RuBee - RuBee

RuBee (Стандарт IEEE 1902.1 ) двусторонний, активный беспроводной протокол разработан для суровых условий, приложений с высокой степенью безопасности и видимости активов. RuBee использует Длинная волна (LW) магнитные сигналы для отправки и приема короткие (128 байт ) пакеты данных в локальной региональной сети. Протокол похож на IEEE 802 Протоколы в этом RuBee объединены в сеть с использованием одноранговых активных излучающих трансиверов по запросу. RuBee отличается тем, что использует низкочастотную (131 кГц) несущую. Одним из результатов является то, что RuBee работает медленнее (1200 бод) по сравнению с другими стандартами пакетной передачи данных (WiFi). 131 кГц в качестве рабочей частоты дает RuBee преимущества сверхнизкого энергопотребления (срок службы батареи измеряется годами) и нормальной работы вблизи стали и / или воды. Эти функции упрощают развертывание датчиков, элементов управления или даже исполнительных механизмов и индикаторов. Поскольку RuBee использует длинные волны и работает в ближнем поле (до 50 футов), можно одновременно передавать и принимать от множества соседних антенн без помех, обеспечивая синхронизацию сигналов. Это позволяет расширить полосу пропускания и устранить любую угловую чувствительность, обычно наблюдаемую в других радиочастотных системах.

RuBee не имеет отражений и не блокируется сталью или жидкостями и, следовательно, является объемным (не находится в пределах прямой видимости). Это делает RuBee надежным в суровых условиях окружающей среды и приложений безопасности. Это также означает, что у RuBee нет ТЕМПЕСТ выявить или перехватить риски на безопасных объектах. RuBee - единственная беспроводная технология, одобренная Министерством энергетики США для использования на защищенных объектах. RuBee также был одобрен DoE и HERO при испытаниях DoD для использования во взрывоопасных зонах с нулевым безопасным расстоянием разделения (SSD). RuBee также является единственной беспроводной технологией, когда-либо одобренной DoE с искробезопасным нулевым SSD. Метки RuBee могут быть обнаружены с высокой чувствительностью через двери, даже если актив спрятан в стальном портфеле, а также в транспортных средствах через ворота с использованием антенн, спрятанных в дороге.

RuBee часто путают с Определение радиочастоты (RFID). Он не работает как пассивный или активный RFID, и имеет протокол, более общий с WiFi и Zigbee. Все пассивные и активные протоколы RFID используют так называемый режим передачи с обратным рассеянием. Пассивные и активные RFID-метки действуют как зеркало и работают как отражающие транспондеры. В отличие от этого, RuBee, похожий на Wi-Fi и Zigbee в том, что он является одноранговым, представляет собой сетевой трансивер, который фактически передает сигнал данных по запросу, но работает намного медленнее (6-8 двусторонних пакетов в секунду). Основное различие между RuBee и WiFi или Zigbee заключается в том, что RuBee работает в длинноволновом диапазоне с использованием магнитного поля, тогда как WiFi, Bluetooth, Delta7 и Zigbee работают в диапазонах VHF, UHF или SHF и с электрическим полем. Стандарт 1902.1 был одобрен IEEE.^[1] RuBee получил награду «Технология года» от Frost & Sullivan в 2007 году.^[2]

