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