RFID teknolojisinin yapısını, kullanılışını, detaylarını anlatan bir belge. 2014 yılında Zinnur Yeşilyurt, Tuğba Dal ve Ömer Işıker tarafından hazırlandı.
Smart Society Services "Avrupa enerji (IoT) pazarı"
Rfid Teknolojisi
1. 1
RFID TEKNOLOJİSİ
Zinnur Yeşilyurt, Tuğba Dal, Ömer Işıker
Özet: Radyo Frekansı ile Tanımlama (RFID) teknolojisi,
radyo frekansı kullanarak nesneleri tekil ve otomatik
olarak tanıma yöntemidir. Bu araştırma içerisinde RFID’nin
temel yapısı, çalışma sistemi, kullanıldığı yerler ve
handikapları incelenmiştir.
Slaytlarımızın linleri:
1.Hafta: http://www.slideshare.net/tuxmelo/rfid1hafta
2.Hafta: http://www.slideshare.net/tuxmelo/rfid2hafta
3.Hafta: http://www.slideshare.net/tuxmelo/rfid3hafta
I. RFID TEKNOLOJİSİNE GİRİŞ
A. RFID Nedir?
Radyo Frekanslı Tanıma (Radio Frequency Identification RFID)
teknolojisi canlı yada cansız her türlü nesnenin,dokunmadan
belirli bir mesafeden, tek yada topluca radyo dalgalarını
kullanarak tanımak ve izlemek için kullanılan teknolojiye verilen
genel isim. Hayvancılık, hastahanelerde, depolarda, mağzalarda,
uçaklarda, hızlı geçiş sistemleri, uçaklardaki bagaj islemleri gibi
daha birçok farklı alanda hayatı kolaylaştıran ve gitgide kullanımı
artan bir teknolojidir. Otomatik tanımlama ve otomatik veri
toplamaya dayanan bir teknolojidir. Bu sayede nesne veya canlı
hakkında ayrıntılı bilgiler toplanır ve tutulur.toplanan bu verileri
bilgisayar sistemlerinde toplar. RFID nin tarihçesi incelendiğinde
ilk kullanımının 1939 ile 1945 yılları arasında 2. Dünya savaşında
dost ve düşman ayırmakta yani askeri amaçlı kullanıldığı
görülüyor.
B. RFID’ye Neden İhtiyaç Duyuldu?
a ) Otomatik Veri Tanıma Ve Veri Toplama
Otomatik Tanıma ve Veri Toplama ya da kısaca OT/VT kavramı,
(İngilizce: Automatic Identification and Data Capture, kısaca
AI/DC), insan müdahalesi olmadan nesnelerin otomatik olarak
tespit edilmesi, onlar hakkında veri toplanması ve bu verilerin
bilgisayar sistemlerine doğrudan giriş yapılması anlamına gelir.
Otomatik tanıma amaçlı bilinen teknolojiler arasında barkodlar,
radyo frekansı ile tanılama, biyometri, manyetik şeritli kartlar,
optik karakter tanıma, akıllı kartlar ve ses tanıma yer almaktadır.
OT/VT,barkodun icadı ile ortaya çıkmıştır. Barkod ile beraber
bilgisayarlar nesneleri, üzerlerindeki etiketleri okuyarak tanır
hale gelmişlerdir.
b ) RFID’nin İhtiyaca Cevabı
Nesneleri radyo frekansı aracılığı ile tekil ve otomatik olarak
temassız bir şekilde tanımaya yarayan RFID teknolojisi
günümüzde mobil ve kablosuz iletişim teknolojileri içerisinde
kendisine önemli bir yer edinmiştir. Geçmişi eski de olsa, yarı
iletken teknolojisindeki gelişmeler ve maliyetlerin azalması ile
bu teknoloji, farklı endüstrilerde süreçlerin etkinliğini
arttırdığından ve kullanıcılara günlük hayatta ciddi fayda ve
kolaylıklar sağladığından kitlesel uygulamalarda sıkça
kullanılmaktadır.
C. Kullanım Alanları
RFID teknolojisini otomatiğe bağlamak istediğimiz her
alanda kullanabiliriz. RFID kullanmak, zaman ve iş gücü
kazanmak istediğimiz durumlarda bize büyük bir avantaj
sağlar. Otomotiv, akaryakıt, lojistik, perakendecilik, tarım,
sağlık, ilaç, tekstil, finans, enerji, kamu, üretim, güvenlik bu
alanlardan birkaç tanesi.
