LA TECNOLOGA RFID1. Descripcin de la tecnologaRFID (Identificacin por radiofrecuencia) es un mtodo de almacenamiento y recuperacin remota de datos, basado en el empleo de etiquetas o tags en las que reside la informacin. RFID se basa en un concepto similar al del sistema de cdigos de barras; la principal diferencia entre ambos reside en que el segundo utiliza seales pticas para transmitir los datos entre la etiqueta y el lector, y RFID, en cambio, emplea seales de radiofrecuencia (en diferentes bandas dependiendo del tipo de sistema, tpicamente 125 KHz, 13.56 MHz, 433-860-960 MHz y 2-45 GHz). (Garcia)Se compone de 4 elementos:1.1. Transponedor o Etiqueta RFID 1.2. Lector o interrogador1.3. Ordenador, host o controlador1.4. Middleware o base datos

2. Clasificacin de los sistemas RFID

2.1. Segn su capacidad de programacin:

De solo lectura: las etiquetas son programadas durante su fabricacin y ya no pueden ser reprogramadas De una escritura y mltiples lecturas: las etiquetas permiten una nica reprogramacin De lectura/escritura: las etiquetas permiten mltiples reprogramaciones.

2.2. Segn el modo de alimentacin:

Activos: si las etiquetas requieren de una batera para transmitir informacin. Pasivos: si las etiquetas no necesitan batera

Grafico 1: Etiquetas RFID pasivas (izquierda) y activas (derecha)Fuente: www.pandaid.com/wp-content/uploads/2012/11/upi-etiquetas-rfid-2.jpg

2.3. Segn el rango de frecuencia de trabajo:

Baja frecuencia (BF): se refiere a rangos de frecuencia inferiores a 135 KHz Alta frecuencia (AF): cuando la frecuencia de funcionamiento es de 13,56 MHz Ultra alta frecuencia (UHF): comprende las frecuencias de funcionamiento en las bandas de 433Mhz, 860 MHz, 928 MHz Frecuencia de microondas: compre las frecuencias de funcionamiento en las bandas de 2.45 GHz 5.8 GHz

2.4. Segn el protocolo de comunicacin:

Dplex: el transponedor transmite su informacin en cuanto recibe la seal del lector y mientras dura esta, pueden ser 2:

Half dplex, cuando transpondedor y lector transmiten en turnos alternativos. Full dplex, cuando la comunicacin es simultanea. Secuencial: el campo del lector se apaga a intervalos regulares, momento que aprovecha el transponedor para enviar su informacin. Se utiliza con etiquetas activas, ya que el tag no puede aprovechar toda la potencia que enva el lector y requiere una batera adicional para transmitir, lo cual incrementara el coste.

2.5. Segn el principio de propagacin:

Inductivos: utilizan el campo magntico por la antena del lector para alimentar el tag, Opera en el campo cercano y a frecuencias bajas (BF y AF). Propagacin de indas electromagnticas: utilizan la propagacin de la onda electromagntica para alimentar la etiqueta, Opera en el campo y a muy altas frecuencias (UHF y microondas)

3. Principio de funcionamiento y componentes

3.1. Se equipa a todos los objetos a identificar, controlar o seguir, con una etiqueta RFID.3.2. La antena del lector o interrogador emite un campo de radiofrecuencia que activa las etiquetas.3.3. Cuando una etiqueta ingresa en dicho campo utiliza la energa y la referencia temporal recibidas para realizar la transmisin de los datos almacenados en su memoria. En el caso de etiquetas activas la energa necesaria para la transmisin de los datos almacenados en su memoria. 3.4. El lector recibe los datos y los enva al ordenador de control para su procesamiento.

