การสื่อสารกันระหว่างเครื่องอ่านกับ RFID Tag
การสื่อสารกันระหว่างเครื่องอ่านกับ RFID Tagนั้นขึ้นอยู่กับประเภทของ Tag ก่อนที่กล่าวถึงรายละเอียดของการสื่อสารในแต่ละแบบ อาณาเขตระหว่างเสาอากาศของเครื่องอ่านสามารถส่งสัญญาณคลื่นวิทยุได้เต็มที่เรียกว่า Near Field ส่วนบริเวณที่ไกลออกไปเรียกว่า Far Field โดยปกติ Passive RFID ที่ใช้คลื่นความถี่ LF และ HFจะติดต่อสื่อสารกับเครื่องอ่านในบริเวณที่เรียกว่า Near Field ในขณะที่คลื่นความถี่ UHFหรือสูงกว่า จะติดต่อสื่อสารกับเครื่องอ่านในบริเวณ Far Field ดังนั้นจะเห็นได้ว่า RFID Tagที่สื่อสารในบริเวณ Far Fieldสามารถที่จะติดต่อสื่อสารได้ในระยะที่ไกลกว่า
ลักษณะการสื่อสารข้อมูลระหว่างTag กับเครื่องอ่านมีสามลักษณะคือ Modulated backscatter, Transmitter type และ Transponder type
· Modulated Backscatter การสื่อสารลักษณะนี้ เครื่องอ่านจะส่งคลื่นวิทยุในลักษณะต่อเนื่อง (Continuous wave) ซึ่งจะส่งออกมาในลักษณะกระแส AC ผ่านเสาอากาศที่อยู่ใน RFID Tag เมื่อ RFID Tagได้รับกระแสจากเครื่องอ่าน เสาอากาศก็จะส่งพลังงานให้กับไมโครชิปที่อยู่ใน Tag เพื่อให้ Tag มีกำลังไฟในการทำงาน ซึ่งใช้กำลังไฟประมาณ 1.2 โวลท์ แต่ในกรณีของการเขียนข้อมูลจำเป็นต้องใช้กำลังไฟมากถึง 2.2 โวลท์จากเครื่องอ่าน ไมโครชิบเมื่อได้รับสัญญาณจากเครื่องอ่าน ก็จะทำการส่งข้อมูลกลับไปให้แก่เครื่องอ่าน เมื่อเครื่องอ่านได้รับข้อมูลนี้ ก็จะทำการแปลค่าเหล่านั้น การสื่อสารแบบนี้จะใช้สำหรับ Passive และ Semi-active
ในลักษณะการสื่อสารแบบนี้ เครื่องอ่านจะเป็นอุปกรณ์ที่เริ่มต้นในการส่งข้อมูล แล้ว Tag จะส่งข้อมูลกลับมา ในลักษณะนี้ Tagไม่สามารถสื่อสารได้ หากไม่มีเครื่องอ่าน เพราะว่าการทำงานในลักษณะนี้จะขึ้นอยู่กับเครื่องอ่านเป็นสำคัญ
· Transmitter การสื่อสารลักษณะนี้จะใช้กับ Active Tag เท่านั้น การสื่อสารในลักษณะนี้ Tag จะส่งข้อมูลเป็นช่วงเวลาที่กำหนดไว้ โดยไม่สนว่ามีเครื่องอ่านอยู่หรือไม่ ดังนั้นการสื่อสารแบบนี้ Tag จะเป็นอุปกรณ์ที่เริ่มการสื่อสารก่อนเสมอ
