Standard protokołu interfejsu komunikacyjnego UHF EPC Generacji 2

Transkrypt

1 Standard protokołu GEN2 cz.2. Strona: 1 Standard protokołu interfejsu komunikacyjnego UHF EPC Generacji 2 Cz 2. Najbardziej znaczce ulepszenia protokołu EPC Gen 2 w porównaniu do protokołu EPC Gen 1. Standard protokołu interfejsu komunikacyjnego drugiej generacji zawiera kilka najlepszych aspektów interfejsu komunikacyjnego zastosowanego w protokołach EPC Gen 1 i ISO, i dodaje niektóre cechy zapoyczone z innych systemów komunikacyjnych, takich jak rutery Wi-Fi, w celu stworzenia komunikacji czytnik-tag, która jest szybsza i pewniejsza (jak równie lepiej dajca sobie rad z szumem w rodowisku, jak opisano w rozdziale Tryb gsto-czytnikowy w Czci 1) ni we wszystkich istniejcych protokołach RFID. Jak ju stwierdzono w Czci 1, uytkownicy RFID musz by wiadomi, e czytniki nie musz posiada wszystkich cech i ulepsze wbudowanych w protokół EPC Gen 2. Chocia wic bieca produkcja czytników UHF moe zosta zaktualizowana pod wzgldem wyposaenia i firmware u w celu umoliwienia tym czytnikom odczytu tagów EPC Gen 2, to jednak mog one nie by zdolne do wykorzystania opisanych poniej ulepsze. Szybsze czytanie Protokół EPC Gen2 został zaprojektowany w celu umoliwienia czytnikom odczytu danych i zapisu danych w tagach RFID znacznie szybciej ni w protokołach EPC Gen 1. EPC Gen 2 umoliwia przesyłanie danych z tagu-do-czytnika z szybkoci a do 640 kilobitów/s, w porównaniu do 80 kilobitów/s dla EPC Gen 1 klasy 0 i 140 kilobitów/s dla Gen 1 klasy 1. Szybsza transmisja oznacza, e firmy nie musz spowalnia ich działa, aeby odczytywa tagi. Ponadto protokół EPC Gen 2 wymaga, aby w tagach zapisa 16 bitów w mniej ni 20 ms. Zapisanie 96 bitów EPC, plus nagłówek (kilka bitów dodatkowej informacji zgromadzonej w tagu), powinno zabra mniej ni 140ms, pozwalajc czytnikom programowa tagi z szybkoci 7 tagów na sekund w terenie, co oznacza, e producenci nie bd musieli zwalnia ich linii produkcyjnych w celu zapisania EPC do tagów. Kocowi uytkownicy powinni si spodziewa, w odpowiednio wdroonym systemie, osignicia szybkoci odczytu tagów trzy do omiu razy wikszej ni w EPC Gen 1, mówi Chris Diorio, współ koordynujcy EPCglobal Hardware Action Group (HAG), która rozwija protokół EPC Gen 2, oraz załoyciel i prezes Impinj, firmy produkujcej wyposaenie RFID. Zabierze troch czasu dostanie si do tego punktu, poniewa producenci czytników musz optymalizowa ich systemy w celu uzyskania prawdziwych korzyci. Lecz ten potencjał istnieje. William Colleran, prezes and CEO w Impinj, dodaje, e interfejs komunikacyjny EPC Gen 2 uywa widma UHF wydajniej i powinien polepsza działanie systemów w przypadku, gdy w pomieszczeniach jest wiele czytników. Spektrum dozwolone dla UHF RFID jest ograniczone, mówi. Moliwo uycia go w bardziej wydajny sposób oznacza, e moesz mie wicej czytników pracujcych skuteczniej w rodowisku. Nie jest jasne, jak systemy EPC Gen 2 bd działa w wiecie rzeczywistym, lecz wiceprezes Allen Technology ds. rozwoju korporacji, Tom Pounds, mówi, e uytkownicy powinni spodziewa si przy właciwie zainstalowanym systemie EPC Gen 2 działania o 50% szybszego ni w systemie EPC Gen 1 w USA i o 100% szybszego ni w Europie.

