Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СРЕДСТВ РАДИОЧАСТОТНОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ (RFID) - ПРОБЛЕМНАЯ СИТУАЦИЯ

Бондаревский А.С. Золотов Р.В.
Проблемную ситуация в области проектирования систем RFID, прежде все¬го, следует адресовать к проектированию RFID-этикеток - в связи с их большой прибыльностью. Тогда заявленную проблемную ситуацию можно сформулировать, как неприемлемость (по причине чрезвычайно большой финансовой и временной затратности) имеющей место разработки RFID-этикеток случайным методом «тыка». Выход - в использовании для проектирования RFID-этикеток аналитического метода, основанного на математической модели RFID-этикеток.
смарт-карта
смарт-этикетка
радиочастотная идентификация

Радиочастотная идентификация (radio frequency identification - RFID) - это тех­нология автоматического бесконтактного дистанционного обнаружения, распозна­ния и оперативного сопровождения, не­подвижных и подвижных пространствен­но распределённых объектов.

Здесь, - объектов неживой («вещей» -товаров, полуфабрикатов, готовых изде­лий и документации) и живой (людей, жи­вотных) природы.

В соответствии с означенной сущно­стью в процессе радиочастотной иденти­фикации осуществляется:

-  обнаружение, распознание и опера­тивное сопровождение неподвижных и подвижных объектов неживой природы («вещей») на стадиях их жизненного цик­ла (производства, транспортирования, хранения, реализации),

- обнаружение, распознание и опера­тивное сопровождение неподвижных и подвижных объектов живой природы (людей, животных).

-  распознание различных видов доку­ментации (паспортов, виз, квитанций, пропусков, авиа- и железнодорожных билетов) и отметок в ней.

В настоящее время системы RFID, со­ставленные из таких средств, как главные ЭВМ, приёмо-передающие RF-станции и «умные» («смарт») этикетки (ярлыки, инлеи, транспондеры, таги), - рис. 1, нахо­дят самое широкое применение в сферах бизнеса - производства, торговли, перевозок, а также, - в сферах контроля досту­па, безопасности, культуры и других, са­мых разных, общественных отношений.

RFID-этикетками, наряду с объектами живой природы, маркируют самые разные артефакты - вещи, лекарства, культурные ценности. Маркируют - с целью отслежи­вания их по стадиям жизненного цикла -пунктам производственно-транспортно-сбытовой-пользовательской дислокации. В свою очередь, отслеживая, - с целью обнаружения, инвентаризации-учёта и рас­пределения-сортировки по категориям качества и привязки к необходимым средст­вам хранения-транспортировки-поставки.

Большое применение RFID -технологии находят также в области безо­пасности и контроля доступа. Так, уже сегодня в ряде стран (США, Великобрита­ния, Таиланд, Австралия) на основе RFID разрабатываются электронные паспорта и визы. В них встраиваются специальные-на основе смарт-этикеток, фрагменты, ко­торые    обеспечивают    предотвращение подделок. В перспективе такое встраива­ние станет возможным для самых разных ценных бумаг и денег в том числе.

С помощью RFID-технологий осуще­ствляется также контроль доступа к раз­личным режимным арт-объектам - ядерным реакторам, радиоэлектронным и ком­пьютерным системам, биологическим контейнерам, а также - к помещениям ог­раниченного пользования - лаборатори­ям, складам, сейфам, кабинетам.

А ещё может быть осуществлён RFID-учёт рабочего времени сотрудников ком­паний. А ещё с помощью RFID-технологий может быть осуществлено, напри­мер, взимание платы за проезды по доро­гам и мостам (США): на лобовые стёкла автомобилей устанавливаются RFID-этикетки, а на дорогах размещаются мощ­ные считыватели - приёмо-передающие RF-станции.

RFID-этикетки также значительно об­легчают учет и каталогизацию книг в биб­лиотеках, отслеживание и локализацию

А далее следует отметить, что необхо­димое количество систем RFID определя­ется их назначением - многочисленными сферами экономических и общественных отношений, в которых эти системы ис­пользуются. Здесь, - сферами:

-  производства,

-  торговли,

-  перевозок,

-  контроля доступа,

-  безопасности,

-  культуры.

Этим же - назначением систем RFID, определяется и количественное соотно­шение устройств в составе этих систем.

Например, при достаточно ограничен­ном (например, потребностями одних только аэропортов и вокзалов) числе тре­буемых паспортных терминалов (приёмо­передающих RF-станций систем RFID) число обслуживаемых этими станциями

RFID-этикеток - соответственно исполь­зующих их электронных паспортов, в масштабе только одной средней страны составляет многие десятки миллионов.

