Standard protokołu interfejsu komunikacyjnego UHF EPC Generacji 2

Transkrypt

1 Standard protokołu GEN2 cz.1. Strona: 1 Standard protokołu interfejsu komunikacyjnego UHF EPC Generacji 2 Cz 1. Nowe cechy protokołu komunikacyjnego Dla wielu osób zeszłoroczny szum wokół Elektronicznego Kodu Produktu skupił si na standardzie protokołu UHF EPC Generacji 2, opisywanym w skrócie jako EPC Gen 2. Mimo to, ze wszystkich, którzy zwrócili uwag na ten standard, tylko niewielu kocowych uytkowników posiada dobre zrozumienie tego, czym nowy protokół interfejsu komunikacyjnego róni si od standardów UHF EPC pierwszej generacji (Klasa 0 i Klasa 1). Najwiksz rónic pomidzy EPC Gen 1 i EPC Gen 2 jest w tym, e w EPC Gen 2 jest obecnie jeden globalny protokół. EPC Gen 1 miał dwa protokoły: Klasa 0 i Klasa 1, i ten sam czytnik mógł nie odczytywa obu, chyba, e był czytnikiem wieloprotokołowym. ISO (International Organization for Standardization) take zatwierdził dwa protokoły interfejsu komunikacyjnego UHF: A i B, jako midzynarodowe normy. W ten sposób istniej cztery standardy protokołów UHF. EPCglobal przedłoył protokół EPC Gen 2 do zatwierdzenia przez ISO, co moe sta si w cigu około roku i dałoby w efekcie jeden wiatowy protokół komunikacyjny UHF. Jest to wielka sprawa mówi Sue Hutchinson, dyrektor zarzdzania produktem w EPCglobal US w Lawrenceville, N.J., i osoba, która pomagała w rozwijaniu protokołu EPC Gen 2. Posiadanie wicej ni jednego standardu protokołu stwarza zamieszanie w tym, któr technologi uytkownik powinien kupi. Sprzedajcy take musz rozgry, na którym protokole bazuj ich produkty. EPC Gen 2 przyniesie nam wszystkim razem jeden protokół, co spowoduje zwikszenie liczby sprzedajcych na rynku i obniy ceny dla kocowego uytkownika. Innym wanym aspektem protokołu UHF EPC Gen 2 jest to, e został on zaprojektowany w celu optymalizowania działania w rónych rodowiskach regulacyjnych na całym wiecie. Administracje komunikacyjne Europy przyjły ostatnio przepisy odnonie czytników, które s bardziej tolerancyjne, ale i tak nowe zasady s jeszcze całkiem surowe w porównaniu z tymi, jakie istniej w Ameryce Północnej (Patrz New ETSI RFID Rules Move Forward ). Poniewa protokół EPC Gen 2 stosuje dostpne widmo radiowe wydajniej, to pozwoli na lepsze funkcjonowanie ni kadego innego protokołu UHF. Lecz Azja jest jeszcze dzik kart. Azjatyckie przepisy zmieniaj si, lecz zrobilimy wszystko, co moliwe w kierunku uelastycznienia standardu mówi Hutchinson. Protokół został take zaprojektowany, aby mona go było zastosowa dla wyszych klas tagów EPC, a wic czytnik moe odczyta aktywny tag z czujnikiem lub prosty tag tylko z niepowtarzalnym ID. EPC Gen 2 tworzy dobre podstawy dla produktów o wyszej funkcjonalnoci, takich jak tagi klasy 2 i klasy 3 oraz czytniki mówi Tom Pounds, wiceprezes rozwoju korporacyjnego w Alien Technology, W Morgan Hill w Kalifornii, - dostawca systemów. Protokół przewiduje te produkty o wyszej funkcjonalnoci i daje przemysłowi mocne podstawy do wykorzystania. Naley pamita o tym, e chocia tagi EPC Gen 2 musz zawiera wszystkie cechy protokołu, czytniki nie musz wspiera wszystkich cech i ulepsze wbudowanych w ten protokół. Dlatego obecne czytniki UHF mog by aktualizowane poprzez nowy hardware, nowy firmware lub poprzez obie te moliwoci, aby odczytywa tagi Gen 2. Lecz aktualizowane czytniki mog nie zawiera niektórych kluczowych cech standardu EPC Gen 2.

