CC BY
113
СМИРНОВ1 Александр Сергеевич ЗУЙКОВ Александр Васильевич СЫЧЕВ Николай Владимирович КУСАКИН Илья Игоревич РУБИН Дмитрий Трофимович
ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ РАДИОЧАСТОТНОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ В СИСТЕМАХ КОНТРОЛЯ БЕЗОПАСНОСТИ ТРАНСПОРТИРОВКИ РАДИОАКТИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ
В статье описывается способ построения системы контроля транспортных перевозок радиоактивных материалов с использованием. RFID-технологий. Существующие методы, построения систем, контроля перевозок на базе RFID могут быть применены, для обеспечения безопасности транспортировки опасных грузов, являющихся источниками радиоактивного излучения. Основной идеей новой системы является использование RFID-транспондеров с увеличенным, объемом памяти, встраиваемых в контейнеры, и снабженных дозиметрическими датчиками. Первичная обработка и хранение показателей датчиков осуществляется в самом, транспондере. Устройство считывания, установленное в транспортном. средстве, пересылает, в координационный центр критически важную информацию о текущем, состоянии грузов при помощи связи дальнего действия.
Ключевые слова: RFID-технология, транспортировка ядерных материалов и радиоактивных веществ, дозиметр радиометр.
This paper deals with, the method of construction, of radioactive materials' transportation, control system, on the basis of RFID-technologies. Existing methods of construction RFID-based control systems can be used, for safety providing on transportation of dangerous cargoes notably sources of radioactive emission. The main idea of the new system, is using RFID-transponders with extended, volume of built-in memory being embedded, into containers and. supplied, with, dosimeter sensors. Primary processing and. storage of data from, sensors is performed, on a transponder itself. Reading device installed, in the vehicle is sending critically important information, about current status of cargoes to the coordination center by means of long range communication. Keywords: RFID-technology, transportation, of nuclear materials and. radioactive substances, radiation dosimeter.
Технологии радиочастотной идентификации (RFID) в настоящее время являются активно развивающимся направлением инженерных разработок. Многочисленные технологические достижения в этой области способствуют активному проникновению RFID во многие сферы человеческой деятельности, среди которых промышленность, транспорт, автоматизация складского учета, системы обслуживание клиентов, контроля доступа и уче-
та рабочего времени, спорт и туризм, сельское хозяйство, медицина и многие другие.
Одним из перспективных направлений применения радиочастотной идентификации является сфера ядерных технологий.
Промышленное использование ядерных материалов и радиоактивных веществ вносит важный вклад в обеспечение устойчивого развития государства. Однако обращение с радиоактив-
' — все авторы из НИЯУ «МИФИ».
ными материалами предполагает их транспортировку. Перевозка радиоактивных веществ является неотъемлемой частью деятельности предприятий, эксплуатирующих ядерные делящиеся материалы. Это могут быть лекарственные фармацевтические препараты, радиоизотопы, отработавшее ядерное топливо и многое другое [1]. Так как радиоактивные материалы относятся к категории опасных грузов, возникает необходимость дальнейше-
го развития и совершенствования существующей системы безопасности транспортирования радиоактивных веществ.
Данная статья посвящена рассмотрению нового подхода к применению ЯРШ-технологий для построения распределенной системы контроля за безопасностью транспортировки ядерных материалов и радиоактивных веществ (в частности, ядерных отходов). Основной причиной для предложения нового подхода является несовершенство существующих методов контроля транспортировки радиоактивных материалов. К их недостаткам можно отнести неудобство мониторинга состояния всех перевозимых грузов и низкую степень автоматизации при внедрении системы учета данных по перевозкам. Попытки построения централизованной информационной системы неизбежно приведут к проблемам, связанным с обменом большими объемами данных между центром управления и транспортными средствами. При этом значительную часть данных будут составлять показания датчиков состояния перевозимых объектов: температуры, радиационного фона и т.д., которые регулярно обновляются в течение всего времени транспортировки. К тому же, в большинстве случаев нет необходимости в долговременном хранении таких данных, например, когда снимаемые показатели не превышают заданный порог безопасности. Соответственно срок жизни большей части обработанных данных крайне мал. Предлагаемый метод заключается в развертывании распределенной информационной системы, в которой хранение и первоначальная обработка показаний датчиков осуществляется непосредственно на борту транспортного средства, а в координационный центр отправляются только наиболее полезная информация — предупреждения о критических значениях показателей, оповещения о нештатных ситуациях, а также периодический сигнал подтверждения благополучного состояния (так называемый «харт-бит»); иными словами, лишь те сообщения, на которые нужна немедленная реакция.
