zpracovává a ukládá do DB na serveru.

Terminály : Jsou standardn´ı PC s moˇznost´ı pˇripojen´ı pˇres ethernet ˇci Wi-Fi k serveru s databáz´ı. Bˇeˇz´ı na nich aplikace specifické pro jejich funkci, tj. pokladna, výdej/pˇr´ıjem z prodejny, pˇr´ıjem/vyˇrazen´ı ze skladu.

Chytré regály : Regály vybavené ˇcteˇckami s pˇripojenými anténami, které pokrývaj´ı veˇskerou ´

uloˇznou plochu regálu, vybaveny displayem pro zobrazen´ı aktuáln´ıch informac´ı o zboˇz´ı, jeho cenˇe a podle moˇznost´ı displaye i nˇejakými dodateˇcnými informacemi.

4.1.2 SW model

Tento model je navrˇzen pro evidenci majetku v prostˇred´ı obchodn´ıho stˇrediska. Je zamˇeˇren na evidenci zboˇz´ı, k urˇcen´ı jeho polohy v rámci stˇrediska pro úˇcely inventury ˇci zjednoduˇsen´ı a zefektivnˇen´ı manipulace a prodeje zboˇz´ı. Diagram pˇr´ıpad˚u uˇzit´ı4.3 jednoduˇse ukazuje funkce systému, které budou popsány n´ıˇze.

Systém mus´ı obsahovat informace o prodávaných produktech, o jejich výrobc´ıch nebo dodavatel´ıch, cenˇe. Pro snadnˇejˇs´ı orientaci je dobré m´ıt u kaˇzdého produktu informace o jeho um´ıstˇen´ı, k zefektivnˇen´ı manipulace s t´ımto produktem a k lepˇs´ımu plánován´ı prodeje. U jednotlivých kus˚u zboˇz´ı si systém pamatuje jejich aktuáln´ı pozici v rámci prodejny coˇz zahrnuje i stavy, zda je zboˇz´ı prodáno ˇci vyˇrazeno, kdo se zboˇz´ım naposledy manipuloval, data pˇr´ıjmu, prodeje a spotˇreby. V systému jsou uloˇzeny i informace o zamˇestnanc´ıch, jejich funkci pro potˇreby dohledán´ı zodpovˇednosti v pˇr´ıpadˇe potˇreby. Obrázek4.4zobrazuje základn´ı podobu systému obchodn´ıho stˇrediska. K systému budou pˇristupovat zamˇestnanci, maj´ıc´ı na starosti chod stˇrediska a zákazn´ıci vyuˇz´ıvaj´ıc´ı jeho sluˇzby.

Manipulac´ı se zboˇz´ım je myˇslena kontrola dostupnosti zboˇz´ı na prodejnˇe, ve skladu a jeho doplˇnován´ı, kontrola doby spotˇreby zboˇz´ı a následné vyˇrazen´ı zboˇz´ı proˇslého. Dalˇs´ı operace spjaté se zboˇz´ım jsou pˇreceˇnován´ı zboˇz´ı, zmˇena jeho um´ıstˇen´ı pro zvýˇsen´ı prodeje, nebo zmˇena doplˇnkových informac´ı zobrazovaných na informaˇcn´ıch tabul´ıch.

´

Uloˇziˇstˇe dat systému je databáze v MySQL, ke které pˇristupuj´ı terminály ˇci pracovn´ı stanice. V databázi jsou uloˇzena data o nab´ızených produktech, o jednotlivých kusech zboˇz´ı a o zamˇestnanc´ıch. Data jsou uloˇzena ve tˇrech tabulkách, ty jsou zobrazeny na obrázku4.5. ER diagram obsahuje tˇri entitn´ı mnoˇziny, proto bude výsledné schéma zahrnovat tˇri tabulky. Dále obsahuje dvˇe vztahové mnoˇziny s kardinalitou 1:M. Vztahy jsou zboˇz´ı je druh produktu a zboˇz´ı a zamˇestnanec jsou ve vztahu zamˇestnanec manipuluje s/se zboˇz´ım.

(29)

Obr´azek 4.3: Use Case diagram stˇrediska

Tabulky splˇnuj´ı tˇret´ı normáln´ı formu 3NF. Splˇnuj´ı 1NF, jelikoˇz vˇsechny sloupce (atributy) jsou atomické. V tabulce zamestnanci jsou sice jméno a pˇr´ıjmen´ı zamˇestnance v jednom sloupci, ale aplikace s tˇemito poloˇzkami nepracuje samostatnˇe. Tabulky splˇnuj´ı i 2NF, tzn. kaˇzdý nekl´ıˇcový atribut je plnˇe závislý na celém primárn´ım kl´ıˇci. Toho je dosaˇzeno tak, ˇze primárn´ı kl´ıˇc je vˇzdy sloˇzen jen z jednoho atributu tabulky a t´ım je sloupec id. Výsledný vhled databázových tabulek je následuj´ıc´ı:

CREATE TABLE IF NOT EXISTS produkt ( id INTEGER AUTO_INCREMENT NOT NULL, nazev VARCHAR(20) NOT NULL,

vyrobce VARCHAR(20), popis TEXT,

cena DECIMAL(10,2) NOT NULL DEFAULT 0.0, umisteni_sklad CHAR(5) NOT NULL,

umisteni_prodejna CHAR(5) NOT NULL, PRIMARY KEY (id)

);

Tabulka produkt obsahuje data spjatá s prodávaným sortimentem zboˇz´ı. Základn´ı in-formace, které jsou v systému o produktu jsou jeho název a výrobce. Tyto informace jsou d˚uleˇzité pro identifikaci výrobku a dalˇs´ı manipulaci s n´ım napˇr. pro objednávky. Popis obsahuje doplˇnkové informace pro informován´ı zákazn´ık˚u, je vyuˇzit pro zobrazen´ı na

(30)

in-Obr´azek 4.4: Kontextov´y diagram Produkt < < P K > > i d nazev vyrobce popis cena umisteni_sklad umisteni_prodejna Zbozi < < P K > > i d < < F K > > p r o d u k t _ i d < < F K > > p r o v e d l _ i d u m i s t e n i d a t u m _ v k l a d u d a t u m _ s p o t r e b y datum_vyrazeni Z a m e s t n a n c i < < P K > > i d login j m e n o pozice 1 * * 1

Obrázek 4.5: ER diagram databázových tabulek

formaˇcn´ıch panelech nebo na letác´ıch. Formát a obsah je volitelný. Cena je nezbytná in-formace jak pro kupuj´ıc´ıho tak pro prodávaj´ıc´ıho. Um´ıstˇen´ı ve skladu a na prodejnˇe jsou d˚uleˇzité pro manipulaci se zboˇz´ım, usnadˇnuj´ı administrativn´ı ˇcinnosti a napomáhaj´ı zefek-tivnit manipulaci.

CREATE TABLE IF NOT EXISTS zbozi ( id BIGINT UNSIGNED NOT NULL UNIQUE, produkt_id INTEGER NOT NULL,

umisteni CHAR(5) NOT NULL, provedl_id INTEGER NOT NULL, datum_vkladu DATE ,

datum_spotreby DATE , datum_vyrazeni DATE , PRIMARY KEY (id),

FOREIGN KEY (produkt_id) REFERENCES produkt(id), FOREIGN KEY (provedl_id) REFERENCES zamestnanci(id) );