Jste zde

WiFi tagy aneb malé bezdrátové senzory

Antonín Vojáček, 26. Září 2010 - 13:48

Bezdrátový modul nemusí být vždy ve formě RFID tagu. V současné době lze již na trhu nalézt i dost malé tzv. WiFi tagy nejčastěji ve formě bezdrátových senzorů pro měření okolních podmínek nebo pro systémy sledování pohybu (tzv. RTLS systémy). Jejich výhodou je velký komunikační dosah, přičemž napájení baterií má již životnost několik let.

Pojem RFID tag je myslím již mezi techniky všeobecně známý. Jak jste se mohli například dočíst v článku "RFID senzory - současná situace", existuje nejen asi nejpoužívanější pasivní verze, kdy tag dostává energii od čtečky až po přiblížení k ní, ale i poloaktivní a aktivní verze, které sice již obsahují baterii, ale díky ní tag pracuje i bez přítomnosti čtečky a může tedy například průběžně monitorovat teplotu, polohu, tlak apod. Jde prostě již o bezdrátový senzor. Zde se však již vytratila ta výhoda absence zdroje energie přímo v tagu. Proč tedy již rovnou místo jednoduchého bezdrátového přenosu na krátké vzdálenosti nevyužít vyspělejší komunikaci na větší vzdálenosti, která se již běžně využívá skoro v každé domácnosti, tedy WiFi přenos dat ?

Díky vyspělé integrační technologie mohly vzniknout již tzv. WiFi tagy, tedy malé samostatně fungující jednotky komunikující se nadřazeným systémem prostřednictvím standardu IEEE 802.11b/g nebo IEEE 802.11 n. Taky se zde můžete často setkat s pojmem RTLS (Real-Time Locating Systems) nebo „RFID tags over WLAN“, tedy systémy pro sledování pohybu a RFID prostřednictvím WiFi.

I když tyto jednotky obsahují 3 V nebo 3,6 V lithiovou baterii, je její životnost 3 až 5 let díky využití moderních nízkopříkonových technologií a režimů funkce jak pro řídící MCU, tak u WiFi vysílač. Přitom je přenosový dosah WiFi tagů ve volném prostranství až 200 m, což u jiných běžných bezdrátových digitálních přenosových technologiích není možné. Navíc s rozšířením WiFi technologie jsou její komponenty již všude rozšířené (kapesní počítače, NETbooky, notebooky, WiFi AP jednotky apod.) a tedy i použití WiFi tagů nemusí vždy znamenat nákup mnoho různých nových komponent.

Příklad konstrukce WiFi tagu

Další výhodou spojenou s velkou přenosovou vzdáleností je fakt, že na rozdíl od RFID tagů, kde takto například označené bedny se zbožím musí projíždět nějaké snímací bránou, u WiFi tagu prostě stačí se například okolo nákladního vozu projít s notebookem a máme načteny všechny potřebné informace.

Typické blokové schéma WiFi tagu - zde konkrétně níže uvedeného tagu Find-IT.

Příklady provedení WiFi tagů

Na trhu, včetně toho českého, lze již nalézt různé WiFi tagy, nečastě jako senzory teploty či jako sledovače pohybu ať již pro potřeby cíleného sledování pohybu objektů či jako zabezpečovací bezdrátová čidla proti odcizení věcí.

Find-iT™ 802.11n Wi-Fi® CCX Tag

Find-IT modul s rozměry 84 x 60 mm je kompletní univerzální single-stream IEEE 802.11n nebo klasické WLAN 802.11b/g zařízení typu klient, která ve svém jádru zahrnuje podporu RTLS aplikací (systémy sledování pohybu) a RFID tagu přes WLAN (RFID tags over WLAN), tedy identifikaci objektu vysláním uložených údajů.