Grafico 2: Esquema de funcionamiento de un sistema RFID pasivoFuente: www.madrimasd.org/informacionIDI/biblioteca/Publicacion/vigilancia-tecnologica/descargar_documentos/fichero.asp?id=VT13_RFID.pdf

De acuerdo al grafico x se observan 2 interfaces de comunicacina. Interfaz Lector sistema de informacinLa conexin se realiza a travs de un enlace de comunicaciones estndar que puede ser local o remoto y cableado o inalmbrico como el R2 232, RS 485, USB, Ethernet, WLAN, GPRS, UMTS, etc.b. Interfaz Lector Etiqueta (tag)Se trata de un enlace radio con sus propias caractersticas de frecuencia y protocolos de comunicacin.A continuacin detallaremos cada uno de los 4 componentes de un sistema RFID1.1. TRANSPONDEDORES (ETIQUETAS)El transpondedor es el dispositivo que va embebido en una etiqueta o tag y contiene la informacin asociada al objeto que acompaa, transmitindola cuando el lector solicita.Est compuesto principalmente por un microchip y una antena. Adicionalmente puede incorporar una batera para alimentar sus transmisiones o incluso algunas etiquetas mas sofisticadas pueden incluir una circuitera extra con funciones adicionales de entrada/salida, tales como registros de tiempo u otros estados fsicos que pueden ser monitorizados mediante sensores apropiados (de temperatura, humedad, etc.). (Garcia)1.1.1. El microchip incluye:

Una circuitera analgica para la transferencia de datos y proporcionar alimentacin Una circuitera digital que incluye la lgica de control y la lgica de seguridad y la lgica interna o microprocesador Una memoria para almacenar datos, la cual contiene:

Una ROM (Read Only Memory) una memoria de solo lectura, para alojar datos de seguridad y las instrucciones de funcionamiento del sistema Una RAM (Random Access Memory) o memoria de acceso aleatorio, utilizada para facilitar el almacenamiento temporal de datos durante el proceso de interrogacin y respuesta. Una memoria de programacin no voltil. Se utiliza para asegurar que los datos estn almacenados aunque el dispositivo este inactivo. Registro de datos (buffers) que soporta de forma temporal, tanto los datos entrantes despus de la demodulacin como los salientes antes de la modulacin. Adems acta de interfaz con la antena.

La informacin de la etiqueta se transmite en amplitud, frecuencia o fase. La frecuencia ms utilizada es la ASK y en la gran mayora coincide con la emitida por el lector, a veces una frecuencia submltipla de la del lector y en muy raras ocasiones totalmente diferente al del lector.

1.1.2. La antena, son parte de las etiquetas para transmitir los datos almacenados en el microchip y son de 2 tipos:

Un elemento inductivo (bobina) Un dipolo

Grafico 3: Aspectos de los principales diseos de una etiquetaFuente: www.infucs2012.files.wordpress.com/2012/04/rfidk.png

Los mecanismos por los cuales es posible la transferencia de datos de la antena al lector a la antena del la etiqueta se dan en la siguiente tabla:

Propagacin/ acoplamiento inductivoPropagacin por indas EM

Trabaja en el campo cercano: cobertura bajaTrabaja en el campo lejano: cobertura mayor

Considerar la orientacin de la antenaLa orientacin de la antena es indiferente

Suele trabajar a bajas frecuenciasSuele trabajar a altas frecuencias

Suele usar etiquetas pasivasSuele utilizar etiquetas activas

Es muy sensible a las interferencias electromagnticasNecesita regulacin

Tabla 01: Principales caractersticas de los modos de propagacinFuente: www.madrimasd.org/informacionIDI/biblioteca/Publicacion/vigilancia-tecnologica/descargar_documentos/fichero.asp?id=VT13_RFID.pdf

1.1.3. Los parmetros para disear las especificaciones del las etiquetas RFID son:

1.1.3.1. El modo de alimentacin1.1.3.2. La capacidad y tipo de datos almacenados1.1.3.3. La velocidad de lectura de datos1.1.3.4. Las opciones de programacin1.1.3.5. La forma fsica1.1.3.6. Los costes1.1.3.1.El modo de alimentacin:De acuerdo al modo en que obtienen su potencia, las etiquetas se clasifican en: Etiquetas activas:Se alimentan de una batera, a pesar que el uso de esta puede determinar un tiempo finito de batera, la baja energa que usan puede asegurar un tiempo de vida de aprox 10 aos, gracias al uso de las bateras, estas etiquetas RFID activas permiten un radio de cobertura mayor y mejores tasas de transmisin, aunque su coste aumente, es justificable su uso.Existen dos tipos de etiquetas activas: Aquellas que se activan cuando un lector las interroga(permiten el ahorro de la batera) Aquellas que peridicamente envan seales, aunque el lector no las interrogue, pero para ahorrar energa operan a frecuencias mas bajas asi como menores tasas de transferencia

