OLVASÓ PLATFORMOK VIZSGÁLATA

Átírás

1 Leírás OLVASÓ PLATFORMOK VIZSGÁLATA R13B - OLVASÓK VIZSGÁLATA, MÉRÉSEK KÉSZÍTÉSE HARDVERELEMEK VIZSGÁLATA R1 - A TÉRBELI RÁDIÓFREKVENCIÁS AZONOSÍTÁS LEHETŐSÉGEINEK KUTATÁSA BUDAPEST, 2013

2 Tartalomjegyzék 1. A DOKUMENTUM POZICIONÁLÁSA A TÉRBELI RÁDIÓFREKVENCIÁS AZONOSÍTÁS LEHETŐSÉGEINEK KUTATÁSA HARDVERELEMEK VIZSGÁLATA R13A OLVASÓK VIZSGÁLATA CÉLJA EREDMÉNYEI VIZSGÁLT UHF RFID OLVASÓK INTELLEFLEX FMR-5000 UHF RFID OLVASÓ MŰKÖDÉSI PARAMÉTEREK BEÜZEMELÉS CSATLAKOZÁS AZ OLVASÓHOZ TCP/IP PROTOKOLLON KERESZTÜL XML INTERFÉSZ KAPCSOLAT TESZTELÉSE TAG-EK FELDERÍTÉSE MEGJEGYZÉS ALIEN ALH-9001 UHF RFID KÉZI OLVASÓ PARAMÉTEREK MÉRÉSHEZ HASZNÁLT RENDSZEREK FMR-5000 ALAPÚ MÉRŐRENDSZER, FMR 5000 HOST APPLICATION AZ FMR 5000 HOST APPLICATION HASZNÁLATA CONNECTION PANEL TAG INVENTORY PANEL MEASURE PANEL ALIEN ALH-9001 ALAPÚ MÉRŐRENDSZER, BAY-ID ALKALMAZÁS AZ ALKALMAZÁS HASZNÁLATA MÉRÉSI EREDMÉNYEK FELDOLGOZÁSA JEGYZŐKÖNYVBE FELVETT ADATOK

3 1. A dokumentum pozicionálása 1.1. A térbeli rádiófrekvenciás azonosítás lehetőségeinek kutatása Az olvasók/antennák dinamikus, kontextus függő vezérlésére szükség van, ami nagyreszt a környezettől függ. Ezért szükséges az RFID rendszerben működő, több objektumra is alkalmas okos lokalizációs es azonosító algoritmusok kidolgozása, amire a jelenlegi rendszerek nem képesek. Szükség van az RFID rendszerben működő okos lokalizációs es azonosító algoritmusok kidolgozására, amire a jelenlegi rendszerek nem képesek. A projekt során kutatjuk az RFID rendszer összetevőit annak érdekében, hogy az egyes alkalmazási területek speciális kihívásainak való megfelelés biztosított-e a jelenleg használt elemekkel, milyen korlátai vannak a rendszereknek, azokat milyen módon lehet a feladat megoldására optimalizálni. E speciális kihívások például: az objektumok anyaga sok esetben fém az objektumok nagy méret- és alakszórása az objektumok tartalmának kiszámíthatatlansága a rendszer működésének jellemzően extrém, különféle területre kell kiterjednie nagyszámú objektumot kell kezelni A projekt fenti speciális kihívásoknak való megfelelés szempontjából az RFID rendszert hardver és szoftver oldalról az alábbi részterületeken vizsgálja rádiójelek terjedése, transzponderek, antennák, protokollok (air interface), olvasók, hálózatok, helymeghatározás, adatbázis tervezés. Az egyes alkalmazási területek, azok extrémitásai és az RFID technológia jellemzői alapján a kutatás célja olyan követelményrendszer megfogalmazására, amelyek a jövőbeni konkrét gyakorlati alkalmazhatóságot nagymértékben elősegítik. Meg kell vizsgálnunk, milyen típusú, karakterisztikájú és elhelyezésű antennával, olvasóval lehet a térbeli rádiófrekvenciás azonosítás pontosságát növelni Hardverelemek vizsgálata Az RFID rendszerek jelenleg használt hardver komponenseit elengedhetetlen mélyreható vizsgálat tárgyává tenni az általuk szolgáltatott funkcionalitás szempontjából. A vizsgálatot tehát az adott alkalmazástípus elvárásainak és környezeti jellemzőinek figyelembevételével kell végezni. Ennek során deríthető ki, hogy a megvalósítandó rendszer által elvárt teljes funkcionalitás halmaz lefedhető-e az elemek ''effektív funkcionalitásával''. Amennyiben nem, akkor egy vagy több olyan speciális rendszerelemet kell tervezni, amely alkalmas a mutatkozó hiányosság kiküszöbölésére. -3-

