ISO C UHF RFID Systeme NTM, 2007/06, 10. RFID, ISO C, Rur, 1

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1 ISO C UHF RFID Systeme NTM, 2007/06, 10. RFID, ISO C, Rur, 1 Anwenderorganisation EPCglobal 2003 gegründet, non-profit-nachfolger des Auto-ID-Labs am MIT Initiative für den RFID-Einsatz in der Logistik bzw. Prozesskette Ziel eine einzige weltweite Standard-Luftschnittstelle für UHF RFID 2005 Veröffentlichung Generation 2 -Standard Definition von Elektronischen Produkt Codes (EPC) 64 Bits EPC-96: z.b. CD-Player Typ abc vom Hersteller xyz Serienummer 123 EPCglobal Standards-Architektur INTERNET DER DINGE Version (8 Bit) EPC-Manager (28 Bit) Objekt Klasse (24 Bit) Serienummer (36 Bit) Vision: Zugriff auf alle relevanten Daten über jedes einzelne Objekt in der Versorgungskette (Rückverfolgbarkeit der ganzen Geschichte ) P2P-Datenaustausch zu EPCs Warenaustausch mit EPCs EPCglobal Dienste

2 ISO C UHF RFID Systeme NTM, 2007/06, 10. RFID, ISO C, Rur, 2 ISO x RFID-Standards für item management Standards für alle RFID-Frequenzbereiche Gen2 -Standard auch als ISO C veröffentlicht Reader-Chip-Sets und Module von namhaften Firmen erhältlich R1000 von Intel, WJM3000 von WJ Communications, Transponders (Tags) von namhaften Firmen erhältlich UCODE EPC G2 von Philips, RI-UHF-00C02-04 von TI, usw.

3 Spektrum (1) NTM, 2007/06, 10. RFID, ISO C, Rur, 3 UHF arbeiten mit EM-Kopplung (backscattering) Bandbreite, Reichweite, Verfügbarkeit, Störungen favorisieren 900 MHz ISM-Bänder Europa (siehe z.b. ETSI TR ) MHz, u.a. 10 Kanäle à 200 khz, 2 W ERP (bzw. 3.3 W EIRP) keine duty-cycle-vorschrift, dafür Listen-Before-Talk horizontaler Öffnungswinkel ±35 2W ERP (patch-antenne) ERP andere Regionen USA, MHz, 50 Kanäle à 500 khz, 4 W EIRP (mit Einschränkungen) weitere im Bereich MHz

4 Spektrum (2) NTM, 2007/06, 10. RFID, ISO C, Rur, 4 Gen2 Tags sind weltweit einsetzbar unterstützen MHz, unterschiedliche Datenraten, Gen2 Readers sind regional unterschiedlich erfüllen regionale bzw. nationale Vorschriften R2 R MHz T1 Herstellung des Produkts in Neuseeland MHz T1 Veredelung des Produkts in den USA T1 R MHz Verkauf des Produkts in Deutschlad

5 Modulation R=>T NTM, 2007/06, 10. RFID, ISO C, Rur, 5 1. Puls-Intervall-Encoding (PIE) Symbole starten mit on-state, gefolgt von off-state (fixe Breite PW) Symbol durch Intervall zwischen off-states festgelegt Symbol 0 dauert 1 Tari (Type A Reference Interval) effektive Datenrate R e = 2/(T data0 +T data1 ) für P(0)=P(1)=50% verschiedene Datenraten Kompromiss zwischen Leserate, -reichweite, Bandbreite B 1/PW

6 Modulation R=>T NTM, 2007/06, 10. RFID, ISO C, Rur, 6 2. ASK (DSB-ASK, SSB-ASK oder Phase-Reversal-ASK) PIE Energie- und Datenübertragung => Hüllkurvendemodulation

