RFID Etiketleri

 Mehmet Nuri ŞENOCAK, TA/N4MNS
 14 Mart 2010

Hiç çöl ortasında, yerleşim bölgelerinden çok uzaklarda, gecenin bir yarısı kumlara sırtüstü uzanıp gökyüzünü seyrettiniz mi? Gökyüzü milyonlarca irili ufaklı ama hepside pırıl pırıl parlayan yıldız doludur. Ve etrafınıza baktığınızda gece olmasına rağmen her yeri görebildiğinizi fark edersiniz. O yıldızlardan gelen zayıf ışıklar bile etrafı aydınlatmaya yeter. Hele birde dolunay varsa hiç zorlanmadan kitap ve gazetenizi bile okuyabilirsiniz. Abartma gibi geliyor değil mi? Ama gerçek ve yaşadığım için de biliyorum. Ama şehirlerde ya da kasabalarda gökyüzüne baktığımızda görünen yıldızların sayısı çok daha az ve donuktur.

Ve o çok parlak yıldız sandıklarımız ise aslında alçak yörüngede dolaşan uydulardır.  Alttaki resim Kanadanın Ontario eyaletinin Goodword kasabasından bir gece görüntüsü.

Goodword kasabasında bir gece görüntüsü Karanlık bir gecede aynı yerden çekilen resim

Altta ise yine aynı kasabada elektrik arızası yüzünden ev ve sokak aydınlatmasının  söndüğü bir gecede aynı noktadan ve de aynı açı ile çekilmiş başka bir resim. Gökyüzünün bu resimde ne kadar canlı ve cıvıl cıvıl olduğunu görebilirsiniz…

Nedeni ise yerleşim bölgelerinde kullanılan aşırı aydınlatmanın yarattığı ve Gökyüzü Parlaması olarak anılan bir Işık Kirliliği türüdür. Yerleşim bölgeleri etrafında gökyzünün aşırı aydınlanması uzay ile aramızda aydınlatılmış bir tabaka oluşturur ve bu ışığı daha zayıf olan gök cisimlerini görmemize engel olur. Buraya tıklarsanız Işık Kirliliği üzerine Tübitak sitesinde yayınlanmış yazı ve resimlere gidebilirsiniz.

Bu konuya neden değindiğime gelince, ilk amatörlüğe başladığımda basit bir alıcı ile dünyanın ta öbür ucundaki zayıf istasyonları bile dinlerken bu gün çok daha hassas alıcılar ve gürültü önleyici devreler kullanarak o günlerde dinlediğimden daha az istsyonu daha çok gürültü arasında dinleyebiliyorum.

Peki bu hale nasıl gelindi? İlk önceleri sadece haberleşme amacı ile kullanılan radyo dalgaları zaman içinde değişik kullanım alanlarının açılması ile radar, tıbbi cihazlar, uzaktan kumanda ve kontrol, telemetre derken kullandığımız kredi kartlarının içine bile girdi.

Bu yazıdaki konumuz ise Akıllı Etiketler olarak da tanımlanan RFID etiketler.  Açılımı “Radyo Frekansı ile Tanımlama” olan bu teknoloji İkinci Dünya Savaşı’ndan beri çeşitli şekillerde kullanılıyor. Çoğunlukla kısıtlı alanlara ve özel gereksinimlere yönelik olan kullanım, teknolojinin gelişmesi ve taşımacılık endüstrisinin etkenlik arttıracak çözümlere gereksinimin çoğalması neticesinde son on yıl içinde büyük bir evrim ve açılım gerçekleştirdi.

RFID sistemleri akıllı etiketler ve okuyuculardan oluşur. Bu etiketler bilgisi okunacak ortamlara yerleştirilir. Banka kartları, KGS, Kimlik Kartları gibi ortamlarda bu etiket kartın üretimi sırasında katmanları arasına yerleştirilir. Etiketler çoğunlukla kullanıldıkları sisteme özgün bilgiler içerir ve sorgulandıklarında bu bilgiyi sorgulayıcıya geri gönderirler.

Güvenlik etiketi

Her ne kadar alışveriş noktalarında güvenlik amacı ile kullanılan etiketlerde RFID etiketi olarak sınıflandırsalar da bu etiketler üstteki resimdeki gibi yanlızca bir bobin ve bir tünel diyottan oluşurlar. Etiketler okuyucudan gelen RF sinyali etki alanına girdiklerinde diyot vasıtası ile doğrultulan sinyal çiftlenerek geri yollanır ve  okuyucular çiftlenen sinyal okuduklarında alarm çaldırırlar. Hem güvenlik etiketlerinin hem de akıllı RFID etiketlerinin okunmasında kullanılan devrelerin blok şeması alttaki gibidir.

