Optimizarea activităţilor prin folosirea tehnologiilor RFID

of 13 /13
66 TELECOMUNICAŢII Anul LI, nr. 2/2008 Optimizarea activităţilor prin folosirea tehnologiilor RFID Drd. ing. psih. Gheorghiţă PESCARU 1 , Drd. ing. Radu DRAGOMIR 1 , Dr. ing. Sorin PUŞCOCI 1 Cuvinte cheie: RFID, etichetă, trasabilitate, identi- ficare prin radiofrecvenţă Rezumat. Lucrarea prezintă construcţia şi funcţionarea etichetelor RFID, a caracteristicilor funcţionale şi a schimburilor de date ce au loc între un cititor RFID şi o entitate marcată RFID. Keywords: tag, trackyng, radio frequenty identifi- cation Abstract. The paper is persenting the design and operation for the RFID labels, the functional features and data exchanges betwen a RFID reader and an RFID signed entity. 1. RFID şi codurile de bare R adio 1 F requency I dentification (RFID) (sau identificarea prin radiofrecvenţă) reprezintă un domeniu apărut cu cîţiva ani în urmă, caracterizat printr-o tehnologie avansată de identificare rapidă a obiectelor şi de colectare a datelor, fără a fi necesar un contact fizic sau vizual. Dezvoltarea acestui domeniu este în curs de a cîştiga o universalitate tot mai largă pe măsură ce necesitatea de optimizare a fluxurilor de informaţii devine tot mai acută. RFID este asemănător tehnologiei cu cod de bare, fără a fi necesară însă o vizibilitate directă a entităţilor moni- torizate. Aşa cum sistemele cu cod de bare necesită un cititor optic corespunzător şi etichete speciale lipite pe obiecte, RFID necesită un echipament cititor şi etichete speciale sau cartele ataşate articolelor de urmărit sau chiar integrate în acestea. Dacă facem o analiză comparativă între tehnologia de identi- ficare prin cod de bare şi tehnologia RFID, vom observa că un cod de bare este scanat prin reflexia unui fascicol luminos pe eticheta ce conţine codul 1 Institutul Naţional de Studii şi Cercetări pentru Co- municaţii. tipărit, în timp ce metoda RFID foloseşte un cîmp de radiofrecvenţă de mică putere. Scanarea etichetelor RFID într-un cîmp de radiofrecvenţă nu necesită o poziţionare precisă a obiectului la citire deoarece cîmpul de radiofrecvenţă penetrează orice material nemetalic astfel încît nu mai este necesar contactul direct dintre eticheta avînd un dispozitiv RFID şi echipamentul de citire. Pînă în prezent, tehnologiile de identificare prin cod de bare sunt metode de identificare şi prelucrare a datelor ceva mai ieftine. Codurile de bare reprezintă un set de simboluri (dispuse într-o formă grafică) folosite pentru a reprezenta informaţiile alfa-numerice. Adică, în loc de numărul „1” sau litera „B”, se va trece o înşiruire de bare avînd diferite grosimi şi aşezate într-o anumită ordine, folosite pentru a reprezenta acel număr sau acea literă. Această codificare va permite citirea rapidă a datelor cu ajutorul unor echipamente specializate, fără a fi necesară procesarea unui mesaj-text printr-un program tip OCR 2 . Însă un cod de bare identifică doar producătorul şi tipul 2 Optical Character Recognition = recunoaşterea optică a caracterelor

Embed Size (px)

Transcript of Optimizarea activităţilor prin folosirea tehnologiilor RFID

  • Gheorghi Pescaru, Radu Dragomir, Sorin Pucoci

    66 TELECOMUNICAII Anul LI, nr. 2/2008

    Optimizarea activitilor prin folosirea tehnologiilor RFID

    Drd. ing. psih. Gheorghi PESCARU1, Drd. ing. Radu DRAGOMIR1,

    Dr. ing. Sorin PUCOCI1

    Cuvinte cheie: RFID, etichet, trasabilitate, identi-ficare prin radiofrecven

    Rezumat. Lucrarea prezint construcia i funcionarea etichetelor RFID, a caracteristicilor funcionale i a

    schimburilor de date ce au loc ntre un cititor RFID i

    o entitate marcat RFID.

    Keywords: tag, trackyng, radio frequenty identifi-cation

    Abstract. The paper is persenting the design and operation for the RFID labels, the functional features

    and data exchanges betwen a RFID reader and an

    RFID signed entity.