Modul využívá implementovaný nízkopříkonový mikrokontrolér a WLAN podsystém napájený baterií 3,1 až 3,6 V s životností přes 5 let, který může dle nastavení pracovat s různými RTLS infrastrukturami, které vyžadují, aby tagy vysílaly pakety automaticky v pravidelných intervalech nebo zasílali RSSI přijatých paketů. Dále je odstartovat možné vysílání dat a informací na základě pohybu tagu, které zjišťuje uvnitř integrovaný senzor pohybu. Vyslat na jeden povel lze až 16 paketů.

Blokové schéma WiFi tagu Find-iT™ 802.11n

Z pohledu bezdrátového přenosu v pásmu 2,4 GHz (přesně 2.412 - 2.484 GHz) je podporováno široké rozpětí přenosových rychlostí:

802.11n: 6,5; 13; 19,5; 26; 39; 52; 58,5; 65 Mb/s
802.11g: 6; 9; 12; 18; 24; 36; 48; 54 Mb/s
802.11b: 1; 2; 5,5; 11 Mb/s

Samozřejmostí je přístup do sítě zajištěný WPA/WPA2-PSK klíčem a pro komunikaci v síti lze využít TCP/IP nebo UDP standard. U zadávání IP adres je podporován jak standard IPv4, tak i IPv6.

Více informací najdete na stránkách výrobce: www.redpinesignals.com/products_RS9110-61.html

Sentinel Micro

Společnosti Sentinel například vyvinula a nabízí miniaturní bezdrátový WiFi teplotní senzor pod označením Sentinel Micro. Ten opět využívá na miniaturním destičce nízkopříkonovou WiFi technologii IEEE 802.11 b vysílající ve volném pásmu 2,4 GHz výkonem 33 mW. Přenosová rychlost je nastavena na 1,2 Mbitů/s. Anténa je uvnitř vestavěná, stejně jako teplotní senzor, který má měřící rozsah 0 až 70°C s přesností měření 0,5 °C. Jím naměřené hodnoty lze buď vysílat se zadanou periodou ihned do nadřazeného systému, pokud je snímač připojen ve WLAN síti nebo vnitřní paměť umožňuje uložit až 1500 hodnot do vnitřní paměti, což při frekvenci měření 1x za minutu představuje zálohu na více jak 24 hodin.

Tento WiFi tag v podobě malé šedivé „kostičky“s rozměry 62 mm x 62 mm x 22 mm a s hmotností cca 57 g je tak zároveň univerzálním produktem pro mnoho různých aplikací jako například pro monitorování teploty v místnosti, řízení teploty během přepravy, detekce otevřeného chladícího boxu či lednice apod. Modul je též nabízen ve vodotěsném odolném provedení pro venkovní použití. Jeho napájení zajišťuje vestavěná lithiová baterie 3,6 V, která dle údajů výrobce měla udržet tag v provozu pro dobu 5 let při frekvenci vysílání dat 1x za minutu. Síťový komunikace probíhá protokolem SNMP/UDP, přičemž je podporováno jak zadání statické IP ve formátu IPv4, tak i přidělení adresy od DHCP serveru. Samozřejmostí je kódování komunikace klíčem WPA2, WPA1 nebo WEP.

Více informací najdete na stránkách výrobce: www.aginova.com/wifi_sensor_sentinel_micro.php

WESTICO W1OO TAG

Tag velikosti 80 x 50 x 19 mm s označením W100 je součástí nabídky rozsáhlého monitorovacího a sledovacího systému Westico Visibility System české společnosti Westico Technologies, a.s. z Uherského Hradiště a společně s ním se využívá pro bezdrátové sledování předmětů, majetku a lidí pomocí WiFi standardu 802.11 b/g.

W100 je malá bateriově napájená jednotka s dlouhou životností integrované baterie (2 až 5 let) snadno upevnitelnou na téměř jakýkoliv sledovaný objekt či předmět. Odolné pouzdro s IP65 umožňuje bezproblémové nasazení i v průmyslu. Dlouhá životnosti baterie je dosaženo automatickým nízkopříkonovým režimem napájení, kdy kde ihned po naměření hodnoty, či po ukončení přenosu dat přechází tag do velmi nízkopříkonového režimu. Proto i když je na provoz WiFi komunikace vyžadováno docela velké množství el. energie, životnost baterií je pro běžné aplikace bez problémů dostačující.

