Prezentacja przedstawia przegląd popularnych systemów telemetrycznych i identyfikacyjnych stosowanych w gospodarce i przemyśle. Główny nacisk położono jest na opis technologi RFID wraz z jej zaletami, wadami oraz potencjalnymi zagrożeniami z nią związanymi. Ponadto w prezentacji opisane są alternatywne technologie takie jak NFC oraz ich wykorzystanie w życiu codziennym.

1. Krótkozasięgowe systemy telemetryczne i identyfikacyjne (RFID) Wojciech Podgórski Wydział ElektronikiPolitechnika Wrocławska 2009

2. Plan prezentacji Wprowadzenie do telemetrii RFID NFC Sieci LON INSTEON Z-Wave

3. Wprowadzenie do telemetrii Telemetria - dziedzina telekomunikacji zajmująca się technikami przesyłu wartości pomiarowych na odległość. Polega ona zazwyczaj na umieszczaniu w terenie urządzeń, które dokonują pomiaru wybranej wielkości oraz automatycznego przesyłu danych w celu ich ewaluacji. Telemetria znajduje zastosowanie tam gdzie obiekty badawcze cechują się dużym rozproszeniem.

4. Wprowadzenie do telemetrii Typowe zastosowania to: elektroniczne badanie zachowań widowni telewizyjnej automatyczne zbierania danych potrzebnych do dystrybucji i sprzedaży rozmaitych towarów masowych (gaz, prąd elektryczny, itp.) zbieranie danych o ruchu drogowym, morskim i lotniczym zbieranie danych naukowych - np. danych sejsmologicznych czy klimatycznych

5. Wprowadzenie do telemetrii Systemów telemetryczne dzieli się na: Jednokanałowe – umożliwiają równoczesny pomiar tylko jednej wielkości. Wielokanałowe – umożliwiają równoczesny pomiar kilku wielkości. Selektywne – pomiar wielkości nierównocześnie. Jako medium transmisyjne stosuje się: Kable sieciowe i światłowody Łącza radiowe GPRS

6. Przykład: badanie widowni telewizyjnej Rys. 1: Schemat działania systemu telemetrycznego badania widowni telewizyjnej

7. Przykład: badanie widowni telewizyjnej [1,2] W wylosowanych gospodarstwach domowych zamontowane są niewielkie urządzenia elektroniczne – [3] telemetry, które podłączone do dostępnego w domu sprzętu telewizyjnego, zapamiętują zarówno moment włączenia i wyłączenia telewizora, jak i nazwę odbieranej stacji. Badany przy pomocy specjalnego [3] pilota telemetrycznego rejestruje się, informując system, że właśnie zaczął lub skończyłoglądaćtelewizję. [3,4] Zgromadzone w ten sposób informacje transmitowane są poprzez modem do centrumobliczeniowegoTNS OBOP. [5] Centralny komputer TNS OBOP łączy się automatycznie i bezgłośnie z miernikiem zainstalowanym w domu i pobiera dane z poprzedniego dnia. [6,7] Na podstawie zebranych danych sporządzane są statystyki.

8. Przykład: badanie widowni telewizyjnej Tab. 1: 10 najlepiej oglądanych programów w okresie: 08.06 - 14.06 2009, źródło: TNS OBOP

9. RFID RFID (ang. Radio FrequencyIdentification) to ogólny termin opisujący systemy wykorzystujące fale radiowe do dokonania identyfikacji obiektu np. na podstawie numeru seryjnego.

12. Pół-pasywne

14. Jednokrotnego zapisu i wielokrotnego odczytu (Writeonce, read many)

16. HF (High Frequency) – tagipasywne, odległość do 1m:13.56 MHz

19. Pamięć: 1 kb EEPROM (768 bdo użycia)

20. Unikalny numer seryjny (4 b)

21. 16 sektorów po 4 bloki od długości 16 b

22. 100.000 operacjizapisu

23. Gwarancja na 10 lat

24. System kryptograficzny MifareCrypto 1

26. RFID - ?

27. RFID - Skimming

28. RFID – bezpieczeństwo (2) Wraz z pojawieniem się zagrożeń związanych z RFID opracowano wiele metod zabezpieczania tagóworaz transmisji radiowej z czytnikiem, niektóre z nich to: -> Szyfrowanie -> Zastosowanie kodu PIN -> System identyfikacji biometrycznej -> Polecenie „KILL” -> Blokowanie Tagów („LOCK”) -> Kontrola poziomu energii -> Klatka Faraday -> Uszkodzenie anteny

