Jako parafrázi věty čínských myslitelů „bílý kůň není kůň“, známou také jako paradox bílého koně, můžeme říci, že „Aktivní RFID není tak docela RFID“. Neboť o to „ID“, tedy identifikaci, jde mnohdy až v druhé řadě. Většině se po vyslovení zkratky RFID vybaví papírový RFID štítek a zařízení s anténou, pomocí které je možné načíst v něm uloženou identifikační informaci. Krátce řečeno – účelem nasazení takových RFID řešení je identifikace objektu, který se nachází ve čtecí zóně nebo jí prochází.
Jan Rydval
Tato technologie bývá také označována jako pasivní RFID, neboť RFID štítek v tomto případě neobsahuje vlastní zdroj energie a je závislý na dodávce energie z antény čtecího zařízení. Čtecí zařízení šíří pomocí antény elektromagnetické pole, které jednak slouží jako zdroj energie pro štítek a jednak slouží jako komunikační kanál ve směru od čtecího zařízení ke štítku.
Jak už název napovídá, u aktivního RFID je identifikátor v určitém smyslu aktivní. A to dokonce v několika oblastech:
— Obsahuje vlastní zdroj napájení
— Jeho činnost je nezávislá na čtecím zařízení
— Mnohdy obsahuje také pohybová čidla a čidla pro sběr informací o vnějším prostředí
— Často je schopen optické a akustické komunikace s uživateli
U aktivního RFID tedy nejde primárně o identifikaci, ale o lokalizaci.
Možnosti lokalizace v budovách
Pokud firma hledá způsob, jak v budovách lokalizovat předměty a osoby, dojde k závěru, že řešení založená na GPS nejsou použitelná z důvodu problematické funkčnosti GPS v uzavřených prostorech a řešení založená na využití GSM sítí neposkytují dostatečnou přesnost pro rozpoznání, v které místnosti se předmět nebo osoba v rámci budovy nacházejí.
Samozřejmě lze využít pro lokalizaci i pasivní RFID, a to jedním ze dvou způsobů – trasováním pohybu nebo zjišťováním přítomnosti.
Pokud jsou průchody mezi místnostmi vybaveny RFID branami, pak je možné získat z historie načtení RFID identifikátoru informaci o prostoru, kde se předmět vyskytuje. Přesnost určení prostoru bude záviset na počtu bran a na spolehlivosti načítání identifikátoru při průchodu předmětu branou. Pokud požadujete přesnou informaci, je nutné instalovat velké množství bran, které přesněji určí prostor, a mít poměrně velký identifikátor pro vyšší spolehlivost čtení. Ale ani za těchto podmínek nelze hovořit o lokalizaci, ale spíše o trasování pohybu. Popsané řešení není schopné odpovědět na dotaz, kde se předmět nachází, ale dává představu o tom, kterým čtecím místem naposledy prošel.
Pasivní řešení je možné vylepšit tím, že se místo bran použije RFID technologie s velkou čtecí vzdáleností a tím bude podstatná část místnosti pokryta čtecí zónou. V takovém případě uživatel získá informaci o přítomnosti identifikátoru v prostoru čtecí zóny a řešení bude poskytovat informaci o poloze předmětu v reálném čase, ale pouze tehdy, pokud se v dané čtecí zóně nachází.
Obě zmíněná řešení mohou být z hlediska nákladů na infrastrukturu drahá. Pro účely lokalizace se tedy nabízí využití již existující infrastruktury, která pracuje na principu rádiových vln. GPS a GSM byly vyloučeny již v předchozí části textu, ale jedna „podniková“ bezdrátová technologie – Wi-Fi – ještě nebyla zmíněna.
Bezdrátové sítě LAN založené na technologii 802.11“něco“, kde „něco“ je dnes téměř pětina abecedy, byly původně stavěny pro účely datové komunikace. Posléze s nástupem myšlenky konvergence datových a hlasových služeb nad jednou komunikační základnou začaly být využívány také pro bezdrátové Wi-Fi telefony. Nyní nastává doba, kdy se využití Wi-Fi sítí dále rozšiřuje právě do oblasti zmiňované lokalizace.
Jak to funguje?
Podoba aktivní RFID visačky určené pro značení
předmětů i osob. Je používána například v porodnicích
díky tomu, že může být vybavena čidlem
odstranění visačky z předmětu nebo osoby.
Základem je zjištění vzdálenosti lokalizovaného objektu od několika přístupových bodů Wi-Fi sítě, aby bylo možné určit jeho polohu. Vzdálenost se dá odvodit ze dvou fyzikálních veličin – z přenosového zpoždění mezi přístupovými body a identifikátorem anebo z útlumu přenosové trasy mezi shodnými elementy.
