RFID – tehnologija prihodnosti
Kdorkoli me pozna, ve, da sem precej strasten navdušenec za tehnologijo. Pa ne, da obsesivno sledim najnovejši trendom, in oh in sploh, vendar ko me zadeva ‘zagrabi’, je običajno eden mojih prvih refleksov, da o njej preberem vse, kar najdem. 😀
Tako da vam v tem članku, prvem v seriji o RFID – predstavljam eno izmed mojih ‘tehno’ obsedenosti.
Vse se je začelo leta 2012, ko sem, hočeš nočeš, iskala temo za pisanje diplomske naloge. Kot nadobudnemu bodočemu inženirju logistike je to zame pomenilo a) nekaj v zvezi s transportom in b) nekaj o tehnologiji. Ker žal nimam ravno dostopa do NASINIH ‘top secret’ projektov za raziskavo Marsa, sem se morala zadovoljiti z nečem bolj prizemljenim (šmrk). In seveda, ker dobre stvari pridejo, ko jih najmanj pričakuješ, me je moja tema pričakala ravno v mojem naljubšem kotičku mesta.
V knjižnici.
Tema je bila… RFID. Ali bolje, novi sistem za izposojo in vračanje knjig, ki so ga takrat imeli že nekaj pol leta. Na kratko, z novim sistemom si lahko člani Osrednje knjižnice Celje sami izposojajo ali vračajo gradivo, ne da bi morali iti h knjižničarju da opravi ‘uradno’ transakcijo. Seveda to ni rešilo problema, če si imel na knjigo zamudnino – takrat si še vedno moral, hočeš nočeš, zaviti h knjižničarju, da jo plačaš, toda izposoja, vračilo in podaljšava so bile v veliki meri prevzete s strani avtomatov, ki so bili postavljeni v ta namen. Knjižničarji so seveda še naprej vračali in izposojali knjige in pomagali, če je obiskovalec iskal kakšen določen naslov ali temo, ter vračali gradivo na police. Po začetni skeptiki se je sistem dobro ‘prijel’ med uporabniki, predvsem med mladimi in odraslimi, starejši pa še vedno raje zavijejo h knjižničarju da si izposodijo gradivo, medtem ko ga počasi vse več vračajo prek knjigomata.
Toda vrnimo se nazaj k naši temi. Čeprav sem zdajle malce zašla od bistva, ker sem se razpisala o sistemu za izposojo in vračanje knjig, vam bom tukaj predstavila tehnologijo, ki leži za njim – kaj je, kako deluje, zgodovino, kje se uporablja ter njene prednosti in slabosti. Uff, precej zajeten kup nas čaka, vendar upam, da boste na tem potovanju z mano uživali.
Tako. V tem članku bomo na kratko predstavili definicijo, delovanje in zgodovino RFID.
Kaj RFID sploh je in kako deluje?
RFID lahko definiramo kot proces in tudi kot tehnologijo. Ker se oba pojma medsebojno prepletata, bomo tudi definicije temu ustrezno prilagodili.
Kot proces je RFID poznan pod imenom radiofrekvenčna identifikacija (angl.Radio Frequency Identification ), deluje pa na principu uporabe elektromagnetnih radijskih valov, ki potujejo med čitalcem in nalepko (angl. tag), ter tako prenašajo informacije. Če naj celoten RFID proces sploh deluje, moramo imeti vsaj osnoven sistem, preko katerega bo opisani proces potekal. To pomeni, da je tak sistem zgrajen iz tiskalnika/enkoderja, nalepk, čitalnika, operacijskega sistema računalnika ter vhodno-izhodnih enot računalnika.
Če gremo po fazah uporabe RFID tehnologije, torej dobimo takšno sliko:
Slika 1: RFID sistem in povezave med posameznimi komponentami
Vir: “Working principle of RFID Technology” [dolphinrfid.in], b.d.
Po delovanju lahko RFID proces glede na sliko razčlenimo na štiri faze:
- tiskanje nalepk in pisanje podatkov – s posebnim tiskalnikom na prazno nalepko natisnejo čip, anteno in vezje ter na čip preko radijskih valov vnesejo podatke o stvari, na kateri bo nalepljena ali kako drugače pritrjena RFID nalepka;
- identifikacija, branje in prenos podatkov – čitalnik s pomočjo radijskih valov ‘zbudi’ nalepko, ki mu preko antene posreduje zahtevane podatke, ki jih čitalnik prenese naprej v operacijski sistem preko vmesnega programa v nadaljnje sortiranje;
- sortiranje dobljenih informacij glede na dane parametre – operacijski sistem s pomočjo ustreznih programov glede na dane parametre pregleda in sortira podatke v vnaprej pripravljene kategorije in pripravi izpis informacij;
- izpis informacij in spreminjanje primarnih parametrov – dobljene informacije se izpišejo na zaslonu ali prek tiskalnika na papir, kjer jih pregleda pristojna oseba, ki – če je potrebno – spremeni primarne parametre operacijskega sistema ali čitalnika.
