Eddig megnéztünk már különböző MAC működéseket a LAN-októl fel a MAN-okig és le a PAN-okig. Utolsó példaként olyan legalsó kategóriás vezeték nélküli eszközöket vizsgálunk meg, amelyeket általában nem tekintenek a számítógép-hálózatok egyik fajtájának: az RFID- (Radio Frequency IDentification – rádiófrekvenciás azonosítás) címkéket és -olvasókat, amelyeket már az 1.5.4. szakaszban ismertettünk.
Az RFID-technika sok formában ismeretes: csipkártyákban, háziállatokba beültetve, útlevelekben, könyvtári könyvekben és még sok helyen. Azt a formát, amelyet meg fogunk nézni, egy elektronikus termékkód (Electronic Product Code, EPC) kutatása közben fejlesztettek ki, ami 1999-ben a Massachusetts Institute of Technology egyetem Auto-ID Centerében kezdődött. Az EPC a vonalkódot helyettesíti. Az EPC nagyobb mennyiségű információt tud szállítani és elektronikus eszközökkel 10 méteres távolságig olvasható még akkor is, ha az olvasónak nincs rálátása a címkére. Ez a technika különbözik például az útlevelekben használt RFID-től, amit viszonylag közel kell helyezni az olvasóhoz, hogy az átvitel megtörténjen. A nagyobb távolságon átívelő kommunikáció képessége miatt az EPC relevánsabb a tanulmányainkhoz.
Az EPCglobalt azért alapították meg 2003-ban, hogy piacra dobják az Auto-ID Center által kifejlesztett RFID-technikát. Az erőfeszítéseik 2005-ben megerősítést kaptak, amikor a Walmart kötelezte a 100 legnagyobb beszállítóját, hogy RFID-címkékkel lássák el az összes szállítmányukat. Széles körű alkalmazását gátolta az olcsó nyomtatott vonalkódokkal való küzdelem nehézsége, de az új alkalmazásokban, mint például a jogosítványokban, egyre népszerűbbek. Ennek a technikának a második generációját mutatjuk be itt, amelyet nem hivatalosan EPC Gen 2-nek neveznek [EPCglobal, 2008].
Az EPC Gen 2 RFID-hálózat felépítését a 4.37. ábrán mutatjuk be. Két fő alkotóeleme van: a címkék és az olvasók. Az RFID-címkék kicsi, olcsó eszközök, amelyek egyedi 96 bites EPC-azonosítóval és az RFID-olvasó által olvasható pici memóriával vannak ellátva. A memória használható például annak a feljegyzésére, hogy egy tárgy útja során milyen helyeken járt.
A címkék általában úgy néznek ki, mint egy matrica, amilyet például egy áruházi polcon lévő farmernadrágra ragasztanak. A címke nagy részét a rányomtatott antenna teszi ki. A középső kis pötty az RFID integrált áramkör. Ritkább esetben az RFID-címkék egy tárgyba integrálva is megjelenhetnek, például egy jogosítványban. Egyik esetben sincsenek a címkék áramforrással ellátva és a közeli RFID-olvasó rádiós átviteléből kell teljesítményt nyerniük a működéshez. Ezt a címketípust „1-es osztályú” címkének nevezik, hogy ezzel is megkülönböztessék a fejlettebb címkéktől, amelyek áramforrással vannak ellátva.
Az olvasók képezik a rendszer intelligens elemét, a bázisállomásokhoz és a hozzáférési pontokhoz hasonlóan a mobil- és Wi-Fi-hálózatokban. Az olvasók sokkal többet tudnak, mint a címkék. Van saját áramforrásuk és gyakran több antennájuk is. Az olvasók feladata a címkéknek szóló üzenetek küldése és a tőlük jövő üzenetek fogadása. Mivel hatótávolságon belül gyakran több címke tartózkodik, az olvasóknak kell megoldania a többszörös hozzáférés problémáját. Az is előfordulhat, hogy több olvasó verseng egymással ugyanazon a területen.
Az olvasó elsődleges dolga, hogy leltárba vegye a szomszédos címkéket, azaz felfedezze a közeli címkék azonosítóját. Egy fizikai rétegbeli protokoll és egy címkeazonosító protokoll végzi a leltározást, amelyeket a következő szakaszokban vázolunk.
