Пара распространённых заблуждений про радиоканалы RFID и Wi-Fi (и RFID как точки Wi-Fi)

RFID-метка для пациентов, чтобы их было видно на карте больницы

— А можете каждому строителю чип в голову вшить?
— Теоретически да, но, может быть, объясните, зачем вам это нужно?
— Они у нас стройматериалы воруют. Прямо во время работ. А так каждого будет видно, куда он там зашёл, куда не надо.

Проект решился вшиванием в форменную одежду RFID-метки, разделением стройки на зоны и дальше тем, что делается в сети при построении периметра. То есть построением профиля «белого» трафика — кто, куда и когда ходит. А потом — как на файрволле — запретили строителям всё остальное. Кражи сразу сократились. Прораб получил потустороннюю силу и видел почти каждый косяк.

А дальше каждый чёртов раз, когда я рассказываю про RFID-решение, люди начинают махать руками и путать эти метки с Wi-Fi, Bluetooth и пассивными резонирующими контурами. Одна из причин — некоторые RFID-метки действительно работают по Wi-Fi 802.11. Давайте расскажу, как это используется на практике в разных странах.

Пассивные и активные RFID

Есть два вида RFID-меток. Первые — те, которые не имеют собственного бортового питания и просто резонируют в магнитном поле. Такие вы чаще всего видите в магазинах от книжного до одежды, и даже на колбасе в продуктовом. Они очень дешёвые, маленькие и надёжные, если у злоумышленника нет сумки, сплётённой из проволоки по принципу клетки Фарадея.

Пассивные метки

Активные радиометки — это уже не резонирующий, а самостоятельно излучающий контур. Трансляция сигнала идёт постоянно и на существенно большее расстояние. Активные метки дороже, больше, но зато могут отдавать большее количество данных. Активные метки, очевидно, куда проще считывать — соответственно, сами считыватели будут на два порядка меньше и на порядок менее требовательными к питанию.

Активные метки

Обычная дальность сработки для пассивной метки — 3 метра, для активной — 100–500 метров.

«Большие» активные метки, чтобы два раза не вставать, снабжают и разными сенсорами. Возможность непрерывного мониторинга и передачи в радиоэфир сигнала даёт возможность вещать уровень температуры, влажности, оповещать о толчках и ударах, уровне вибрации, показывать уровень освещённости, загазованности (в том числе качественно, например, только по углекислоте), вещать уровень радиации. И писать логи во внутреннюю память — 512 килобайт уже не кажутся фантастикой.

Перечисленные метки очень активно применяются на разных производствах.

RFID over Wi-Fi 802.11

Теперь мы добрались до самых интересных и крупных RFID-меток. Это 802.11-совместимые радиоустройства, которые вещают на частотах от 2,4 до 2,4835 ГГц или 5,8 ГГц до 5,825 — в тех самых «бытовых» диапазонах. А прелесть их в в том, что они «из коробки» являются полноценными частями Wi-Fi-инфраструктуры и не требуют никаких промежуточных протоколов или интерфейсов для общения.

Не все поддерживают 5GHz — например, эта 802.11 b/g/n, 2.4GHz

Пациенты далеко не уйдут

Метка как на картинке сверху поста внедрялась в иностранном госпитале. Её цепляли пациентам на пояс. Она передаёт базовую телеметрию без дополнительных примочек — просто положение пациента (в случае больницы — ближайший излучатель, соответствующий палате или коридору). Если на неё надавить пальцем по углублению, то можно вызвать сестру, если надавить сильно или упасть лицом в пол вместе с меткой — вместо сестры прибежит сразу врач.

Она 802.11 b/g/n, мощность сигнала омниантенны +11.5dBm, 2.4 — 2.4835 GHz, протокол — UDP/IP или DHCP, заявлено 16 Мбит/с на 40 метров, 6 Мбит/c на 100 метров. Защита Open/WPA2, батарейка не извлекается, на морозе умирает через сутки-двое, есть некий класс защиты от дождя. Размер — примерно как таракан из «Пятого элемента», 3х5 сантиметров и чуть меньше сантиметра в высоту. Весит 2 грамма (столько крови в мышке-полёвке). Сзади клипса или липучка.