Kratka zgodovina RFID
Na splošno velja, da začetki radiofrekvenčne tehnologije – v nadaljevanju RFID – segajo v drugo svetovno vojno. Vendar ima RFID dediščino že v 19. stoletju, ko so bazo za kasnejša odkritja gradila takratna velika imena fizike kot je Michael Farady, in pozneje ko je bil izumljen radio, Guilermo Marconi, James Clark Maxwell in Nikola Tesla. Tehnične osnove radia je sicer kot prvi razvil Nikola Tesla konec 19. stoletja, vendar ker sta bili vsa dokumentacija in naprave uničene v požaru leta 1859, so odkritje radia priznali Guilermu Marconiju leta 1896. Nikola Tesla za časa svojega življenja ni uspel pridobiti patentnih pravic za radio; po njegovi smrti leta 1943, pa je vrhovno patentno sodišče ZDA priznalo, da Tesla velja za prvega izumitelja radia. Od svojega izuma naprej se je radio hitro razvijal, in tako je bil naslednji logični korak razvoj radarja
Radar je kratica za RAdio Detection and Ranging – radijsko detekcijo in rangiranje, pozneje se je uporabljal še termin Radio Aircraft Detection And Ranging – ki pomeni radijsko detekcijo in rangiranje letal. Radar kot takšen je odkril škotski fizik Robert Alexander Watson-Watt. Razvijati ga je začel že leta 1912, čez sedem let pa je patentiral zamisel o določanju položaja predmetov s kratkovalovnim radiom. Uradno je radar patentiral leta 1922, pozneje pa je sodeloval tudi pri razvoju radarja v protiletalsko orožje.
Slika 2: Sir Alexander Watson-Watt z originalnim radarjem
Vir: “Sir Robert Alexander Watson-Watt, FRS (1892-1973).”, [rl.ac.uk], b.d.).
Druga svetovna vojna je bila predvsem vojna tehnologije, kjer je radar odigral eno izmed ključnih vlog v zračnih in pomorskih spopadih. Predvsem zračni spopadi so bili popolnoma nov teritorij – tehnologija je napredovala do takšne mere, da so bili načini iz prve svetovne vojne, kako razpoznati zavezniško letalo od sovražnega, zastareli in popolnoma neuporabni. Preden bi protiletalska na tleh odkrila, da letalo, ki leti proti njim ni njihovo, bi bila letala na tleh že zbombardirana in letalske steze uničene do nerazpoznavnosti. Tako so bili inženirji prisiljeni poiskati nov način detekcije letal, ki bi jih dovolj zgodaj opozoril na nevarnost in jim omogočil, spraviti lastna letala v zrak še preden bi sovražnik prišel do letališča. Tukaj pa je prišel v igro radar.
Skoraj sočasno so nemški piloti po naključju odkrili, da če obrnejo letala ko se vračajo k oporišču, se radiofrekvenčni signal spremeni, in tako so nevede odkrili prvi pasivni RFID sistem. Shepard na kratko omeni, da so Britanci šli še korak dlje. Imeli so prednost, da je za njih delal Watson-Watt, izumitelj radia. Watt jim je pomagal zgraditi prvi aktivni sistem ‘sovražnik ali prijatelj’ (angl. Identity Friend or Foe), kratko imenovan IFF. Deloval je tako, da so bila britanska letala opremljena z oddajnikom. Radar na zemlji je poslal signal oddajniku, in ko ga je ta sprejel, je oddal nazaj signal, ki je potrdil, da je letalo zavezniško. Britanci so z uporabo IFF sistema tako vzpostavili temelje za prvi aktivni RFID sistem
Slika 3: Letala, opremljena z RFID se vračajo proti domačemu oporišču
Vir: “RFID and its history”, [rfid-weblog.com] b.d.
Kot smo videli, je RFID doživel in preživel ognjeni krst v uporabi predvsem za vojne namene. Vendar ni bil daleč čas, ko je postal zanimiv tudi za civiliste. Landt tako poroča, da si zasluge za prvo civilno javno obravnavo RFID lasti Harry Stockman z delom ‘Communication by Means of Reflected Power’, ki je bilo objavljeno leta 1948. Dodatno citira, da čeprav je v RFID videl priložnost, je Stockman tudi opozoril na nezrelost tehnologije za tiste čase z besedami, da bo očitno potrebno veliko raziskav in razvoja, preden bodo razrešeni preostali problemi in bo tehnologija sploh uporabna v praktičnem smislu.