29. RFID - Zastosowania -> paszporty (np. w USA); -> alternatywa kodu kreskowego; -> pomocne w inwentaryzacji; -> rejestracja czasu pracy pracowników; -> płatności -> opaski kontrolujące więźniów, dzieci; -> implanty RFID – wejście do klubu; -> identyfikacja pacjenta; -> weterynaria; -> śledzenie różnego rodzaju zbiorów; -> sprzedaż - przeszkoda dla złodziei; -> komunikacja miejska; -> zabezpieczenie mienia -> biblioteki; -> przemysł farmaceutyczny – fałszowanie leków; -> systemy telemetryczne

30. RFID – krytyka i kontrowersje -> Bezpieczeństwo i prywatność. -> Poufne dane znajdujące się w tagach RFID. -> Osoby posiadające przy sobie tagi mogą być łatwo śledzone. -> Tagi wszczepiane ludziom w celach bezpieczeństwa/kontroli. -> Ap 13, 16-18 I sprawia, że wszyscy: mali i wielcy, bogaci i biedni, wolni i niewolnicy otrzymują znamię na prawą rękę lub na czoło i że nikt nie może kupić ni sprzedać, kto nie ma znamienia - imienia Bestii lub liczby jej imienia. Tu jest [potrzebna] mądrość. Kto ma rozum, niech liczbę Bestii przeliczy: liczba to bowiem człowieka. A liczba jego: sześćset sześćdziesiąt sześć.

31. NFC NFC (Near Field Communication) – krótko zasięgowy system komunikacji bezprzewodowej, umożliwiający wymianę danych na odległość do 20 cm.

32. NFC - charakterystyka -> komunikacja na odległościach do 20 cm -> oparta na koncepcji zapytań i odpowiedzi -> urządzenie inicjujące i docelowe -> łatwa i prosta metoda, bez potrzeby konfiguracji urządzeń przez użytkownika -> wsteczna kompatybilność z RFID -> możliwość sekwencyjnej pracy z kilkoma urządzeniami -> umożliwia zestawianie połączeń bluetooth i WiFi

33. NFC - zastosowania Główne zastosowania technologii NFC: -> Transfer danych np. zdjęć, muzyki, dokumentów -> Łatwe zestawianie połączeń Bluetooth i WiFi -> Mikropłatności – alternatywa dla gotówki -> Bilety elektroniczne -> Opłacanie rachunków Główna różnica pomiędzy NFC a RFID leży w tym, że urządzenia NFC są jednocześnie „tagiem” i „czytnikiem” pozwala to na transfer danych oraz wszelkie inne zastosowania technologii RFID. Ponadto jako, że technologia NFC występuje w urządzeniach o większej mocy obliczeniowej oraz objętości pamięci (np. telefony komórkowe) możliwe jest wysyłanie, odbieranie oraz przetwarzanie zdobytych informacji. W przeciwieństwie do RFID, technologia NFC nie jest jeszcze tak bardzo rozpowszechniona i mniej popularna. Jednak zaczyna się to zmieniać.

34. Sieci LON - wprowadzenie LON (LocalOperating Network) – sieć kontrolująca, monitorująca i sterująca, zbudowana w systemie LonWorks; umożliwia sterowanie i monitorowanie dowolnych procesów technologicznych w takich obszarach jak automatyka budynków, systemy transportowe, energetyka oraz przemysł. Zalety : -> łatweprojektowanie sieci -> szeroki wybór urządzeń współpracujących z protokołem LonTalk -> łatwa wymiana komponentów w sieci oraz ich instalowanie i deinstalowanie -> możliwość stosowania w jednej sieci różnego typu medium -> Obsługa dużej ilości węzłów (kilkaset, lub nawet kilka tysięcy)

35. Sieci LON – zasada działania Podstawową jednostką jest węzeł „Sercem” węzła jest Neuron Chip, zbudowany z 3, 8-bitowych procesorów (Network Processor, MAC Processor, ApplicationProcessor) Komunikację między węzłami zapewnia LonTalkProtocol Rywalizację o kanał rozwiązuje reservationprotocol Aplikacje są napisane w języku Neuron C

36. Sieci LON – systemy heterogoniczne

37. Sieci LON – media transmisyjne Media wykorzystywane w budowie sieci LON: -> skrętka; -> światłowód; -> podczerwień; -> sieć energetyczna; -> fale radiowe; -> sieci telefoniczne; Dwa kanały mogą być ze sobą połączone za pomocą routerów, które transportują Pakiety między nimi. Ze względu na algorytm wyznaczania tras pakietów routery dzielą się na: routery konfigurowalne (configuredruters) routery uczące się (learning routers) mosty(bridges) repeatery (repeaters).