· Transponder การสื่อสารแบบนี้เช่นกับ Active Tag บางประเภทเป็นพิเศษ การสื่อสารแบบนี้ Tagจะไม่ทำงาน หรืออยู่ใน Sleep เมื่อไม่มีการติดต่อสื่อสารกับเครื่องอ่าน ในช่วงที่ Tag อยู่ใน Sleep Mode Tag อาจจะส่งข้อมูลออกมาเป็นระยะเพื่อตรวจดูว่า มีเครื่องอ่านอยู่ในบริเวณดังกล่าวหรือไม่ เมื่อเครื่องอ่านได้รับสัญญาณดังกล่าว เครื่องอ่านก็ส่งคำสั่งไปปลุก (wake up) ให้ Tag ทำงาน เมื่อ Tag ได้รับสัญญาณนี้จากเครื่องอ่าน ก็จะเริ่มทำการส่งข้อมูล ในการสื่อสารแบบนี้ Tag ส่งข้อมูลเมื่อได้รับสัญญาณจากเครื่องอ่านเท่านั้น
ในการสื่อสารระหว่างเครื่องอ่านกับ Tag นั้นจะมีอยู่สองลักษณะคือ การอ่าน และการบันทึกข้อมูล
· การอ่านสามารถที่จะอ่าน Tagพร้อมกันหลาย Tag ได้ในเวลาเดียวกัน หรือที่เรียกว่า Tag collision เมื่อมี Tagมากกว่าหนึ่ง Tag ส่งสัญญาณกลับมาพร้อมกันให้กับเครื่องอ่าน เครื่องอ่านจำเป็นต้องมี Protocol เพื่อใช้ในการสื่อสารกับสัญญาณเหล่านั้น เพื่อมิให้เกิดความสับสนในการสื่อสาร Protocol ที่ใช้ในการสื่อสารเรียกว่า Anti-Collision ปัจจุบันมีอยู่สอง Protocol ที่มีการใช้การอย่างแพร่หลาย คือ
o ALOHAสำหรับคลื่นวิทยุ HF
o Tree Walking สำหรับคลื่นวิทยุ UHF
นอกเหนือจากประเด็นที่กล่าวมา การสื่อสารระหว่างเครื่องอ่านกับ Tag ที่ดีควรจะทำให้เกิด ความแม่นยำในการอ่าน (Read Robustness) สูง ความแม่นยำในการอ่าน หมายถึงจำนวนครั้งที่สามารถการอ่านTag ได้ เมื่อ Tag นั้นอยู่ในบริเวณการอ่าน (Read Zone) ระบบอาร์เอฟไอดีที่ดีจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องได้รับการออกแบบให้สามารถอ่าน Tag ได้ตลอดเวลา ปัจจัยที่มีผลอย่างยิ่งต่อการอ่าน คือ
· ระยะเวลาที่ Tag อยู่ในบริเวณการอ่าน (Read Zone) ยิ่ง Tag อยู่ในบริเวณการอ่านน้อยแค่ไหน ความสามารถในการอ่านก็สั้นลงตามไปด้วย
· จำนวน Tag ที่อยู่ในบริเวณการอ่านก็มีผลต่อ เนื่องจากว่า จำนวน Tag ที่มีมาก ก็มีผลให้สามารถให้ Tag ได้น้อยลง
· ในกรณีของการบันทึกข้อมูลลงไปใน Tag นั้น การบันทึกข้อมูลจะใช้เวลานานกว่าการอ่าน เพราะว่าการเขียนจะมีกระบวนการทำงานที่มากกว่า ได้แก่ การยืนยัน Tag การลบข้อมูลเดิม การบันทึกข้อมูลใหม่ และการยืนยันอีกครั้ง ยิ่งไปกว่านั้นข้อมูลที่บันทึกลงไปใน Tag จะมีลักษณะเป็นบล๊อก ซึ่งมีผลทำให้การทำงานมีขั้นตอนเพิ่มมากขึ้น ดังนั้นการบันทึกข้อมูลหนึ่งลงไปใน Tag จะใช้เวลามากกว่าการอ่านข้อมูล นอกจากนั้นการบันทึกข้อมูลยังต้องการระยะที่มากกว่า เมื่อเปรียบเทียบกับการอ่าน ระยะที่มากขึ้นมานั้นเป็นการยืนยันได้ว่า การบันทึกข้อมูลนั้นต้องมีพลังงานมากพอ และในท้ายที่สุด การบันทึกข้อมูลลงใน RFID Tagจำเป็นอย่างยิ่งต้องมี Tag เพียง Tag เดียวอยู่ในบริเวณที่บันทึกข้อมูล มิฉะนั้น การบันทึกข้อมูลอาจจะผิดพลาดได้ เพราะอาจจะบันทึกข้อมูลลงใน Tagผิด Tagได้