7 Tx-Maske NTM, 2007/06, 10. RFID, ISO C, Rur, 7 Multiple-Interrogator Sendemaske

8 Beispiel Reichweite NTM, 2007/06, 10. RFID, ISO C, Rur, 8 Reichweite durch Energieübertragung begrenzt Gleichrichtung der HF-Spannung mit low-barrier Schottky Diode optimistisches R=>T Linkbudget Sendeleistung Antennengewinn Reader Freifelddämpfung Antennengewinn Transponder min. Empfangsleistung P R G R -A f G T P T 30 dbm (= 1 Watt) 6 dbi - 47 db 1 dbi -10 dbm (= 100 μw) Formel für Freifelddämpfung A f [db] = log 10 (f [MHz]) + 20 log 10 (R[m]) 60 Für f = 915 MHz und A f = 47 db folgt: Reichweite R < 5.87 m best case (4 W EIRP), realistischer 3m Reichweite

9 R=>T Präambel und Frame-Sync NTM, 2007/06, 10. RFID, ISO C, Rur, 9 R=>T Signalisierung startet mit Präambel oder Frame-Sync Transponder misst RTcal = T data0 + T data1 0 wenn T data < RTcal / 2 und 1 wenn T data > RTcal / 2 Reader legt mit TRcal-Länge Backscatter Link-Frequenz (LF) fest LF = Divide Ratio / TRcal [μs]

10 Modulation T=>R NTM, 2007/06, 10. RFID, ISO C, Rur, 10 Backscatter Modulation Veränderung des Rückstrahlquerschnitts der Antenne FM0- oder Miller-Modulation des BLF-Hilfsträgers Backscatter Link Frequenz MMS steht für Miller-modulated Subcarrier, M bezeichnet die BLF-Perioden pro Bit

11 Modulation T=>R NTM, 2007/06, 10. RFID, ISO C, Rur, 11 Verschiedene Datenraten Kompromiss zwischen Leserate, -Reichweite, Interferenztoleranz und Mehr-Reader-Betrieb Miller-Modulation MMS MMS-8 80 f c f c +f BLF Miller-Modulation für Multi-Reader- und Dense-Reader-Mode

12 Tag Memory NTM, 2007/06, 10. RFID, ISO C, Rur, 12 Parameter MemBank allocation class ID und Information über Unterstützung von kundenspezifischen und optionalen Befehlen 4 logische Speicherbereiche hauptsächlich EPC-Länge berechnet bei power-up wenn Access-Pwd!= 0 Tag geht nur in Sicherheits- Zustand wenn der Reader das pwd sendet keine kill-operation wenn kill-pwd = 0

13 Befehle NTM, 2007/06, 10. RFID, ISO C, Rur, 13 Vorgeschriebene und optionale Befehle Reader talks first Realisierung von Bool schen Auswahl- Kriterien innerhalb einer Menge von Tags Identifikation von Tags einige Befehle mit one-time-pad basierendem cover-coding ein 16-Bit-Wort 1 Wort Tags States Ready Arbitrate Reply Acknowledged Open Secured Killed

14 Antikollision (1) NTM, 2007/06, 10. RFID, ISO C, Rur, 14 Inventory-Befehl (Q-Protokoll, eine Form von slotted Aloha) Reader sendet query mit Parameter Q (z.b. =4) und Session Nr. Standard sieht 4 Sessions vor, Tags dürfen in einer inventory- Runde nur an einer einzigen Session teilnehmen Reader generiert Zeit-Slots Tags wählen 16-Bit Zufallszahl als handle Tags wählen Zufallszahl im Bereich [0,2 Q -1] für Slot-Nummer if slot_number = 0, backscatter handle if slot_number!= 0, wait that number of slots to backscatter handle Reader ACKs einzelnen Tag mit handle und geht in access-phase alle anderen Tags warten wenn mehrere Tags antworten, kann der Reader gleiches oder modifiziertes Q senden Anpassung an verschiedene Kollisionsszenarien

15 Antikollision (2) NTM, 2007/06, 10. RFID, ISO C, Rur, 15

16 Literatur NTM, 2007/06, 10. RFID, ISO C, Rur, 16 ISO-Standard Dokument ISO-IEC_CD C EPCGlobal Tutorials Spektrum Dokument ETSI TR