LF-Technologie. Vorlesung RFID Systems Benno Flecker, Michael Gebhart TU Graz, Sommersemester 2009

Transkript

1 LF-Technologie Vorlesung RFID Systems Benno Flecker, Michael Gebhart TU Graz, Sommersemester 2009

2 Inhalt und Termine der Vorlesung Termin (SS2009) Titel und Inhalt RFID Systems LV Juni 2009 LF-Technologie 12. Juni 2009 UHF-Technologie (1) 19. Juni 2009 UHF-Technologie (2) 26. Juni 2009 RFID Systems LV Seite 2

3 Inhalt Frequenzübersicht Anwendungen FDX (Full Duplex) HDX (Half Duplex) ISO ISO Info über am Markt erhältliche Transponder RFID Systems VL Seite 3

4 Frequenzübersicht RFID Systems LV Seite 4

5 LF Technologie Standards: ISO 11784/85 Read-Only ISO 14223/1 Read/Write ISO Item Management Nationale Regulativen: Weltweit einheitlich Physikalisches Konzept: Induktive Kopplung Verwendete Frequenz: 125/134 khz Antenne: Spule Lesereichweite: Bis zu 1m Umgebungseinflüsse: Geringer Einfluss auf die Lesereichweite Arbeitet in der Nähe von Metall Applikation: Tier Identifikation Industrie Umgebung Zugangssysteme, RFID Systems Seite 5

6 HF Technologie Standards: ISO Proximity Card ISO Vicinity Card ISO Item Management HF EPC Gen2 Nationale Regulativen: Weltweit einheitlich Physikalisches Konzept: Induktive Kopplung Verwendete Frequenz: MHz Antenne: Spule Lesereichweite: Vicinity: bis zu 1.5m Proximity: bis zu 10cm Umgebungseinflüsse: Geringer Einfluss auf die Lesereichweite Arbeitet in der Nähe von Metall Applikation: Büchereien Öffentlicher Verkehr Produkt Identifizierung Zugangssysteme, RFID Systems Seite 6

7 UHF Technologie Physikalisches Konzept EM Wellenausbreitung Verwendete Frequenz: MHz Antenne: Dipol oder/und Loop Lesereichweite: Far field: bis zu 7m Near field: bis zu 10cm Standards ISO Item Management EPC Class I Gen2 Nationale Regulativen: Weltweit unterschiedlich Umgebungseinflüsse: Einfluss auf die Lesereichweite durch Reflexion und Absorption Applikation: Paletten and Container ID Bekleidung RFID Systems Seite 7

8 LF Anwendungen RFID Systems LV Seite 8

9 Anwendungsbeispiele RFID Systems Seite 9

10 Anwendungen Rinderhaltung Bolus Halsbandtransponder Ohrmarke Injektat (auch Haustiere) Brieftauben Elektronische Wegfahrsperren Behälteridentifikation Abfallentsorgung Sport Veranstaltungen RFID Systems Seite 10

11 Beispiele für LF Auslieferungsformen Wafer MOA2 I Connect HVSON2 RFID Systems Seite 11

12 FDX (Full Duplex) HDX (Half Duplex) RFID Systems LV Seite 12

13 FDX HDX Unterschied HDX Zwei Kapazitäten werden extern mit dem Chip verbunden; zusätzliche Platine nötig FDX Kapazität am Chip integriert; kein zusätzliches Löten notwendig RFID Systems Seite 13

14 FDX HDX Unterschied HDX Ladezyklen nötig Reader schaltet das Feld ab um zu erkennen, ob sich ein Tag im Feld befindet FDX Keine Ladezyklen nötig Reader erkennt sofort den Tag Reader Transponder HDX FDX Transponder kann erst nach laden antworten RFID Systems Seite 14

15 ISO/IEC 11784/85 RFID Systems LV Seite 15

16 ISO 11784/85 ISO/IEC & definieren die RFID-Daten von Nutztieren ISO/IEC spezifiziert die Struktur des RFID-Datenwortes für Tiere ISO/IEC spezifiziert Aktivierung und Datentransfer der Übertragung Tag Talks First Standard für HDX und FDX Transponder RFID Systems Seite 16