Oba principy byly využívány v komerčně dostupných řešeních, dnes je prakticky využíváno především řešení založené na měření útlumu, přesněji řečeno na měření RSSI – síly přijatého signálu. Informaci o útlumu může systém lokalizace získat buď z koncových Wi-Fi zařízení nebo z Wi-Fi infrastruktury. Každá z těchto možností má samozřejmě svoje výhody i nevýhody. Pokud společnost používá specializovaná koncová zařízení nebo speciální aplikaci pro standardní koncová zařízení, může s nimi periodicky prohledávat Wi-Fi pásmo a nahlásit sílu signálu přístupových bodů, které „slyší“. Výhodou je nezávislost na výrobci a modelu použitých přístupových bodů.
Druhou možností je informace získat od infrastruktury (přístupových bodů). V tomto případě je pak řešení schopno lokalizovat všechna Wi-Fi zařízení bez nutnosti instalace speciálního software za cenu použití přístupových bodů podporovaného výrobce a typu. Ať už informaci o síle signálu získáme jakkoliv, následuje vyhodnocení a určení polohy pomocí triangulace. Slovo triangulace není přesné, neboť se využívá většího množství referenčních bodů než jen tří. O vyhodnocení se stará specializovaná aplikace – lokalizační engine.
Kalibrace
Možná vás napadne, jak je možné využít síly signálu pro zjištění vzdálenosti, když různé materiály mezi přístupovým bodem a identifikátorem evidentně představují různé hodnoty útlumu. Tento problém řeší kalibrace. Prostory je nejprve nutné projít s identifikátorem a systém „naučit“, s jakými hodnotami síly signálu má pro dané místo počítat. Lokalizační engine si vytvoří mapu útlumu prostředí, kterou následně používá.
I tak je chyba přesnosti určení polohy komerčně dostupných řešení několik metrů. A proto je použito dalšího mechanismu zpřesňujícího informaci o poloze. Ten pracuje s modelem prostoru a s informací o fyzických průchodech mezi prostory. Ví tedy například, že předmět nemůže „projít“ stropem ani zdí a pokud by nepřesnost ve zjištění polohy vedla k podezření takovéhoto chybného chování lokalizovaného předmětu, pak jej eliminuje.
Další typy visaček dokonce poskytují
rozhraní pro připojení vnějších čidel
pro účely telemetrie, případně čidla přímo obsahují.
Pro účely datové komunikace se přístupové body umisťují typicky do podhledů chodeb tak, aby pokryly místnosti k chodbě přiléhající. V případě nasazení bezdrátové IP telefonie je nutné síť přístupových bodů zahustit, aby i při použití malého ručního zařízení jako telefonu docházelo ke spolehlivému předávání spojení mezi přístupovými body při pohybu mluvící osoby. Pro účely lokalizace je však nutné takové umístění, které umožňuje výše zmíněnou triangulaci. Obvykle výrobci doporučují instalaci přístupových bodů na perimetr budovy. Existující Wi-Fi sítě proto bude obvykle nutné doplnit o přístupové body na perimetru budovy.
Aktivní RFID visačky
Pro lokalizaci předmětů je výhodné použít specializovanou aktivní RFID visačku, neboť její cena v řádu několika desítek euro je nižší než u ostatních Wi-Fi zařízení, které by bylo možné pro tento účel použít. Visačka navíc obsahuje pohybové čidlo, díky kterému je možné nastavit parametry komunikace ve stavu pohybu či klidu, což mimo jiné šetří napájecí baterii. Výrobci udávají životnost baterie v řádu jednotek let.
Pokročilejší aktivní RFID visačky jsou určeny pro lokalizaci osob. Poskytují často také možnost jednoduché oboustranné komunikace. Pro tento účel jsou vybaveny několika tlačítky, optickými indikátory, případně displejem a bzučákem.
Způsob využití komunikačních možností je zcela na obslužném software a možná použití jsou zmíněna v kapitole Kdy použít aktivní RFID.
Další technologie aktivního RFID
Použití Wi-Fi infrastruktury pro lokalizaci je výhodné především proto, že se jedná o další funkcionalitu již existujícího řešení a není nutné budovat specializovaný systém určený pouze pro lokalizaci. Nicméně pokud přesnost určení polohy není dostatečná, pak je možné použít řešení založená na technologii UWB (Ultra Wide band), která poskytují přesnost v řádu jednotek centimetrů a je tedy možné lokalizovat předmět poměrně přesně i v rámci jedné místnosti. Nevýhodou je podstatně vyšší cena, neboť je nutné budovat vlastní lokalizační infrastrukturu a také komponenty řešení jsou dražší.
Pro účely lokalizace zákazníka na ploše supermarketu využívají zařízení označovaná jako osobní nákupní asistenti (Personal Shopping Assistant – PSA) infračervené technologie. Plocha obchodu je vybavena infračervenými majáčky vysílajícími identifikační kód. PSA pak podle kódu určí svoji polohu a nabízí zákazníkovi zajímavé či zlevněné produkty v jeho okolí. Současně jej také vede obchodem podle osobního elektronického nákupního seznamu.