    1. RFID i codurile de bare

    Radio1Frequency Identification (RFID) (sau identificarea prin radiofrecven) reprezint un

    domeniu aprut cu civa ani n urm, caracterizat

    printr-o tehnologie avansat de identificare rapid a

    obiectelor i de colectare a datelor, fr a fi necesar

    un contact fizic sau vizual. Dezvoltarea acestui

    domeniu este n curs de a ctiga o universalitate tot

    mai larg pe msur ce necesitatea de optimizare a

    fluxurilor de informaii devine tot mai acut. RFID

    este asemntor tehnologiei cu cod de bare, fr a fi

    necesar ns o vizibilitate direct a entitilor moni-

    torizate. Aa cum sistemele cu cod de bare necesit

    un cititor optic corespunztor i etichete speciale lipite

    pe obiecte, RFID necesit un echipament cititor i etichete speciale sau cartele ataate articolelor de urmrit sau chiar integrate n acestea. Dac facem o analiz comparativ ntre tehnologia de identi-

    ficare prin cod de bare i tehnologia RFID, vom

    observa c un cod de bare este scanat prin reflexia

    unui fascicol luminos pe eticheta ce conine codul

    1 Institutul Naional de Studii i Cercetri pentru Co-municaii.

    tiprit, n timp ce metoda RFID folosete un cmp de

    radiofrecven de mic putere. Scanarea etichetelor

    RFID ntr-un cmp de radiofrecven nu necesit o

    poziionare precis a obiectului la citire deoarece

    cmpul de radiofrecven penetreaz orice material

    nemetalic astfel nct nu mai este necesar contactul

    direct dintre eticheta avnd un dispozitiv RFID i

    echipamentul de citire.

    Pn n prezent, tehnologiile de identificare prin

    cod de bare sunt metode de identificare i prelucrare a datelor ceva mai ieftine.

    Codurile de bare reprezint un set de simboluri (dispuse ntr-o form grafic) folosite pentru a

    reprezenta informaiile alfa-numerice. Adic, n loc de numrul 1 sau litera B, se va trece o niruire

    de bare avnd diferite grosimi i aezate ntr-o anumit ordine, folosite pentru a reprezenta acel numr sau acea liter. Aceast codificare va permite

    citirea rapid a datelor cu ajutorul unor echipamente specializate, fr a fi necesar procesarea unui

    mesaj-text printr-un program tip OCR2. ns un cod de bare identific doar productorul i tipul

    2 Optical Character Recognition = recunoaterea optic a caracterelor

  • Optimizarea activitilor prin folosirea tehnologiilor RFID

    TELECOMUNICAII Anul LI, nr. 2/2008 67

    produsului, ns nu poate identifica i unitatea fizic a produsului sau alte informaii colaterale.

    Astfel, codul de bare tiprit pe pachetele de unt dac lum ca exemplu un produs perisabil i relativ

    frecvent cumprat produse n zile diferite este

    acelai, fapt care nu permite identificarea acelui pachet cu termenul de pstrare expirat. Avantajele

    identificrii RFID, n comparaie cu codificarea de bare, const n posibilitatea de a mri cmpul infor-

    maional astfel nct se obine o personalizare a entitii, fapt ce exclude n mare parte posibilitatea

    de falsificare al acestuia. Volumul informaiei care este nregistrat ntr-un dispozitiv RFID depete

    cantitatea informaiei din codul de bare i, n plus,

    datele de personalizare pot fi modificate sau completate la cerere sau la nevoie. Pentru exem-

    plificare, n figura 1 este redat imaginea grafic a unui cod de bare.

    Fig. 1. Marcarea parametrilor uni cod de bare.

    Dup cum se poate observa, codul de bare are o

    anumit compoziie dat de respectarea anumitor

    reguli. Astfel, un parametru important al codului de

    bare este densitatea lui, i are ca unitate de msur

    mil-ul. Mil-ul reprezint a mia parte dintr-un inch1.

    Dup grosimea barei celei mai subiri dintr-un cod,

    densitile codurilor de bare se mpart n:

    coduri ultra-dense (X < 0,19 mm);

    coduri de nalt densitate (0,19 < X < 0,24 mm);

    coduri de densitate medie (0,24 < X < 0,3 mm);

    coduri de densitate sczut (0,3 < X < 0,5 mm);

    coduri densitate foarte sczut (X > 0,5 mm).

    Codul de bare folosit depinde n general de civa

    parametrii ca:

    ramura industrial sau standardul din industrie

    adoptat;

    1 1 inch = 2,54 mm

    tipul de date necesare a fi codate;

    lungimea codului (sau spaiul alocat tipririi

    acestor date).

    Toate informaiile prezentate mai sus arat dorina,

    dar i nevoia productorilor de bunuri (i nu numai)

    de a integra ct mai multe date i informaii ntr-un

    spaiu ct mai mic dar inftin i uor de folosit. Utiliza-

    rea codurilor de bare pentru identificarea entitilor

    i are originea n nevoia de a gestiona mai eficient

    fluxuri de informaii, n special legate de evidena

    entitilor. Pe parcursul dezvoltrii economice i in-

    dustriale au aprut ns mai multe standarde care

    doreau, fiecare, s reglementeze modalitatea de

    marcare a etichetelor cu codurile de bare, tipurile de

    informaii ce trebuie trecute pe un cod de bare i,

    lucrul poate cel mai important, modalitile de

    verificare a numrului de control. Nu insistm ns

    Lungimea cod de bare

    X

    Y Distana dintre elemente

    Distana unui element de cod

    A B C D E 1 2 3 4 5 6 7 8 9

    Dimensiunea cea mai mic a unei bare

  • Gheorghi Pescaru, Radu Dragomir, Sorin Pucoci

    68 TELECOMUNICAII Anul LI, nr. 2/2008

    asupra acestei probleme. Amintim doar c vom

    regsi o parte dintre ele la realizarea tehnologiilor

    RFID, cu specificitile de rigoare.