4 1.3. R13A Olvasók vizsgálata Célja Olvasók vizsgálata, mérési jegyzőkönyvek készítése, olvasókkal mérések végzése valós környezetben a kukaazonosításhoz (fém, műanyag, stb), RFID távoli olvasáshoz, lokalizációhoz Eredményei Mérési rendszer összeállítása mérési eredmények dokumentálása alkalmazás/körülménytípusunként és konklúzió alkalmazás/körülménytípusunként Kiegészítő egységek/szenzorok listája, összekapcsolási tervek -4-

5 2. Vizsgált UHF RFID Olvasók 2.1. Intelleflex FMR-5000 UHF RFID olvasó 1. ábra: FMR-5000 olvasó Működési paraméterek 24V DC tápfeszültség, max. 1.5A áramfelvétel Ethernet csatlakozás, TCP/IP protokollon történő adatátvitel ellentétes irányban cirkulárisan polarizált transceiver és receiver antenna párok, maximum 4 antennapár Beüzemelés Transceiver és Receiver antennák csatlakoztatása: polarizációs irányokra figyelni kell, egy antennapár két tagja legyen ellentétes irányban polarizált LAN kábel csatlakoztatása: közvetlenül PC-hez csatlakoztatás esetén cross-link kábel szükséges, egyéb esetben normál LAN kábellel tápfeszültség csatlakoztatása: ügyelve a csatlakozó polaritására Csatlakozás az olvasóhoz TCP/IP protokollon keresztül A tápfeszültség csatlakoztatása után kb. 2 perccel az olvasó operációs rendszere betöltődött, erről az előlapon látható, piros, narancssárga és zöld LED-ek folyamatos világítása ad visszajelzést. Ha az olvasó korábban nem volt máshogy konfigurálva, DHCP kiszolgálótól vár IP címet, pl. egy átlagos hálózati router-től. Hogy csatlakozni tudjuk az olvasóhoz, ismernünk kell a router által az olvasónak kiosztott IP címet, ezt pl. a router adminisztrációs felületén keresztül tehetjük meg. Az olvasó a 80-as számú hálózati port-ján keresztül hozhatunk létre adatkapcsolatot, XML formátumban küldhetünk, illetve fogadhatunk parancsot vagy státusz üzenetet. Továbbá HTTP -5-

6 protokollon keresztül hozzáférhetünk a webes adminisztrációs felületéhez is, pl. böngészőn keresztül (érdemes Google Chrome-ot használni, Mozilla Firefox-szal nem működik megfelelően) XML interfész Miután csatlakoztunk az olvasó 80-as port-jára, a vezérlő alkalmazásban érdemes egy külön programszálon kezelni az olvasótól érkező üzeneteket, mivel egy parancsra nem feltétlen egy response üzenet érkezik, pl. tag-ek felderítése esetén. Az XML-ben érkező válaszok parse-olását érdemes az olvasó dokumentációja alapján implementálni, beleértve a hibakezelést is Kapcsolat tesztelése olvasó státusz információk lekérdezése: <getinfo></getinfo> -6-

7 válasz az olvasótól (pl.): <getinforeply> <info> <version> </version> <product>i-beam 500</product> <hwversion>1.0</hwversion> <firmwareversion>1.76</firmwareversion> <dspversion>1.7</dspversion> <serialnumber> </serialnumber> <name>fmr5000-1</name> <ip> </ip> <netmask/> <gateway/> <mac>00:50:c2:81:30:0c</mac> <ntpserver>0</ntpserver> <syslogserver/> <syslogport>514</syslogport> <LLRPPort>5084</LLRPPort> <SLRRPPort>1002</SLRRPPort> <XMLPort>80</XMLPort> <loglevel>9</loglevel> <javastatus>0</javastatus> <powerthreshold>1</powerthreshold> <remotelogging>0</remotelogging> <dhcp>1</dhcp> <txant1>1</txant1> <rxant1>1</rxant1> <group1>0</group1> <group2>0</group2> <group3>0</group3> <group4>0</group4> <group5>0</group5> <group6>0</group6> <group7>0</group7> <group8>0</group8> </info> <statistics> <uptime>07:30:25</uptime> </statistics> <errorreport> <NumExceptions>0</NumExceptions> </errorreport> <debug> <load> </load> <maxram>2</maxram> <maxfssize>2</maxfssize> <numprocesses>2</numprocesses> <currentramused>2</currentramused> <currentfsused>2</currentfsused> <currentcpuused>2</currentcpuused> </debug> </getinforeply> -7-