17 Struktur des Reader-Kommando-Wortes FDX 128 bit TTF Datenwort, besteht aus folgenden Teilen: Teil 1: 11 bit Header ( ) Teil 2: 64 bit Identifikationscode nach ISO/IEC11784 Teil 3: 16 bit Cyclic Reduncance Check (CRC), Teil 4: 24 bit Trailer Es wird Bit Stuffing verwendet; jedes 9. bit (beginnend mit Teil 1) muss fest auf 1 gesetzt werden. Niederwertigstes bit (LSB) wird zuerst übertragen. Header Identification Code 11 Bit Bit 8 Bits CRC Bit Trailer Bit RFID Systems LV Seite 17

18 64 Bit Identification code Bit Number Reserved Information Flag animal non animal application Retagging Counter, for lost eartags User Information Field Flag indicating advanced transponder Flag indicating data block ISO 3166 numeric 3 country code National identification code Description set to 1 indicating that it is animal application Retagging with the same identification number is decided by the specific country (bits 17-26). This counter shall be zero for the first assign of a transponder to an animal. The content of this field is informative. It is defined by the country as coded in the country code field. The meaning of these bits remains unchanged. The value of these bits shall be set to 0. set to 1 indicating that it is an advanced transponder set to 1 indicating that the transponder contains additional data (trailer bits) Country code 900 to 998 manufacturers Country code 999 is used for test transponder. Unique number within a country RFID Systems Seite 18

19 Numeric Code ISO 3166 (Beispiele) Country 2 Alfa-code 3 Numeric code Austria AT 40 France FR 250 Germany DE 276 Greece EL 300 Hungary HU 348 Italy IT 380 Slovenia Sl 705 Spain ES 724 Sw eden SE 752 The Netherlan NL 528 United Kingdom GB 826 RFID Systems Seite 19

20 Übersicht der FDX und HDX Systeme Parameter FDX system HDX system Activation frequency khz khz Modulation AM-PSK FSK Return frequencies khz to khz khz (1) khz to khz khz (0) Encoding modified DBP NRZ Bit rate bit/ s bit/ s (1) 8 387,5 bit/ s (0) Telegram structure: Header 11 8 Identification code Error detection code Trailer Control bits 13 RFID Systems Seite 20

21 Struktur des Reader-Kommando-Wortes HDX Das TTF Datenwort, besteht aus folgenden Teilen: Teil 1: 8 bit Header ( ) Teil 2: 64 bit Identifikationscode nach ISO/IEC11784 Teil 3: 16 bit Cyclic Reduncance Check (CRC), Teil 4: 24 bit Trailer Header Identification Code 8 Bit 64 Bit CRC 16 Bit Trailer 24 Bit LSB MSB RFID Systems Seite 21

22 ISO/IEC14223 ist eine Erweiterung zu ISO11784 & Der Produktstandard beschreibt die Luftschnittstelle zwischen Reader und Transponder. RFID Systems LV Seite 22

23 ISO/IEC ISO/IEC standardisiert die Luftschnittstelle zwischen Reader und Transponder, voll aufwärtskompatibel zu / 85. ISO/IEC spezifiziert Codierung und Kommandostruktur des RFID-Systems zur Nutztier-Identifikation. ISO/IEC spezifiziert die Anwendungen des RFID-Systems zur Nutztier- Identifikation. RFID Systems LV Seite 23