เสาอากาศของเครื่องอ่าน
เครื่องอ่านติดต่อสื่อสารกับ Tagโดยผ่านทางเสาอากาศของเครื่องอ่าน ซึ่งอาจจะเป็นอุปกรณ์ที่แยกออกจากเครื่องอ่าน และต่อเชื่อมกับเครื่องอ่านโดยผ่านทางสายเคเบิล หรือเป็นลักษณะที่รวมเข้ากับเครื่องอ่าน เป็นอุปกรณ์เดียวกัน ในกรณีที่เสาอากาศเชื่อมต่อกับเครื่องอ่านโดยสายเคเบิล ระยะห่างจากเครื่องอ่านกับเสาอากาศจะมีจำกัด อยู่แค่ 6 ถึง25 ฟุต เครื่องอ่านหนึ่งเครื่องอ่านสามารถที่จะต่อเชื่อมกับเสาอากาศได้ถึง 4 เสาอากาศ
ขอบข่ายของเสาอากาศเครื่องอ่าน (Antenna Footprint)
ขอบข่ายของเสาอากาศจะเป็นตัวกำหนดอาณาเขตการอ่าน (Read Zone) โดยทั่วไปขอบข่ายของเสาอากาศมีรูปทรงเป็นสามมิติ คล้ายกับลักษณะของบอลลูน ที่พุ่งตรงออกจากเสาอากาศ (เหมือนรูปด้านล่าง) บริเวณในส่วนที่พุ่งออกมานั้น จะเป็นบริเวณที่เครื่องอ่านสามารถอ่านได้ดีที่สุด
แต่ในความเป็นจริง ขอบข่ายการอ่านนั้นมิได้เป็นรูปแบบที่กล่าวไว้ข้างต้น การอ่านของเครื่องอ่านบ่อยครั้งที่จะมีรูปแบบที่มิได้เป็นมาตรฐานเช่นนั้นทำให้เกิดบริเวณที่เครื่องอ่านไม่สามารถอ่านได้เรียกว่า Dead Zone ดังเช่นตัวอย่างด้านล่าง
ดังนั้น เมื่อ Tag อยู่ในบริเวณที่คลื่นวิทยุของเครื่องอ่านครอบคลุมถึง แต่ Tag มีการเคลื่อนไปสู่บริเวณ Dead Zone Tag ดังกล่าวก็จะไม่สามารถที่จะอ่านได้ จะเห็นได้ว่า ความสามารถในการอ่านในลักษณะนี้จะมีความแน่นอนที่ต่ำ เพราะฉะนั้นในการติดตั้งเสาอากาศของเครื่องอ่าน จำเป็นอย่างยิ่งต้องให้บริเวณการอ่านอยู่ในบริเวณที่อ่านดีที่สุด ถึงแม้ว่าระยะทางระหว่างเครื่องอ่านจะสั้นบ้างเล็กน้อยก็ตาม จากลักษณะที่กล่าวมาข้างต้นจะเห็นได้ว่า จำเป็นอย่างยิ่งที่จะศึกษาถึงขอบเขตการอ่านของเสาอากาศ ก่อนที่จะมีติดตั้งเสาอากาศของเครื่องอ่าน
การตั้งเสาอากาศให้มีแนวทางเดียวกัน (Antenna Polarization)
จากที่กล่าวมาข้างต้น เสาอากาศจะส่งคลื่นออกไปในบริเวณรอบ ๆ ทางที่คลื่นวิทยุนี้ส่งออกไปเรียกว่า Antenna Polarization ในการอ่าน Tag ระยะการอ่าน ความแม่นยำในการอ่าน จะขึ้นต่อ Antenna Polarization และมุมในการอ่านของ Tag เป็นอย่างมาก ลักษณะของเสาอากาศ สำหรับคลื่น UHF จะมีสองลักษณะคือ
· Linear polarized
· Circular polarized