Las etiquetas activas:Funcionan sin una batera interna, por lo tanto obtienen la potencia necesaria para funcionar del campo generado por el interrogador. Esto le permite fabricar etiquetas mas ligeras pequeas, flexibles y baratas que las activas. Adems de tener un tiempo de vida prcticamente ilimitado, las desventajas son: su menor radio de cobertura, adems de restricciones a la hora de almacenar datos y no funcionan demasiado bien en ambientes con interferencias electromagnticas, y limitaciones por la potencia disponible del lector. Pero su mayor ventaja es el menor coste.Cuadro comparativo de las dos etiquetas:Etiquetas activasEtiquetas Pasivas

Incorporan bateraSiNo

CosteMayorMenor

Tiempo de vidaLimitadoCasi ilimitado

CoberturaMayorMenor

Capacidad de datosMayorMenor

Tabla 02: etiquetas activas vs etiquetas pasivasFuente: www.madrimasd.org/informacionIDI/biblioteca/Publicacion/vigilancia-tecnologica/descargar_documentos/fichero.asp?id=VT13_RFID.pdfTipo de datos almacenados:Los datos almacenados en las etiquetas requieren algn tipo de organizacin como, por ejemplo, identificadores para los datos o bits de deteccin de errores (bits de paridad, bits de redundancia cclica), con el fin de satisfacer las necesidades de recuperacin de datos: Este proceso se suele conocer como codificacin de fuente. (Garcia)Las etiquetas tienen como fin transportar: Un identificador: el tag almacena una cadena numrica o alfanumrica que puede representar un una identidad (para identificar o proporcionar identidad a un objeto), una clave de acceso a otra informacin que se encuentra en otro ordenador o base de datos. Fichero de datos: denominados PDF (portable data files) para almacenar organizadamente la informacin.Las capacidades de los tags van desde el nico bit hasta los centenares de kilobits. (8bits representa un carcter y 1 kilobit permite almacenar 128 caracteres)Los dispositivos de un nico bit sirven para representar si esta en zona de lector o no lo est en zona de lector, estos transponedores no necesitan microchip por lo tanto son muy baratos, su principal rea de aplicacin son para los sistemas antirrobo, ya que el bit dispara una alarma cuando la etiqueta atraviesa el campo de accin del interrogador.Los dispositivos que permiten almacenar 128 bits suelen portar un numero de serie o identificacin, los que tienen capacidades de hasta 512 bits permiten alojar identificadores y otros datos especficos, y finalmente las etiquetas de 64 kilobits o mas son portadores de ficheros de datos.1.1.3.2.Velocidad de lectura de datosLa velocidad de lectura de los datos depende principalmente de la frecuencia portadora, en trminos generales, cuanta ms alta sea dicha frecuencia, mas alta ser la velocidad de transferencia. (Garcia)Un aspecto a considerar es que el tiempo que tarda en atravesar la zona de lectura debe ser superior al tiempo de lectura de la propia etiqueta para que se pueda realizar adecuadamente la lectura. Y como es lgico, a mayor datos almacenados en la etiqueta, mayor es el tiempo de lectura, con lo cual es necesario otras tcnicas de lectura como lecturas selectivas, por bloques a sectores para de esta manera recudir los tiempos de lectura.Si hablamos de una frecuencia menor a 135 Khz, una unidad estndar tardara aproximadamente 0,012 en leer la informacin de la etiqueta, permitiendo una velocidad de 3 m/s, de tal manera podeos inferir que para aumentar la velocidad necesitaremos antenas ms grandes.1.1.3.4.Opciones de programacinDe acuerdo al tipo de memoria que incorpore la etiqueta, los datos transportados pueden ser: De solo lectura. Son dispositivos de baja calidad, programados por el fabricante desde el primer momento De una escritura y mltiples lecturas. Programables por el usuario, pero solo una nica vez De lectura y escritura. Programables, pero con la opcin de escritura de datos para modificar los datos almacenados.Actualmente la EPCGlobal que es una organizacin de empresas se encarga de desarrollar estndares globales para un cdigo electrnico de producto(EPC, Electronic Product Code)En la siguiente tabla se resumen los diferentes protocolos que especifica la EPCProtocoloFrecuenciaTipo de etiqueta