A fizikai réteg határozza meg, hogy az RFID-olvasó és -címke között a biteket hogyan küldjék. Nagyrészt olyan módszereket használ a vezeték nélküli jelek küldésére, amelyeket már láttunk korábban. Az USA-ban az átvitelek az engedélyhez nem kötött 902-928 MHz-es ISM-sávban történnek. Ez a sáv az UHF- (Ultra High Frequnecy – ultra nagy frekvencia) tartományba esik, ezért a címkékre UHF RFID-címkeként is hivatkoznak. Az RFID-olvasó legalább 400 ms-onként frekvenciaugrást végez, hogy a jelét szétszórja a csatornán, ezzel korlátozva a zavarást, és hogy megfeleljen az előírásoknak. Az RFID-olvasó és az RFID-címkék a bitek kódolására (a 2.5.2. szakaszban bemutatott) ASK- (Amplitude Shift Keying – amplitúdó billentyűzés) moduláció egy formáját használja. A bitek küldése fordulókra van osztva, ezért az adatkapcsolat fél-duplex.
Két fő különbség van más, eddig már tanult fizikai rétegekhez képest. Az első az, hogy az olvasó mindig küld jelet, függetlenül attól, hogy vajon az olvasó vagy a címke kommunikál. Természetesen az olvasó küld jelet, amikor biteket továbbít a címkének. Ahhoz, hogy a címke biteket küldjön az olvasónak, az olvasó egy rögzített vivőjelet küld, amely nem szállít biteket. A címkék begyűjtik ezt a jelet, hogy a működéshez energiát nyerjenek belőle; különben a címke nem lenne képes előbb jelet küldeni. Adatok küldéséhez a címke úgy változik, hogy az olvasótól jövő jelet – a tárgyakról visszaverődő radarjelekhez hasonlóan – visszaveri vagy elnyeli.
Ezt a módszert visszaverődésnek (backscatter) nevezik. Ez különbözik az összes többi vezeték nélküli helyzettől, amelyeket eddig láttunk, és amelyekben az adó és a vevő sohasem küld egyszerre ugyanabban a pillanatban. A visszaverődés egy kis energiájú módszer, amely lehetővé teszi, hogy a címke egy gyenge saját jelet hozzon létre, ami megjelenik az olvasónál. Ahhoz, hogy az olvasó dekódolja a bejövő jelet, ki kell szűrnie a saját maga által küldött jelet. Mivel a címke jele gyenge, a címkék csak az olvasónak tudnak jelet küldeni kis sebességgel. A címkék nem tudják sem venni, sem érzékelni egymás jeleit.
A második különbség, hogy nagyon egyszerű modulációs formát használ, ami egy nagyon kis teljesítményű, nagyon olcsón legyártható címkén megvalósítható. Az olvasó két amplitúdószintet használ a címkéknek szóló adatküldéshez. Egy bit attól függően lesz 0-s vagy 1-es, hogy az olvasó milyen hosszan vár a kis teljesítményű periódus előtt. A címke méri a kis teljesítményű periódusok közötti időt, és összehasonlítja az előtagban küldött referenciaidővel. Ahogy az a 4.38. ábrán is látható, az 1-esek hosszabbak a 0-soknál.
A közeli címkék leltározásához, az olvasónak minden címkétől fogadnia kell egy, a címkét azonosító üzenetet. Ez a szituáció egy többszörös hozzáférési problémának az az általános esete, melyben a címkék száma nem ismert. Az olvasó egy lekérdezést szórhatna, hogy megkérje az összes címkét, hogy küldjék el az azonosítójukat. Viszont azok a címkék, amelyek azonnal válaszolnának, ugyanúgy ütköznének, mint a klasszikus Ethernet állomásai.
Ebben a fejezetben már sok módszert láttunk a többszörös hozzáférés kezelésére. A jelenlegi helyzethez legközelebb álló protokoll, amelyben a címkék nem hallják egymás adását, az időszeletelt ALOHA, a tanult protokollok közül az egyik legkorábbi. Ezt a protokollt alakították át úgy, hogy a Gen 2 RFID esetén is használható legyen.
A címkék azonosítására szolgáló üzenetek sorrendjét a 4.39. ábra mutatja be. Az első időszeletben (0. időszelet), az olvasó küld egy Lekérdezés (Query) üzenetet, amivel elindítja a folyamatot. Minden Lekérdezés ismétlése (QRepeat) üzenet továbblép a következő időszeletre. Az olvasó elmondja a címkéknek, hogy mekkora időszelet-tartományon belül kezdhetik véletlenszerűen az átvitelüket. Az időszelet-tartomány használata szükségszerű, mert az olvasó szinkronizálja a címkéket, amikor elkezdi a folyamatot; az Ethernet állomásaitól eltérően a címkék nem ébrednek fel egy választásuk szerinti időpontban üzenet küldésével.