Таким образом, решается сразу две проблемы: во-первых, за счет локализации временных данных в пределах
транспортного средства экономятся вычислительные ресурсы центрального хранилища, а во-вторых, значительно снижается объем данных, передаваемых по беспроводной связи. К настоящему моменту уровень развития RFID-технологий достаточно высок, и уже сейчас существуют транспонде-ры, обладающие способностью хранить в себе не несколько бит, а десятки килобайт информации. Подобные устройства могут быть прикреплены к контейнерам с радиоактивными компонентами и подключены к необходимым датчикам, регистрирующим физические параметры содержимого. Снятые данные сохраняются во встроенной памяти чипа RFID. Считывание данных с чипов с определенной периодичностью производится специальным устройством — ридером, радиус действия которого покрывает габариты отсека с контейнерами, или системой таких устройств (меньшего радиуса действия). В качестве механизма связи транспон-деров с ридером могут выступать стандартизированные протоколы типа NFC (Near Field Communication — беспроводная высокочастотная связь малого радиуса действия) или собственные протоколы производителей, в зависимости от оборудования. Ридер, в свою очередь, должен иметь подключение к мобильному устройству (или даже быть встроенным в него), поддерживающему технологии GSM/GPRS (для отправки сообщений центру управления), а также GPS (текущие географические координаты транспортного средства включаются в состав сообщения). Требования безопасности при перевозке ядерных отходов предполагают обязательное шифрование сообщений. Сама идея использования систем радиочастотной идентификации в транспортных перевозках уже не нова. Например, компания Cypak выпускает RFID-чипы для медицинских целей, в том числе — снабженные измерителями температуры, кровяного давления и т.д. [2]. Эти чипы (под названием CPK082) имеют встроенную память 32 килобайта. Фирма Parexel применяет эти чипы для организации бережной доставки медицинских препаратов, чувствительных к колебаниям температуры [3]. Интерфейс чипов CPK082 позволяет подключать его к широкому кругу аналоговых и цифровых сенсоров.
Вместе с метками Parexel использует считыватели Cypak MR081, которые могут осуществлять обмен данными с метками по протоколам NFC или CPI (Close Proximity Interface — проприетарный протокол Cypak, сходный с NFC). Это решение удобно еще и тем, что считыватель MR081 уже имеет встроенный GSM-модуль и может отправлять считанные с транспондеров данные с помощью SMS-сообщений или e-mail. Встроенная в метку память позволяет, помимо данных, располагать в самой метке компактные приложения, выполняющие предварительную обработку результатов датчиков и выборку нужных значений. Для надежной аутентификации каждая метка снабжена неизменяемым идентификатором (32 бит). Также в целях безопасности технологии Cypak поддерживают шифрование данных по современному алгоритму AES 128.
Однако Cypak не является единственным в своем роде производителем интеллектуальных RFID-меток и имеет свои недостатки перед конкурентами. В первую очередь, это сравнительно малый объем встроенной памяти. В 2006 г. Hewlett Packard (НР) анонсировал устройство под названием Memory Spot — микроскопическую RFID-метку размером всего 2 мм2, имеющую собственную память в 512 килобайт [4]. К тому же, в отличие от Cypak, предлагающей активные транспондеры, Memory Spot представляет собой пассивное устройство, то есть способное работать без встроенного источника питания.
Чип Memory Spot по своему базовому устройству похож на миниатюрный компьютер с процессором, встроенной памятью и беспроводными возможностями, предоставляющими скорость обмена данными около 10 Мбит/с, что позволяет считывать содержимое памяти быстрее, чем за секунду [5]. Специально для устройств Memory Spot в HP разработали несколько модификаций устройств чтения/записи, которые могут подключаться к персональному компьютеру по USB-интер-фейсу в виде отдельного периферийного компонента, быть встроены в мобильный телефон, карманный персональный компьютер или даже выполнены в виде карт расширения SDIO.