8 Tag-ek felderítése felderítés indítása (loop = 1 paraméter esetén az olvasás folyamatos, egyéb esetben egy olvasási ciklus történik): <findalltags> <loop>1</loop> <reportrssi>1</reportrssi> <singlepass>0</singlepass> <rospec> <id>1</id> <protocol>4</protocol> <power>30</power> <Qval>4</Qval> <txant>1</txant> <rxant>1</rxant> <forwardlinkrate>1</forwardlinkrate> <returnlinkrate>2</returnlinkrate> <inventorytype>0</inventorytype> <returnlinktype>0</returnlinktype> </rospec> </findalltags> az olvasótól érkező findtagsreply típusú üzenetek feldolgozása, egy ilyen üzenet pl.: <findtagsreply> <errorreport> <numerrors>0</numerrors> </errorreport> <tag> <epc> </epc> <rssi>0</rssi> <dbm>-inf</dbm> <count>0</count> <rospecid>1</rospecid> </tag> <tag> <epc>e b3</epc> <rssi>0</rssi> <dbm>-inf</dbm> <count>0</count> <rospecid>1</rospecid> </tag> </findtagsreply> felderítés leállítása (bármikor): <stopaction></stopaction> -8-

9 Megjegyzés Az FMR-5000 olvasó használata során hibát találtunk az olvasóban, ugyanis a transzponderek olvasásakor a visszaérkező jelek teljesítmény indikátor értékei (dbm, RSSI) érvénytelenek, és nem a specifikáció szerint működik az eszköz. Annak érdekében, hogy a méréseket el tudjuk végezni, változtatunk kellett a mérés menetén, a visszaérkező jel teljesítményére a sikeres olvasások számából következtetünk. A hiba javítása céljából felvettük a gyártóval a kapcsolatot Alien ALH-9001 UHF RFID kézi olvasó Paraméterek 2. ábra: Alien ALH-9001 kézi olvasó 5 V tápfeszültség, max. 3 A áramfelvétel 4400 mah akkumulátor Windows CE.NET 5.0 operációs rendszer 3.5 VGA kijelző WLAN b/g Bluetooth mega-pixel kamera 2-D vonalkód olvasó Micro SD kártya bővíthetőség SIM kártya foglalat -9-

10 3. Méréshez használt rendszerek 3.1. FMR-5000 alapú mérőrendszer, FMR 5000 host application Az FMR-5000 UHF RFID olvasó használatához és a mérések elvégzéséhez egy PC-n futó alkalmazást fejlesztettünk ki. Az alkalmazással TCP/IP protokollon keresztül csatlakozhatunk az olvasóhoz, és XML formátumú üzenetekkel kommunikálhatunk vele. Továbbá lehetőség van az XML üzenetek mentésére, és mérések elvégzésére. Az alkalmazás futtatásához szükséges rendszer követelmények: Windows XP vagy újabb operációs rendszer Python telepített környezet wxpython telepített alkalmazás PySerial telepített alkalmazás az alkalmazást futtató PC és az FMR-5000 olvasó azonos hálózatra történő csatlakoztatása (pl. hálózati routeren keresztül) 3. ábra FMR-5000 olvasó használata router-en keresztül -10-

11 Az FMR 5000 host application használata Az alkalmazás elindítását a programkönyvtár src mappájában található app.py fájl futtatásával tehetjük meg. Ha minden szoftver függőségi követelmény teljesült (a követelményekben foglalt szoftverek telepítve vannak), az alkalmazás főablaka megjelenik a képernyőn. Az alkalmazás kezelőfelülete három panelből áll, az első a Connection, azaz csatlakozás panel, ezen keresztül tudjuk felépíteni a kapcsolatot az olvasóval. A második panel a Tag inventory, amin keresztül előre beállított parancsokat küldhetünk az olvasónak a transzponderek felderítésére, és az azonosított tag-ről egy listát kaphatunk. A Measure panelen keresztül méréseket végezhetünk, az olvasó felé időzítésekkel kiadott parancsokat küldhetünk, eredményként a mérési ciklus során leolvasott transzponderekről, és a sikeres olvasások számáról kapunk listát Connection panel Az IP mezőbe az FMR-5000 olvasó IP címét kell megadni, amit legegyszerűbben a router adminisztrációs felületéről kaphatunk meg. Az olvasó specifikációja alapján a 80-as porton keresztül tudunk kapcsolódni, így ezt is meg kell adnunk. Az alkalmazásban lehetőség van soros port csatlakoztatására is, azonban ezt a lehetőséget nem használtuk a beüzemelés és a mérés során, ez a funkció automatizált mérések végzését teszi majd lehetővé egy soros porton vezérelhető forgatóállvány használatával. A command beviteli mezőbe kézileg vihetjük be az olvasó felé küldendő XML formátumú üzenetet, majd a Send gomb megnyomásával küldhetjük ki. A Console mezőben láthatjuk az olvasótól érkező üzeneteket. 4. ábra: Az alkalmazás főablaka -11-

