215E225 TÜBİTAK 3001 PROJESİ SONUÇ RAPORU
RFID ve WISP İle İlgili Çalışmalar
Literatür olarak bu alanda ve bu alana zemin hazırlayabilecek alanlarda daha önce yapılmış bazı bilimsel yayınlar araştırıldığında: Smith vd. tarafından yayınlanan makalede, ilk olarak sürekli algılama sistemlerinde 4 farklı yaklaşım olduğu dile getirilmiştir (Smith vd., 2006). Bunlardan ilki, kablolu olarak algılayıcılarla iletişimin sağlanması olarak belirtilmiştir. Bu iletişim şekli uzun soluklu işlemlerde batarya ömrü veya batarya boyutu gibi sorunları olmadığından iyi bir çözümdür, fakat güç ve veri iletişimi için kablolara ihtiyaç duyulmaktadır. İkinci yaklaşımda ise Kablosuz Sensör Ağları kurulması öngörülmüştür. Bu yaklaşımın dezavantajı ise boyut ve çalışma süresinin bataryaya bağlılığıdır. Üçüncü yaklaşımda ise cihazların titreşim, ışık veya insan hareketi gibi çevresel kaynaklardan enerjisini üretmesi gösterilmiştir. Dördüncü yaklaşımda, üçüncü yaklaşımdaki doğal kaynaklardan üretilen enerjinin aksine projenin de konusunu oluşturan WISP cihazında olduğu gibi enerjinin belli bir ana kaynaktan gelen sinyallerden üretilmesi prensibi benimsenmiştir. Makalede EPC standardına uygun olan RFID etiketleri ile okuyucu donanımların nasıl iletişim kurduğundan bahsedilmektedir. Özellikle de tek bir okuyucu ile çoklu RFID etiketleri arasındaki iletişimin detayları verilmiştir. Devamında WISP cihazının donanımsal özelliklerinden bahsedilmiş, cihazın çalışması için gerekli enerjinin RFID okuyucusundan alınan radyo frekansı (RF) sinyallerinden üretilmesi konusu incelenmiştir. WISP’ten okuyucuya, okuyucudan WISP’e doğru iletişimin ayrıntılarına değinilmiştir. Sonuç olarak deneysel olarak elde edilmiş veriler ortaya çıkmıştır. Bu sonuçlara göre, WISP üzerindeki mikro denetleyicinin elektrik üretimi neticesinde çalışması RFID okuyucusundan uzaklık ve işlenecek veri yükü ile temelden bağlıdır. Ayrıca, WISP cihazının bir ofis penceresinde üzerindeki ışık algılayıcısı ile 13 saatlik bir ölçüm yapması deneysel olarak gerçeklenmiş ve sonuç olarak gün ışığının sağlıklı bir şekilde ölçümlenmesi sağlanmıştır. Güç ve voltajın WISP cihazı için iki önemli kısıt olduğu belirtilmiştir.
Buettner ve arkadaşları yaptıkları çalışmada (Buettner vd., 2008) Intel WISP ve UHF RFID okuyucudan oluşan basit bir RFID sensör ağı sergilemişlerdir. WISP, işletme enerjisini RFID okuyucu iletimlerinden standart RFID etiketleri biçiminde toplayan ve ayrıca, ivmeölçer gibi algılayıcıları içeren ve çok küçük ölçekli bir bilgi işlem platformu sağlayan aygıttır. Kullandıkları Intel WISP, ultra düşük güçte mikro denetleyici, 32KB program alanı, ivmeölçer ve sıcaklık sensörleri barındırmaktadır. Güç kaynağından enerji elde eden WISP verileri standart EPC S1N2 UHF RFID okuyucusuna iletir.
Texas Instruments firması tarafından yayınlanan dokümanda (Newman, 2010) JTAG iletişim portunu kullanan MSP430 flash ve Ferroelektrik Rastgele Erişimli Bellek (Ferroelectric Random Access Memory - FRAM) tabanlı mikro denetleyici ailelerinin bellek modülünü silmek, programlamak ve doğrulamak için gerekli işlevler ve tüm MSP430 cihazlarında bulunan Ortak Test Eylem Grubu (Joint Test Action Group – JTAG) erişim portunun nasıl programlanacağı bilgilerine ulaşılabilmektedir. Hem standart 4 telli JTAG arayüzünü hem de Spy-Bi-Wire (SBW) olarak da anılan 2 telli JTAG arayüzünü kullanarak cihaza erişim açıklanmıştır.
Chae, Salajegheh ve Yeager yaptıkları çalışmada (Chae, Salajegheh ve Yeager, 2013), öncelikle WISP’i donanımsal özellikleri bakımından diğer RFID araçları ile karşılaştırılmıştırlar. Bu makale kapsamında kullanılmakta olan WISP 16 bitlik 8Mhz MSP430 Texas Instruments işlemciye sahip, 8KB bellek alanı ile 256 KB flash ve 256 KB RAM belleğe sahiptir. Makalenin ilerleyen bölümlerinde WISP üzerinde RC5, 16, 32 ve 64 bitlik kelime uzunlukları ile şifrelemenin uygulanabilir olduğu gösterilmiştir. Genel kullanım amaçlı yapılmış WISP donanımı üzerinde deneysel olarak bir algoritma denenmiş ve sonuçları sunulmuştur. Aynı şekilde işlem süreleri, uzaklık işlem ilişkileri ve bellek yazma ve erişme süreleri hesaplanmıştır. Sonuç olarak ise yazarlar, deney platformlarının mevcut EPC S1N2 etiketlerindeki hesaplama gücü ve depolama yeteneklerini aşmasına rağmen ilerleyen dönem RFID etiketleri için bu çalışmanın iyi bir örnek ve karşılaştırma olacağını belirtmişlerdir. Bizim projemizde kullandığımız WISP 5,0 donanımının üzerinde hâlihazırda bir AES donanımsal olarak çalıştırılmaktadır.