Для разрабатываемой системы контроля транспортировки радиоактивных материалов главным образом представляет интерес ридер, встроенный в телефон GSM, который, в свою очередь, должен обладать также встроенным GPS-приемником. Для коммуникации между транспон-дером и ридером HP Memory Spot использует собственный протокол передачи данных MSIP-1. Ридер работает на частоте 2,4 МГц, а радиус его действия лежит в пределах от 1 до 10 см (в зависимости от площади антенны) [6], что сопоставимо с NFC. При этом обеспечиваемая скорость передачи данных существенно выше, чем в NFC. Чип Memory Spot имеет собственный процессор, команды которого поддерживают симметричный механизм шифрования для аутентификации меток, а также обеспечивают широкие возможности по управлению данными в памяти. Перечисленные преимущества определяют выбор в пользу Memory Spot как более универсального и безопасного чипа по сравнению с Cypak, а большой объем встроенной памяти позволит хранить данные о состоянии груза с большей подробностью на всем протяжении транспортировки. Все спецификации интерфейса и протокола Memory Spot являются открытыми, что упрощает процесс интеграции чипов с необходимыми датчиками и проектирования программного обеспечения системы. Для получения необходимой информации о состоянии радиоактивного материала внутри контейнера предполага-
ется использование электронных дозиметров радиометров для измерения дозы или мощности ионизирующего радиоактивного излучения. Существует множество приборов подобного класса, различающихся габаритами, форм-фактором, пределами и погрешностью измерений, а также типом интерфейса. Например, распределенная мобильная система радиационного контроля СРК1710С, предназначенная для выявления и оценки опасности источников радиации при террористических актах или небольших утечках техногенного характера, использует в своем составе ручные дозиметры РМ-1703МВ [7].
Такие устройства обладают В1ие1;ооШ-интерфейсом для подключения к карманному персональному компьютеру и используются оперативными сотрудниками служб спасения и правоохранительных органов. Однако сфера применения обуславливает достаточно невысокие пределы измерений и делает прибор малопригодным для промышленного использования. Значительно большими (и достаточными для измерения показателей радиоактивности ядерных отходов) пределами измерений обладают датчики, производимые компанией «Атомтех». Дозиметр радиометр БДКГ-17 имеет возможность измерения мощности амбиентного эквивалента дозы излучения в диапазоне от 1 мЗв/ч до 100 Зв/ч.; помимо мощности дозы прибор производит измерение плотности потока нейтронов и альфа-частиц, энергии излучения и частиц и т.п. [8]. К тому же
он обладает сравнительно компактными размерами, что позволит использовать его в качестве датчика, встраиваемого в контейнер с радиоактивными материалами. Также данная модель датчика обладает низкой стоимостью и высоким классом надежности и успешно применяется в таких сферах, как атомная промышленность, радиоэкология, радиография и многих других. Детекторы «Атомтех» имеют стандартный интерфейс RS-232 (физический уровень для асинхронного (UART) интерфейса), что значительно упрощает возможность их интеграции с RFID-чи-пами Memory Spot.
Таким образом, дозиметрические датчики от «Атомтех» обладают оптимальными параметрами для использования их в системе обеспечения безопасности перевозок ядерных материалов и радиоактивных веществ в качестве детектирующих устройств, подключенных к интеллектуальным RFID-транспондерам. В свою очередь, чипы Memory Spot по своим возможностям не уступают меткам Cypak и существенно превосходят их по объему хранимой памяти. Открытый стандарт протокола MSIP-1 позволяет гибко использовать ресурсы памяти. А универсальность исполнения ридера для Memory Spot — в частности, возможность встраивания в мобильный телефон GSM — в значительной степени повышает их удобство имплементации в системах контроля безопасности транспортных перевозок опасных грузов, таких как ядерные отходы и прочие радиоактивные вещества
Литература
'. Нащокин В.В. Перевозка радиоактивных материалов — гарантированное обеспечение безопасности. /По материалам. Международной конференции «Стратегия, безопасности использования, атомной энергии», 2007. URL: http://www. antiatom.ru/2007_3-20.php.
2. T. Korab. Diabetes II. The Oracle Open World demonstration, 2008.
3. C. Swedberg. Parexel Tests System, to Track Temperatures of Test Drugs. RFID Journal, 20'0. URL: http://www.rfidjournal.com/ article/view/7848/'.
4. Genuth. HP's Memory Spot Chip is Spot On, 2006. URL: http://thefutureofthings.com/articles/27/hp-s-memory-spot-chip-is-spot-on.html.
5. Сергей Асмаков. Технология. Memory Spot. / КомпьютерПресс, 2007. — № '. — URL: http://www.compress.ru/article. aspx?id='7'26&iid=792.
6. Standard. ECMA 39'. Memory Spot Interface and Protocol, 2009. URL: http://www.ecma-international.org/publications/files/ ECMA-ST/ECMA-39'.pdf.
7. Система радиационного контроля СРК-РМ'7'0С. Независимость. URL: http://freedom.ds72.ru/goods/''02424.
8. Дозиметр-радиометр МКС-АТ'''7М. Доза. URL:http://www.doza.ru/catalog/handheld/'24.