D. RFID Çözümleri
RFID çözümleri, RFID kullanarak otomatiğe bağlamak
istediğimiz alanda oluşturduğumuz takip ya da yönetim
sistemleridir. Depo kullanma ihtiyacı olan şirketler için depo
stok yönetimi, trafik için otomatik geçiş sistemi birer
çözümdür. Mağaza yönetimi, demirbaş takip sistemleri,
lojistik takip sistemleri, hastane yönetimi, hayvan takip
sistemleri, personel takip sistemleri, kütüphane çözümleri ve
kuyumculuk çözümleri gibi sistemler de RFID çözümlerine
birer örnektir.
2. 2
II. RFID SİSTEMİ
A. RFID Sistem Bileşenleri
Radyo frekans tanımlama sistemleri, radyo frekansı ile yapılan
sorguları almaya ve cevaplamaya olanak tanıyan etiket
(transponder), okuyucu (alıcıverici) ve alınan bilgilerin
depolandığı veri tabanından oluşmaktadır. Radyo frekans kimlik
tanıma sistem haberleşmesinde okuyucu radyo frekans
sinyallerini gönderir. Okuyucunun radyo frekans alanına girmiş
bulunan pasif etiket, haberleşmesi için gerekli olan enerjiyi bu
alandan alır. Etiket haberleşmesi için gerekli olan enerjiyi
aldığında, üzerinde depolanmış bilgiye göre taşıyıcı sinyali
modüle eder. Modüle edilmiş taşıyıcı etiketten okuyucuya
gönderilir. Okuyucu modüle edilmiş sinyali algılar, şifresini çözer
ve okur. Son olarak alınan bilgi veri tabanının bulunduğu
bilgisayara aktarılır.
Okuyucunun görevleri:
• Etikete enerji sağlar,
• Taşıyıcı sinyali gönderir,
• Etiket tarafından modüle edilmiş sinyali algılar, şifresini çözer
ve okur.
Etiketin görevleri:
• Okuyucunun gönderdiği enerjiyi
alır,
• Etiket içinde depolanmış bilgiye
göre taşıyıcı sinyali modüle ederek
okuyucuya gönderir.
B. RFID Etiketleri
RFID etiketi, radyo frekansı kullanılarak yapılan sorgulamaları
alan cevaplayan sınırlı kapasitede belleğe sahip, taşınabilen,
içinde bilgi barındıran, mikro yonga, anten ve taban
malzemesinden oluşmaktadır.
Mikro yonga etiketin üzerinde yer aldığı nesneye ilişkin
bilgileri depolar. Anten radyo frekansı kullanarak nesneye ait
bilgilerin okuyucuya gönderilmesini sağlar. Taban malzemesi
ise etiketin nesne üzerine
yerleştirilebilmesi için mikro yonga ve anteni çevreler. Etiketler
kullanım yerlerine bağlı olarak değişik boyut
ve fonksiyonda olabilmektedir. RFID etiketleri fonksiyonları
bakımından
• Aktif etiketler
• Pasif etiketler
• Yarı pasif etiketler
olarak sınıflandırılırlar.
3. 3
Pil içermeleri dolayısı ile bakım gerektirmekte olup maliyetleri
diğer etiket çeşitlerine göre yüksektir. Pasif etiketler, kendi güç
Aktif etiketler, devrelerinin çalışması ve cevap sinyali
üretebilmelerini sağlayan güç kaynağı içerirler. Etiket üzerinde
yer alan pil dolayısıyla performansları ve haberleşme mesafeleri
yüksektir. 1km uzaklığa kadar sinyal gönderen aktif etiketler
mevcuttur. Özellikle demiryolları ve denizyolları endüstrisi
taşımacılığında kullanılan aktif etiketler GPS ve uydu haberleşme
sistemleri ile uyumlu çalışarak üzerine monte edildikleri ürünün
dünya üzerinde izlenmelerine olanak tanımaktadır.
Pasif etiketler, kendi güç kaynakları yoktur. Okuyucudan
aldıkları güçle çalışırlar. Haberleşme mesafeleri küçük olmalarına
rağmen bakım gerektirmemeleri basit ve ucuz olmaları dolayısı
ile tercih edilmektedirler.
