Tích hợp RFID và IoT: Cách thẻ, trình đọc, logic biên và hệ thống đám mây phối hợp với nhau

RFID và Internet of Things thường được so sánh như thể một dự án phải chọn cái này hay cái kia. Trong nhiều hệ thống công nghiệp, đó là câu hỏi về kiến ​​trúc sai lầm.

RFID là công nghệ nhận dạng và thu thập dữ liệu-tự động. IoT mô tả các thiết bị và hệ thống được kết nối trao đổi dữ liệu qua mạng. Do đó, việc triển khai RFID có thể trở thành một lớp thu thập dữ liệu bên trong kiến ​​trúc IoT lớn hơn: thẻ xác định các đối tượng vật lý, trình đọc quan sát chúng, phần mềm biên chuyển đổi các lần đọc thô thành các sự kiện hữu ích và các ứng dụng nối mạng chia sẻ các sự kiện đó với hệ thống đám mây hoặc doanh nghiệp.

Hướng dẫn này giải thích ranh giới tích hợp cho các nhóm tài sản, kho hàng, sản xuất và bán lẻ cần kết nối phần cứng RFID với các ứng dụng được kết nối hiện đại mà không coi mọi thẻ thụ động là một thiết bị-được kết nối Internet.

 

RFID và IoT giải quyết các lớp khác nhau của cùng một vấn đề vật lý-đến-kỹ thuật số

NIST định nghĩa thiết bị IoT là thiết bị có ít nhất một bộ chuyển đổi để tương tác với thế giới vật lý và ít nhất một giao diện mạng để tương tác với thế giới kỹ thuật số. Thẻ RFID thụ động thường không tự mình đáp ứng mô hình đó: nó không có kết nối Ethernet, Wi{1}}Fi hoặc mạng di động và thường chỉ giao tiếp khi được cấp nguồn bởi một đầu đọc tương thích.

Người đọc hoặc cổng thường là cầu nối.

Để có chế độ xem cấp độ thành phần của chính RFID, SyntekHướng dẫn kiến ​​trúc hệ thống RFIDgiải thích các thẻ, ăng-ten, đầu đọc, phần mềm trung gian và phần mềm ứng dụng. Trang này tập trung vào việc tích hợp giữa ngăn xếp RFID đó và môi trường IoT.

 

Thẻ RFID thụ động thường không phải là điểm cuối IoT

Một trong những ranh giới thiết kế hữu ích nhất là ngừng gọi mọi đối tượng được gắn thẻ là thiết bị được kết nối Internet.

Thẻ UHF thụ động có thể chứa EPC và phản hồi lại bộ dò tín hiệu. Thẻ thường không mở kết nối TCP/IP, xác thực với nhà môi giới đám mây hoặc xuất bản thông báo của chính nó qua Wi-Fi. Cơ sở hạ tầng đầu đọc thực hiện giao dịch RF và sau đó chuyển dữ liệu vào phần mềm nối mạng.

Sự khác biệt này ảnh hưởng đến bảo mật, quản lý thiết bị và xử lý sự cố. Lỗi đọc thẻ-là sự cố RF cho đến khi được chứng minh là ngược lại. Lỗi API đám mây là sự cố mạng/ứng dụng. Việc kết hợp cả hai dưới cụm từ "vấn đề IoT" khiến việc phân tích nguyên nhân gốc rễ trở nên khó khăn hơn.

 

Đầu đọc chuyển các quan sát vật lý thành đầu vào kỹ thuật số

Đầu đọc kiểm soát việc giao tiếp với các thẻ RFID trong vùng đọc của nó. Tùy thuộc vào hệ thống, nó có thể kiểm kê EPC, đọc bộ nhớ khác, ghi dữ liệu, báo cáo thông tin ăng-ten và hiển thị trạng thái thiết bị thông qua SDK, LLRP, API hoặc giao diện của nhà cung cấp.

Ở giai đoạn này, đầu ra vẫn gần với quan sát của cảm biến hơn là một sự kiện kinh doanh:

thẻ EPC X được quan sát bởi đầu đọc Y trên ăng ten Z tại thời điểm T

Quan sát đó có thể được lặp lại nhiều lần trong khi thẻ vẫn còn trong trường. Gửi mọi quan sát thô trực tiếp tới ứng dụng đám mây có thể tạo ra lưu lượng mạng không cần thiết và logic kinh doanh không rõ ràng.

 

Edge Logic nên làm sạch dữ liệu RFID trước khi đám mây sử dụng nó

Phần mềm biên RFID hoặc phần mềm trung gian thường thực hiện lớp xử lý sự kiện đầu tiên.