Clase 0UHFSolo lectura

Clase o PlusUHFLectura-escritura

Clase 1HF/UHFUna escritura mltiples lecturas

Clase 1 Gen2UHFUna escritura mltiples lecturas

Clase2UHFLectura y escritura

Clase 3UHFClase 2 mas batera y sensores

Clase 4UHFEtiquetas activas

Clase 5UHFClase4 + capacidad de lectura

Tabla 03: Protocolos EPCGlobal para RFIDFuente: www.madrimasd.org/informacionIDI/biblioteca/Publicacion/vigilancia-tecnologica/descargar_documentos/fichero.asp?id=VT13_RFID.pdf1.1.3.5.Forma fsicaLas etiquetas RFID pueden tener muy diversas formas, tamaos y carcasas protectoras, dependiendo de la utilidad para las que son creados. El proceso bsico del ensamblado consiste en la colocacin, sobre un material que acta como base (papel PVC), de una antena hecha con materiales conductivos como la plata, el aluminio o el cobre. Posteriormente se conecta el microchip la antena y opcionalmente se protege el conjunto con un material que le permita resistir condiciones fsicas adversas. Este material puede ser PVC, resina o papel adhesivo. Una vez construida la etiqueta, su encapsulacin puede variar de modo que faciliten su insercin o acoplamiento a cualquier material (madera, plstico, piel) (Garcia)Sus tamaos varan desde el milmetro hasta unos pocos centmetros. Las etiquetas inteligentes estandarizadas tienen medidas de 85,72 x 54,03 mm x 0,76 +/- tolerancias.

Grafico 4: Diversos formatos de etiqueta RFIDFuente: www.madrimasd.org/informacionIDI/biblioteca/Publicacion/vigilancia-tecnologica/descargar_documentos/fichero.asp?id=VT13_RFID.pdf

1.1.3.7. CostesLas principales variables que influyen en el coste de las etiquetas son el tipo y cantidad que se adquieran. (Garcia)El costo puede variar de acuerdo a los siguientes factores: La complejidad de la lgica del circuito La forma de la etiqueta La frecuencia de trabajo de la etiqueta El tipo de etiqueta

1.2. Los LectoresUn lector o interrogador es el dispositivo que proporciona energa a las etiquetas, lee los datos que le llegan de vuelta y los enva al sistema de informacin. Asimismo, tambin gestiona la secuencia de gestin con el lector. Con el fin de cumplir tales funciones, una unidad de control y una antena. Adems, el lector incorpora un interfaz a un PC, host o controlador, a travs de un enlace local o remoto: PS232, RS485, Ethernet, WLAN (RF, Wiki, Bluetooth, etc.)Que permite enviar los datos del transponedor al sistema de informacin. (Garcia)