24 Allgemeine Anforderungen Die so bezeichneten Advanced Transponder sind voll aufwärtskompatibel zu ISO/IEC (In den Ansprechbereich des Readers gebracht, verhalten sie sich wie ISI/IEC11785 Transponder). Um die Transponder in den Advanced Mode zu bringen, sendet der Reader ein Request oder SOF. Der Transponder setzt bit 15 des ISO/IEC Datenrahmens auf 1, um sich als Advanced Transponder erkennbar zu machen. Der Transponder setzt bit 16 des ISO/IEC Datenrahmens auf 1, um anzuzeigen, dass er zusätzliche Daten gespeichert hat. Umgekehrt fällt der Transponder in den ISO/IEC Betrieb zurück, wenn er nicht mehr im Ansprechbereich des Readers ist (Reset), er die advanced -Betriebsart beendet hat, und das Reader-Feld für min. 5 ms unterbrochen wurde (Reset). Die Datenübertragung Reader => Transponder sendet immer das niederwertigste bit zuerst (LSB first). Befinden sich mehrere Advanced Transponder im Ansprechbereich des Readers, wird die Antikollisionsprozedur gestartet. RFID Systems LV Seite 24

25 Kommunikation Transponder => Reader ISO ISO FDX-ADV ISO ms min 5 ms ms A B C D D E A B A Transceiver field Transponder response ISO HDX FDX ADV #1 #2 ISO ADV Phase A: Reader erkennt die ISO11785 Datenantwort des Transponders. Durch bit 15 & 16 erkennt der Reader den Advanced Transponder. Phase B: Reader schaltet H-Feld für > 5 ms ab, um ein HF-Reset beim Transponder auszulösen. Phase C: Reader sendet entweder SOF am Beginn eines zulässigen Requests, oder das Umschalte- Kommando zum Transponder, um diesen in den Advanced Mode zu bringen. Phase D: Lese-/Schreiboperation oder Inventory-Operation im Advanced Mode. Phase E: Nach dem Ende aller Operationen, falls der Transponder im Ansprechbereich des Readers verbleibt, schaltet dieser das H-Feld für > 5 ms ab, um erneut die Suche (Polling) nach neu hinzugekommenen Transpondern im ISO/IEC11785-Mode zu beginnen. Time t RFID Systems LV Seite 25

26 Summary of the FDX and HDX systems Parameter FDX-ADV HDX-ADV Down-link frequency Modulation (depth) khz ASK (90-100%) Encoding Bit rate Typically 5.5 kbps 2.8 kbps Switch command or SOF encoding Pulse Interval Encoding Binary Pulse Length RFID Systems Seite 26

27 Request format LSB MSB LSB MSB LSB MSB LSB MSB LSB MSB SOF Field 1 (5 bits) (Flags 1..5) Field 2 (6 bits) (Command) Field 3 (Parameters) Field 4 (Data) Field 5 (16 bits) (CRC) EOF Response format LSB MSB LSB MSB LSB MSB SOF Field 1 (1 bit) (Error Flag) Field 2 ( 3 bits) (Error Code or Data) Field 3 (16 bits) (CRC) EOF RFID Systems Seite 27

28 Memory Block Address NOB Size 4 times 32 bits 32 bits bits Description User data (bit 1 to 128 reserved for ISO11785 identification data or frame) User data User data RFID Systems Seite 28

29 Transponder-Zustände RF-OFF. Der Transponder ist in diesem Zustand, wenn er nicht im Bereich des Reader-H-Feldes ist. Wait-Zustand. Ein Übergangszustand, in dem der Transponder in den Advanced Mode geschaltet werden kann. Wird erreicht, sobald der Transponder im (ausreichend starken) H-Feld eines Readers ist. ISO Zustand. Der Zustand, in dem das ISO/IEC Protokoll ausgeführt wird. Ready-Zustand. Transponder geht in diesen Zustand, wenn er ein zulässiges Request empfangen hat. Auf diese Weise wird er in den Advanced Mode gebracht. Quiet Zustand. Nachdem der Transponder das Stay Quiet Kommando empfangen hat, geht er in diesen Zustand über. Er verarbeitet und reagiert jedoch auf jedes Request, in dem das ADR-Flag gesetzt ist. Der Transponder geht ebenfalls in den Quiet Zustand, wenn er im Selected-Zustand ein an einen anderen Transponder adressiertes Select-Kommando empfängt. Selected-Zustand. Ein Transponder geht in den Selected-Zustand, wenn er ein Select-Kommando mit seiner UID empfängt. In diesem Zustand sind Kommandos mit SEL-Flag = 1 nur für diesen Transponder gültig. Generell soll immer nur ein Transponder im Reader-Ansprechbereich im Selected-Zustand sein. Daher definiert das Protokoll, dass ein erster, selektierter Transponder von selbst in den Quiet-Zustand übergeht, wenn er detektiert, dass ein zweiter Transponder vom Reader selektiert wird. RFID Systems LV Seite 29