Existují také systémy založené na kombinaci technologií Wi-Fi a infračervené komunikace. Infračervené majáčky vysílají svůj identifikátor a aktivní visačka hlásí nejen sílu signálu, ale pomocí infračerveného senzoru přijímá také vysílání majáčku a hlásí i jeho identifikátor. To umožňuje další zpřesnění polohy.
Kdy použít aktivní RFID
Odpověď na tuto otázku se může zdát jasná: „Vždy, když požaduji lokalizaci v budovách nebo v rámci areálu.“ I přesto je však rozhodnutí, zda zvolit aktivní nebo pasivní RFID, složité.
Zvláště v situacích, kdy by bylo nutné vybavit velkou skupinu uživatelů terminály se čtecím zařízením pasivního RFID, je na zváženou, zda nelze stejný proces podporovat aktivním RFID, kdy uživatel nebude využívat terminál, ale jen svou osobní aktivní RFID visačku a její komunikační možnosti.
Jeden příklad za všechny. Vyhláška 11 z roku 2005 o sledování zdravotnických prostředků ukládá zdravotnickým zařízením povinnost evidovat vyhláškou vyjmenované zdravotní prostředky z hlediska jejich použití pro pacienty. **
Dnes je naplnění vyhlášky často prováděno pomocí záznamů o použití do provozních deníků zařízení – například infuzních pump.
S použitím pasivního RFID by bylo možné označit zdravotní techniku RFID štítky, pacienta například identifikovat pomocí čárového kódu nebo také pomocí RFID a zdravotní personál vybavit RFID ručními terminály. Zdravotní sestra by evidenci použití zaznamenala načtením identifikátorů všech zúčastněných – sebe, pacienta a pumpy. Nasazení řešení by znamenalo použití značného množství ručních terminálů, jejich správu, dohled a ochranu před zcizením.
Proces evidence by bylo možné realizovat i s použitím aktivního RFID. Pacienty, techniku i sestry by bylo možné vybavit aktivními RFID visačkami a záznam o použití by sestra provedla stisknutím tlačítka své visačky a následným stisknutím tlačítek na visačce pacienta a pumpy. Systém by rozpoznal, že došlo k události na stejném místě a v časové souvislosti a vyhodnotil by situaci jako pokyn k záznamu do elektronického provozního deníku pumpy. Sestře by pak byla na displeji visačky zobrazena informativní zpráva o záznamu.
A jaká by byla výhoda na straně aktivního RFID? Například ta, že odpadá nutnost nasazení ručních terminálů, které jsou zcela nahrazeny aktivní visačkou sestry. Navíc aktivní visačky na zařízeních umožňují lokalizovat zdravotní techniku a potencionálně je pak možné snížit mnohdy nadbytečný počet drahé přístrojové techniky díky přesné znalosti o poloze přístrojů. Aktivní visačky pacientů mohou také poskytovat další funkce – například pohotovostní tlačítko, které má pacient vždy při ruce.
Zde jsme již jen krok od dalších možných aplikací, kdy stisk pohotovostního tlačítka pacientem vede ke spuštění aplikace, která jej lokalizuje, vyhledá nejbližší sestru, na displeji visačky sestry zobrazí popis problému a místo, kde se pacient v danou chvíli nachází. Aplikace současně aktivuje bzučák sestry, aby ji na událost upozornila. Aktivován může být i bzučák visačky pacienta, aby byl informován o přijetí jeho volání o pomoc a současně aby jej bylo možné podle zvuku i dohledat.
Závěr
Cílem tohoto dílu bylo rámcové představení méně známé rodiny aktivních RFID technologií. Řešení založená na aktivním RFID se samozřejmě neomezují jen na zdravotnictví. Spojujícím prvkem je ale vysoký podíl lidské činnosti na procesech, které jsou aktivním RFID podporovány.
Pasivní RFID nachází svoje místo při činnostech, které jsou nebo mají být deterministické – výroba, logistika, výpůjčky v knihovně a jednou možná i placení zboží v obchodě. Aktivní RFID tím, že čtecí místo je vlastně celý areál organizace, může podporovat i méně organizované – stochastické – procesy, kde není určeno, na kterém místě která část procesu probíhá.
Autorem článku je Jan Rydval, který pracuje na pozici IT Consultant ve společnosti IBM Česká republika
** Sbírka zákonů, Česká republika, Ročník 2005, Částka 3, 11/2005, Vyhláška, kterou se stanoví druhy zdravotnických prostředků se zvýšeným rizikem pro uživatele nebo třetí osoby a o sledování těchto prostředků po jejich uvedení na trh.
Přečtěte si také
Možnosti využití RFID-2. část
Možnosti využití RFID-1. část
Mýty a pověry o bezpečnosti technologie RFID
RFID: velký bratr nebo užitečná technologie?