ANTENNAMÉRÉSEK ELŐKÉSZÍTÉSE

Átírás

1 Leírás ANTENNAMÉRÉSEK ELŐKÉSZÍTÉSE R12A - ANTENNAMÉRÉSEK ELŐKÉSZÍTÉSE ANTENNÁK 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 R12A ANTENNAMÉRÉSEK ELŐKÉSZÍTÉSE CÉLJA EREDMÉNYEI MÉRÉSEK ELŐKÉSZÍTÉSE TAG KARAKTERISZTIKÁJA MÉRÉS ALAPELVE MÉRÉSHEZ SZÜKSÉGES ESZKÖZÖK MÉRÉS MENETE JEGYZŐKÖNYV SABLON ANTENNARENDSZER MÉRÉSE MÉRÉSI ÖSSZEÁLLÍTÁS MÉRÉSI MÓDSZER MÉRÉSI ELŐKÉSZÜLETEK MÉRÉS MENETE MÉRÉSI JEGYZŐKÖNYV EREDMÉNYEINEK VIZUALIZÁCIÓJA (MINTA)

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 R12A Antennamérések előkészítése Célja Antenna karakterisztika mérések előkészítése adott alkalmazási területenként, lokalizációhoz. -3-

4 Eredményei Leírás a mérések előkészítéséről Fényképek a mérőrendszerről Mérési jegyzőkönyv sablon -4-

5 2. Mérések előkészítése A lokalizáció megvalósítása megkívánja, hogy ismerjük az antennák, és tag-ek rádiófrekvenciás tulajdonságait. A mérések során keletkező karakterisztikákból következtethetünk az ideális olvasási szögre, távolságra és teljesítményre Tag karakterisztikája Az RFID tag szerkezete nagyrészt egy dipól antenna, melynek jellemző karakterisztikája van. Ez tipikusan egy úgynevezett fánkforma, melyben az RFID tag antennája a tengely vonalában helyezkedik el Mérés alapelve 1.ábra: dipól karakterisztika A tag-et 3 tengelye mentén körbeforgatjuk, nem szükséges viszont 360 -os forgatás, ugyanis a karakterisztika szimmetrikus, elegendő egy 90 -os tartományt mérni minden tengelyen. Fix távolságból olvassuk a tag-eket, és az olvasó által szolgáltatott RSSI értékeket rögzítjük. Az így keletkezett mérési adatokból ábrázolható a tag karakterisztikája. -5-

6 2. ábra: A konvencionális tengelyek 2.3. Méréshez szükséges eszközök A harmadik ábrán láthatóak a mérés során használt tag-ek, amelyek OMNI-ID és Alien gyártmányúak. 3. ábra: Mért tag-ek -6-

7 A méréshez szükséges egy olvasó, amely szolgáltat RSSI információt, ez esetünkben egy Alien ALH-9001 típusú berendezés (4. ábra). Ezen beállítjuk az olvasó teljesítményét a BAY-ID szoftver segítségével. Az olvasó egy pozícionálható állványon helyezkedik el, melyet mérés előtt vízszintesre kell beállítani (5. ábra). 4. ábra: olvasó szoftver Bay-ID -7-

8 5. ábra: olvasó vízszintezése Az RFID tag-et egy külön erre a célra készült forgató berendezés pozícionálja (6. ábra). Ennek tartószerkezete fából készült, így elhanyagolható mértékben befolyásolja a mérést. Az eszköz 0,5 felbontást képes biztosítani, soros porton keresztül vezérelhető. 6. ábra: forgató berendezés belseje A 7. és 8. ábra a forgató berendezést és a hozzá tartozó léptető motort vezérlő interfészt szemlélteti. 7. ábra: forgató állvány -8-