2 Standard protokołu GEN2 cz.1. Strona: 2 Tryb gsto-czytnikowy Standard EPC Gen 2 pozwala czytnikom działa w trzech rónych trybach: w trybie pojedynczego czytnika, w trybie wielo-czytnikowym i trybie gsto-czytnikowym. Aby funkcjonowa optymalnie, czytniki bd musiały działa w trybie gsto-czytnikowym kiedy wewntrz budynku jest obecnych wicej ni 50 czytników, tak jak np. w centrum dystrybucyjnym. Tryb gsto-czytnikowy jest zaprojektowany po to, aby zapobiega interferencji pomidzy czytnikami, która mogłaby by problemem, jeeli stosowanych jest wiele czytników w ograniczonej przestrzeni, szczególnie w Europie i innych regionach, gdzie tylko wskie pasma widma UHF zostały przyznane dla systemów RFID. Jeeli pomyle o widmie UHF jak o autostradzie, to moe by wiele samochodów na omiopasmowej autostradzie bez kolizji midzy nimi. Lecz jeeli jest to dwupasmowa autostrada, szanse kolizji s znacznie wiksze, a wic zasady rzdzce tym, jak mona uywa drogi musz by surowo egzekwowane, aby zapobiec kolizjom. Dwa krytyczne składniki trybu gsto-czytnikowego s uzgadniane co do sposobu uywania widma UHF i zdolnoci transmisji w zakresie wskiego kanału widma. Stosujc nasz autostradow analogi, czytniki s wielkimi ciarówkami (czytniki emituj mocny sygnał radiowy), a tagi s rowerami (odbijaj z powrotem słaby sygnał radiowy). Gsto-czytnikowy przydział spektralny faktycznie dzieli pasmo UHF (tj. autostrad) na wiele pasów. Ciarówkom wolno uywa kilku pasów, a rowerom wolno uywa innych pasów, lecz ciarówkom i rowerom nie wolno uywa tych samych pasów, co zapobiega przejechaniu rowerów przez ciarówki. Standard EPC Gen 2 wymaga od czytników UHF uywania innych pasów czstotliwoci ni tagi, tak e tagi mog by słyszane nawet wtedy, kiedy czytniki działaj jednoczenie, na ssiednich pasach. Tryb gsto-czytnikowy wymaga od czytników uywania wskiej maski spektralnej. Uywajc znowu analogii autostrady, tryb gsto-czytnikowy wymaga od ciarówek trzymania si raczej ich pasa ni zbaczania na pasy rowerowe. Jeeli ciarówka zboczy na pas rowerowy to moe przejecha wiele rowerów. Podobnie, jeeli sygnał czytnika, który moe by miliony razy mocniejszy ni odpowied taga, przecieka do pasa tagów, to bdzie maskował transmisj tagu i uniemoliwiał, aby inne czytniki widziały tagi na tym pasie. Z tego powodu tryb gsto-czytnikowy mocna ogranicza transmisje czytnika do innych przydzielonych pasm i wymaga od czytnika utrzymania jego energii transmisji wewntrz tego pasa. Tryb gsto-czytnikowy wymaga uycia metody kodowania sygnału rozpraszanego wstecznie (metoda w której tag odbija z powrotem fal do czytnika) nazywanej podnon Millera. Podnona Millera stosuje wskie widmo dla tagów w celu wysłania z powrotem ich sygnałów i wpasowuje sygnał rozpraszany wstecznie pomidzy kanały stosowane przez czytniki. Sposób emisji RF z czytnika nie przytłacza sygnałów przychodzcych z powrotem z tagów. Niektóre czytniki emituj duo szumu mówi Steve Smith, dyrektor techniczny i załoyciel Alien Technology, Nie chcecie, aby pasmo RF było całkowicie zuyte przez brzczca pił, kiedy próbujecie słucha Mozarta. Wkładamy tryb gsto-czytnikowy w protokół w celu kontrolowania, jak uywane s fale i redukowania wychodzcego szumu. Podwójne metody kodowania rozpraszania wstecznego Protokół EPC Gen2 obsługuje take inn metod kodowania sygnału rozpraszania wstecznego, nazywan FM0. Celem pozwolenia czytnikowi na uycie albo FM0 albo podnonej Millera było polepszenie działania nie tylko kiedy w pomieszczeniu jest wiele czytników, lecz równie kiedy na danym obszarze jest wiele szumów. (Szum jest uboczn energi radiow, która interferuje z moliwociami komunikacyjnymi tagów i czytników. Moe on by powodowany przez maszyny, inne bezprzewodowe urzdzenia lub przez same czytniki).