12 Tag inventory panel A Tag inventory panelen keresztül a transzponderek felderítését végezhetjük el, a parancsokat a Command feliratú gombokra kattintva küldhetjük el. A kiküldendő parancsok paramétereit a gombok melletti szöveges mezőkben szerkeszthetjük. A jobb oldali szöveges mezőben a leolvasott tag-ek EPC azonosítója és a leolvasások száma látható. 5. ábra: Tag inventory panel -12-

13 Measure panel A Measure panelen keresztül méréseket hajthatunk végre, pl. transzponderek olvashatóságának megállapításához. A parancsokat a szöveges beviteli mezőben szerkesztetjük, mellette beállíthatjuk, hogy egy parancsot hányszor és mekkora késleltetéssel adjunk ki egymás után az olvasónak, a parancsok fentről lefelé követik egymást. A mérési ciklust a Start gomb megnyomásával kezdhetjük, eredményként megkapjuk a ciklusban olvasott tag-ek azonosítóját és az olvasások számát. Az eredményeket leolvassuk, majd Excel táblázatba mentjük őket, dokumentálva a transzponder paramétereit (típus, pozíció), az olvasási paramétereket (olvasó teljesítmény) valamint a transzponder és az olvasó antenna távolságát. 6. ábra: Measure panel -13-

14 GOP HASZNÁLATARÁNYOS DÍJFIZETÉST LEHETŐVÉ TÉVŐ HULLADÉKGYŰJTÉSI RENDSZER 3.2. Alien ALH-9001 alapú mérőrendszer, BAY-ID alkalmazás A BAY-ID szoftver az Alien ALH-9001 típusú olvasóra készült, futtatását is ezen végezzük. Az alkalmazást megfelelő módon kell telepíteni, hogy az futtatható legyen: a memóriakártya _CABS mappájába másolt telepítő fájl az olvasó indulásakor elindul, és elvégzi az alkalmazás telepítését, majd egy újraindítást követően indíthatjuk el az alkalmazást Az alkalmazás használata Az alkalmazás elindítása utána lehetőségünk van az olvasó közelében lévő transzponderek olvasására, ami megadja a transzponderek azonosítóját valamint a visszaérkező jel teljesítményét jelző RSSI indikátort, amire a méréseket alapozzuk. Ez az indikátor dbm egységben, azaz 1 mw-ra vonatkoztatott arányban adja meg a jelteljesítményt. Az eredményeket leolvassuk, majd Excel táblázatba mentjük őket, dokumentálva a transzponder paramétereit (típus, pozíció), az olvasási paramétereket (olvasó teljesítmény) valamint a transzponder és az olvasó antenna távolságát. 7. ábra: BAY-ID alkalmazás az Alien olvasón -14-

15 4. Mérési eredmények feldolgozása 4.1. Jegyzőkönyvbe felvett adatok Az Alien ALH-9001 kézi olvasóval végzett mérés során a mért érték a transzponderről visszaérkező jel teljesítménye dbm mértékben. Egy adott mérési pozícióra 3 sikeres olvasást végzünk el az olvasóval, majd a képernyőn látható értékeket beírjuk a táblázat megfelelő soraiba. Tehát egy pozícióhoz három táblázat sor tartozik, ahogy a 8. ábra mutatja. Olvasás teljesítménye Tag pozíció [m] Tag szöghelyzete [ ] RSSI [dbm] X Y Z Oα Oβ Oγ [dbm] Min Max Átlag Szórás ábra: Jegyzőkönyv részlet Az FMR-5000 olvasóval végzett mérések során a sikeres olvasások számát regisztráljuk úgy, hogy az olvasóval megadott számú olvasást végzünk. Ezáltal az előzőekben használt jegyzőkönyvhöz képest a változás annyi, hogy a dbm értékek helyett a sikeres olvasások számát regisztráljuk három méréssel, ahogy a 9. ábra mutatja. Olvasás teljesítménye Tag pozíció [m] Tag szöghelyzete [ ] Sikeres olvasások száma 20 olvasásból [sikeres olvasások [dbm] X Y Z Oα Oβ Oγ száma] Min Max Átlag Szórás ábra: Jegyzőkönyv részlet -15-