V letih po vojni, predvsem v času 1950-1960 so se odkritja na področju radiologije nadaljevala z novim zagonom; znanstveniki in akademiki v ZDA, Evropi in Japonski so raziskovali in predstavljali izsledke z razlagami, kako je lahko radijsko-frekvenčna energija uporabljena v zaznavanju oddaljenih objektov. Podjetja so začela oglaševati sisteme proti kraji (angl. anti-theft,) na podlagi uporabe radio valov, če je bil določen izdelek plačan ali ne. Iz tistega časa je najbolj znana, in še danes uporabljana, nalepka EAS – kratica za Electronic Article Surveillance. Princip je bil preprost – nalepka ima 1 bit spomina ki je bil programiran glede na stanje. Če izdelek ni bil plačan, je bila nalepka aktivirana, po plačilu pa se je deaktivirala s pomočjo ustrezne programske opreme
Slika 4: Eden prvih povojnih prototipov radarja
Vir: “WTVT Weather”, [big13.net],b.d.
Prvi patent za RFID je registriral Mario W. Cardullo leta 1973. Patentiral je aktivno RFID nalepko z R/W (angl. Read/Write, bralno-pisalnim) spominom. Istega leta je Charles Walton, bivši IBM-ov raziskovalec, patentiral pasivni oddajnik za brezključno odpiranje vrat. Kartica z vgrajenim oddajnikom je komunicirala preko signala s čitalcem, in če je čitalec zaznal ustrezno kodo, so se vrata odklenila. Walton je razvil omenjeno tehnologijo v sodelovanju s podjetjem za ključavnice Schlage
Že prej pa so obstajali tudi RFID sistemi za sortiranje pošte in prtljage. Tako je leta 1970 Los Alamos National Laboratory na zahtevo ministrstva za energijo razvil sistem za sledenje nuklearnih materialov. Skupina znanstvenikov je prišla na idejo, da vgradijo oddajnik v tovornjak, čitalce pa na vhodno-izhodna vrata iz prostora/skladišča. V sredini 1980 je omenjeni projekt na novo zaživel v obliki sistemov avtomatiziranega plačevanja cestnine – ti sistemi so prešli v uporabo na cestah, mostovih in tunelih povsod po svetu,
Pozneje je na prošnjo ministrstva za kmetijstvo (angl. Department of Agriculture,) laboratorij v Los Alamosu razvil tudi pasiven RFID za sledenje kravam. Problem je bil, da ko so kravam dozirali hormone in zdravila, so morali biti ti individialno odmerjeni, da ni katera od živali po pomoti dobila dvojne doze. Zato so raziskovalci v Los Alamosu razvili pasiven RFID sistem z ultra visokofrekvenčnimi valovi (angl. Ultra High Frequency, kratica UHF). Krave so opremili s čipi v ušesih, ki so vsebovali potrebne podatke o dozah zdravil ali hormonov, ki so jih krave prejemale. S pomočjo ročnega čitalca so lahko kmetje preverili stanje in po potrebi dodali ali spremenili doze.
V dodaten odgovor na ta problem so podjetja razvila nizkofrekvenčen (125 kHz,) sistem z manjšimi oddajniki. Oddajnik v majhni stekleni kapsuli so z injekcijo vsadili pod kožo živali, in potem s čitalcem prebrali podatke z oddajnika in jih po potrebi spremenili. Ta sistem se v kmetijstvu ni toliko obnesel, vendar se je njegova uporaba toliko bolj zakoreninila pri označevanju primerkov redkih pasem živali. To vrsto sistema se največ uporablja za čistokrvne predstavnike različnih pasem psov, mačk in po potrebi, konjev.
Ko so bili nizkofrekvenčni sistemi komercializirani, so podjetja ponudila RFID sisteme na visoki frekvenci (13,56 MHz), ki pa je uporabniki po svetu večinoma niso uporabljali ali regulirali, čeprav je visoka frekvenca ponudila večji rang in hitrejši transfer podatkov. Podjetja, še posebej evropska, so začela uporabljati visokofrekvenčni sistem za sledenje uporabljanih konternerjev in drugih sredstev. Exxon Mobil je na tem področju postal pionir z uvedbo sistema Mobile Speedpass, ki je temeljil na avtomatiziranem plačevanju cestnine, vendar je RFID nalepka, ki so jo uporabljali, lahko posredovala še podatke o vozniku, tovoru in času oddaje ali sprejema tovora.
V zgodnjih 1990 letih so IBM-ovi inženirji razvili in patentirali ultravisokofrekvenčni (v nadaljevanju UHF,) RFID sistem. UHF je ponudil večji bralni rang – do 20 čevljev (približno 15 metrov,) v optimalnih pogojih in hitrejši prenos podatkov. IBM je s to tehnologijo naredil nekaj poskusov v sodelovanju s podjetjem Wal-Mart,vendar mu ni uspelo širše komercializirati UHF tehnologije, tudi zato, ker je v sredini 1990 let zašel v finančno krizo. Tako je bil IBM prisiljen prodati patente za UHF tehnologijo podjetju Intermec, ki je bil ponudnik za črtne kode.