2 Standard protokołu GEN2 cz.2. Strona: 2 Mniej odczytywanych duchów Jednym z problemów wczesnych wdroe było napotykanie odczytu duchów przy wykorzystywaniu protokołu EPC Gen 1 klasy 0. Czasami czytnik myli, e odczytuje tag z okrelonym ID, kiedy tag z tym ID nie jest obecny. RFID Alliance Lab, non-profit centrum badawcze w Uniwersytecie Kansas, potwierdziło, e odczyty duchów s problemem. Mielimy dane z prób odczyt tagów klasy 0, w których, wierzymy, znalelimy 677 odczytów duchów, mówi Daniel Deavours, dyrektor badawczy laboratorium. To sugeruje zakres odczytu tagów-duchów w iloci 1,3 na odczytów. Dodatkowe testy ze odczytów potwierdziły nasze wyniki. Odczyt duchów moe stwarza problem dla systemów inwentaryzacyjnych, które mog by aktualizowane pod wzgldem opakowa zbiorczych lub palet, które w rzeczywistoci nie istniej. EPCGen 2 uywa rónych technik w celu znaczcego ograniczenia szans posiadania odczytu duchów. Po pierwsze, kiedy czytnik RFID EPC Gen 2 wysyła polecenie zapytania, tag musi odpowiedzie po znanym opónieniu, z niepewnoci, która ma tylko 4 milionowe sekundy długoci. Jeeli tag odpowiada po tym czasie, czytnik ignoruje tego taga. Jeeli tag odpowie w odpowiednim oknie czasowym, rozpoczyna si dialog czytnik-tag. Tag pierwszy wysyła co nazywane wstpem, unikaln długo fali, która nie wyglda jak szum. Jeeli czytnik widzi i zatwierdza wstp, to nastpnie szuka fali radiowej, która bdzie tłumaczona na bity danych z tagu. Czytnik sprawdza strumie bitów, eby zobaczy, czy jest to poprawny format EPC. Jeeli tak, to komunikacja jest kontynuowana. Jeeli nie, to czytnik zaczyna komunikowanie si z innym tagiem znajdujcym si w polu odczytu. Tag EPC Gen 2 jest zaprojektowany w celu powiedzenia czytnikowi, jak wiele bitów jest wysyłanych, tak wic czytnik porównuje liczb otrzymanych bitów z liczb bitów, jak powiedział tag, e wysyła. Jeeli wszystko pasuje, to czytnik przechodzi przez cyclic redundancy check (CRC), 16-bitow kontrol błdu (która jest take stosowana przez systemy EPC Gen 1 klasy 1 w celu zapobiegania odczytowi duchów), aeby zapewni otrzymanie całej wiadomoci bez uszkodze. Jeeli tag przejdzie te pi sprawdze, to jest wanym tagiem. Prawdziwy czytniki RFID EPC, wdraajc właciwie te sprawdzenia, bdzie miał astronomicznie niskie prawdopodobiestwo odczytu duchów, mówi Diorio. Polecenie wyboru Protokół EPC Gen 1 klasy 1 umoliwia czytnikowi zidentyfikowanie kilku tagów poprzez dopasowanie bitów danych. Jeeli EPC zawiera kod producenta 12345, a detalista chciałby policzy wszystkie opakowania zbiorcze na palecie od poszczególnych producentów, to mógłby poinstruowa czytnik, aby liczył wszystkie opakowania zbiorcze, które maj kod producenta w ich EPC. Zostało to zaprojektowane w celu dania kocowemu uytkownikowi szybkiej cieki do przeprowadzenia inwentaryzacji. Protokół EPC Gen 2 oferuje elastyczniejsz wersj tej cechy. Czytnik RFID EPC Gen 2 moe wybra tagi w polu odczytu przed zinwentaryzowaniem ich poprzez wysłanie nowego polecenia nazywanego wybór. Moe ono szuka pasujcych bitów w ID tagów, EPC lub w pamici uytkownika. Jeeli paleta zestawiona z otagowanych opakowa zbiorczych przechodzi przez wejcie magazynu, czytnik moe wysła polecenie wyboru do tagów z EPC, które wskae, e s one tagami palet i tylko tagi palet maj odpowiada. Lub czytnik mógłby wybra tylko tagi opakowa zbiorczych. Czytniki RFID EPC Gen 2 mog uywa kilku wybranych polece dla bardziej złoonych działa. Przypumy, e sprzedawca detaliczny chce zidentyfikowa wszystkich kartony z mlekiem, dla których minła data wanoci. Czytnik moe wybra wszystkie tagi na kartonach

