Tunniste- ja anturiverkot ©Reino Aarinen, a2kons

Halvat anturit tulevat Aivan samalla tavalla kuin henkilökohtaiset tietokoneet olivat 80-luvun symboli ja 90-luvun symboli on ollut WWW, seuraava uusi käänne tulee olemaan halpojen (langattomien) anturien tuleminen kaikkialle. Paul Saffo, Institute of the Future RFID ja RFID-pohjaiset anturit, LF, HF, UHF Langaton lähi/lokaali tiedonsiirto 433 MHz radio Bluetooth, WLAN ZigBee UWB (Ultra Wide Band) Matkapuhelimet GSM, GPRS, Edge, UMTS Tavaroiden Internet: Yksittäisten tuotteiden tai palveluiden tunnistaminen ja verkottaminen mahdollistaa muistin (älyn) lisäämisen niihin. Voidaan puhua myös läsnä-älystä, UBICOM, jota on pian kaikkialla? (c) Reino Aarinen, a2kons

(c) Reino Aarinen, a2kons Anturin liittäminen Anturi tai anturimatriisi Lukija tai tiedonkerääjä, Väliaine, media Fyysinen parametri Sensori Middleware, muunnin ... Informaatio tai tunniste Teho, virta tai jännite Backend, taustajärjestelmät Matkapuhelinverkko GSM, GPRS, Edge, UMTS Internet (c) Reino Aarinen, a2kons

(c) Reino Aarinen, a2kons Mediavaihtoehtoja... Anturi tai anturimatriisi Lukija tai tiedonkerääjä Väliaine, media Informaatio tai tunniste (Teho, virta tai jännite) Fyysinen parametri Parikierretty tai koaksiaalikaapeli Virta tai jännite Tehonsyöttöjohto (VI) 220 V tai 24 V Kaapelipohjaiset kenttäväylät LON, CAN, RS-, Interbus, Ethernet, ... (VI) Optinen kaapeli Infrapuna, IrDA Bluetooth, Home RF, IEEE 802.11b, WLAN, M2M (paristo) UWB, Ultra Wide Band ZigBee Langaton USB (c) Reino Aarinen, a2kons

(c) Reino Aarinen, a2kons Langaton avaruus WWAN, Wide Area Network WRAN, IEEE 802.22 WMAN, Metropolitan Area Network Wireless Mobility, IEEE 802.20, WiMax, IEEE 802.16 WLAN, Local Area Network WiFi, IEEE 802.11 WPAN, Personal Area Network Bluetooth 802.15.1, ZigBee 802.15.4 High Rate 802.15.3 (c) Reino Aarinen, a2kons

(c) Reino Aarinen, a2kons RFID järjestelmä RFID tagit Mikropiiri Mikropiirissä on muisti ID- eli tunnistetietoa varten. Anturi tageista useimmiten vielä puuttuu. HUOM. Lukija on matkapuhelimen sijasta useimmiten erikoislaite. HF/UHF (c) Reino Aarinen, a2kons

(c) Reino Aarinen, a2kons RFID tagi + anturi (c) Reino Aarinen, a2kons

(c) Reino Aarinen, a2kons RFID taajuudet (c) Reino Aarinen, a2kons

Langattomat RFID tagit/anturit Passiiviset Lukija syöttää tehon sähkömagneettisesti (RF kentässä). Tiedonsiirto takaisinsironnan avulla. Yleisimmin käytetty ratkaisu. Puolipassiiviset Sisäinen patteri syöttää tehoa herätyssignaalin jälkeen. Tiedonsiirto takaisinsironnan avulla. Aktiiviset Sisäinen patteri. Aktiiviset radiokomponentit (c) Reino Aarinen, a2kons