Tag W100 obsahuje vestavěné následující senzory:

senzor teploty: měřící rozsah -30°C až + 70°C / přesnost ± 2°C
senzor vlhkosti: měřící rozsah 0 až 100%, přesnost ± 3% RH
senzor detekce pohybu
senzor detekce nárazu
senzor detekce neoprávněné manipulace (Tamper senzor)

Z výše uvedeného seznamu je patrné sortiment nasazených senzorů umožňuje vcelku dokonalé sledování prostředí okolo a probíhající manipulace s předmětem či o přítomnosti a pohybu osoby, který jej má u sebe připevněný například na opasku či pověšený na krku. Senzor neoprávněné manipulace pak hned hlásí stavy, kdy s dochází k nežádoucím manipulacím se samotným tagem, jako například pokus o vyjmutí napájecí baterie, či vyjmutí ze speciálního upevňovacího klipsu, ve kterém může být WiFi tag zasunut, aby byl snadněji odnímatelný.

Na povrchu pouzdra jsou pak umístěny ještě dvě tlačítka a dvě indikační LED diody. Informace o stisku tlačítka se okamžitě vysílá nadřízenému systému, který pak již sám definuje reakci. Jednou z nich může být i rozsvícení některé z indikačních LED diod.

Z pohledu bezdrátové komunikace s nadřazeným systémem standardem 802.11 b/g s vysílacím výkonem +20 dBm / 100mW se WiFi tag W1000 automaticky přepíná z tzv. „on-line“ režimu, když je v dosahu příslušné WiFi (WLAN) sítě a hned vysílá získané stavy, nebo v tzv. „off-line“ režimu, kdy je mimo dosah sítě a pak místo vysílání ukládá naměřené hodnoty a zjištěné stavy do vnitřní paměti, a ze které se přenesou do systému až opět po připojení k němu. Komunikační dosah tagu je pak uvnitř budov cca 40 m a až 200 m vně budov při „přímé viditelnosti“.

Výhodu použití W100 tagů v rozsáhlých sítích, je automatická konfigurace připojení do sítě a možnost centrálního vzdáleného programování prostřednictvím podpory Gen2 identifikace v UHF pásmu v systému EPCglobal, Gen 2, Class 1 na frekvencích 866 - 868 MHz (Evropa) a 902 – 928 MHz (USA).

Z pohledu zabezpečení komunikace proti „odposlechu“ jsou standardně podporovány technologie WEP, WPA1 & WPA2 Personal, EAP-TLS pro WPA1 & WPA2 Enterprise a kryptování AES-128, RC4, MD5, SHA-1 a CRC-32.

Více informací v češtině najdete na stránkách výrobce: www.westico.cz/pages/products/rtls-tag.html

Závěrem...

WiFi tagy nejsou přímou konkurencí klasické RFID technologie a RFID tagů, které ve většině případů pracují jako pasivní, tedy bez zdroje energie. To je prostě jich hlavní výhoda, stejně jako nízká cena RFID tagů. Naproti tomu WiFi tagy musí mít vždy zdroj energie, protože to prostě z principu své funkce vyžaduje technologie WiFi komunikace. To však není na závadu, pokud jeho součástí jsou senzory nebo jiné aktivní prvky, které stejně potřebují nezávislý zdroj el. energie. Výhodou WiFi tagů proti RFID je velký komunikační dosah a již vestavěná podpora WiFi komunikace v mnoha současných počítačových systémech, včetně průmyslových PC. Na druhou stranu jsou WiFi tagy dražší, což však v mnoha případech právě kompenzuje fakt, že není nutné kupovat i čtečky a další zařízení. Dále pak jsou nevýhodou větší rozměry, kde i tzv. aktivní senzorové RFID tagy bývají ve formě kompaktních placatých karet, zatímco WiFi tagy většinou ve formě rozměrnějších krabiček.

Článek vytvořil : Antonín Vojáček