Yarıpasif etiketler güç kaynağı içerirler. Üzerlerinde yer alan pil
sadece mikro yonganın devrelerine güç sağlamaktadır.
Haberleşme pasif etiketlerde olduğu gibi okuyucudan gelen
sinyallerle aktif olan etiketle sağlanır. Sözkonusu etiketler
sıcaklık ve hareket bilgisi gibi algılayıcı (sensör) giriş bilgilerini
depolamak için kullanılırlar. Yarı pasif etiketlerin haberleşme
mesafeleri büyük olup güvenilirdirler. Üzerlerinde yer alan güç
kaynağı dolayısı ile okuyucuya daha hızlı cevap
verebilmektedirler.
RFID etiketleri depoladıkları bilgiler açısından
• Sadece okunabilen
• Okunabilen/Yazılabilen
• Okunabilen/Yazılabilen/Yeniden
yazılabilen olarak sınıflandırılırlar. Sadece okunabilen etiketler,
genellikle pasif RFID etiketleridir. Bilgi depolama
kapasiteleri küçüktür. Üretim sırasında üzerlerine yazılan bilgiyi
saklarlar ve bu bilgi değiştirilemez. Bu nedenle uygulamalarda
tanıtıcı etiket olarak kullanılmaktadırlar. Sadece okunabilen
etiketlerin kullanıldığı sistemlerde merkezi bilgisayar sistemi ve
veritabanı radyo frekans tanımlama sisteminde kullanılan
nesnelerle ilgili tüm işlemlerin kontrolünü gerçekleştirir.
Okunabilen/Yazılabilen etiketler, bilgi depolama kapasiteleri
yüksek etiketlerdir. Yazılabilme özelliği olan bu etiketlere
okuyucu kapsama alanındayken yeni bilgiler eklenebilir ya da
etiket üzerinde var olan bilgiler değiştirilebilir. Bu özellikleri
dolayısı ile hareketli veri tabanı gibi davranabilirler. Maliyetleri
sadece okunabilen etiketlere göre yüksektir.
Okunabilen/Yazılabilen/Yeniden yazılabilen etiketler üzerindeki
bilgilerin değiştirilebilme özelliği ve yüksek depolama kabiliyetleri
dolayısıyla geniş uygulama alanına sahiptirler. Haberleşme
açısından cevap verme süreleri kısadır. Maliyetleri diğer
etiketlere göre fazladır.
C. RFID Okuyucu
Okuyucu etiketle haberleşebilmek için gerekli enerjiyi, radyo
frekans kimlik tanıma sisteminin çalışma frekansına bağlı
olarak seçilen çalışma frekansında zamanla değişen manyetik
alan yaratarak sağlamaktadır. Okuyucu ürettiği, zamanla
değişen manyetik alanı genellikle çerçeve anten vasıtasıyla
etikete gönderir.
Okuyucunun dairesel
çerçeve anteninden akım aktığında çerçeve antene dik
düzlemde oluşan manyetik alan şiddeti
olarak hesaplanmaktadır.
Burada
I = Çerçeve antenden akan akım
N = Çerçeve anten sarım sayısı
R = Anten yarıçapı
x = Anten düzlemine dik doğrultudaki alıcı uzaklığını tanımlar.
Denklemden de görüleceği üzere manyetik alan şiddeti
mesafenin küpü ile ters orantılıdır. Endüktif bağlaşım
prensibine dayanan radyo frekans kimlik tanıma sistemlerinde
alanın mesafenin küpüyle ters orantılı olarak zayıflaması ana
sınırlayıcı faktördür. Okuyucu tarafından gönderilen radyo
frekans enerjisi etiketin fonksiyonlarını yerine getirebilmesi için
taşıyıcı sinyal içermektedir. Taşıyıcı sinyal etikete enerji
sağlamasının yanı sıra, etiketteki bilgilerin okuyucuya
gönderilmesini ve haberleşmenin senkronizasyonunu sağlar.
Etiket okuyucu tarafından gönderilen sinyali alır ve modüle
ederek tekrar okuyucuya gönderir. Etiket tarafından gönderilen
okuyucu antenine gelen sinyaller geri şaçılım sinyalleri olarak
adlandırılır. Okuyucu doğrultusunda geri saçılan sinyaller
okuyucu tarafından şifresi çözülerek alınır.