Примерно то же можно сказать и о числе RFID-этикеток, требуемых для сис­тем RFID, используемых в торговле, производстве и при перевозках (авто, мор­ских и воздушных).

В связи с этим выделяемую ниже про­блемную ситуацию в области проектиро­вания средств RFID следует, в первую очередь, адресовать к RFID-этикеткам.

Адресовать к ним, тем более, что в составе устройств систем RFID (рис.1) RFID-этикетки, в силу их относительной (например, по сравнению штрих-код-этикетками) дороговизны и специфиче­ского (по сравнению с главной ЭВМ и приёмо-передающими RF-станциями) микроэлектронного аналого (антенна) -дискретного (чип) исполнения, являются наиболее схемно-конструктивно-технологично критичными. Критичными - к эко­номике их производства.

Здесь, - критичными к экономике в том смысле, что снижение, - например, в результате эффективного проектирования, затрат на изготовление одной только RFID-этикетки даже на доли цента (доли процента от её цены) приводит к много­миллионным долларовым прибылям фирм, производящих системы RFID [например, вытекает из того, что в сред­нем пассивная RFID-этикетка, работаю­щая на средних частотах (13,56 МГц) сто­ит примерно $1].

В настоящее время изготовление RFID-этикеток с сопряжено с множеством самых разных - схемных, конструктивных и технологических, проблем.

Например, какие этикетки - пассив­ные, полуактивные или активные [1], на­до использовать в системах RFID? Или же - как правильно выбрать материал, разме­ры и расположение антенны в этикетке? Или имеет место проблема соединения антенны с чипом, а следовательно и определяемые этим соединением помехо­устойчивость и частотный диапазон пере­дачи при RFID. Или до сих пор не обосно­ваны способ и режим (температура, продолжительность, давление) соединения антенны с чипом - нанесение клея, грави­ровка, травление, печать и т.д.

Очевидно, что, в силу многочисленно­сти и сложности этих проблем, принятое в настоящее время стихийное - эмпириче­ское случайное, их решение в процессе проектирования (метод «тыка») является неэффективным - материально- и времен­но затратным, трудоёмким и, соответст­венно, дорогим.

При этом, как правило, не следует рассчитывать и на, подчас, спасительную эвристику - она даётся не каждому.

Тогда в результате остаётся три при­емлемых, - как системных, метода реше­ния означенных проблем - три метода проектирования средств RFID. Здесь, -проектирования RFID-этикеток:

1)  Эмпирическое случайно-детерминированное (случайно-поисковое) проектирование, которое отличается от такового эмпирического случайного методом
верификации результатов:

а)  у реализованного объекта проектирования - RFID-этикетки, целевая функция проектирования не, как это имеет место при эмпирическом случайном методе,
контролируется, а измеряется,

б)   значения характеристик объекта проектирования - схемно - конструктивно-технологические, задаются не, как это имеет место при эмпирическом случайном методе, случайным образом, а - по результатам измерения п. а) в процессе случайного поиска [например, - задаются по алгоритмам Л. Растригина (непрерывному, дискретно-шаговому, с самообучением [2]].

2)  Эмпирическое детерминированное (детерминированно-поисковое) проектирование, которое отличается от такового
эмпирического случайного методом верификации результатов:

а)  у реализованного объекта проектирования, целевая функция проектирования не, как это имеет место при эмпирическом случайном методе, контролируется, а измеряется,

б)   значения характеристик объекта проектирования - схемно - конструктивно-технологические, задаются не, как это имеет место при эмпирическом случайном методе, случайным образом, а - по результатам измерения п. а) в процессе детерминированного поиска [например, по алгоритмам Бокса-Уилсона (градиентному, Гаусса-Зайделя, наискорейшего спуска [3]].

3) Аналитическое проектирование. Заключается в выполнении следующих блоков процедур:

а)  Разработка и верификация математической модели объекта проектирования - RFID-этикетки.

б)  Определение - на математической модели п. а), оптимальных - по избранной целевой функции проектирования, значений характеристик проектирования - аналитически обоснованных характеристик RFID-этикетки.

в)  Разработка - под оптимальные значения характеристик п. б), проектной документации на объект проектирования -
RFID-этикетку.

А далее следует обратить внимание на предпочтительный характер использо­вания при проектировании RFID-этикеток именно аналитического метода.

Причина. В отличие от случайно-поискового и детерминированно-поисковового методов проектирования, хотя и вполне системных, но чрезвычайно за­тратных как материально, так и во време­ни (они являются тем же эмпиризмом, но только не случайно- «ползучим» -«тыком», а всего лишь таковым направ­ленным) аналитическое проектирование является свободным от этих недостатков.