38. Sieci LON – protokół LonTalk -> zapisany w pamięci Neuron Chipa; -> możliwe 3 rodzaje transmisji (unicast, multicast, broadcast) -> przedstawia się jako zespół usług, które mogą być wykorzystywane opcjonalnie; -> jest w pełni zgodny z siedmiowarstwowym modelem odniesienia ISO/OSI -> Ukierunkowany na przesyłanie danych, a nie komend, dzięki czemu różne urządzenia mogą reagować w różny sposób na te same dane; -> opublikowany jako ANSI/EIA 709.1.

39. INSTEON Insteon to technologia umożliwiająca zarządzanie siecią zautomatyzowanego domu. Najważniejsze cechy to: -> Kontrola urządzeń przez PLC, RF, PLC+ RF; -> Gwarantuje : - łatwośćinstalacji urządzeń; - prostotęobsługi; - niezawodność; - niską cenę; - kompatybilność z X10; - pewność odpowiedzi urządzeń. -> Każde urządzenie jest posiada możliwość odbierania, nadawania i retransmisji; -> Transmisja z potwierdzeniem

40. INSTEON - specyfikacja Parametry PLC -> częstotliwość 131,65 kHz; -> modulacja BPSK; -> minimalne napięcie wyjściowe 3,16V na 5 Ω; -> minimalne napięcie wejściowe 10 mV; -> przepustowość; - 13,165 kb/s (impulsowo); - 2,880 kb/s (ciągle); Parametry RF -> częstotliwość 904 MHz -> modulacja FSK -> czułość odbiornika -103dBm -> zasięg 45,72m (LOS) -> przepustowość - 38,400 kb/s (impulsowo)

41. INSTEON - transmisja

42. Z-Wave Z-Wave to bezprzewodowy protokół radiowy stosowany do komunikacji domowych urządzeń elektrycznych. -> Stworzony przez ZenSys z Dani; -> Cele podobne do Insteon: małe koszty, mały pobór energii, niezawodność; -> Kontrola urządzeń tylko przez fale radiowe -> Zastosowanie funkcji rutujących; -> Różne rodzaje urządzeń: inicjatorzy, slaves; -> System rozproszony

43. Z-Wave - specyfikacja -> Inteligentna sieć o topologii typu mesh. -> Brak węzła sterującego całą siecią. -> Sygnał przebiega wyznaczoną trasą. -> Automatyczne omijanie uszkodzonych węzłów. -> Możliwość połączenia do 232 urządzeń -> Węzły będące repeaterami, nie mogą być uśpione, więc tylko niektóre urządzenia, najczęściej te zasilanie z sieci elektrycznej są routerami. Parametry: -> przepustowość 9,6 kb/s -> zasięg do 100m (LOS), 30 m -> modulacja GFSK -> częstotliwość 868.42 MHz (UE), 908,42 (USA)

44. Porównanie systemów do „inteligentnej automatyki budynków” (1)

45. Porównanie systemów do „inteligentnej automatyki budynków” (2)

46. Dziękuje za uwagę!

47. Bibliografia Bonsor K., Keener C., How RFID Works, howstuffworks - http://electronics.howstuffworks.com/rfid.htm Courtois N., Nohl K., O’Neil S., Algebraic Attacks on the Crypto-1 Stream Cipher in MiFare Classic and Oyster Cards, Cryptology ePrint Archive: Report 2008/166 Darbee P., INSTEON The Details, 2005 Innovision Research & Technology plc, Near Field Communication in the real world: Turning the NFC promise into profitable, everyday applications Shandle J., RFID basics - And a few new challenges, WirelessNetDesignline 2007 Weinstein R, RFID: A Technical Overview and Its Application to the Enterprise, IEEE 2005 EchelonE-Training, http://www.echelon.com/training/etraining/ INSTEON - Wireless Home Control Solutions for Lighting, Security, HVAC, and A/V Systems, http://www.insteon.net/ MoreRFID, http://morerfid.com/ RFID Journal,http://www.rfidjournal.com/ Zen-Sys, Z-Wave™ the wireless control language Z-waveAlliance.org - Alliance, http://z-wavealliance.org/