Passiivisen RFID:n paikannustekniikka

RFID on kosketukseton tunnistusTekniikka, joka käyttää radiotaajuisia signaaleja elektronisiin RFID-tunnisteisiin tallennettujen tietojen lukemiseen ja välittämiseen. Sitä käytetään laajalti logistiikan seurannassa, kuljetuksissa, ostoskeskuksen lastinhallinnassa ja tuotteiden paikantamisessa. Kohteen erityisolosuhteiden mukaan RFID-lisätunnisteet ja -lukijat asetetaan tasaisesti tarpeen mukaan. Yleensä on kaksi tapaa ilmaista RFID-lisätunnisteen ja RFID-lukijan välinen etäisyys.

Ensimmäinen on käyttää RFID-lukijaa, joka voi säätää luku- ja kirjoitusetäisyyttä säätämällä energiakerrosta. Millä energiakerroksella RFID-lukija lukee jokaisen RFID-lisätunnisteen, tämä energiakerroksen data ilmaisee RFID-tunnisteen ja RFID-lukijan välisen etäisyyden. Mitä pienempi energiakerroksen data on, sitä lähempänä RFID-aputunniste on RFID-lukijaa; mitä suurempi on energiakerroksen data, sitä kauempana RFID-aputunniste on RFID-lukijasta.

Toinen on osoittaa etäisyys apuRFID-tunnisteen ja RFID-lukijan välillä sen mukaan, kuinka kauan RFID-lukija lähettää signaalin ja kun se lukee RFID-tunnisteen tiedot. Mitä lyhyempi viiveaika, sitä pienempi on RFID-lisätunnisteen ja RFID-lukijan välinen etäisyys; mitä pidempi viive, sitä kauempana on RFID-lisätunnisteen ja RFID-lukijan välinen etäisyys.

RFID-tunnisteet jaetaan aktiivisiin ja passiivisiin. Aktiivisilla tunnisteilla on virtalähde, ja signaalinkäsittely voi olla monimutkaisempaa, ja paikannustarkkuus on paljon suurempi. Ihannetapauksessa se voi kattaa 100 metrin kantaman ja paikannusvirhe on noin 5 metriä. Se täydentyy pääasiassa kolmiomittauksella, mutta tässä kentässä voidaan käyttää myös solmuja, kuten UWB ja ZigBee, paikannukseen. Koska passiivisella RFID-tunnisteella ei ole laskentatehoa, kaikkea signaalinkäsittelyä rajoittaa RFID-lukijan vastaanottama heijastunut signaali, joten signaalinkäsittelyalgoritmien valinta on paljon pienempi. Ja koska RFID-lukijan tunnistusalue on periaatteessa 20 metrin etäisyydellä, passiivisten tunnisteiden paikannusta käytetään yleensä vähemmän.

RFID-sisäpaikannus tarkoittaa tunnisteiden paikantamista RFID-lukijoiden kautta, joiden paikat tunnetaan, jotka voidaan jakaa ei-etäisyysmenetelmiin ja mittausmenetelmiin. Etäisyysmittaukseen perustuva menetelmä tarkoittaa kohteen RFID-laitteen ja kunkin RFID-tunnisteen välisen todellisen etäisyyden arvioimista eri etäisyysmittaustekniikoiden avulla ja sitten kohdelaitteen sijainnin estimoimista geometrisella menetelmällä. Yleisesti käytettyjä etäisyyteen perustuvia paikannusmenetelmiä ovat: paikannus saapumisaikatiedon perusteella (jaettu TOA:han, TDOA:iin), paikannus signaalin voimakkuustietoihin (RSSI) ja paikannus signaalin saapumiskulman perusteella (Angle of Arrival, AOA). Nämä tekniikat ovat sopusoinnussa UWB:ssä ja Wi-Fi:ssä käytettyjen teknisten periaatteiden kanssa, mutta RFID-signaalien etenemisetäisyys on energiarajoitteista johtuen hyvin lyhyt, yleensä vain muutaman metrin tai kymmenien metrien päässä.

Niiden joukossa ei-etäisyysmenetelmä viittaa kohtaustietojen keräämiseen varhaisessa vaiheessa ja sitten hankitun kohteen yhteensovittamiseen kohtaustietojen kanssa kohteen paikantamiseksi. Tyypillisiä toteutusmenetelmiä ovat referenssitunnistemenetelmä ja sormenjälkien paikannusmenetelmä. Yleisesti käytetty referenssitunnistemenetelmän algoritmi on sentroidipaikannusmenetelmä. Sormenjälkien paikannusmenetelmä on periaatteessa sama kuin Wi-Fi-paikannuksessa, Beacon-paikannuksessa ja muissa teknologioissa käytetty. Järjestä paikannustilaan joitakin RFID-lukijoita. RFID-lukijoiden sijainti on tiedossa. Kun kohde-RFID-tunniste saapuu paikalle, useat RFID-lukijat voivat lukea kohde-RFID-tunnisteen tiedot samanaikaisesti. Näiden RFID-lukijoiden sijainti muodostaa monikulmion liitäntälinjan kanssa, ja tämän polygonin painopistettä voidaan pitää kohteena olevan RFID-tunnisteen sijaintikoordinaatteina. Centroid-paikannusalgoritmin toteutusvaiheet ovat yksinkertaisia ja helppokäyttöisiä, mutta paikannustarkkuus on suhteellisen alhainen. Sitä käytetään usein skenaarioissa, joissa paikannustarkkuus ei ole korkea ja RFID-laitteisto on rajallinen.

RFID-teknologiaan perustuvan paikannusmenetelmän etuna on sen alhainen hinta. Aktiivisten RFID-tunnisteiden hinta on yleensä kymmeniä juaneja, kun taas passiivisten RFID-tunnisteiden kustannukset voivat olla useita juaneja, ja tunnisteiden koko on pieni, yleensä arkin muotoinen, ja RFID-radiotaajuussignaalilla on vahva tunkeutuminen ja voi harjoittaa ei-näköyhteysviestintää. RFID-järjestelmän viestintätehokkuus on erittäin korkea. Verrattuna Wi-Fi- ja Zigbee- ja muihin verkkoyhteyttä vaativiin järjestelmiin, RFID-lukija pystyy lukemaan ja kirjoittamaan satoja tunnisteita yhdessä sekunnissa. Verrattuna ZigBee-, Bluetooth- ja Wi-Fi-langattomiin paikannustekniikoihin, RFID:llä on alhaisemmat solmukustannukset ja nopeampi paikannusnopeus, mutta sen viestintäkyky on heikompi, joten RFID-paikannus soveltuu erityisen hyvin yksinkertaisiin merkittyihin objekteihin, mutta ei vaadi suurta määrää Dataviestinnän tapauksessa.

Nykyisessä RFID-teknologiaa käyttävässä paikannusjärjestelmässä on kuitenkin monia puutteet, kuten suuri paikannusvirhe, monimutkainen järjestelmän käyttöönotto ja ympäristön helppo vaikuttaa. Esimerkiksi RSSI-pohjaista paikannusmenetelmää rajoittaa itse RSSI:n suuri vaihtelu ja herkkyys ympäristön häiriöille. Sitä on vaikea parantaa entisestään. TOA- ja TDOA-pohjainen paikannusmenetelmä vaatii suurta ajanmittauksen tarkkuutta, mutta passiivisen RFID-järjestelmän alhaisen tiedonsiirtonopeuden vuoksi tarkkaa aikaa on vaikea havaita. Yleisesti ottaen RFID-paikannustekniikan sovellusalue on kapea, paikannustarkkuus huono ja käytännön tapauksia on vähän.