Являясь свободным от недостатков случайно-поискового и детерминирован-нопоисковового   методов   проектирова­ния, таковое аналитическое является при том столь же системным - позволяющим совместно, а, следовательно, и с макси­мальной эффективностью решать имею­щие место - в том числе и приведенные выше, схемные, конструктивные и техно­логические проблемы.

Плата за эту системность - трудно­сти создания математической модели RFID-этикетки.

Однако. В современных рыночных условиях в качестве целевой функции этой модели следует использовать при­быль, получаемую от замены «ручной» -антропогенной, идентификации AID на радиочастотную RFID. А это - использо­вание такой целевой функции, даёт воз­можность построить априори адекват­ную и по причине этой априорности не требующую верификации математиче­скую модель RFID-этикетки.

В данном случае, - математическую модель на уровне характеристик свойств RFID-этикетки:

-  затратных (НИОКР, производство),

-    потребительски-эксплуатационных [ ресурс (долговечность) функционирова­ния, подверженность сбоям, дальнодейст­вие,   быстродействие   и   достоверность RFID].

Здесь следует отметить, что имеющая место адекватность такой модели являет­ся ещё одним достоинством избираемого метода аналитического проектирования. Достоинством этого метода - в отличие от таковых случайно-поискового и детерминированно-поискового, также использую­щих (хотя и неявно) модели RFID-этикеток, которые (эти модели), на этот раз, являются всего лишь приближениями (как правило, - линейными) модели ана­литического проектирования.

На этой - аналитического проектиро­вания, модели (как правило, нелинейной -по причине её адекватности) тем или иным методом оптимизации - в общем случае невыпуклой, определяются (по критерию избранной целевой функции), соответственно   оптимальные   значения характеристик означенных выше затрат­ных и потребительски - эксплуатацион­ных свойств RFID-этикетки.

А далее эти значения могут быть ис­пользованы, например, как контрольные цифры для последующего, на этот раз, -уже эвристического, воспроизведения со­ответствующих им схемных, конструк­тивных и технологических свойств RFID-этикетки.

Выводы. 1. В составе систем RFID число входящих RFID-этикеток на мно­гие-многие порядки превышает число других входящих средств - главных ЭВМ и приёмо-передающих RF-станций.

2.   В результате получается, что если в результате эффективного проектирования затраты на изготовление лишь одной RFID-этикетки снизить хотя бы на доли цента (доли процента от цены), то это приведёт к многомиллионным долларо­вым прибылям фирм, производящих сис­темы RFID.

3.   В связи с этим выделяемую про­блемную ситуацию в области проектиро­вания средств RFID следует, в первую очередь, адресовать к RFID-этикеткам.

4.   В настоящее время их изготовление сопряжено с множеством самых разных -схемных, конструктивных и технологиче­ских, проблем.

5.   Тогда соответствующую проблем­ную ситуацию можно сформулировать, как неприемлемость (по причине чрезвы­чайно большой финансовой и временной затратности) имеющего место случайного решения этих проблем - проектирования RFID-этикеток методом «тыка».

6.  Выход - в использовании для проек­тирования RFID-этикеток аналитическо­го метода, основанного на математиче­ской модели RFID-этикеток.

7.  В условиях рыночной экономики в качестве целевой функции этой модели следует принять прибыль, получаемую от замены «ручной» - антропогенной, иден­тификации AID на радиочастотную RFID.

8.  Как оказывается, принятие такой целевой функции обусловливает возможность построения априорно адекватной и по причине этой адекватности, не требующей верификации математической модели RFID-этикетки.

Здесь, - построения модели на уровне главных - определяющих, свойств RFID-этикетки:

-  затратных

-  потребительски-эксплуатационных.

9.  Требуемая задача аналитического проектирования RFID-этикеток решается на математической модели п.8) тем или иным методом оптимизации (в общем случае - невыпуклой). 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1.   K Finkenzeller. RFID Handbook, 2nd ed. - «Wiley», 2003

2.  Растригин Л.А. Случайный поиск в за­дачах оптимизации многопараметрических систем. - Рига: Изд-во «Зинатне», 1965

3.  Налимов В.В., Чернова Н.А. Статисти­ческие методы планирования эксперимента. -М.: Изд-во «Наука», 1965


Библиографическая ссылка

Бондаревский А.С., Золотов Р.В. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СРЕДСТВ РАДИОЧАСТОТНОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ (RFID) - ПРОБЛЕМНАЯ СИТУАЦИЯ // Современные наукоемкие технологии. – 2009. – № 9. – С. 19-23;
URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=26537 (дата обращения: 29.03.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674