การอ่านสำหรับเสาอากาศทั้งสองประเภทจะมีลักษณะเหมือนดังแผนภาพด้านล่าง
เสาอากาศแบบ Linear Polarized Antenna
เสาอากาศลักษณะนี้จะส่งคลื่นวิทยุออกมาในแนวเส้นตรง ตามตัวอย่างด้านล่าง
เสาอากาศลักษณะนี้จะมีมุมในการอ่านที่แคบ แต่จะอ่านได้ในระยะไกลกว่า ถ้าเปรียบเทียบ เสาอากาศแบบ circular polarized ซึ่งเสาอากาศแบบนี้จะง่ายในการกำหนดขอบเขตในการอ่าน เพราะการอ่านเป็นเส้นตรง เสาอากาศแบบนี้จะมีประโยชน์เป็นอย่างมากสำหรับการใช้งานที่ Tag อยู่ในตำแหน่งคงที่ ตำแหน่งของ Tag สำหรับเสาอากาศลักษณะนี้มีลักษณะเหมือนตัวอย่างด้านล่าง
เสาอากาศแบบ Circular Polarized Antenna
เสาอากาศแบบนี้จะส่งคลื่นวิทยุออกมาในลักษณะเป็นวงกลมเหมือนดังภาพด้านล่าง ดังนั้นคลื่นที่ออกมาจะมีจุดที่สูงที่สุด และจุดที่ต่ำที่สุด
เนื่องจากลักษณะของคลื่นที่ออกมา จะเห็นได้ว่า เสาอากาศแบบนี้จะมีผลต่อตำแหน่งของ Tag น้อยกว่าเสาอากาศแบบแรก ดังนั้นเสาอากาศแบบนี้จึงเหมาะกับการใช้งานในลักษณะที่ตำแหน่งจาก Tag ไม่สามารถที่จะคาดเดาได้ เสาอากาศแบบ circular polarized antenna จะมีมุมอ่านที่กว้างกว่า ดังนั้นทำให้สามารถอ่าน Tag ได้กว้างกว่า ตำแหน่งของ Tag สำหรับเสาอากาศประเภทนี้จะมีลักษณะเหมือนดังแผนภาพด้านล่างนี้
Reader collision
Reader collision จะเกิดขึ้นเมื่อมีเครื่องอ่านมากกว่าหนึ่งเครื่องอยู่ในบริเวณการอ่าน (Read zone) สภาพลักษณะนี้จะเกิดขึ้นเมื่อเสาอากาศของเครื่องอ่านมากกว่าหนึ่งเครื่องส่งสัญญาณรบกวนกันเอง เพื่อที่จะป้องกันปัญหาเหล่านี้ การติดตั้งเสาอากาศของเครื่องอ่านไม่ควรที่จะติดตั้งในลักษณะหันหน้าเข้าหากันโดยตรง หากจำเป็นต้องหันเสาอากาศเข้าหากัน จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องตั้งเสาอากาศทั้งสองให้ห่างกันพอสมควร เพื่อที่จะให้คลื่นวิทยุของเสาทั้งสองไม่รบกวนกัน
นอกเหนือจากวิธีที่กล่าวมาข้างต้นแล้ว สามารถเลือกใช้วิธี Division Multiple Access (TDMA) ด้วยวิธีนี้เสาอากาศทั้งสองจะทำงานไม่พร้อมกัน แต่วิธีนี้อาจจะเกิดปัญหาที่ว่า Tag หนึ่งตัวอาจจะถูกอ่านมากกว่าหนึ่งครั้ง ด้วยเครื่องอ่านคนละตัว ดังนั้นจำเป็นอย่างยิ่งจะต้องระบบซอฟท์แวร์ที่ทำการกรองเฉพาะ Tagที่สนใจ เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดการอ่านซ้ำ
คอนโทรลเลอร์ (Controller)