Подробности протокола IEEE 1902.1

1902.1 - это "физический слой "рабочая группа из 17 корпоративных членов. Рабочая группа была сформирована в конце 2006 года. Окончательная спецификация была выпущена как Стандарт IEEE в марте 2009 года. Стандарт включает такие вещи, как спецификации кодирования пакетов и адресации. Протокол уже используется в коммерческих целях несколькими компаниями в системах и сетях видимости активов (см. www.rubee.com ). Однако IEEE 1902.1 будет использоваться во многих приложениях сенсорных сетей, требующих этого стандарта физического уровня для обеспечения взаимодействия между производителями. Второй стандарт был разработан 1902.2 для функций данных более высокого уровня, необходимых в сетях Visibility. Сети видимости предоставляют в реальном времени статус, родословную и местонахождение людей, домашнего скота, медицинских товаров или других ценных активов в локальной сети. Второй стандарт будет адресовать уровни канала передачи данных на основе существующего использования протокола RuBee. Этот стандарт, который будет иметь важное значение для широкого использования RuBee в приложениях для обеспечения видимости, будет поддерживать взаимодействие тегов RuBee, чипов RuBee, сетевых маршрутизаторов RuBee и другого оборудования RuBee на уровне канала передачи данных.

Детали тега RuBee

Типичная радиометка RuBee, примерно 1,5 x 0,75 на 0,07 дюймы. Имеет 4 кусочек ЦПУ, От 1 до 5 кБ sRAM, кристалл и литий аккумулятор с расчетным сроком службы пять лет., часы. Опционально может иметь датчики, дисплеи и кнопки.

RuBee является двунаправленным, по запросу и одноранговым. Он может работать на других частотах (например, 450 кГц), но 131 кГц является оптимальным. Теги RuBee могут иметь датчики (температуры, влажности, бега), дополнительные дисплеи и могут иметь полный 4-битный микропроцессор со статической памятью. Протокол RuBee использует Айпи адрес (Адрес Интернет-протокола). Тег может хранить данные в своей собственной памяти (вместо или в дополнение к данным, хранящимся на сервере). Некоторые теги имеют до 5 КБ памяти. RuBee успешно работает в суровых условиях, с сетями, состоящими из многих тысяч тегов, и имеет диапазон от 1 до 30 м (от 3 до 100 футов ) в зависимости от конфигурации антенны. Под «суровой средой» мы подразумеваем ситуации, в которых один или оба конца коммуникации находятся рядом со сталью или водой. Радиометки RuBee работают там, где другие радиометки и RFID могут иметь проблемы. Сети RuBee используются во многих приложениях для обеспечения видимости, в том числе: обнаружение выхода и входа в правительственные объекты с высоким уровнем безопасности, оружие и стрелковое оружие в арсенале с высоким уровнем безопасности, критически важные специализированные инструменты, интеллектуальные полки и стойки для ценных активов; умные порталы входа / выхода.

Как работает RuBee

IEEE 1902.1 RuBee использует магнитные волны, также часто называемые индуктивной связью. Джеймс Клерк Максвелл представил свою теперь известную систему уравнений (Уравнения Максвелла ) Королевскому обществу в 1864 году. Эти уравнения описывают, что происходит, когда электрон движется по проводящему проводу. Создаются два поля, электрическое поле, помеченное E, и магнитное поле, обозначенное ЧАС. Эти электрические и магнитные поля путешествовать по эфир, (т.е. космическое пространство или дальнее поле ) со скоростью света с предполагаемым импедансом 377 Ом. Eэлектрическое поле может быть выражено в ньютонах на кулон или в вольтах на метр, и ЧАС, магнитное поле может быть выражено в гауссах или амперах на метр. Два поля связаны вместе с эфиром, чтобы сформировать простую электрическую цепь, способную передавать энергию. Однако, когда эти два поля измеряются в так называемом ближнее поле (намного меньше длины волны сигнала) происходят очень странные вещи. (Также см. Capps «Ближнее поле или дальнее поле». )^{[мертвая ссылка ]}. E и H больше не связаны простым предсказуемым образом. Значение c (скорость света) и сопротивление эфира изменяются, и можно производить большие ЧАС ценности с низкими E значения. Как будто сопротивление эфира уменьшилось до нескольких Ом.