9 8. ábra: forgató, az elektronikával együtt -9-

10 9. ábra: végleges mérési összeállítás A végleges mérési összeállítás a 9. ábrán látható, a mért adatok rögzítését és a soros port kezelését egy laptop segítségével végeztük. A mérést nyílt terepen végezzük, hogy a reflexiók és interferenciák hatását minimalizáljuk Mérés menete A tag-et rögzítjük az erre a célra készített forgató állványon, vele szemben helyezkedik el az olvasó, fix távolságban. Az olvasási teljesítmény állandó, azt nem szükséges a mérés során változtatni. A tag-et először alaphelyzetben helyezzük el, azaz alfa=beta=gamma=0. Mérést végzünk, majd feljegyezzük a jegyzőkönyvben. Ezután forgatunk, pozitív irányban, 5 -onként. A mérést az alfa tengely mentén forgatva érdemes elvégezni, ez a tag úgynevezett főiránya. Ez megegyezik a gamma tengely menti forgatással, itt 45 -onként érdemes ellenőrző méréseket végezni. A béta tengely menti forgatás egy kört eredményez, itt szintén csak 45 -onként érdemes mérést végezni. -10-

11 3. Jegyzőkönyv sablon Olvasó típusa: Tag: Időpont: Leírás: Maximális kimenőteljesítmény [dbm]: Antennák típusa: Olvasás teljesítménye Tag pozíció [m] Tag szöghelyzete [ ] RSSI Sikeres Olvasás olvasás [dbm] X Y Z Oα Oβ Oγ [dbm] [db] [db] [%] -11-

12 4. Antennarendszer mérése Az antennák helyzete fix, és az olvasó teljesítménye szintén. A mérés lényege, meghatározni egy területet, melyben biztosan megtalálható az adott tag. Számolhatunk egy Worst case, és Best case esettel. A karakterisztika mérése mátrixszerűen történik, a tag helyének változtatásával. A mérési területet felosztjuk cellákra, minden cellában elvégezzük a mérést, majd az eredményt jegyzőkönyvben rögzítjük. A mérés az olvasások sikerességének számából áll, melyeket átlagolunk, így százalékos formában kapjuk meg az értékeket Mérési összeállítás Az antennapárt egy függőleges fából készült rúdon helyezzük el, egymástól fél méterre. 2m magasan vannak, hogy a talaj reflexióját minimalizáljuk, illetve közelítőleg a szállítójárművön is ilyen magasságban lesz. A tag szintén ebben a magasságban helyezkedik el. A tag-et két konstellációban vizsgáljuk, ebből megkapjuk a legjobb, és legrosszabb értéket. A két helyzet egyike a függőleges helyzet, miután ebben a konstellációban ideális a láthatóság. A legrosszabb pozíció, amikor a tag tengelye az antennák felé mutat. A mérés kimenetele egy buzogányforma karakterisztika, ezen belül a tag 100% valószínűséggel olvasható Mérési módszer A mérés olvasási valószínűségen alapul, a sikeres olvasások száma alapján. A mérés automatizált, a szoftver a megadott számú méréseket elvégzi, majd átlagolja. Meghatározandó, az olvasások száma, melyek már objektív eredményt produkálnak. Ez %-os formában adódik, melyet táblázatban rögzítünk, mely alapján elkészíthető egy diagram Mérési előkészületek A mérés szabad térben történik, így a tereptárgyak által okozott reflexiók és interferenciák elkerülhetőek. Felmérünk egy 19x20 egységnyi területet, amely alapvonalának közepén az antenna helyezkedik el, szemben az átellenes oldallal. Egy egység méretét 25cm-ben állapítottuk meg. -12-

13 10. ábra: UHF olvasó 11. ábra: UHF antennapár -13-

14 4.4. Mérés menete Teljesítményt úgy kell meghatározni, hogy a tag-et az antennával szemben, tőle 15 egységnyire helyezzük el, és addig csökkentjük a teljesítményt, míg már az olvasási valószínűség 100% alá csökken. Innen kiválasztunk egy oldalt, melynek mentén elindulunk a buzogányforma mentén, végigkövetve azt. Ami belülre esik (cella) a %-os határon, az 100%-nak vehető, nem szükséges kimérni az ezáltal határolt területen belülre eső pontokat. A cellákban elhelyezzük a tag-et, majd egy szoftverrel olvasási ciklust indítunk, mely a végén %-os formában adja vissza az eredményt. Ennek végén lehet továbblépni, míg el nem érünk az antennához. 12. ábra: mérőantennák állványon -14-

15 5. Mérési jegyzőkönyv eredményeinek vizualizációja (minta) Intelleflex FMR Alien 3D UHF mérés sorszáma: cella hossza: 25cm olvasás száma: 20 olvasó teljesítménye: 27 dbm (0,5W)