Больница в Канаде поставила эти метки и на персонал тоже — просто посмотреть, что можно сделать дальше. Выяснилось, что с помощью таких вещей можно очень повысить безопасность выполнения разных процедур, оптимизировать потоки пациентов, упростить работу по ведению журнала для охраны, мониторить всякие разные параметры с внешних датчков. Лучшая история — противный писк, если не вымыть руки, когда пришёл из «грязной» зоны.

Финал — внедрение меток на всё ценное оборудование. Начали просто с быстрого поиска предметов вроде коек, носилок и инвалидных кресел, но потом поняли, что можно снимать телеметрию с приборов. И подключили к уведомлениям а-ля Zabbix все медицинские мониторы, аппараты ИВЛ и т. п.

Поиск халявщиков на производстве

Ещё одно интересное внедрение делалось на американском производственном комплексе. Для начала каждый контейнер и каждая отдельная учётная единица (палета или ящик) снабжались пассивной RFID-меткой, для того чтобы вести точный учёт продукции и знать, что и как расходуется. Уже одно это несколько уменьшило, как написали в отчёте, «непроизводственные потери» — похоже, у них в Америке так же весело воруют, как и на привычных нам заводах.

Затем метки повесили на форму рабочих — это сделано по требованиям безопасности труда. На части меток — функция «одинокий рабочий», когда нужно двигаться или теребить метку раз в 5–10 минут. Не сделал — она противно пищит, а через 15 секунд отправляется SOS.

Затем, отслеживая потоки рабочих и материалов, аналитики производства стали искать проблемы. Нашли пару ручных процедур, которые совершенно не нужны были на заводе, автоматизировали часть процессов, разгрузили внутреннюю логистику за счёт правильного расположения складов и правильного учёта смен. В общем, смогли сделать так, чтобы рабочие не простаивали и не ждали чего-то, а постоянно работали. На последней стадии собирались делать интеграцию для автоматического назначения задач работникам в реальном времени (на момент внедрения это делалось в начале смены).

И финал — автоматизация журналов учёта транспорта и материалов, быстрые инвентаризации и контроль остатков.

В школе

Для одной американской же школы внедряли RFID+Wi-Fi весьма оригинальным способом. У каждого ученика — обычная Wi-Fi-совместимая метка, а у учителей — небольшие Wi-Fi-терминалы с возможностью отправки и приёма сообщений.

На базе ARiSTA Flow

Директор школы может отправлять сообщения учителям, а учителя могут реагировать записанными шаблонами вроде «понял», «срочно подойдите» и т. п. Эта же система включается по пожарной тревоге и другим ЧС — учителя получают информацию о том, куда надо выводить класс, то есть фактически маршрут эвакуации.

В каждом классе стоит считыватель (точка доступа Wi-Fi), который «видит» и пересчитывает учеников. Журнал посещаемости формируется автоматически. Школьный интранет подключён к серверу, который смотрит в большой Интернет, и родители могут логиниться с приложения или прямо через web-форму и смотреть, в каком месте школы сидят их дети, и заодно — дневники.

Самое интересное сделано в школьном автобусе, который собирает детей по району. Дети с метками садятся в автобус, а там установлена почти такая же функциональная инфраструктура, и родители могут убедиться, что ребёнок нормально сел, и видеть автобус на карте (он отдаёт координаты своего GPS-датчика).

Учители стали вешать отдельные метки ещё на проекторы и другое оборудование, чтобы знать, где оно находится точно, поэтому в проекте ещё разметка инвентаря школы.

Как это выглядит

Один из примеров решения — RFID over Wi-Fi Cisco.