30 State diagram switch window RF on Tag talks first No request TTF Wait for timeout In the field or field on Valid request RTF Ready RFID Systems Seite 30

31 Reader talks first Ready Stay Quiet Select UID Reset to Ready Select UID Quiet Selected Stay Quiet RFID Systems Seite 31

32 State Diagram No Request and RF on RF off Out of field or RF off Out of field or RF off Valid Request Select (UID) Reset To Ready Reset To Ready Stay Quiet (UID) RF-off: Go to RF-off state RFID Systems Seite 32

33 Command List (Mandatory) Command Code Type Function Valid in state Inventory '00' Mandatory Anticollision loop Ready Stay quiet Read UID RFU 03-0F Read multiple blocks Write single block Lock block Inventory ISO code '01' Mandatory 02 Mandatory '12' Mandatory '14' Mandatory '16' Mandatory 23 Mandatory Forces a transponder into the Quiet state Fast reading of the transponders UID without collision protection Reads multiple user memory blocks Writes a single user memory block Locks a single user memory block Inventory command including ISO code Ready, Selected Ready Ready, Quiet, Selected Ready, Quiet, Selected Ready, Quiet, Selected Ready RFID Systems Seite 33

34 Read Write Device Sample RFID Systems LV Seite 34

35 Transp onder Analo guerf Interfa ce Digital Contro l E EPROM PA D VREG V VD D Antic olision Rea d/write REC T DEMOD Co ntrol DaIn ta AcCo ces ntrol Cr es MOD DaOu Eta EPROM Interfa ce R/W Co ntrol P AD CLK Clo ck RFIn Co terface ntrol Ch S argepu equence rmp 64 Pag es 32Bi t Transponder Block Diagram Analogue RF Interface Digital Control EEPROM PAD VREG V VDD Anticollision 32 Bit Transponder RECT Cres DEMOD MOD Data In Read/Write Control Access Control 64 Pages PAD CLK Data Out Clock EEPROM Interface Control RF Interface Control R/W Sequencer Charge Pump RFID Systems Seite 35

36 Prinzip der Datenübertragung zum Transponder data Ib Vb energy I t Vt I 9V demodulator data Basestation Transponder RFID Systems Seite 36

37 Datenübertragung: TAG RWD Data Coded Data (MC) Lastmodulation: Voltage on Transponder Antenna R L Voltage on RWD Antenna RWD Transponder RFID Systems Seite 37

38 Datenübertragung: RWD TAG Binary Pulse Length Coding (BPLC/BPLM): T[0] T[1] T g T EOF Data EOF Coded Data Voltage on RWD Antenna Voltage on Transponder Antenna Symbol Description Duration T g Gap time T 0 T[0] Logic 0 Bit length T 0 T[1] Logic 1 Bit length T 0 T EOF Duration for end of frame condition > 36 T 0 Bit rate = 2 T 0 [] + T[] 1 = 5.2 kbit / s RFID Systems Seite 38

39 Read Only Device Sample RFID Systems LV Seite 39

40 Features Manchester Code 64 bit memory 2 kbit Datenrate RFID Systems Seite 40

41 Memorystruktur RFID Systems Seite 41

42 Referenzen [1] ISO - International Organization for Standardization RFID Systems VL Seite 42

43 Trainingsfragen zur Verständniskontrolle Welche Frequenzen gibt es bei RFID (mit kurzer Beschreibung)? Welche Standards gibt es bei LF?. RFID Systems VL Seite 43

44 RFID Systems Seite 44