Blok şema

Okuyucu etiketin çalışma frekansında bir taşıyıcı sinyal üretir. Akıllı etiketler için bu taşıyıcının üzerinde genlik modülasyonu ile yüklenmiş sorgu bilgisi de bulunur.

Etiketimiz bu RF sinyalinin etki alanına girdiğinde anteni ile RF sinyalini kullanarak yollayacağı cevabı üretir. Güvenlik etiketlerinde bu cevap frekansı çiftlenmiş bir sinyal, akıllı etiketlerde ise üzerine sorgulamada sorulan sorunun cevabını içeren bilgi dizisi modüle edilmiş aynı frekanstaki bir sinyal olur. Akıllı etiketlerin içlerindeki devreleri beslemek için gereken gerilim gelen sinyalin doğrultulması ile elde edilir.

Teknolojinin gelişmesi ile etiketlerin içine sığdırılan yonganın boyutları küçülmüş ve işlevsel birimler olarak devre tasarımları daha karmaşık ve daha çok iş yapabilir hale gelmişlerdir. Alttaki blok devrelerde ilk olarak bir akıllı etiket okuyucusunun içeriğini inceleyelim.

Okuyucu

Devremizde devamlı çalışan bir osilatör taşıyıcı frekansındaki salınımları üretir. Kullanılan frekansları ve çıkış güçlerini ise alttaki tabloda bulabilirsiniz.

RFID-Sistemleri frekans kullanım tablosu
Frekans Açıklama Kullanılan güç
< 135 kHz LF, endüktif bağlaşım 72 dBµA/m
3.155 … 3.400 MHz EAS, stok kontrol ve takibi 13.5 dBµA/m
6.765 .. 6.795 MHz HF(ISM), endüktif bağlaşım 42 dBµA/m
7.400 .. 8.800 MHz HF, yanlızca EAS stok kontrol ve takibi 9 dBµA/m
13.553 .. 13.567 MHz HF (13.56 MHz, ISM), endüktif bağlaşım, Akıllı kartlar (ISO 14443, MIFARE, LEGIC, …), Akıllı etiketler (ISO 15693, Tag-It, I-Code, …) ve stok kontrol ve takibi (ISO 18000-3). 60 dBµA/m
26.957 .. 27.283 MHz HF (ISM), endüktif bağlaşım, özel uygulamalarda kullanılır 42 dBµA/m
433 MHz UHF (ISM), RFID için ender kullanılır 10 .. 100 mW
865 .. 868 MHz UHF (RFID only), Önce dinle sonra sor 100 mW ERP
Sadece EU
865.6 .. 867.6 MHz UHF (RFID), Önce dinle sonra sor 2W ERP (=3.8W EIRP)
Sadece EU
865.6 .. 868 MHz UHF (SRD), yeni ayrılmış frekans, deneme aşamasında 500 mW ERP,
Sadece EU
902 .. 928 MHz UHF (SRD), yalnızca bir kaç uygulamada kullanılmış 4 W EIRP – geniş bant, yanlızca USA ve Kanada
2.400 .. 2.483 GHz SHF (ISM), yalnızca bir kaç uygulamada kullanılmış 4 W – geniş bant, yanlızca USA ve Kanada
2.446 .. 2.454 GHz SHF (RFID ve Otomatik Araç Tanımlama) 0.5 W EIRP açık alan
4 W EIRP, kapalı alan
5.725 .. 5.875 GHz SHF (ISM), ender kullanılır 4 W USA ve Kanada,
500 mW EU

Tabloda görüldüğü gibi frekans yükseldikçe kullanılan güç te artmakta ve dolayısı ile de okuma mesafesi artmakta. Örneğin 135 kHz de çalışan RFID etiketini okuyabilmek için kartı okuyucuya değdirmek gerekir iken MHz veya GHz lerde çalışan kartların okuma mesafesi (5) ila (10) metreye kadar rahatlıkla çıkmakta.

Taşıyıcı sinyal modülatör ve bobin sürücü olarak çalışan güç devresinden geçerek anten bobinini sürer. Etiketin anteni ise bu sinyali aldığında yongası için gerekli gerilimi üreterek canlanır ve okuyucuya canlandığı sinyalini yollayıp ondan gelecek komut dizisini bekler.