Mobility Services Engine (MSE) агрегирует данные об уровне сигнала от всех беспроводных устройств и отправляет их на приложение MobileViewс. MSE также предоставляет богатый набор функций, начиная с безопасности — Cisco CleanAir, обнаружение местоположения несанкционированных устройств, системы предотвращения вторжений через Wi-Fi (wIPS) и аналитика местоположения.

Или MobileView — это веб-приложение для отображения отслеживания перемещений активов, включая сообщения тревоги, основанные на перемещениях по заданным зонам.

RFID-метки с телеметрией, кнопками вызова, датчиками температуры и влажности.

Вот метки персонала:

Range Outdoor range: Up to 200m (650 feet) Indoor range: Up to 80m (260 feet)
Physical and Mechanical Dimensions (incl. Flange): 80mm x 40.6mm x 20mm (3.14in x 1.60in x 0.8in) Total Weight (Incl. Retractable reel): 53g (1.86oz). Radio 802.11 b/g/n compliant (2.4 GHz) Low frequency receiver for chokepoint detection (125kHz) Transmission power: up to +19dBm (~81mW) Patented clear channel sensing avoids interference with wireless networks. Ultrasound Receiver Frequency: 40KHz.

Работает до 2 лет без замены батареи. Зависит от конфигурации в системе.
Включает в себя ультразвуковой передатчик с частотой 40kHZ, данные сигналы распространяются только в пределах комнаты, что необходимо для точности работы системы обнаружения местонахождения. RFID-метка через ультразвук получает запрос от специального передатчика, который установлен в комнате, и отправляет ответ через Wi-Fi, определяя местоположение человека.

Метки активов:

45mm x 31mm x 18mm (1.7in x 1.2in x 0.7in) Weight: 26g (0.92oz), Radio 802.11 compliant (2.4 GHz) Low frequency receiver for chokepoint detection (125kHz) Transmission power: up to +19dBm (~81mW) Patented clear channel sensing avoids interference with wireless networks. Ultrasound Receiver (optional) Frequency 40KHz.

В данной метке установлена батарея 3.6V с возможностью замены. Продолжительность работы — до 4 лет. Метка посылает информацию о заряде на систему MobileView. Метка оснащена сенсором движения, и в случае движения она начинает посылать сигнал на систему мониторинга. Интервал передачи настраивается в диапазоне от 1 секунды до 3,5 часов. Включает в себя ультразвуковой передатчик с частотой 40kHZ, данные сигналы распространяются только в пределах комнаты, что необходимо для точности работы системы обнаружения местонахождения. RFID-метка через ультразвук получает запрос от специального передатчика, который установлен в комнате, и отправляет ответ через Wi-Fi, определяя местоположение актива.

Устройство настройки метки:

Radio Wi-Fi 802.11 (2.4 GHz); b/g/n compliant* Bluetooth 4. 1 (2.4 GHz)* Low Frequency receiver (LF) 125kHz Transmission power: Up to +19dBm (~81mW). Это сенсор, данное устройство позволяет оперативно проводить конфигурацию RFID-меток.

Ультразвуковой LF-передатчик (разные варианты):

Ультразвуковой передатчик подключается к ЛВС и питается по PoE. Он постоянно отправляет запрос на частоте 40 KHz. На данной частоте сигнал распространяется только в пределах помещения, где установлен передатчик. Когда в помещении появляется активная RFID-метка, то она получает сигнал и производит передачу по Wi-Fi своих данных на систему мониторинга MobileView. Есть несколько видов LF-передатчиков, они отличаются дальностью передачи сигнала и возможностями для монтажа.

Благодаря данным устройствам получается сохранить заряд на активных метках, потому что метка при выходе из зоны работы LF-передатчика может отключаться и перестать передавать информацию через Wi-Fi.

В целом, надеюсь, стало чуть понятнее, как это работает. В России использование таких меток пока крайне мало распространено, но мы сейчас уже готовим первые крупные внедрения. Если есть вопросы не для публичного обсуждения, то моя почта — AChuvilin@croc.ru.

Автор: КРОК

Источник ^[1]