3 Standard protokołu GEN2 cz.1. Strona: 3 FM0, format uywany skutecznie w biecych standardach ISO, jest szybki lecz podatny na interferencj. Podnona Millera jest wolniejsza, lecz pracuje lepiej w rodowisku, gdzie s szumy. Stosujc znowu analogi do autostrady, FM0 pozwala ciarówkom i rowerom dzieli ze sob pas. FM0 pracuje dobrze, kiedy jest niewiele ciarówek, poniewa pozwala to na szybkie odczytywanie tagu (tj. tagi dostaj si na szybki pas). Podnona Millera, przez kontrast, daje czytnikowi elastyczno w ruchu tagów na inne pasy, aby dosta si w okolice ciarówki lub innej przeszkody (tj. dosta si w okolice szumu). Miller jest wolniejszy, lecz umoliwia odczyt tagów, kiedy zawodzi FM0. Podnona Millera pozwala czytnikom na uycie nowej i zawansowanej techniki filtrowania w celu oddzielenia odpowiedzi tagu od szumu i od innych czytników, mówi Chris Diorio, współ koordynujcy EPCglobal Hardware Action Group (HAG), która rozwija protokół EPC Gen 2, oraz załoyciel i prezes Impinj, firmy produkujcej pasywne tagi RFID i udzielajcej licencji na czytniki RFID EPC Gen 2. EPC Gen 2 daje czytnikom elastyczno wyboru, na danie, i jednej i drugiej metody rozproszenia wstecznego, opierajc si na zaobserwowanym w otoczeniu szumie. Zabezpieczona pami odczytu - zapisu Tagi EPC pierwszej generacji klasy 0 s programowane w fabryce, kiedy wykonywane s czipy. Tagi pierwszej generacji klasy 1 s programowane przez uytkownika, co oznacza, e firma kocowego uytkownika moe zapisa EPC do tagu po otrzymaniu dostawy. W wikszoci dzisiejszych aplikacji tagi klasy 1 s programowane jeden po drugim po wyjciu ze szpuli. Tagi EPC Gen 2 mog by programowane w terenie, co oznacza, e czytniki mog zapisa informacje do tagu nawet jeeli one s przymocowane do opakowa zbiorczych znajdujcych si na palecie lub na przenoniku tamowym. Tagi EPC Gen 2 bd si cechowały trzema wymaganymi bankami pamici jeden bank dla zapisania EPC, jeden dla hasła, jeden dla identyfikacji tagu (tag przechowuje informacje o sobie) i opcjonalny bank dla pamici, któr kocowi uytkownicy mog stosowa dla jakiegokolwiek celu (jedna z kilku opcjonalnych cech, któr mog posiada tagi). Pami uytkownika mogłaby by zastosowana np. do magazynowania kodów wskazujcych, gdzie produkty s wysyłane. Banki pamici mog by tymczasowo lub trwale blokowane. Tak wic dostawca moe zapisa EPC do tagu i trwale go zablokowa. Mona nastpnie zapisa w opcjonalnej pamici uytkownika numer identyfikacyjny sklepu, do którego produkt jest wysyłany. Dostawca moe zablokowa pami za pomoc hasła, aby unikn jej nadpisywania, lecz menader w centrum dystrybucyjnym sklepu moe posiada opcje odblokowania pamici (jeeli producent dostarczy hasło), zmieniajc ID sklepu w celu wskazania zmiany miejsca przeznaczenia i nastpnie ponownego zablokowania pamici. Algorytm Q Jednym z problemów protokołów EPC Gen 1 jest to, e wymagaj czytników RFID, które uywaj unikalnego numeru seryjnego tagów do rozróniania tagów (aby identyfikowa je jednoznacznie). Jeeli dwa tagi maj ten sam EPC, to wprawiaj czytnik w zakłopotanie. Niektórzy sprzedawcy detaliczni rozpatruj moliwo zastosowania tagów z tymi samymi EPC- tj. informacji podobnej do tej, jak uzyskuj dzisiaj z kodów kreskowych.- jako tymczasowy rodek przy odchodzeniu od kodów kreskowych i przygotowuj ich oprogramowanie systemowe do radzenia sobie z unikalnymi ID. Ci sprzedawcy detaliczni poprosili EPCglobal Hardware Action Group, aby uczyni moliwym odrónianie tagów nawet jeeli dwa lub wicej tagów maj dokładnie ten sam EPC.