3 Standard protokołu GEN2 cz.2. Strona: 3 mleka poprzez wysłanie odpowiedniego polecenia wyboru, kierujc si czci EPC tagu. Nastpnie czytnik moe wysła drugie polecenie wyboru, proszc o tagi z EPC, który wskae, e mleko jest starsze ni jeden tydzie. Czytnik działa zgodnie z dopasowywaniem, dlatego najlepszym sposobem jego uycia jest nie wybiera wszystkiego, czego nie chcesz liczy, a liczy, co pozostaje, mówi Steve Smith, załoyciel firmy Alien. W ten sposób, jeeli tag opuci polecenie wyboru, to nie jest problemem. Lecz polecenie bdzie uyteczne, jeeli informacja w tagu, szczególnie EPC, jest standaryzowana, mówi Roger Stewart, Członek EPCglobal Hardware Action Group (HAG) i szef techniczny firmy Intellefex, producent zasilanych bateryjne Tagów RFID. Jeeli mamy wybór rónych schematów numerowania, tak jak teraz bdzie, wtedy nie bdzie sposobu wybrania wszystkich produktów typu kawa, lub nie wyborania wszystkiego z czego jeszcze. Polecenie wyboru moe by mocnym narzdziem pozwalajcym kocowym uytkownikom szybko zidentyfikowa produkty. Stewart wierzy, e kocowi uytkownicy bd eksperymentowa z tym i rozwija strategie dla standaryzacji pewnych bitów na tagach, eby polecenie wyboru mogło by wysyłane do tagów. Symetria AB W protokołach EPCGen 1 i nawet w wikszoci istniejcych protokołów RFID czytnik otrzymuje numer ID z tagu, a nastpnie kae tagowi zasn, tak wic czytnik moe czyta inne ID tagów bez ingerencji pierwszego tagu.. Czasami tag moe wymaga długiego czasu, aby si obudzi (powiedzmy, jeeli tag został przymocowany do opakowania mroonych ryb i włoony do zamraarki, gdy opakowanie jest wyjmowane z zamraarki, czytnik próbuje odczyta tag), lub uszkodzony tag moe przej w stan upienia i nigdy si nie obudzi. Protokół EPC Gen 2 nie uywa stanu upienia lub stanu ciszy. Zamiast tego stosuje dwusymetryczny stan, który po prostu oznaczono jako A lub B. Kady tag ma etykiet lub flag A albo B. Powiedzmy wic, e w polu odczytu jest 50 tagów A i 50 tagów B. czytnik mówi Chc odczyta tylko tagi A. Po zliczenie kadego tagu A, zmienia jego flag na B. Nastpnie czytnik odczytuje wszystkie tagi B, ustawiajc kad flag z powrotem na A gdy zlicza tag. Czytnik teraz wie, e odczytał 50 tagów A i 100 tagów B (50 tagów A staje si 50 tagami B). Jeeli teraz odczyta 100 tagów A, to wie, e odczytał wszystkie tagi w polu odczytu i jest tam ich 100. Korzyci symetrii AB jest to, e unika si problemu ustawienia tagów w stan upienia i nastpnie usiłowania obudzenia ich. W połczeniu z cech sesji opisan w Czci 1, symetria AB daje systemom GS1 elastyczno w posiadaniu wicej ni jednego czytnika odczytujcego tagi w polu odczytu (tag EPC Gen 2 ma cztery oddzielne pary flag AB, jedna dla kadej z jego czterech sesji). W zakresie protokołów EPC Gen 1 czytnik odczytywałby tag i ustawiał go w stan upienia, nastpnie odczytywał inne tagi w polu odczytu. Posiadanie czterech oddzielnych sesji pozwala wicej ni jednemu czytnikowi odczytywa tagi, a symetria AB unika problemu posiadania jednego czytnika ustawiajcego tag w stan upienia a nastpnie posiadanie innego czytnika budzcego go i kolidujcego ze zliczaniem pierwszego czytnika. Istnieje tutaj analogia. Np., Robert liczy opakowania zbiorcze na zapleczu i nakłada niebiesk naklejk na kade policzone ju opakowanie (analogicznie do odczytu tagu i ustawienia go w stan upienia ), a nastpnie wchodzi Sarah i chce policzy opakowania zbiorcze z innych powodów. Zaczyna usuwa niebieskie etykiety z opakowa, które ju policzyła (tj. budzi tagi). Teraz adne z nich nie bdzie zdolne do uzyskania dokładnej iloci opakowa.