คอนโทรลเลอร์เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการควบคุมการติดต่อสื่อสารระหว่างอุปกรณ์ภายนอกกับเครื่องอ่าน ยกตัวอย่างเช่น การพิมพ์เอกสารผ่านเครื่องพิมพ์ คอมพิวเตอร์จำเป็นต้องมีระบบซอฟท์แวร์ที่ติดตั้งในเครื่องคอมพิวเตอร์ เพื่อการพิมพ์เอกสาร ลักษณะเดียวกัน หากต้องการนำข้อมูลออกจากเครื่องอ่าน คอมพิวเตอร์ก็จำเป็นต้องมีระบบ Controller
ระบบเซ็นเซอร์ (Annunciator หรือ Actuator)
จากที่กล่าวมาในข้างต้น เครื่องอ่านไม่จำเป็นต้องเปิดทำงานตลอดเวลา เครื่องอ่านสามารถที่จะถูกตั้งให้เปิดและปิดทำงานได้ตามที่ต้องการ การที่จะเปิดหรือปิดทำงานนั้น อุปกรณ์ที่เรียกว่า เซ็นเซอร์จะเข้ามามีบทบาทในส่วนนี้ เซ็นเซอร์จะทำหน้าที่เปิดและปิดเครื่องอ่านเมื่อได้รับสัญญาณจากภายนอก สัญญาณที่เข้ามานั้นมีสองลักษณะ คือ Annunciator และ Actuator สัญญาณที่เป็น Annunciator จะเป็นสัญญานที่เป็นระบบอิเลกทรอนิคส์ เช่น เสียงเตือน สัญญาณไฟ เป็นต้น สำหรับสัญญานที่เป็น Actuator นั้นเป็นสัญญานที่เป็นสัญญานด้านกลไกต่าง ๆ เช่น ประตูเปิดหรือปิด หรือสัญญานจากระบบ PLC
ระบบ Host และระบบซอฟท์แวร์
ระบบ Host และระบบซอฟท์แวร์จะรวมถึงระบบต่าง ๆ ทั้งฮาร์ดแวร์ และซอฟท์แวร์ที่แยกออกจากอุปกรณ์ฮาร์ดแวร์ของอาร์เอฟไอดี (เครื่องอ่าน RFID Tagและเสาอากาศ) ระบบส่วนนี้จะประกอบด้วย
· ระบบ Edge interface ส่วนนี้จะเป็นส่วนที่ต่อเชื่อมระบบทั้งหมดเข้ากับฮาร์ดแวร์อาร์เอฟไอดี หน้าที่หลักของส่วนนี้คือ รับข้อมูลจากเครื่องอ่าน ควบคุมการทำงานของเครื่องอ่าน และเชื่อมโยงเครื่องอ่านกับอุปกรณ์ภายนอก หรือการต่อเชื่อมกับอุปกรณ์ภายนอกโดยตรงไม่ต้องผ่านเครื่องอ่าน เช่น เซนเซอร์ ต่าง ๆ ระบบนี้จะใกล้ชิดกับเครื่องอ่านเป็นอย่างมาก นอกเหนือจากหน้าที่ที่กล่าวมาข้างต้นแล้ว ระบบนี้อาจมีหน้าที่เพิ่มเติมอีกด้วย ได้แก่
· กรองข้อมูลสำหรือการอ่านซ้ำจากเครื่องอ่านหลายเครื่อง
· จัดให้มีการตั้งระบบอัตโนมัติเมื่อได้รับข้อมูลจากเซนเซอร์ภายนอก
· จัดระบบงานที่ซับซ้อนเช่น การรวบรวม หรือการเลือกส่งข้อมูลจาก tag ไปสู่ระบบทั้งหลาย
· การบริหารและจัดการเครื่องอ่าน
· ระบบ Middleware ระบบ Middleware เป็นระบบที่ต่อเชื่อมระหว่าง Edge interface และ ระบบซอฟท์แวร์ Back-end interface. หน้าที่ของระบบ Middlewareจะประกอบด้วย
· การจัดแบ่งข้อมูลระหว่างจากภายในและภายนอกระบบ
· การบริหารข้อมูลของระบบอาร์เอฟไอดีอย่างมีประสิทธิภาพ