Elbal yaptığı yüksek lisans tez çalışmasında (Elbal, 2015), WISP cihazlarının operasyonel özellikleri belirlemek, yeni protokolleri uygulamak ve çoklu etiket senaryosunun özelliklerini bulmak için incelemiştir. Çalışmanın sonucunda aşağıdaki sonuçlara ulaşmıştır:
- UHF bandındaki anten eşleme noktası ve çevredeki WISP'lerin karşılıklı etkisiyle okuyucu tarafından iletilen enerji ile WISP'in aldığı voltaj arasındaki ilişki, diğer WISP'lerden güçlü bir şekilde etkilenmiştir.
- WISP'de bir okuma aralığı elde etmek için, okuyucudan WISP'e olan mesafe göz önünde bulundurulmalıdır.
- WISP dâhili saati yanıtları senkronize edilmez.
Yazılım modifikasyonu ile WISP’ler arasındaki senkronizasyon geliştirilmiştir.
Buettner ve arkadaşları yaptıkları çalışmada (Buettner vd., 2008) Intel WISP ve UHF RFID okuyucudan oluşan basit bir RFID sensör ağı sergilemişlerdir. WISP, işletme enerjisini RFID okuyucu iletimlerinden standart RFID etiketleri biçiminde toplayan ve ayrıca, ivmeölçer gibi algılayıcıları içeren ve çok küçük ölçekli bir bilgi işlem platformu sağlayan aygıttır. Kullandıkları Intel WISP, ultra düşük güçte mikro denetleyici, 32KB program alanı, ivmeölçer ve sıcaklık sensörleri barındırmaktadır. Güç kaynağından enerji elde eden WISP verileri standart EPC S1N2 UHF RFID okuyucusuna iletir.
Texas Instruments firması tarafından yayınlanan dokümanda (Newman, 2010) JTAG iletişim portunu kullanan MSP430 flash ve Ferroelektrik Rastgele Erişimli Bellek (Ferroelectric Random Access Memory - FRAM) tabanlı mikro denetleyici ailelerinin bellek modülünü silmek, programlamak ve doğrulamak için gerekli işlevler ve tüm MSP430 cihazlarında bulunan Ortak Test Eylem Grubu (Joint Test Action Group – JTAG) erişim portunun nasıl programlanacağı bilgilerine ulaşılabilmektedir. Hem standart 4 telli JTAG arayüzünü hem de Spy-Bi-Wire (SBW) olarak da anılan 2 telli JTAG arayüzünü kullanarak cihaza erişim açıklanmıştır.
Chae, Salajegheh ve Yeager yaptıkları çalışmada (Chae, Salajegheh ve Yeager, 2013), öncelikle WISP’i donanımsal özellikleri bakımından diğer RFID araçları ile karşılaştırılmıştırlar. Bu makale kapsamında kullanılmakta olan WISP 16 bitlik 8Mhz MSP430 Texas Instruments işlemciye sahip, 8KB bellek alanı ile 256 KB flash ve 256 KB RAM belleğe sahiptir. Makalenin ilerleyen bölümlerinde WISP üzerinde RC5, 16, 32 ve 64 bitlik kelime uzunlukları ile şifrelemenin uygulanabilir olduğu gösterilmiştir. Genel kullanım amaçlı yapılmış WISP donanımı üzerinde deneysel olarak bir algoritma denenmiş ve sonuçları sunulmuştur. Aynı şekilde işlem süreleri, uzaklık işlem ilişkileri ve bellek yazma ve erişme süreleri hesaplanmıştır. Sonuç olarak ise yazarlar, deney platformlarının mevcut EPC S1N2 etiketlerindeki hesaplama gücü ve depolama yeteneklerini aşmasına rağmen ilerleyen dönem RFID etiketleri için bu çalışmanın iyi bir örnek ve karşılaştırma olacağını belirtmişlerdir. Bizim projemizde kullandığımız WISP 5,0 donanımının üzerinde hâlihazırda bir AES donanımsal olarak çalıştırılmaktadır.
Elbal yaptığı yüksek lisans tez çalışmasında (Elbal, 2015), WISP cihazlarının operasyonel özellikleri belirlemek, yeni protokolleri uygulamak ve çoklu etiket senaryosunun özelliklerini bulmak için incelemiştir. Çalışmanın sonucunda aşağıdaki sonuçlara ulaşmıştır:
- UHF bandındaki anten eşleme noktası ve çevredeki WISP'lerin karşılıklı etkisiyle okuyucu tarafından iletilen enerji ile WISP'in aldığı voltaj arasındaki ilişki, diğer WISP'lerden güçlü bir şekilde etkilenmiştir.
- WISP'de bir okuma aralığı elde etmek için, okuyucudan WISP'e olan mesafe göz önünde bulundurulmalıdır.
- WISP dâhili saati yanıtları senkronize edilmez.
Yazılım modifikasyonu ile WISP’ler arasındaki senkronizasyon geliştirilmiştir.