(c) Reino Aarinen, a2kons Passiiviset tagit (c) Reino Aarinen, a2kons

Takaisinsironta. Kuormaimpedanssin modulointi (c) Reino Aarinen, a2kons

(c) Reino Aarinen, a2kons Induktiiviset tagit (c) Reino Aarinen, a2kons

(c) Reino Aarinen, a2kons UHF tagit (c) Reino Aarinen, a2kons

Miksi induktiivinen  UHF ? Kaukokentässä (UHF) radioaaltojen teho vaimenee 1/r2, magneettikentässä (HF) 1/r6. Pidempi lukualue. Pieni antenni (50 mm @869 MHz, 20 mm @2.45 GHz). Matkapuhelimen kokoinen lukija. Lukeminen ei riipu suunnasta tai asennosta. Kuuntelualue voidaan fokusoida. Nopeampi tiedon siirto. UHF toimii myös metallipinnoilla (patch antennit). (c) Reino Aarinen, a2kons

Radioaaltojen ongelmia Interferenssi muiden radiolähettimien kanssa (esim. matkapuhelimet). Antennin uudelleenviritystarve. Metallipinnat  heijastumat  solmut RF kentässä. Lukuvaikeudet Radioaaltoja absorboivat materiaalit, esim. nesteet. (c) Reino Aarinen, a2kons

(c) Reino Aarinen, a2kons

(c) Reino Aarinen, a2kons

(c) Reino Aarinen, a2kons EPC (c) Reino Aarinen, a2kons

(c) Reino Aarinen, a2kons

(c) Reino Aarinen, a2kons EPCglobal Network Tags The data carriers Reader The data capture device; portable or fixed (installed), connected to a Savant or network. EPC Electronic Product Code: the code carried by the data carrier; the globally unique pointer for making enquiries about the item associated with the EPC. Savant Servers which act as local repositories for EPCs and associated information, and which support sophisticated, flexible middleware for serving PML queries. ONS Object Name Service; the distributed resource that “knows” where information about EPCs is held (just like DNS). PML Physical Markup Language; like XML, with XQL query structure to allow structured querying and reporting of EPCs and attributed data. (c) Reino Aarinen, a2kons

(c) Reino Aarinen, a2kons HUT DIALOG Shop2box mediator. Shop2Box BlueBox (c) Reino Aarinen, a2kons

(c) Reino Aarinen, a2kons HUT DIALOG konsepti (c) Reino Aarinen, a2kons

(c) Reino Aarinen, a2kons Palomar/Auto-ID/HUT VTT Palomar: RFID tagien muisti kasvaa. Kaikki tuotetta koskeva tieto voidaan tallentaa tagiin. Lisäksi antureita: lämpötila, kosteus, CO2, ... Kallis? MIT Auto-ID: Tagille talletetaan vain yksilöllinen koodi, Tagit ovat hyvin yksinkertaisia ja halpoja. EPC-koodi, joka on 96 bittiä (globaali standardi). Kaikki koodia ja tuotetta koskeva tieto talletetaan (inter)nettiin, josta se löytyy EPC-koodin avulla. HUTin DIALOG-hankkeessa globaalisti yksiselitteiseksi tunnisteeksi esitettiin sähköpostiosoitetta esim. id-koodi@firma.com. (c) Reino Aarinen, a2kons

(c) Reino Aarinen, a2kons 125 kHz 13,56 MHz (c) Reino Aarinen, a2kons

(c) Reino Aarinen, a2kons UWB, uusin innovaatio (c) Reino Aarinen, a2kons

(c) Reino Aarinen, a2kons ZigBee (c) Reino Aarinen, a2kons

ZigBee pähkinänkuoressa Pieni tehonkulutus (paristonkesto kuukausia/vuosia). Suuret sensoriverkot (64000 laitetta). Joustavat verkkotopologiat. Pieni yksikköhinta (<4€). Pieni bittinopeus (max. 250 kbps). Yksinkertainen protokollapino (4 – 32 kbit). Toiminta-alue 10 – 100 m. (c) Reino Aarinen, a2kons

(c) Reino Aarinen, a2kons Muita teknologioita Näistä tarinaa erikseen muualla. (c) Reino Aarinen, a2kons

