Internet (chytrých) věcí

Úvod

RFID (Radio Frequency Identification Device) je již dobře známá a používaná technologie sloužící nejen k označování objektů či sběru dat. Její nasazení v oblasti řešení dodavatelsko–odběratelských vztahů po celém světě způsobilo vznik jakési nové sítě. Protože RFID technologie je aplikována na osoby i předměty, vzniká tak internet věcí. V tomto novém síťovém prostoru tak kolují informace o jednotlivých objektech a jejich vlastnostech. Každý označený objekt tvoří jakýsi paket pohybující se ve vrstvě hmotných objektů, avšak informace o něm tečou ve vrstvách virtuálních cest, využívajících standardních datových sítí.

Identifikátory RFID

Známý princip systémů RFID [1] (radiofrekvenční identifikační systémy) se stále častěji používá jak v průmyslu, tak i v domácích aplikacích. Podobně jako oblíbené systémy značení pomocí čárových kódů, používají se systémy RFID také pro automatický sběr a přetváření dat. Kvalita a rychlost získávání informací má v současnosti zásadní vliv na technologické procesy a práci všech podniků.

Příkladem flexibility systému RFID je rozlišování zásilek u spedičních firem. Na základě bezdotykové identifikace, kdy má každý výrobek svůj vlastní kód, se zásilka přesně umístí do odpovídajícího vozidla. Jestliže je nutná změna trasy nebo času doručení, automatická identifikace balíku značně uspíší tento proces.

Zavedení RFID transpondérů (identifikátorů) k elektronickému značení objektů je základní podmínka pro začlenění daných objektů do internetu věcí.

Standardizace

Postupným nasazováním identifikátorů vznikala potřeba operovat s přečtenými daty popisujícími dané objekty a především tato data sdílet mezi jednotlivými uživateli (dodavateli a odběrateli zboží). Navíc, díky úspoře místa v paměťovém prostoru čipu identifikátoru, je většina dat spjatých s identifikovaným objektem uložena v tzv. BACK-END databázích. Jednotlivé proprietární systémy firem aplikujících RFID ale znemožňovaly optimální výměnu uložených dat mezi jednotlivými uživateli RFID. Tato situace vedla v roce 2003 ke vzniku standardizační organizace EPCgobal (EPC – Electronic Product Code), jako zájmového sdružení firem podnikajících v oblasti RFID.

EPCglobal je tedy nezisková organizace věnující se technické standardizaci v oblasti využití RFID v praxi. Výsledkem její činnosti jsou např. standardy EPC Class 0 (GEN1) a EPC Class 1 Ver. 2 (GEN2). V České republice je zástupcem EPCglobal společnost EAN ČR [3]. Ty definují fyzická provedení transpondérů, technická řešení, strukturu dat, komunikaci na radiovém rozhraní, testování či předepisují konkrétní možné aplikace [1], [3].

SÍŤ EPCglobal

Standardy EPCglobal popisují především strukturu dat v použitých identifikátorech, jednotlivé síťové prvky použité v RFID systému a jejich funkci či způsob výměny dat. EPC tvoří datová struktura uvedená na obrázku č. 1, ne náhodou připomínající strukturu paketů v sítích IP [4].

Obr. 1 Struktura EPC [4]

Přidělování EPC řídí (reguluje) právě organizace EPCglobal a to především z důvodu zachování jednoznačnosti vlastností definovaných standardem. Každý identifikovaný objekt tak používá jednoznačnou strukturu svého identifikačního čísla, které je následně zpracováváno v nadřízené datové síti. Pro přidělení EPC označenému objektu je možné „vpustit“ tento objekt do internetu věcí.

Obr. 2 Základní bloky komunikační sítě dle EPCglobal [4]

Základní bloky komunikační sítě zprostředkující komunikaci mezi obchodními partnery a jejich IS (informačními systémy) znázorňuje obrázek č. 2. Po detekování RFID transpondéru čtečkou je informace o získaném EPC předána do serveru EPC Middleware, který zpracovává přečtená data, a může interagovat i s dalšími firemními systémy daného uživatele. Informace z jednotlivých Middleware-serverů jsou následně zpracovávány systémem EPCIS (Electronic Product Code Information Service). Ten má za úkol nastartovat a provést procesy ověřování a hledání vlastností daného objektu v centrální databázi ONS (Object Name Service). Součástí datových transakcí je i ověřování práv daného uživatele (jeho RFID systému) pro přístup k datům [4]. Základní bloky komunikační sítě zprostředkující komunikaci mezi obchodními partnery a jejich IS (informačními systémy) znázorňuje obr. 3.

Obr. 3 Datová komunikace mezi dvěma společnostmi aplikujícími systém EPCglobal [4]

Získané informace jsou zaslány zpět serveru EPCIS, který je předá interním firemním systémům (databáze skladového hospodářství (ERP), vyhodnocování toků zboží uvnitř firmy (WMS) apod.). EPC Middleware může následně řídit návěstidla či dopravníky uvnitř skladu či výrobního provozu.