Практически вся энергия, излучаемая базовой станцией RuBee или радиометкой RuBee, содержится в магнитном поле (ЧАС), а не электрический (E) поле. Это связано с тем, что антенны RuBee короткие по сравнению с длиной волны (около полутора миль или двух¹⁄₂ км на частоте 131 кГц), а RuBee работает в ближней зоне. Типичный излучаемый E от базовой станции RuBee около 40-50 нановатт, а ЧАС составляет около 900 миллигаусс (90 мкТл ). Наконец, RuBee - это протокол на основе пакетов, в котором только один конец связи в каждый момент времени генерирует поля, то есть тег RuBee является излучающим трансивер.

Факторы окружающей среды

RF основан на физике и может быть надежно смоделирован с помощью инструментов прогнозирования и настроенных моделей.^[3] ВЧ не всегда предсказуемо, потому что активная среда (люди, стальные полки, полы, шкафы, двери) являются частью одной настроенной цепи и со временем меняются. Например, звонок по мобильному телефону на телефон в здании изменен сталью в здании. Прием можно улучшить, переместив телефон рядом с окном или направив антенну в определенном направлении. На радиоволны влияет практически все, что нас окружает. На производительность влияют многие факторы окружающей среды. Наиболее важными из них являются сталь и вода, но люди и источники электрического шума также занимают первое место в списке.

Магнитные волны могут проходить практически через все, даже через скалы. Тот же самый камень блокирует RF всего через несколько футов. РЧ-сигнал падает как 1 /р, тогда как сила магнитной волны спадает гораздо быстрее, со скоростью 1 /р³. Это означает, что магнитный сигнал не будет распространяться почти до радиочастотного сигнала.

Эта стойка любит вибрировать (резонировать) на частоте RuBee.

На первый взгляд эта разница в скорости спада может показаться отрицательной для дальности действия метки, использующей магнитную сигнализацию, но, как объясняется ниже, она оказывается большим плюсом в локальной сети видимости. Во-вторых, неожиданным преимуществом является то, что шум, который видит RuBee, также является магнитным, поэтому он тоже падает 1 /р³. Источники шума и помех должны быть намного более локальными, чтобы иметь значительную мощность, и, как правило, их легко обнаружить и минимизировать в сети IEEE 1902.1.

RuBee на 99,99% состоит из магнитных волн, поэтому на него совершенно не влияют люди или животные, грязь или вода. Сталь может изменить характеристики, но на самом деле сталь может усилить магнитный сигнал. Высокочастотная (более 1 МГц) РЧ антенна на стальной полке или рядом с ней имеет три проблемы: 1. Сталь расстраивает антенну; 2. РЧ-нули появятся на полке без какого-либо сигнала (швейцарское сырное поле), потому что сталь блокирует радиоволны; и 3. Сталь также отражает радиоволны (E в уравнениях Максвелла), способствующие ошибкам связи и полочным нулям.

Напротив, длинноволновые магнитные передачи (ниже 1 МГц) не блокируются и не отражаются сталью, поэтому нулевые значения не возникают. Рамочные антенны могут быть расстроены сталью, как и более высокие частоты. Но, в отличие от более высоких частот, магнитная петля антенны могут быть перенастроены с помощью внешних конденсаторов, и во многих случаях могут быть созданы схемы, которые динамически выбирают оптимальный внешний конденсатор для антенны. Таким образом, проблема настройки может исчезнуть в сети RuBee. Но настройку необходимо установить на правильную частоту, отрегулировав конденсатор в соответствии с кривой настройки со сталью на месте.

Паразитная индуктивность и емкость (см. Саморезонансная частота ) антенного провода и стальной полки ограничивают диапазон настраиваемой частоты любого антенного контура. Простая петля из провода громкоговорителя диаметром около 100 футов (30 м) может быть настроена на резонанс на частоте 131 кГц с простым внешним конденсатором. Петля размером всего 1 дюйм (25 мм) также может быть настроена для резонанса на частоте 131 кГц. Однако на 30 МГц вы можете настроить 1-дюймовую (25 мм) антенну, но не 100-футовую (30 м) антенну и не полку. На 30 МГц наибольшая длина перестраиваемой петли составляет около 30 см. Частота RuBee занижена специально, поэтому его почти всегда можно перенастроить, чтобы компенсировать паразитную индуктивность и емкость, несмотря на использование в суровых условиях, таких как стальные полки (см. Roche et al. 2007). Вернемся к примеру с полкой - установка RuBee фактически настраивает сталь в полке, а сама полка становится антенной - полка становится частью резонансного контура, и ЧАС сигнал усиливается возле полки. Для частот выше 1 МГц невозможно включить большинство вещей, которые можно найти на складе, в офисном здании или на заводе, как часть антенны.