4 Standard protokołu GEN2 cz.1. Strona: 4 Steve Smith z firmy Alien Technology pojawił si z rozwizaniem, które umoliwia czytnikowi RFDI EPC Gen 2 liczenie tagów EPC Gen 2 np. dla celów inwentaryzacyjnych nawet kiedy maj ten sam EPC lub nie maj numeru seryjnego. Czytnik moe robi to bez nadawania numerów EPC tagów, co czyni system bezpieczniejszym. (Skoro czytnik nie transmituje komunikatu Tag 12345, czy ty wyszedłe std? to zapobiega podsłuchiwaniu przez kogo komunikacji czytnik dotagu, majcemu na celu gromadzenie informacji). Innowacja Smitha została ochrzczona nazw Q algorytm co wynika z Query with a parametr Q ( Zapytanie o parametr Q ). Tagi EPC Gen 2 maj zdolno do generowania przypadkowych numerów. Czytnik bdzie mówił tagom zakres, w którym powinny generowa przypadkowy numer, poprzez wydanie komendy zapytania z wartoci Q z zakresu 0 do 15. Jeeli ta komenda wraca bez odpowiedzi na jego zapytania, to automatycznie zmniejsza si warto Q. Jeeli odpowie wicej ni jeden tag, to zwikszy warto Q, tym samym zwikszaj zakres numerów, które mog by generowane przez tagi. Czytnik moe wydawa zapytanie z parametrem Q=4. Tagi generuj dwa przypadkowe numery, pierwszy z zakresu od zera do , a nastpnie drugi z zakresu od zera do 2 do potgi Q, minus 1. Jeeli Q jest cztery, wtedy 2 do potgi czwartej jest 16, minus 1 równa si 15. Tak wic wszystkie tagi wybieraj drugi przypadkowy numer z zakresu od zero do 15. Czytnik prosi o odpowied kady tag, który wybrał zero jako drugi przypadkowy numer. Jeeli jeden tag miał zero, wtedy odpowiada pierwszym przypadkowym numerem, z zakresu pomidzy 0 a , a czytnik potwierdza odbiór. Poniewa tag został rozróniony, czytnik moe prosto zaliczy tag jako obecny ( Wiem, e tag z przypadkowym numerem jest w polu ). Moe zapisa EPC do tagu, jeeli tag go nie ma, lub moe prosi tag o jego EPC, jeeli tag go posiada. Nastpnie czytnik prosi pozostałe tagi, aby odjły jeden od ich drugiego przypadkowego numeru i rozrónia nastpny tag, który ma zero, i działa w ten sposób tak długo, dopóki nie zostan rozrónione wszystkie tagi. Jeeli nie ma tagów, które wybrały zero jako ich pierwszy przypadkowy numer, wtedy czytnik prosi wszystkie tagi o zmniejszenie ich przypadkowego numeru o jeden, i to działanie trwa tak długo, dopóki jeden z tagów nie odpowie, e ma zero. Jeeli odpowiedz dwa tagi, czytnik nie moe odczyta adnego z nich, tak wic wydaje negatywne potwierdzenie odbioru, które mówi tagom, aby czekały na inne zapytanie, dopóki nie zareaguj ponownie. Ten protokół powoduje, e jest nadzwyczaj nieprawdopodobne, e czytnik bdzie rozróniał dwa tagi, kiedy planował rozmawia tylko z jednym mówi Diorio. Sesje Jedn ze słaboci protokołów EPC Gen 1 była moliwo, e jeden czytnik mógłby interferowa z toczcym si zliczaniem grup tagów innego czytnika. Załómy, ze stały czytnik zlicza wszystkie otagowane produkty na półce. Odczytuje tag i kae przej jemu w stan upienia, i moe odczyta nastpny tag. Kiedy jest w połowie zliczania np. 100 produktów, kto przechodzi z rcznym czytnikiem, szukajc okrelonej pozycji na półce. Rczny czytnik poleca tagom obudzi si i odpowiedzie. Teraz stały czytnik musi rozpocz zliczanie od nowa. Aby unikn tego problemu, protokół EPC Gen 2 wprowadza pojcie nazwane sesj. Kady tag ma moliwo działa w zakresie czterech oddzielnych sesji. Sprzedawca detaliczny lub producent moe tak ustawi swój system, e wszystkie stałe czytniki czytaj tagi w sesji 1, a wszystkie rczne czytniki stosuj sesj 2. Zatem jeeli stały czytnik usypia tagi w sesji 1, rczny czytnik moe komunikowa si z tagami w sesji 2 i nie interferowa z toczcym si zliczaniem wykonywanym przez stały czytnik w sesji 1. Sesje s bardzo wan cech, która daje kocowym uytkownikom moliwo uniknicia posiadania czytników interferujcych ze sob nawzajem podczas ich działania mówi Roger

5 Standard protokołu GEN2 cz.1. Strona: 5 Stewart, członek EPCglobal HAG i dyrektor techniczny Intellefex w Kalifornii, producent odczytywanych z duej odległoci, zasilanych bateryjnie tagów RFID. W tym punkcie nie jest jasne, jak czytniki bd okrela, której uywa sesji. Kocowy uytkownicy bd prawdopodobnie przydziela róne sesje do rónych typów czytników. Na przykład, firma moe mie przy bramach czytniki uywajce sesji 1, czytniki na wózkach widłowych stosujce 2 sesj, a czytniki rczne stosujce sesj 3. To s niektóre ze znaczcych nowych cech w protokole EPC Gen 2. Cechy te wynikły z potrzeb pierwszych firm wdraajcych techniki EPC, polepszaj one działanie systemów, a firmom daj wiksz elastyczno w stosowaniu systemów EPC. Literatura: RFID Journal Special Report, 28 Marzec 2005r., 4 kwiecie 2005r. opr. Paweł Kamierczak GS1