(c) Reino Aarinen, a2kons Sovelluksia eLukot. Kulunvalvonta. Maksupäätteet: kassat, liput, pysäköinti... Pakkauksissa jo osittain pakollisia Wall-Mart vaati 100 suurimmalta tavaran toimittajalta pakkauksiin vuoden 2005 alusta RFID:n... Metro-Group Saksassa ja ABB alihankkijoiltaan samoin ... Alkuperämerkinnät tuotteisiin ja materiaaleihin (kierrätys). Auton renkaat. jne. Katso myös http://www.rfid.fi ja http://rfidlab.fi. (c) Reino Aarinen, a2kons

(c) Reino Aarinen, a2kons

(c) Reino Aarinen, a2kons ERP RFID-järjestelmän integrointi taustajärjestelmiin (teollisuus, kauppa ja logistiikka). Yleisimmät ERPit ovat SAP R/3, Oracle, NovoSonet, Microsoft Axapta... Integrointiin tarvitaan välipalvelin, mediaattori. Teknologiat ovat J2EE ja .NET. Rewise/shop2box-palvelin on J2EE teknologiaa. (c) Reino Aarinen, a2kons

(c) Reino Aarinen, a2kons Nokia Field Force Solution (c) Reino Aarinen, a2kons

(c) Reino Aarinen, a2kons Rewise laajennus Haluttaessa Nokian Service Manager välipalvelimen toiminnot shop2box sovelluksessa voitaisiin todennäköisesti ohjelmoida kohtuullisen helposti suoraan Rewiseenkin: Linux-palvelin, MySQL tietokanta, Orion tai Geronimo J2EE palvelin ja jättää arkkitehtuurista Service Manager (kallein osa?) kokonaan pois. Valitettavasti Near Field Communication konsepti on toistaiseksi saatavissa vain Nokian puhelimille 5140, 5140i ja 3220. Päätelaitteet (puhelimet ja RFID/NFC-kannet) ohjelmistoineen pitää vielä tässä tapauksessa ostaa Nokialta. Lisäksi RFID tageissa on tyydyttävä 13,56 MHz:n taajuuteen, jonka lukuetäisyys on hyvin lyhyt, 0 – 5 cm ja toiminta metallipinnan läheisyydessä epävarmaa. (c) Reino Aarinen, a2kons

Älykäs tuote tai objekti Älykkäällä objektilla (oliolla) on sekä fyysinen, aineellinen (atomit) että virtuaalinen, aineeton (bitit) ulottuvuus. Se voidaan yksikäsitteisesti identifioida. Se osaa säilyttää tietoa itsestään ja kykenee keskustelemaan siitä ympäristönsä kanssa jollakin kielellä. Objektiin liittyvä tieto voi olla esim. elinkaareen liittyvää historiaa tai ohjeistoa (valmistus-, toimitus-, ylläpito- ja huolto-ohjeet, vanhenemis- ja hävitys/uudellenkäyttöohjeet). Älykäs objekti kykenee apuvoimien avulla osallistumaan itseensä, ympäristöönsä tai omaan käyttäytymiseensä liittyviin päätöksiin, kuten esim. ennakkohuolto tai jakelureitin muutos. (c) Reino Aarinen, a2kons

Älykäs infrastruktuuri Informaation jakelujärjestelmä Kuljetusprotokolla (TCP/IP) HTTP, FTP, SMTP ... XHTML Shop2box palvelin -WWW ja WAP sivut -SMS -Puhelut Java, XML, SOAP Web Services Käyttöliittymä -PC, PDA -Matkapuhelin -Kommunikaattori -DigiTV Siirtotie Pakettiliikenne Ruokaposti- laatikko tai laatikosto -Identifioitu kaappi Jakelukeskus -Identifioidut tuotteet -Keräilyjärjestelmä, ”Ostoskorien kokoonpanolinja” Fyysinen jakelujärjestelmä Jakeluautot Kuljetuslaatikot RFID Kuluttaja eKauppa (c) Reino Aarinen, a2kons