RuBee хорошо работает в суровых условиях, потому что большинство стальных предметов хорошо резонируют на частоте RuBee 131 кГц. По мере увеличения частоты более чем на 1 МГц резонирует меньше стальных предметов. Например, на частоте 10 МГц ничто большое из стали не может быть настроено на резонанс.

Насколько большой может быть рамочная антенна RuBee? По мере того, как антенны становятся все больше, все больше и больше становится помехой для шума. Петля диаметром 100 футов (30 м) может обнаруживать грозы за сотни миль. Самый большой источник шума - это километровый шум дальнего космоса. Хотя можно построить вторую антенну и провести дифференциальное вычитание, 10 000 кв. Футов (1000 м²) предел сети RuBee подходит для большинства практических приложений видимости. Антенны RuBee также могут использовать ферритовые стержни с проволочными катушками и получить тот же диапазон, но без больших петель.

RuBee недостатки и преимущества

Основным недостатком RuBee перед другими протоколами является скорость и размер пакета. Протокол RuBee ограничен 1200 бод в существующих приложениях. IEEE 1902.1 определяет 1200 бод. Протокол может увеличиться до 9600 бод с некоторой потерей диапазона. Однако большинство приложений для обеспечения видимости хорошо работают на скорости 1200 бод. Размер пакета ограничен от десятков до сотен байтов. В конструкции RuBee отсутствует широкая полоса пропускания и высокая скорость передачи данных, поскольку они не требуются большинству приложений для обеспечения видимости.

Использование магнитной энергии LW дает ряд преимуществ:

Длительное время автономной работы - Из-за использования низких частот и скоростей передачи данных микросхемы и детекторы могут работать на низкой скорости. Использование (самая низкая стоимость) 4 микрометр Технология чипа CMOS, что приводит к чрезвычайно низкому энергопотреблению. Системы LW-магнитных волновых меток могут и достигли 15-летнего срока службы с использованием недорогих литиевых батарей. Это также ожидаемый срок годности батареи.
Данные тега перемещаются вместе с активом - Поскольку данные хранятся в теге, затраты на ИТ (информационные технологии) снижаются. Это означает, что с помощью недорогого портативного считывателя можно прочитать тег RuBee и узнать об активе - производственные данные, срок годности, номер партии и т. Д. - без необходимости обращаться к ИТ-системе для его поиска. Кроме того, расстояние между считывателем и активом не критично. RuBee также может писать в тег в том же диапазоне, что и читать. RFID, с другой стороны, использует память EEPROM, и запись в тег неудобна. (В случае RFID диапазон ограничен, требуется больше мощности, а время записи велико.)
Безопасен для человека - Базовая станция RuBee производит только нановатты радиоэнергии. LW магнитные волны RuBee не поглощаются биологическими тканями и даже не регулируются OSHA. Фактически, RuBee производит меньшую мощность и более низкую напряженность поля, чем металлодетекторы в аэропортах и противоугонные детекторы в розничных магазинах, работающих на аналогичных частотах, - примерно в 10-100 раз. Недавно опубликованные исследования показывают, что RuBee не влияет на кардиостимуляторы или другие имплантируемые устройства (Hayes et al., 2007).
Искробезопасный - Базовая станция и метка RuBee производят магнитную энергию низкого уровня, не способную нагревать взрывчатые вещества или создавать искру. В независимых исследованиях, проведенных Министерством энергетики, RuBee было присвоено нулевое безопасное расстояние разделения (SSD), и это единственная беспроводная технология, имеющая такой рейтинг. Это означает, что бирки и базовые станции могут быть размещены непосредственно на взрывчатых веществах без риска случайного возгорания или нагрева.
Высокая безопасность и конфиденциальность Теги RuBee имеют много уникальных преимуществ в приложениях с высоким уровнем безопасности. Диапазон подслушивания (диапазон, в котором человек с неограниченными средствами может прослушивать разговоры по тегам) такой же, как диапазон тегов. Это означает, что если кто-то слушает, он должен быть достаточно близко, чтобы вы могли его увидеть. Это не относится к протоколам RFID или 802.^[4] Это означает, что никто не может тайно прослушивать разговоры тегов / базовой станции. Кроме того, поскольку теги RuBee имеют батарею, кристалл и память sRAM, они могут использовать надежное шифрование с практически неразрушаемыми одноразовыми ключами или полностью невзламываемыми одноразовыми блоками. По этим причинам RuBee сегодня используется во многих приложениях с высоким уровнем безопасности. RuBee - единственная беспроводная технология, одобренная для использования на защищенных сайтах правительства США.
Контролируемый объемный диапазон - Максимальный объемный диапазон RuBee составляет приблизительно 10 000 квадратных футов (900 м²) при использовании объемных рамочных антенн - Даже с небольшой объемной антенны площадью 1 кв. Фт (900 см²) RuBee может считывать теги внутри яйцевидной формы (эллипсоида). объем около 10 x 10 x 15 футов (3 x 3 x 5 м). Специальная функция IEEE P1902.1, известная как Clip, позволяет размещать множество соседних рамочных антенн в антенной ферме и одновременно считывать данные с десятков и сотен базовых станций.
Экономически эффективным - С помощью RuBee можно использовать относительно простые базовые станции и маршрутизаторы, что означает, что приемники и устройства чтения карт могут быть по разумной цене по сравнению с более высокочастотными трансиверами. Кроме того, метки часто включают в себя один чип, батарею, кристалл и антенну, и их цена может быть конкурентоспособной по сравнению с активными метками RFID (включая батарею).
Меньше шума - Поскольку фоновый шум в регионе уменьшается как 1 /р³ RuBee демонстрирует пониженную восприимчивость к постороннему шуму. Основным ограничением размера антенны является шум глубокого космоса.

Уникальный пример приложения RuBee: доступность и безопасность критически важных активов

Поскольку RuBee является безопасным и магнитным, он может обеспечить автоматическую видимость в режиме реального времени, а наивысшая возможная безопасность критически важных активов - критически важные активы (MCA) - это активы, которые просто невозможно потерять или украсть, они гораздо дороже на улице или в дороге. руками террористов, чем стоило заменить. Visible Assets, Inc., Dasco Date, Inc., SMi Ltd и Laser Device Inc. обеспечивают автоматическую видимость и безопасность MCA на основе RuBee, используя три важных уровня безопасности:

Уровень безопасности 1: Физическая инвентаризация хранилища в реальном времени. Активы, хранящиеся на складе на стеллажах, полках или оружии в оружейных стеллажах или другом безопасном объекте, имеют встроенные или прикрепленные беспроводные метки RuBee. Интеллектуальные стойки и интеллектуальные полки с технологией RuBee превращают сталь в этих стойках в антенну, а программные приложения Visible ежедневно или ежечасно отслеживают каждый элемент и сообщают о запасах и состоянии активов.
Уровень безопасности 2: Выдача / Прибытие. Когда актив удаляется из инвентаря, мы знаем, что он был снят с полки, но право собственности должно быть передано от «кладовщика» новому владельцу, солдату, охраннику или опекуну. Это делается с использованием защищенных планшетов Apple iPad, известных как gRaps, со встроенным считывателем RuBee. Теги считываются, когда актив проходит через кассу.
Уровень безопасности 3: Обнаружение выхода / входа. Когда объект покидает объект, портальные платформы RuBee обеспечивают обнаружение идентификации и сигнализацию с помощью DoorGuard и GateGuard. Оба обнаруживают ресурсы и идентификаторы с поддержкой RuBee, когда человек проходит через дверь или ворота пешком или в транспортном средстве. Эти системы прошли множество объективных пользовательских приемочных испытаний (UAT) со 100% обнаружением активов, даже если они спрятаны внутри стального ящика или автомобиля.