7. 7
d ) Kulak Misafiri Olmak
Yanlışlıkla alıcı haline gelen taraf radyo sinyalini yakalayıp
okuyabilir.
e ) Trafik Analizi
Yakalanan sinyallerde iletişim değişkenlerinden çıkartılarak
düzenlenen bilgi sayesinde mesajların incelenmesidir. İletişimde
gönderilen mesajlar şifreli olursa karşı taraftan korunabilir.
f ) Saldırılardan Korunmak
RFID teknolojisinde karşı karşıya kalınan saldırılardan korunmak
için bir kaç yöntem geliştirilmiştir:
* Kill Command
* Faraday Kafesi
* Aktif Sinyal Engelleme
* Blocker Tag
* Bill of Rights
B.Çarpışma Problemi
Kablosuz iletişim teknolojilerini kullanan sistemeler veri
iletişiminde aynı frekans bandını kullandıklarından carpışma
olur.RFID dede okuyucuetiket karsılıklı veri iletişimi için aynı
frekans bandında çalıştıklarından çarpışmaya yol acar bazen.2
kısma ayrılır.Okuyucu ve etiket çarpışması Okuyucu
çarpışmasında komşu okuyucular bir etiketi aynı anda
sorguladığında okuyucuların sinyalleri çarpışır ve etiket hiçbir
okuyucunun sinyalinin şifresini çözemez
Etiket çarpışmasındaysa birden fazla etiket aynı anda bir
okuyucuya İD ilettiğinde etiket sinyalleri çarpışır.Buda
okuyucunun etiketi tanıyamamamsına neden olur.
a ) Çarpışma Önleme Protokolü
Bu çarpışmaların önüne geçmek için belli kurallara göre
oluşturulmuş bir protokol.
2 ye ayrılır:
a.a ) Belirleyici Protokol(ağaç temelli)
Ortamda okuyucunun menziline giren tüm etiketlerin
belirlenmesi tek tek tanımlanmasıyla olur. Her etiketi diğerinden
ayrı adresleme ve bu yolla tanımlama tekniğine tekilleme denir.
Tekilleme tekniğini kullanarak ortamdaki tüm etiketleri
tanımlayan okuyucu sonraki aşamada istediği etikete bitek
onun adresini yada tanımlama numarasını kullanarak erişebilir.
İstediği veriyi çarpışma riski olmadan ondan alabilir. Bu
tanımlama işini de veri yapılarındaki bir çok farklı ağaç
algoritmasından yararlanarak yapıyorlar.
a.b ) Olasılığa Dayanan Protokol
Veri ne zaman gönderilmesi gerekiyorsa o zaman gönderilir.
Eğer veri yolda çarpışmaya uğradıysa veya hedefe düzgün
ulaşamadıysa başka zaman yeniden gönderilir.
Normalde etiketlerde birer sayaç bulunuyor ve bu sayacların
değeri 0 olarak ilklendirilmiş vaziyette.yani ilk seferde tüm
etiketlerden sinyal aynı anda yola çıkıyor.
Bu protokolde eğer yolda çarpışma olduysa okuyucu bunu
fark edip tüm etiketlere bildirir ve etiketlerin hepsi random bir
değer üreterek sayacın 0 olan değerine onu atarlar. Herbiri
farklı olan bu sayaçlarda sıfırlanan yola çıkar diğerleri veri
iletimine gecmek için sıfırlanmayı bekler. Tüm etiketlerin
bekleme süresi farklı oldugundan hepsi farklızamanda iletime
geçerek olası bir çarpışma durumunun önüne geçilmiş olur.
Buna da zaman bölmeli çoklu erişim deniyor.
ÖRNEK: Belirleyici protokole örnek ağaç yürüme
algoritması.3 tane etiketin bulunduğu bir ortamda
ağaçyürüme algoritmasının işleme prensibi şöyle:
1) Ortamda bulunan 3 etketin herbiri 3 bitle kodlanmış kimlik
numarasını salt oku belleğinde taşıyor.
2) 3 bitlik kodlama yapıldıgından okuyucunun aynı ortamdaki 8
etiketi tanımlama olanağı var. 5 kod bu ortam için hiçbir
etikete atanmamış.