4 Standard protokołu GEN2 cz.2. Strona: 4 Teraz pozwólmy Bobowi nałoy niebiesk etykiet na kade opakowanie, które policzył, nastpnie usuwa j i zastpuje ółt etykiet w celu potwierdzenia jego liczenia (tzn. zmienia symetri z A na B). Wchodzi Sarah i kładzie pomaraczow etykiet na kade opakowanie, które policzyła, a nastpnie zamienia j na fioletow etykiet. Teraz oboje mog liczy bez przeszkadzania sobie nawzajem. Dłusze hasła Protokoły EPC Gen 1 maj zdolno do wysłania polece kill, aby na stałe zdezaktywowa tag jako rodek zabezpieczajcy prywatno klienta. Aby zapobiec temu, e ludzie wchodz do sklepu i kill (dezaktywuj) tag, pierwotny protokół klasy 1 wymagał, aby czytnik wysyłał 8-bitowy kod kill zanim tag mógłby zareagowa na polecenie kill przez trwałe przejcie w stan upienia. Problem z 8-bitowym kodem kill jest taki, e 8 bitów koduje tylko 256 unikalnych numerów (z zakresu od 0 do 255). Ktokolwiek z rcznym czytnikiem mógłby wysyła 256 przypadkowych numerów do taga dopóki nie trafiłby w kod kill. (powód dla tak krótkiego kodu kill jest taki, e projektanci protokołu chcieli, aby układ scalony potrzebny do uruchomienia protokołu był moliwie jak najprostszy, aby obniy koszty). Protokół klasy 0 stosował 24-bitowy kod kill, który jest lepszy, ale nie oferuje jeszcze odpowiedniego zabezpieczenia dla uytkowników. Kocowi uytkownicy chcieli lepszego zabezpieczenia dla tagów, poniewa mieli nadziej na zastosowanie tagów nie tylko do identyfikacji, lecz take jako urzdzenia antykradzieowe (Czytniki RFID istniejce w sklepach mog odczytywa tagi, a system moe sprawdza, czy tag jest na produkcie, za który zapłacono, a jeeli nie, włcza alarm). Nowy protokół EPC Gen 2 cechuj 32-bitowe hasła, które s uywane dla kodu kill, jak równie dla blokowania i odblokowywania pamici. To oznacza, e istnieje wicej ni 4 mld opcji hasła, co czyni tag odporniejszym na próby złamania hasła i kill (dezaktywowanie) bez pozwolenia właciciela. Konkluzja Nowy protokół EPC Gen 2 cechuj znaczce ulepszenia w stosunku do protokołów EPC Gen 1 i ISO UHF, i te ulepszenia umoliwiaj producentom sprztu i dostawcom systemów rozwijanie wyposaenia, które działa lepiej i z wiksza elastycznoci ni istniejce systemy. Lecz rodzi si pytanie, ile bd musieli zapłaci kocowi uytkownicy za te wszystkie ulepszenia w działaniu i dodatkowe cechy w protokole EPC Gen 2. Według firmy Alien Technology, układy scalone EPC Gen 2 bd miały około tranzystorów, w porównaniu z w EPC Gen 1 klasy 1 IC. To oznacza, e jeeli czipy krzemowe dla EPC Gen 2 zostałyby wykonane w tym samym procesie produkcji co stosowany dla tagów EPC Gen 1, to czipy EPC Gen 2 byłyby blisko dwa razy wiksze (czipy nie były by cztery razy wiksze, powiedział Smith, poniewa logika cyfrowa stanowi tylko około 30% mikroczipa. Reszta jest stosowana dla pompy ładunkowej, regulatora napicia i innych elementów, które nie zmniejszaj si tak łatwo jak logika cyfrowa). To znaczy, e jeeli czipy silikonowe stosowane w EPC Gen 2 zostały by wykonane w tym samym procesie produkcji, to Tagi EPC Gen 2 były by drosze ni tagi EPC Gen 1. Aby tego unikn, firmy bd prawdopodobnie przechodzi na bardziej zaawansowane procesy produkcji krzemu, co pozwoli im na zmniejszenie EPC Gen 2 IC (akronim ang. Integrated Circuit) do około 80% wymiaru czipa EPC Gen 1 klasy 1. To nie oznacza, e czipy EPC Gen 2 bd o 20% tasze ni

5 Standard protokołu GEN2 cz.2. Strona: 5 czipy EPC Gen 1, poniewa bardziej zaawansowana technika produkcji krzemu jest drosza, co równoway pewne korzyci ze zmniejszenia czipa. Pierwsze czipy EPC Gen 2 bd prawdopodobnie kosztowały tyle samo, ile obecnie czipy EPC Gen 1, co oznacza, e spodziewany spadek cen tagów zostanie opóniony o rok. (tagi EPC Gen 1 przejd na bardziej zaawansowany krzem i bd o około 20% tasze w kocu 2005r.). Ci, którzy pracowali nad protokołem, mówi, e był niewielki wybór. Kocowi uytkownicy prosili nas o zestaw cech, który chcieliby mie w protokole, a dostarczenie tego było prac Hardware Action Group, mówi Smith. To s koszty, lecz to jest to, czego oni chcieli. Literatura: RFID Journal Special Report, 28 Marzec 2005r., 4 kwiecie 2005r. opr. Paweł Kamierczak GS1