Podjetje Intermec je sistem nadalje prilagodilo za široko uporabo – njegovi sistemi so bili implementirani in uporabljeni v neštetih različnih aplikacijah – od skladiščenja do kmetijstva. Ker je pa bila v tem času tovrstna tehnologija draga zaradi nizke prodaje, pomanjkanja odprtih mednarodnih standardov in visokih zagonskih stroškov uporabe RFID sistema, je UHF različica RFID doživela zastoj.
Ponovno je UHF RFID dobil zagon v letu 1999, ko so Uniform Code Council, EAN International, Proctor&Gamble in Gilette investirala denar v izgradnjo Auto-ID centra na masscheutskem inštitutu za tehnologijo (MIT). Dva tamkajšnja profesorja, David Brock in Sanjay Sarma, sta že pred ustanovitvijo Auto-ID centra raziskovala možnosti za uporabo poceni RFID nalepk na vseh izdelkih za njihovo sledenje skozi oskrbovalno verigo. Prišla sta na idejo, da bi nalepka vsebovala samo serijsko številko, tako da bi omogočili nizko ceno nalepke – preprost mikročip, ki hrani malo informacij je vsekakor cenejši kot bolj kompleksen čip z več spomina. Podatki, povezani s serijsko številko na nalepki, bi bili shranjeni v podatkovni bazi ki bi bila uporabnikom dostopna prek interneta
S tem predlogom sta Brock in Sarma odprla povsem nov pogled na uporabo RFID sistemov v oskrbni verigi. Pred tem so nalepke delovale kot mobilne baze podatkov, ki so prenašale informacije o izdelku ali kontejnerju, v katerem je bil izdelek shranjen v času transporta, kar ni bilo nič drugače od črtne kode. Brock in Sarma sta predstavila možnost integriranja RFID tehnologije v spletno omrežje in s tem nov koncept delovanja oskrbne verige, kar je bilo še posebej pomembno za podjetja. Zdaj je lahko tovarna avtomatsko obvestila podjetniškega partnerja, kdaj bo tovor zapustil tovarniški ali skladiščni dok, in trgovec je lahko avtomatsko obvestil tovarno, kdaj je tovor prispel (Roberti, b.d.). RFID je tako poenostavil oskrbovalno verigo in zmanjšal število človeških napak v samem procesu, hkrati pa je tudi pozitivno vplival na prihranek časa in denarja pri uporabnikih RFID.
Auto-ID center je nato med leti 1999 in 2003 pridobil podporo več kot 100 velikih podjetijh, med drugim ministrstva za obrambo ZDA in več ključnih prodajalcev RFID tehnologije. Z njihovo podporo je tako Center lahko odprl raziskovalne laboratorije v Avstraliji, Angliji, Švici ter na Japonskem in Kitajskem. Razvil je dva protokola za radijski vmesnik (angl. air interface protocol), poznana kot razred 1 in razred 0 (angl. class 1, class 0), elektronsko kodo za nalepke (angl. EPC-Electronic Product Code,). in omrežno arhitekturo za pregled podatkov na RFID nalepki preko internet. Leta 2003 pa je Uniform Code Council licenciral tehnologijo in hkrati ustvaril EPCglobal kot skupni projekt z EAN International z namenom komercializacije EPC tehnologije. Že oktobra istega leta je Auto-ID center prenehal delovati, vendar so delo centra nadaljevali Auto-ID laboratoriji po svetu.
Nekatere od največjih svetovnih trgovin, med njimi Albert Sons, Metro, Target, Tesco, Wal-Mart in kot posebnost ameriško ministrstvo za samoobrambo so oznanili in z različnim uspehom realizirali načrte za adaptacijo RFID tehnologije v lastnih oskrbnih verigah. Dodatno je EPCglobal decembra leta 2004 ratificiral standard za drugo generacijo RFID, in s tem položil temelje za širšo uporabo RFID tehnologije
Trenutno so največji uporabniki RFID tehnologije vojska, zdravstvo, industrija in knjižnice. Čeprav se ovire za splošno uporabo RFID, kot je visoka cena nalepk in tiskalnih strojev ter programske opreme za RFID, znižujejo, še vedno obstajajo prepreke – ena izmed največjih je različna interpretacija in uporaba RFID standardov. Medtem ko se tehnologija razvija v smeri pocenitve vseh možnih fizičnih RFID komponent, se zdaj dela predvsem na standardih in njihovi združitvi.
Se nadaljuje … Uporaba RFID v praksi