Трехуровневая безопасность обеспечивает безопасность критически важных активов на стеллажах, не требующую обработки, с инвентаризацией в реальном времени, при регистрации на входе и выходе и с чувствительным обнаружением выхода людей и активов. Потому что RuBee не блокируется людьми или стальные метки считываются автоматически без помощи человека

Безопасность становится гораздо более зависимой от человеческого доверия с потерей любого уровня. RuBee снижает доверие к людям за счет полной автоматизации на всех трех уровнях. Например, если что-то убирается из инвентаря со стеллажей, но не проверяется, срабатывает сигнализация. Если актив покидает объект, но не проверяется, срабатывает сигнал тревоги и т. Д. RFID и системы штрих-кодов блокируются сталью и человеческим телом. В результате безопасность основана на новых человеческих процессах, ориентированных только на уровень 2. Обе системы становятся системами отслеживания активов с участием человека, а не автоматизированными системами безопасности в реальном времени. Visible неоднократно доказывал, что RuBee - это беспроводная технология, которая может обеспечить полностью интегрированную, видимость с автоматизацией на трех уровнях безопасности.

Трехуровневая безопасность RuBee по сравнению с такими технологиями отслеживания, как штрих-коды и RFID. Штрих-коды и RFID становятся прямой видимостью в суровых условиях, блокируются людьми и сталью, поэтому для считывания меток требуется помощь человека. В отличие от этого, видимость RuBee не является прямой видимостью в суровых условиях и обеспечивает безопасность критически важных ресурсов без каких-либо процессов, поскольку она не блокируется сталью или водой.

Системы RFID и штрих-кодов заблокированы сталью и человеческим телом. В результате безопасность основана на новых человеческих процессах, ориентированных только на уровень безопасности 2. Обе системы становятся системами отслеживания активов с участием человека, а не автоматизированными системами безопасности в реальном времени. Многие используемые защищенные сайты обеспечивают беспроцессную, полностью автоматизированную видимость RuBee с трехуровневой безопасностью.

Сравните с индуктивной передачей энергии NFC и Qi

Этот протокол похож на физическом уровне на NFC (Несущая 13,56 МГц, в основном пара трансформаторов с воздушным сердечником), а также Ци индуктивная передача энергии (несущая 100–300 кГц). Оба модулируют нагрузку на катушку приемника для связи с отправителем. Некоторые теги NFC могут поддерживать простые процессоры и несколько хранилищ, таких как этот протокол. NFC также обладает свойствами физической безопасности «магнитных» коммуникаций, таких как RuBee, однако сигналы NFC могут быть обнаружены за много миль от источника. Сигналы RuBee обнаруживаются на максимальном расстоянии 20 метров (66 футов) от источника.

Примечания

^ «Протокол RuBee преодолевает недостатки RFID». Получено 2007-09-02.
^ «Награда« Лучшая технологическая инновация в области решений для обеспечения прозрачности цепочки поставок в Северной Америке в 2007 году » (PDF). Фрост и Салливан. Получено 2007-09-02.
^ http://www.commsdesign.com/main/2000/06/0006build.htm. Отсутствует или пусто | название = (помощь)
^ Перейра, Джозеф. "Как данные кредитной карты попали в беспроводную дверь". WSJ. Получено 2018-11-11.