Etiketten gelen işarettten sonra okuyucunun bağlı olduğu sistem yazılımına göre etikete bir dizi sorgulama ya da komut dizisi yollayarak aradaki iletişimi başlatır. Bu iletişim bazen sadece bir kimlik doğrulama, bazen yollanan bir soruya verilen cevap bazen ise etiketin üzerindeki hafızaya yazılacak bir bilgi dizisi olabilir.

Karttan gelen sinyal zarf algılayıcı devresinde şekillendirildikten sonra filtreden geçirilir ve bilgi taşıyıcı dalgadan arındırılır. Arkasından yükseltilip bir şmit tetikleyici devresinde sayısal olarak şekillendirilen sinyal kod çözücüsünden geçip kontrol arayüzüne ve oradan da mikro kontrol devresine yollanır. Yapısına göre mikro kontrol devresi bu gelen bilgi veya komutu bağlı olduğu ana sistemdeki yazılıma işlenmek için yollar.

Aynı şekilde sistemden gelen komut ya da bilgi arayüz tarafından kodlayıcıya oradan da modülatöre ve en sonunda anten bobinine yollanır.

Burada gördüğünüz kodlayıcı ve kod çözücünün görevi etiket ile okuyucu arasında gidip gelen bilgilerin başkaları tarafından okunmasını önlemek amacı ile şifrelemektir. Benzer bir şifreleme sistemi de etiketin üzerinde bulunur. Her sistemin kendine özgü uzunluklarda şifreleme anahtarları bulunur ve bir sistem için programlanmış bir etiket başka sistemler tarafından okunamaz.

Alttaki şemada da etiket üzerindeki devrenin blok şemasını görebilirsiniz.

Etiket

Antenden gelen RF sinyali devrenin güç kaynağını çalıştırmak için kullanılır. Aynı sinyal demodülatör devresinde taşıyıcı sinyalinden temizlenerek sayısal bilgi haline getirilir. Ardından kod çözücü de şifre anahtarı kullanılarak çözülerek komut veya bilgi dizisi olarak komuta ve kontrol bölümüne yollanılır. Komuta bölümünden çıkan bilgi de tekrar kodlanarak modülatör devresine ve oradan da anten bobinine yollanır.

RFID etiketlerin avantajları

Bu etiketlerin fiziki bir temas olmadan okunabilmesi aslında bu etiketleri cazip kılan şeylerden sadece biri. Fiziki temas olmaması hem kartın hemde okuyucunun zaman içinde sürtünmeden dolayı aşınarak çalışamaz hale gelme olasılığını ve dolayısı ile bakım gereksinimini ortadan kaldırıyor.

Ama bu etiketleri cazip yapan içlerindeki yongaların kabiliyetleri. Önceleri yalnızca (50-60) rakam tutabilen etiket yongalarından bugün artık (5-10) Megabayt hafıza kapasitesine sahip 16 veya 32 bit işlemci içeren etiket kapasitelerine erişildi. Bu gelişme etiketlerin üzerine yüklenecek bilgilerin daha güvenle korunacak yazılımlarıda içermesini sağladı. Bugün içindeki bilgileri daha güvenle saklayabilen bu etiketler, ilk kullanım amacı olan eşya tanımlama görevini aşarak nerede ise her alanda kullanılan bir tanımlama yada bilgi aktarım aracı haline geldi.

Örnek olarak;

– Kredi kartları
– Araç tanıma etiketleri
– Çiftlik hayvanları için kimlik ve sağlık bilgileri yongası (hayvanın deri altına yerleştiriliyor)
– Yarış atları ve evcil hayvanlar için kimlik (hayvanın deri altına yerleştiriliyor)
– Nakliye kasa veya kutularının içerik liste etiketleri
– Kara, deniz ve hava yolları yolcu bagaj etiketleri

gibi uygulamaları gösterebiliriz. Bu uygulamalar için çeşitli ebatlarda etiketler yapıldığı gibi bunlarda kullanılan anten şekilleri de frekans ve kullanılacağı yere göre çeşitli şekillerde olabiliyor.

Antenler  Etiketler

Manyetik şerit ya da barkod içeren etiket sistemlerinin tersine akıllı etiket sistemleri içlerindeki bilgiyi büyük bir titizlikle saklarlar. Hatta bazı uygulamalarda yanlş şifre ile belirli bir sayının üzerinde giriş yapılmaya çalışılırsa devre ürettiği gerilimi kullanarak kendini imha etme yeteneğinede sahiptirler.

 

Yazı hakkında görüşlerinizi belirtmek istermisiniz?