3) Okuyucu ilk olarak ilk bitinde 0 olan etiket olup olmadığını
sorgular. 110 kodlu etiket uyku moduna gecer ve protokol
sonlanan kadar bir daha okuyucunun sinyallerine cevap
vermez yani tekrar tekrar okuyucunun karşısına çıkmaz.
4) Sonra okuyucu 2. bitinde 0 olan etiketin ortamda olup
olmadığına bakar.O zamanda 011 kodlu etikey uyku moduna
gecer kalan son etiket 001 se hala cevap veriyor.
8. 8
5) Sonra 3. bitinde 0 olan etiket sorgular. Son etiket olan 001 de
bu durumda cevap vermediğinden okuyucuya cevap gelmez ve
okuyucu sorgulamasını bir üst aşamada değiştirmesi gerektiğine
karar verir.
6) Okuyucu sorgusunu değiştirerek 3. bitinde 1 olan etiket varmı
diye sorgular ve karsısına 001 kodlu etiket çıkar. Okuyucu bu
sefer bu etiketi tam olarak tanımlamıştır. Bu şekilde ileri geri
manevralarını sürdürerek okuyucu 3 etiketi de tanımlayacaktır.
C. XML Arayüzü
Okuyucular belli işleri yapmak için ayarlamalara ihtiyaç duyarlar.
Xml arayüzü bu ayarlarmaları yapabilmek ve bazı komutlarla iş
yapabilmek için kullanabileceğimiz bir arayüz. Kullanımı ve
komut yapısı oldukça basit.
Programlama arayüzü, iletişim için komutcevap mesajlaşma
protokolünü kullanan xml tabanlı bir mesajlaşma arayüzüdür.
a ) Komutlar
Okuyucu tarafında, kullanıcı tarafından gönderilen her komuta bir
cevap döndürülür. Yani komutta doğruluk aranmaz. Hata olması
durumlarında cevap hata nedenini içerir.
Komut konusunda en önemli kısımlardan biri, komuta id
atanması. Her komut, okuyucu tarafında da karşılığı olan unique
bir id kullanır. Bu yöntem, arayüz senkronik çalışmasa bile
cevapların doğru bir şekilde döndürülmesini sağlar.
Komut yollamak için, yolladığımız bir önceki komutun cevabını
bekleme zorunluluğumuz yok. Yani birden fazla komut
gönderebiliriz. Burada düzenli bir şekilde cevap döndürme işini
reader üstlenir. Dönen cevapları ilişkilendirme işi ise kullanıcı
tarafındaki uygulama tarafından yapılır.
Normal bir komutun cevap döndürme süresi 5 saniyedir.
Cevaplanması 5 saniyeden uzun süren komutlar az sayıdadır.
setConfiguration ve readTaglds komutları bunlardan iki tanesidir.
Xml kullanıcı arayüzünün okuyucuya tanıtılması için her iletişim
hostGreetings komutu ile başlamak zorundadır. İletişim
başladıktan sonra komutlarla ip konfigurasyonu gibi işlemle
yapılabilir. İletişim sonlandırılmak istendiğindeyse hostGoodbye
isimli komutla sonlandırılabilir.
Kaynaklar:
Siemens RFID Systems Simatic
http://www.emo.org.tr/ekler/ec9ec4937546363_ek.pdf?dergi=
457
http://www.emo.org.tr/ekler/f768686a27f1ecd_ek.pdf
http://www.btk.gov.tr/kutuphane_ve_veribankasi/tezler/Hamza
_YILMAZ.PDF
http://web.itu.edu.tr/~orssi/thesis/2008/KaanBulut_bit.pdf
http://www.explainthatstuff.com/rfid.html
http://en.wikipedia.org/wiki/Wireless_identity_theft
http://tr.wikipedia.org/wiki/RFID
http://www.rfidturkiye.com/
http://www.rfid.itu.edu.tr/
http://www.ankaref.com/tr/content/rfidnedir/4
http://rfidmanagerialviewpoint.blogspot.com.tr/
http://www.webopedia.com/TERM/R/RFID.html
http://www.slideshare.net/arttuladhar/rfidshoppingsystem
Zinnur Yeşilyurt:
I’de B, II’de A, B, C, III’de A
Tuğba Dal:
I’de A, II’de D, III’de B
Ömer Işıker:
I’de C, D, II’de E, III’de C’nin yazımından ve bu üç kişi bu
maddelerin alt maddelerininden de sorumludur.