Grafico 5: Esquema de un lector de RFIDFuente: www.madrimasd.org/informacionIDI/biblioteca/Publicacion/vigilancia-tecnologica/descargar_documentos/fichero.asp?id=VT13_RFID.pdfEl lector puede actuar de tres modos: Interrogando su zona de cobertura continuamente. Interrogando peridicamente, para detectar nuevas presencias de etiquetas. Interrogando de forma puntual, por ejemplo cuando un sensor detecte la presencia de una nueva etiqueta.Los componentes del lector son:a. El modulo de radiofrecuencia, consta de un transmisor que genera la seal de radiofrecuencia y un receptor que recibe, los datos enviados por las etiquetas. Sus funciones son: Generar la seal de radiofrecuencia para activar la etiqueta y proporcionarle energa Modular la transmisin de la seal para enviar los datos a la etiqueta Recibir y desmodular las seales enviadas por la etiqueta

b. Una unidad de control, se constituye de un microprocesador. La unidad de control tiene las siguientes funciones: Codificar y decodificar los datos procedentes de las etiquetas Verificar la integridad de los datos y almacenarlos Gestionar el acceso al medio: activar las etiquetas, iniciar la sesin, autenticar y autorizar la transmisin, detectar y corregir errores, gestionar el proceso de multi-lectura(anticolisin) cifrar y descifrar los datos, etc. Comunicarse con el sistema de informacin ejecutando rdenes recibidas y transmitindole la informacin de las etiquetas.El numero de etiquetas que un lector puede identificar en un instante de tiempo depende de la frecuencia de trabajo y del protocolo utilizado.c. La antena Es el elemento del lector que habilita la comunicacin con la etiqueta. El diseo depende del tipo de aplicacin para la que se desarrolle, lo cual tambin influye en su tamao.Las etiquetas de baja frecuencia (LF, del ingles Low Frecuency) normalmente se sirven de la induccin electromagntica. Como el voltaje inducido es proporcional a la frecuencia, se puede producir el necesario para alimentar un circuito integrado utilizando un nmero suficiente de espiras. Existen etiquetas LF compactas (como las encapsuladas en vidrio, utilizadas para identificacin humana y animal) que utilizan una antena en varios niveles (tres de 100 -150 espiras cada uno) alrededor de un ncleo de ferrita. (Wikipedia)La mayor parte de antenas pueden considerarse en las siguientes categoras: Antenas de puerta Antenas polarizadas circularmente Antenas polarizadas linealmente Antenas omnidireccionales Antenas de varilla Dipolos o multipolos Antenas adaptativas o de arrays

Grafico 6: Distintos tipos de antenas de baja frecuencia. De pie: antenas de puerta; en el suelo: antenas de varillaFuente: www.madrimasd.org/informacionIDI/biblioteca/Publicacion/vigilancia-tecnologica/descargar_documentos/fichero.asp?id=VT13_RFID.pdf

Los elementos caractersticos de las antenas de los lectores son: Frecuencia de operacin Impedancia Mxima potencia permitida Ganancia Patrn de polarizacin (polarizacin X-Y o circular)La capacidad de lectura puede ser alterada por los siguientes factores: Variaciones RF Perdidas por proximidad de metales Variaciones del entorno Efector armnicos Interferencias con otras fuentes de RF Reflexiones de la seal Diafona (cross-talk)Existen tcnicas para evitar estos tipos de problemas la ms segura y tambin costosa es el sondeo selectivo en el que el lector busca especficamente las etiquetas que tienen una determinada identificacin y las interroga por turnos.Los lectores varan su complejidad de acuerdo al tipo de etiqueta que tendrn que alimentar y de las funciones que deban desarrollar y se clasifican en Dispositivos Fijos, se posicionan en lugares estratgicos como puertas de acceso, lugares de paso o puntos crticos dentro de una cadena de ensamblaje de modo que puedan monitorizar las etiquetas de la aplicacin en cuestin.

Grafico 7: Lector RFID fijoFuente: www.madrimasd.org/informacionIDI/biblioteca/Publicacion/vigilancia-tecnologica/descargar_documentos/fichero.asp?id=VT13_RFID.pdf

Lectores mviles, suelen ser dispositivos de mano, cuentan con una pantalla LCD, un teclado y una antena integrada, su radio de cobertura suele ser menor.