• loại bỏ các lần đọc trùng lặp trong một khoảng thời gian xác định;
• lọc ra các mã định danh không thuộc quy trình làm việc;
• liên kết dữ liệu đọc với đầu đọc, ăng-ten, cửa, máy trạm hoặc khu vực;
• áp dụng hướng hoặc logic kích hoạt khi cài đặt hỗ trợ nó;
• quan sát vùng đệm trong thời gian mạng bị gián đoạn;
• chuyển đổi số nhận dạng thẻ thành số nhận dạng ứng dụng;
• đưa ra các ngoại lệ đối với các thẻ không xác định, trùng lặp hoặc không mong muốn;
• xuất bản một sự kiện nhỏ gọn lên hệ thống tiếp theo.

Kiến trúc hệ thống của GS1 đặt trình đọc RFID và phần mềm lọc/thu thập trên đường dẫn-thu thập dữ liệu trước dữ liệu sự kiện ở cấp độ ứng dụng-. Họ tiêu chuẩn RFID của nó bao gồm các giao diện như LLRP và Sự kiện cấp ứng dụng cho ranh giới này.

Nguyên tắc thiết kế quan trọng là đám mây sẽ nhận được các sự kiện hữu ích chứ không phải một loạt các quan sát RF không kiểm soát được.

 

Sử dụng mô hình sự kiện để duy trì ý nghĩa trên các hệ thống

Khi lớp RFID đã xác định được một đối tượng, câu hỏi tiếp theo là điều gì đã xảy ra với đối tượng đó.

của GS1Tiêu chuẩn EPCIScung cấp một mô hình hữu ích cho các sự kiện hiển thị bằng cách thể hiệncái gì, khi nào, ở đâu, tại sao và như thế nàocủa sản phẩm và tài sản. EPCIS 2.0 cũng hỗ trợ dữ liệu cảm biến, giúp dữ liệu này phù hợp khi nhận dạng RFID được kết hợp với nhiệt độ, điều kiện hoặc các quan sát IoT khác.

Một dự án không nhất thiết phải sử dụng EPCIS để học hỏi từ cấu trúc này. Ở mức tối thiểu, một sự kiện RFID-đến-IoT thường phải có đủ ngữ cảnh để trả lời:

• đối tượng nào hoặc các đối tượng nào có liên quan;
• khi sự kiện xảy ra;
• nơi quan sát thuộc về;
• bước kinh doanh nào đã xảy ra;
• thiết bị hoặc quy trình nào tạo ra sự kiện;
• sự kiện đó là bình thường hay đặc biệt.

 

Nhận dạng RFID và cảm biến IoT có thể chia sẻ cùng một sự kiện

RFID thường trả lời "đây là vật thể nào?" trong khi các cảm biến trả lời "nó đang ở trạng thái nào?"

Ví dụ: hệ thống chuỗi cung ứng lạnh được kết nối có thể sử dụng mã nhận dạng RFID hoặc mã vạch cho lô hàng và cảm biến nhiệt độ được nối mạng để đo môi trường. Hệ thống sản xuất có thể xác định một công cụ hoặc phôi thông qua RFID và kết hợp thông tin nhận dạng đó với trạng thái máy-hoặc dữ liệu rung từ các cảm biến riêng biệt.

Kiến trúc phải giữ cho các nguồn dữ liệu riêng biệt ngay cả khi ứng dụng sau này kết hợp với chúng.

 

Quyết định những gì phải ở rìa

Kết nối đám mây rất hữu ích cho khả năng hiển thị, phân tích và quản lý tập trung trên nhiều trang web, nhưng không phải mọi quyết định về RFID đều phải chờ một chuyến đi khứ hồi lên đám mây.

Giữ logic cục bộ khi quá trình phải tiếp tục trong thời gian mạng bị gián đoạn hoặc cần kiểm soát vật lý có độ trễ thấp-, chẳng hạn như:

• mở hoặc dừng cổng băng tải;
• kích hoạt đèn ngăn xếp hoặc còi;
• từ chối một mục được gắn thẻ không mong muốn;
• đọc vào bộ đệm khi mất kết nối WAN;
• loại bỏ các lượt đọc có số lượng-cao trùng lặp;
• kiểm soát công suất đầu đọc hoặc trình tự ăng-ten.

Gửi các sự kiện cấp cao hơn{0}}lên đám mây khi giá trị đến từ khả năng hiển thị trên nhiều trang web, phân tích lịch sử, trang tổng quan, quản trị từ xa hoặc tích hợp với các ứng dụng doanh nghiệp.

 

Sử dụng Lớp mạng cho các sự kiện, không che giấu các vấn đề về thiết kế RF

Đầu đọc được kết nối không khắc phục được vùng đọc kém.

Nếu thẻ bị bỏ sót do chúng được gắn không chính xác, bị che chắn bởi kim loại hoặc chất lỏng, định hướng kém hoặc nằm ngoài trường ăng-ten dự kiến, thì API đám mây nhanh hơn không thể khôi phục danh tính bị thiếu. Tương tự, một cổng đọc các thẻ lân cận sẽ chỉ gửi các quan sát xấu hiệu quả hơn.

Lớp phần cứng RFID phải được xác nhận trước tiên. của SyntekHướng dẫn công nghệ RFIDcung cấp thông tin cơ bản về tần số, thẻ, đầu đọc và ăng-ten trước bước tích hợp mạng.