A címkék véletlenszerűen választanak egy időszeletet, amelyben válaszolnak. A 4.39. ábrán a címke a 2. időszeletben válaszol. A címkék azonban nem küldik el az azonosítójukat, amikor először válaszolnak, hanem egy rövid 16 bites véletlen számot küldenek egy RN16 üzenetben. Ha nincs ütközés, az olvasó veszi az üzenetet és küld egy saját Nyugta (ACK) üzenetet. Ebben a fázisban a címke már megszerezte az időszeletet és elküldi az EPC-azonosítóját.
Ezt az üzenetváltást az indokolja, hogy az EPC-azonosítók túl hosszúak, így az ilyen üzenetek ütközése túl drága lenne. Ehelyett egy rövid üzenetváltást használnak annak vizsgálatára, hogy a címke biztonságosan használhatja-e az időszeletet azonosítójának az elküldésére. Miután a címke sikeresen elküldte az azonosítóját, ideiglenesen nem válaszol az új Lekérdezés üzenetekre, hogy a többi címkét is azonosítani lehessen.
Az olvasó fő problémája, hogy behangolja az időszeletek számát úgy, hogy elkerülje az ütközéseket, de ne is használjon túl sokat, mert az a teljesítőképességet rontaná. Ez a behangolás analóg az Ethernet kettes exponenciális visszalépés algoritmusával. Ha az olvasó túl sok válasz nélküli időszeletet vagy túl sok ütközéses időszeletet lát, küldhet egy Lekérdezés-behangolás (QAdjust) üzenetet, hogy csökkentse vagy növelje azt az időszelet-tartományt, amelyben a címkék válaszolnak.
Az RFID-olvasó más műveletet is végre tud hajtani a címkéken. Például ki tudja választani a címkék egy részhalmazát, mielőtt elkezdi a leltározást, ezzel lehetővé téve azt, hogy mondjuk a címkézett farmernadrágok és ne a címkézett ingek válaszát gyűjtse össze. Az olvasó adatot is tud írni a címkékre, miután azonosította azokat. Ez a képesség az eladás helyének vagy más releváns információnak a feljegyzésére használható.
A Lekérdezés üzenet formátumát a 4.40. ábra mutatja, amely egyben példa is az olvasótól a címke felé küldött üzenetre. Az üzenet kompakt, azaz minden szükséges képességet magába foglal, mert a lefelé irányuló adatsebesség korlátozva van, 27 kb/s-tól 128 kb/s-ig. A Parancs (Command) mező hordozza az 1000 kódot, ami Lekérdezés üzenet azonosítója.
A következő jelzőbitek, a DR, M és a TR határozzák meg a fizikai réteg paramétereit az olvasó adásaihoz és a címkék válaszaihoz. Például beállítható a válasz sebessége 5 kb/s és 640 kb/s között. E jelzőbitek tárgyalását most mellőzzük.
Az ezután következő három mező a Kiválaszt (Select), a Viszony (Session) és Cél (Target). Ezek választják ki azt a címkét, amely majd válaszolni fog. Ahogy az olvasó ki tudja választani az azonosítók egy részét, úgy a címkék is követni tudnak négy párhuzamos viszonyt, illetve hogy az adott viszonyban azonosítva vannak-e. Ezzel a módszerrel több olvasó tud működni átlapolódó lefedettségi területen azáltal, hogy különböző viszonyt használnak.
A következő paraméter a parancs legfontosabb eleme: a Q mező. Ez a mező határozza meg az időszeletek tartományát, amelyen belül a címkék válaszolni fognak: 0-tól -ig. Végül, van még egy CRC, hogy az üzenet mezőit védje. Az 5 bites hosszúsága rövidebb, mint az eddig látott CRC-k, de a Lekérdezés üzenet is sokkal rövidebb, mint a legtöbb csomag.
A címkétől az olvasóig menő üzenetek egyszerűbbek. Mivel az olvasó vezérel, ezért tudja, hogy milyen üzenetre számítson válaszul az egyes átviteleire. A címkétől jövő válaszok egyszerűen olyan adatokat szállítanak, mint amilyen az EPC-azonosító.
Eredetileg a címkéket csak azonosítási célra szánták. Az idők folyamán azonban felnőttek, és ma már egy nagyon kis számítógépre emlékeztetnek. Néhány kutatási fázisban lévő címke szenzorral van felszerelve, és képes egyszerű programokat futtatni, hogy adatokat gyűjtsön be és dolgozzon fel [Sample és mások, 2008]. Egy Vízió erről a technikáról az „internet of things” („Dolgok internete”), amely a fizikai világban található tárgyakat kapcsolja az internethez [Welbourne és mások, 2009, valamint Gershenfeld és mások, 2004].