Grafico 8: Lector RFID de manoFuente: www.madrimasd.org/informacionIDI/biblioteca/Publicacion/vigilancia-tecnologica/descargar_documentos/fichero.asp?id=VT13_RFID.pdf

Los principales parmetros que caracterizan a un lector RFID son: Frecuencia de operacin. El lector puede trabajar desde una baja frecuencia a frecuencias microondas Protocolo de funcionamiento, muchas compaas ofrecen soporte multiprotocolo Tipo de regulacin, banda ancha regulada de acuerdo al pas. Interfaz con el sistema host: TCP/IP, WLAN, Ethernet, Serie RS232, RS 485 Capacidad para multiplexar muchos lectores a travs de concentradores middleware Capacidad para gestionar mltiples antenas Capacidad para interactuar con otros productos de middleware Entrada/salida digital para conectar otros dispositivos como sensores externos o circuitos de control adicionales.

1.3. PROGRAMADORESLos programadores son los dispositivos que permiten escribir informacin sobre la etiqueta RFID. La programacin se realiza una vez sobre las etiquetas de solo lectura o varias veces si las etiquetas son de lectura/escritura. Es un proceso que generalmente se suele llevar a cabo fuera de lnea, es decir antes de que el producto entre las distintas fases de fabricacin. (Garcia)Existen sistemas en los que la reprogramacin puede desarrollarse en lnea, es decir, permaneciendo la etiqueta sobre el articulo cuya informacin o identificacin porta.Esto resulta especialmente interesante si se trata de un fichero de datos interactivo, que va cambiando dentro de un proceso de produccin. De este modo, los datos pueden irse modificando segn el artculo vaya pasando por las distintas etapas de produccin. El hecho de quitar la etiqueta del artculo para poder escribir la nueva informacin reducira en gran medida las ventajas de flexibilidad inherentes a la tecnologa RFID. (Garcia)La impresora RFID es un tipo especial de programador

Grafico 9: Ejemplo de Impresora RFID PrintonixFuente: www.madrimasd.org/informacionIDI/biblioteca/Publicacion/vigilancia-tecnologica/descargar_documentos/fichero.asp?id=VT13_RFID.pdf

1.4. MIDDLEWAREEl Middleware RFID es una forma diferente de enfocar el clsico middleware conocido en el entorno informtico. As, debido al reciente desarrollo exponencial de la tecnologa RFID, las funciones del middleware RFID no se ajustan a las clsicas funciones informticas de este tipo de interfaz por lo que compaas como forrester Research, ABI Research y otras compaas han consensuado una definicin de lo que se puede considerar un middleware destinado a la gestin de los eventos generados por un sistema RFID: El RFID middleware es la plataforma existente entro los lectores de tags y los sistemas de gestin empresariales para trabajar, gobernar y enviar los datos captados por el hardware RFID. (Wikipedia, Middleware RFID)En otras palabras el middleware es el software que se ocupa de la conexin entre el hardware de RFID y los sistemas de informacin existente (y posiblemente anteriores a la implantacin de RFID) en la aplicacin. Del mismo modo que un PC, los sistemas RFID hardware serian intiles sin un software que los permita funcionar. Esto es precisamente el middleware. Se ocupa entre otras cosas del encaminamiento de los datos entre los lectores, las etiquetas y los sistemas de informacin y el responsable de la calidad y usabilidad de las aplicaciones basadas en RFID. El middleware de RFID se ocupa por tanto de la transmisin de datos entre los extremos de la transaccin. (Garcia)Las cuatro funciones del middleware RFID son: Adquisicin de datos. Encaminamiento de los datos Gestin de procesos Gestin de dispositivosLa mayora de los middleware desarrollados o en desarrollo se ajustan a los estndares EPC GlobalExisten gran cantidad de suministradores de middlewares algunos de los ms conocidos son: Proveedores de software de aplicacin empresarial, que ofrecen adiciones RFID a las aplicaciones de software empresarial existentes. Ejemplo: Provia, Maniaran Associates y RedPrairie Proveedores de software de infraestructura, como Sun, IBM, Oracle, SAP y Microsoft. Los fabricantes de equipamiento RFID como Zebra, Check Point e Internec.Empresas recin llegadas a este mbito como GlobeRanger, OutSystem, ConnecTerra y Data Brokers.