 

Chọn giao diện tích hợp từ quy mô triển khai

GS1 lưu ý rằng kiến ​​trúc IoT phụ thuộc vào việc nhận dạng, thu thập dữ liệu tự động và chia sẻ dữ liệu có khả năng tương tác. Của nóTổng quan về tiêu chuẩn IoTđịnh vị rõ ràng EPC/RFID là một trong những công nghệ liên kết các đối tượng vật lý với thông tin số.

 

Tách biệt bảo mật RFID khỏi bảo mật mạng IoT

RFID và IoT bổ sung các bề mặt bảo mật khác nhau.

Lớp-trình đọc thẻ có thể liên quan đến số nhận dạng công khai, bộ nhớ-được kiểm soát bằng mật khẩu, xác thực thẻ hoặc không có xác thực nào cả, tùy thuộc vào công nghệ. Lớp đầu đọc/mạng có thể liên quan đến thông tin xác thực thiết bị, khóa API, TLS, phân đoạn mạng, quản lý chương trình cơ sở và quyền trên đám mây.

Chế độ bảo mật đám mây mạnh mẽ không chuyển đổi thẻ RFID-ID cố định đơn giản thành thông tin xác thực được xác thực bằng mật mã. Tương tự như vậy, thẻ RFID an toàn không tự động bảo mật hệ điều hành hoặc kết nối mạng của đầu đọc.

Hướng dẫn về IoT của NIST xác định bảo mật-thiết bị được kết nối mạng là vấn đề trong vòng đời của chính thiết bị đó. Hãy coi giao diện vô tuyến RFID, thiết bị đọc/cạnh và ứng dụng đám mây như những ranh giới tin cậy riêng biệt.

 

Lập kế hoạch hoạt động ngoại tuyến trước khi bạn cần

Các hệ thống công nghiệp phải xác định điều gì sẽ xảy ra khi đám mây hoặc kết nối WAN không khả dụng.

Các câu hỏi dành cho phi công bao gồm:

• đầu đọc có tiếp tục hoạt động cục bộ không;
• sự kiện nào được lưu vào bộ đệm và trong bao lâu;
• các sự kiện đệm trùng lặp được ngăn chặn như thế nào sau khi kết nối lại;
• những quyết định địa phương nào vẫn có thể được đưa ra;
• hệ thống đánh dấu các sự kiện được tạo khi ngoại tuyến như thế nào;
• điều gì sẽ xảy ra nếu thời gian của thiết bị trôi đi;
• các thay đổi cấu hình được đồng bộ hóa như thế nào sau khi khôi phục.

Kết nối đám mây sẽ mở rộng hệ thống chứ không phải trở thành một điểm lỗi duy nhất ngoài dự kiến.

 

Thí điểm toàn bộ giao dịch vật lý-đến-đám mây

Một thí điểm RFID/IoT hữu ích sẽ kiểm tra chuỗi hoàn chỉnh:

1. gắn thẻ vật phẩm đại diện;
2. xác thực vùng đọc dự định;
3. nắm bắt mã định danh thô;
4. áp dụng lọc cạnh và bối cảnh;
5. tạo ra sự kiện kinh doanh dự định;
6. gửi sự kiện qua mạng;
7. xác nhận nền tảng đám mây hoặc doanh nghiệp lưu trữ đúng mặt hàng, vị trí và thời gian;
8. kích hoạt hành động xuôi dòng dự kiến;
9. kiểm tra các lần đọc trùng lặp, thẻ không xác định, gián đoạn mạng và khởi động lại thiết bị;
10. xác minh sự đối chiếu sau khi phục hồi.

Do đó, việc đọc thẻ thành công chỉ là điểm kiểm tra đầu tiên.

 

Những gì cần đưa vào Đặc tả tích hợp RFID-vào-IoT

Nếu dự án vẫn đang chọn phần cứng RFID, Syntek'sDanh mục đầu đọc RFIDlà bước thương mại tiếp theo sau khi sự kiện đọc và ranh giới tích hợp được xác định.

 

Quy tắc tích hợp

Trình tự thực tế là:

đối tượng vật lý → Nhận dạng RFID → vùng đọc → quan sát người đọc → lọc cạnh → sự kiện kinh doanh → vận chuyển mạng → nền tảng IoT/đám mây → hành động của doanh nghiệp

RFID và IoT không phải là những câu trả lời cạnh tranh cho cùng một câu hỏi. RFID có thể cung cấp nhận dạng vật lý và quan sát sự kiện đáng tin cậy; Cơ sở hạ tầng IoT có thể kết nối, kết hợp và phân phối các sự kiện đó. Kiến trúc hoạt động khi mỗi lớp có trách nhiệm rõ ràng và dự án xác thực chuỗi hoàn chỉnh thay vì cho rằng chỉ riêng kết nối đã tạo ra dữ liệu hữu ích.