· ทำหน้าที่ในการกลั่นกรองข้อมูลเพื่อนำไปปฏิบัติการ
· จัดการระบบเพื่อให้สามารถใช้งานได้กับระบบซอฟท์แวร์ในการใช้งาน
· ระบบการต่อเชื่อมกับซอฟท์แวร์ Enterpriseback-end เป็นส่วนที่ใช้สำหรับการเชื่อมต่อกับระบบ middleware กับซอฟท์แวร์ enterprise back-end. ส่วนนี้เป็นส่วนสำคัญในการปรับระบบเชื่อมกับกระบวนการจัดการ (Business process) สาเหตุที่ไม่สามารถเชื่อมต่อ Middle ware กับซอฟท์แวร์สำเร็จรูปได้ เนื่องจาก ระบบ middleware ส่วนใหญ่เป็นซอฟท์แวร์ที่สำเร็จรูป ดังนั้นการนำไปใช้งานจึงหลีกเลี่ยงไม่ได้ที่ต้องมีการปรับเปลี่ยนแก้ไข เพื่อที่จะให้การเชื่อมต่อข้อมูลระหว่างระบบ Middleware กับซอฟท์แวร์ enterprise back endเป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพ ในปัจจุบันมีระบบซอฟท์แวร์ในการปฏิบัติการจำนวนมากที่มีการพัฒนาระบบเชื่อมต่อนี้ไว้ในโปรแกรมที่พัฒนาขึ้น
· ระบบซอฟท์แวร์ Enterprise Back End ประกอบด้วยระบบซอฟท์แวร์ที่ใช้ในการปฏิบัติการทั้งหมด ซึ่งส่วนนี้จะเป็นส่วนที่เก็บข้อมูล และกระบวนการในการปฏิบัติงานทั้งหมด ในแง่ของระบบอาร์เอฟไอดี ระบบซอฟท์แวร์ส่วนนี้ จะเป็นส่วนที่ฐานข้อมูลสำหรับ Tag แต่ละ Tag ที่ระบบ Middleware ได้รับข้อมูล และเพื่อปฏิบัติการต่าง ๆ
ระบบโครงสร้างการติดต่อสื่อสาร
ระบบนี้จะเป็นส่วนที่ใช้ในการต่อเชื่อมองค์ประกอบต่าง ๆ ของระบบอาร์เอฟไอดีเข้าด้วยกัน ซึ่งการเชื่อมต่ออาจจะเป็นระบบสายหรือไร้สายก็ได้ ในแง่ของระบบสายอาจจะเป็นการเชื่อมต่อด้วย Serial ระหว่างเครื่องอ่าน และคอมพิวเตอร์ ในกรณีของการเชื่อมต่อด้วยระบบไร้สาย อาจจะเป็นระบบง่าย ๆ เช่นระบบ Bluetooth หรือ ระบบไร้สายอย่างกว้างขึ้นเช่น ระบบ WAN หรือระบบดาวเทียม เป็นต้น
สรุป
ระบบอาร์เอฟไอดีประกอบด้วยส่วนต่าง ๆ หลายส่วน โดยเริ่มตั้งแต่อุปกรณ์ที่เกี่ยวกับเทคโนโลยีอาร์เอฟไอดีโดยเฉพาะ ได้แก่ อาร์เอฟไอดี Tag และเครื่องอ่านอาร์เอฟไอดี แต่องค์ประกอบสองส่วนนี้มิได้ทำให้ระบบอาร์เอฟไอดีสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในการนำไปใช้จำเป็นอย่างยิ่งต้องมีอุปกรณ์ ได้แก่ อุปกรณ์ด้าน Networkต่าง ๆ รวมถึงระบบซอฟท์แวร์ต่าง ๆ เช่น Middle ware ERP software เป็นต้น ในการนำระบบทั้งหมดสามารถใช้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องทำให้อุปกรณ์ต่าง ๆ สอดคล้องกันอย่างดี
Knowledge