(c) Reino Aarinen, a2kons shop2box Kuljetuslaatikot (”BlueBox”) ja vastaanottokaapit (”Shop2Box”) pitää tarkoitusta varten varustaa Nokia NFC yhteensopivilla RFID tageilla (MIFARE) ja ohjelmoida niihin tarvittavat shortcut-tiedot shop2box palveluiden kutsumista varten. Palvelimelle pitää koodata web-sivuja (Java web-sovelluksia), joille matkapuhelimen selain eri shortcut-tiedoilla/eri tilanteissa ohjataan. Lisäksi voidaan ohjelmoida SMS-palveluja ja tarvittaessa käyttää vaikka automaattista puhelinvastaajaa. (c) Reino Aarinen, a2kons

Identifioituja objekteja/s2b Kaikkiaan identifioituja fyysisiä objekteja voisivat olla Tilaus, ostoskori ja sen yksittäiset tuotteet. Jakelukeskus ja sen eri osat. Jakeluauto ja sen kuljettaja. Kuljetuslaatikot. Vastaanottokaappi ja sen eri lokerot. Vastaanottaja Elinkaareen liittyvää tietoa ovat tapahtumat/toimenpiteet ja niihin liittyvät aika ja paikkatiedot. Objekteja voidaan ohjata ja seurata niihin liittyvän virtuaalisen tiedon perusteella. Ostoskorin kokoonpanon alkaminen ja päättyminen. Puuttuvat tuotteet? Kuljetuslaatikoiden lähtö jakelukeskuksesta ja saapuminen vastaanottokaapille. Vastaanottokaapin avaaminen ja oikeiden kuljetuslaatikoiden toimitus kaappiin. Toimituksen kuittaus kauppiaan, jakelijan ja vastaanottajan tietojärjestelmiin. Tavaran noutaminen vastaanottokaapista. (c) Reino Aarinen, a2kons

Tieteellisiä julkaisuja Reino Aarinen (2002), Uudet konseptit elektronisessa päivittäistavarakaupassa. Lisensiaattityö, TTY:n Automaatiotekniikan osasto. Lauri Sydänheimo (2005), Studies towards Advanced Mobile Systems in Industrial Applications. Väitöskirja, TTY, Sähkötekniikan osasto. Katariina Ruhanen (2002), Passivinen RFID-järjestelmä ja tunnistekoodit. Diplomityö, TTY:n Sähkötekniikan osasto. Katariina Penttilä (2003), 860 – 930 MHz kaistan RFID-määrittelyt. TTY, Elektroniikan laitos, Rauman tutkimusyksikkö. Katariina Penttilä (2006), Studies towards improving RFID reader performance. Väitöskirja, TTY, Sähkötekniikan osasto. Leena Ukkonen (2003), Metallipintaan liitettävien RFID-tunnisteantenniratkaisujen kehitys. Diplomityö, TTY:n Sähkötekniikan osasto. Leena Ukkonen (2006), Development of Passive UHF RFID Tag Antennas for Challenging Objects and Environments (Passiivisten UHF-taajuuksien RFID-tunnisteantennien kehitys haastaviin kohteisiin ja ympäristöihin). Väitöskirja, TTY, Sähkötekniikan osasto. Materiaalivirran passiivinen RFID eTunnistus (eSCID) (2006). Tekesin ELO-teknologiaohjelmaan kuulunut hanke. TTY, Elektroniikan laitos, Rauman tutkimusyksikkö. Antti Permala, Johan Scholliers, Jani Granqvist (2006), eSCID – Materiaalivirran passiivinen RFID eTunnistus. VTT Rakennus- ja yhdyskuntatekniikka, VTT Tuotteet ja tuotanto. Antennien miniatyrisointi ja RF-osan integrointi (MiniRFID). Loppuraportti (2004). TTY, Rauman tutkimusyksikkö. Mikko Kärkkäinen (2000), Wireless item identification in supply chain management. Master’s Thesis, HUT, Industrial Engineering and Management. Kari Tanskasen, Jan Holmströmin ja Kary Främlingin tutkimusryhmät HUTissa. Esim. CYCLOG ja DIALOG projektit. (c) Reino Aarinen, a2kons