Objekt označený transpondérem (tagem) tak koluje v logistickém řetězci a na jednotlivých místech o sobě podává zprávu. Jednotlivé uzlové body (např. překladiště) tak získávají o daném označeném objektu informace typu „kdo je a kam míří“ či kdy musí dorazit do cíle určení. Opět je tu paralela s pakety v IP během řízení kvality služby (kdo je – co nese, kam míří a kdy musí být doručen pro zajištění kvality provozované služby).

Veškeré firemní systémy zapojené do systému řízení dodavatelsko-odběratelských vztahů jsou propojeny podle obrázku č. 3.

Standardy EPCglobal

Jak už bylo napsáno výše, normalizace standardu EPCglobal popisuje jednotlivé části systému, jako jsou:

• bezpečnost,
• hardware,
• management systému,
• management dat,
• protokol přenosu dat,
• aplikační rozhraní.

Struktura členění základních EPCglobal norem ISO/IEC JTC 1/SC 31/WG 4/SG 1, které spravuje softwarová akční skupina EPCglobal, je uvedena na obrázku č. 4. Každou část standardů spravuje určitá kompetentní skupina, činnost těchto skupin je koordinovaná navzájem i s ITU, což zajišťují další podpůrné skupiny. Pečlivé dodržování je základní podmínkou fungování celého systému a možné návratnosti investic do jeho zavedení.

Obr. 4 Dělení jednotlivých standardů pod gescí EPCglobal

Internet chytrých věcí

V běžném životě kolem nás se setkáváme s mnoha přístroji využívajícími elektroniky a komunikace pro svou činnost. V mnoha případech jsou různá elektronická zařízení vybavena senzory pro snímání svého okolí k optimalizaci své funkce. Komunikační moduly pak představují nezbytnou další součást. To vše je předstupněm pro další krok a tím je jejich propojení do datových sítí. Vznikají tak nové systémy tvořící internet chytrých věcí, neboť tato inteligentní zařízení sdílejí svá data přes síťové technologie. Příklady těchto systémů můžeme nalézt v nejrůznějších odvětvích:

• automobilový průmysl (interní komunikace jednotlivých palubních systémů, komunikace palubního počítače se systémy telematických služeb např. služby dopravně-bezpečnostní),
• letecký průmysl (zřejmě jedno z prvních odvětví využívající nejrůznější komunikace jednotlivých palubních systémů mezi sebou i s pozemními středisky řízení),
• domácí elektronika (dálkově ovládaná zařízení např. spínání topení, audio-video aplikace domácích počítačů),
• aplikace v přírodních vědách (využití komunikačních modulů pro měření vlhkosti polí, senzory pro informaci o postupu záplavových vln v přírodě),
• lékařské aplikace (komunikace senzorů dohledu bioparametrů u pacientů).

Jak vyplývá z uvedených příkladů, jde vždy o zapojení nejrůznějších technologií do řešení a tím o jejich konvergenci. Pro aplikace založené na konvergenci a komunikaci nejrůznějších technologií se pak používá zkratka M2M (Machnine to Machine). Jde o označení veškerých aplikací technologií, které komunikují se vzdáleným serverem bez ovládání lidským faktorem (bez zásahu lidské ruky). Jak může taková spolupráce nejrůznějších telekomunikačních a jiných technologií vypadat ukazuje obrázek č. 5.

Obr. 5 Model systémů „Machine to Machine“ [5]

Střed uvedeného diagramu tvoří aplikace jádra, tedy vlastní softwarové aplikace využívající jednotlivých komponent systému. Vrstvu integrace služeb pak obhospodařují aplikace pro podporu bezpečnosti, managementu či určování polohy jednotlivých terminálů. Vyšší vrstvy našeho modelu jsou tvořené jednotlivými telekomunikačními technologiemi. Ty zajišťují komunikaci jednotlivých terminálů mezi sebou a systémy (vzdálených) softwarových aplikací (např. řídícími centry).

Závěr

V současné době využívá M2M systémy na straně jedné celá řada výrobních podniků (během výroby i načasování realizace dodávek jednotlivých dílů či celků), tak na straně druhé i koncoví uživatelé. Často si ani neuvědomíme, že jsme byli do internetu chytrých věcí zapojeni již tím, že nám došel obchodní balík či dopis, nebo jakým způsobem byla vyřízena jeho objednávka. Sdílení informací o objektech či subjektech je nutnost dnešního světa. Přesto a možná i právě proto je též nutné nezapomínat na bezpečnost osobních dat, které takovými systémy často kolují. Rozvoj výše zmíněných technologií a komunikačních systémů, s důrazem na ochranu dat, je tak aktuálním úkolem nejen vědeckých, vývojových a výrobních organizací.

Autor článku je vedoucím laboratoře RFID LAB – FEL ČVUT v Praze http://rfidlab.cvut.cz

RFID Laboratoř vznikla a působí na Fakultě elektrotechnické ČVUT v Praze s cílem nabídnout především průmyslové sféře rozsáhlé teoretické znalosti a dlouhodobé zkušenosti ve výzkumu a vývoji prvků a systémů automatické identifikace. Tím chce pokračovat v dlouhodobé a úspěšné spolupráci ČVUT s průmyslem a rozšířit ji o rozsáhlou a dynamicky se rozvíjející oblast radiofrekvenční identifikace.