    2. Identificarea prin etichetare RFID. Conceptul de trasabilitate

    Dup ISO 8402, prin trasabilitate se nelege posibilitatea de a reface istoricul unui drum parcurs

    i de a folosi sau localiza o entitate, cu ajutorul

    identificrilor nregistrate.

    Din punct de vedere semantic, prin trasabilitate

    se nelege posibilitatea de urmrire i identificare a

    originii produselor, obiectelor i a entitilor fizice n

    care acestea sunt ambalate, pstrate, transportate,

    arhivate sau depozitate. Urmrirea se poate face n

    secii de producie, centre de ambalare, operatori de

    transport, an-grositi i vnztori an-detail etc. Cu

    alte cuvinte, fiecare cod va trebui s cuprind un

    cod de zon - GLN1. Este un cod numeric ce

    identific fiecare entitate legal, funcional sau fizic corespunztoare unei ntreprinderi, firme sau

    organizaii.

    n tehnologia RFID s-au definit conceptele pre-

    zentate n continuare.

    Trasabilitate direct i trasabilitate invers

    Trasabilitatea direct (tracking) este procesul care urmrete entitatea de la origine la un final

    prestabilit i marcheaz informaional orice stadiu

    prin care trece, lsnd urme (informaii) ce pot fi

    ulterior folosite. n prealabil trebuie s se stabileasc

    n ce momente i care informaii vor avea voie s fie

    nscrise.

    Trasabilitatea invers (tracing) este procedeul invers, care trebuie s fie capabil s adune i s

    sintetizeze informaiile modificate anterior. Prin tra-

    1 GLN = Global Location Number.

    sabilitate invers trebuie s se poat identifica

    informaiile cele mai potrivite precum i prin felul

    care se pot urmri aceste informaii.

    Trasabilitate intern i de filier

    Trasabilitate intern este trasabilitatea de-a lungul

    unui ntreg proces sau transformare aplicat de fiecare

    ntreprindere/firm produselor sale. Se concretizeaz

    printr-o serie de coduri interne aflate la dispoziia lor

    care permit identificarea tipurilor de materiale, a

    provenienei acestora, pe toat perioada de utilizare

    a lor ct i la nivelul produsului final.

    Trasabilitate de filier - este un proces inter-firme, care rezult din combinaia proceselor de

    trasabilitate intern a fiecrui operator dintr-o filier

    prestabilit. Aceste procese sunt unite de fluxuri

    eficiente de comunicare. Rezult c implementarea

    sistemelor de trasabilitate intern constituie o condiie

    fr de care nu poate exista trasabilitate de filier.

    Raportul dintre trasabilitate i protocoalele de comunicare

    Datorit existenei mai multor entiti de comuni-

    care pe acelai canal de comunicaie, a fost necesar

    definirea unor reguli i a unor protocoale pentru

    evitarea coliziunii pachetelor de date i a pierderilor

    de informaii. Aceste elemente sunt necesare n

    cadrul sistemelor RFID deoarece n momentul n

    care un cititor trimite o cerere toate etichetele din

    raza sa de aciune rspund acestei cereri simultan,

    putnd provoca coliziuni sau erori n recepionarea

    rspunsului. Regulile stabilite n comunicaia dintre

    cititor i etichet constituie aa-numitele protocoale

    de comunicaie pentru evitarea coliziunii pachetelor

    de date. Puterea absorbit i radiat de etichetele

    RFID este limitat i, din aceast cauz, acestea nu

    pot comunica ntre ele. Un parametru important al

    comunicaiei este necesitatea meninerii (din punct

    de vedere energetic) a legturii cu eticheta pn cnd

  • Optimizarea activitilor prin folosirea tehnologiilor RFID

    TELECOMUNICAII Anul LI, nr. 2/2008 69

    s-au obinut toi identificatorii. n mod curent sunt

    utilizate mai multe standarde ce ncearc rezolvarea

    acestei probleme (de exemplu modelele EPC din

    cadrul standardelor ISO). Alegerea unui standard se

    face mai ales prin prisma frecvenelor utilizate.

    Standardele EPC folosesc frecvenele de lucru de

    13.56 MHZ i 800-930 MHZ. Amintim aici doar

    pentru exemplificare c standardele ISO 18000 - 1 ...

    ISO 18000 - 6 sunt standarde care reglementeaz

    aceste cerine (standardul ISO 18000-3 corespunde

    unei frecvene de 13.56 MHZ, iar standardul

    ISO 18000-6 corespunde frecvenei de 860-960 MHZ.

    Sistemele integrate de identificare tip RFID sunt

    alctuite n esen din urmtoarele componente:

    etichetele propriu-zise sunt componentele mobile ale sistemului fiind i purttoarele de informaie.

    Au o capacitate de stocare de pn la 3kB (RAM sau

    E2PROM) i se ataeaz fizic produsului permind

    scrierea i citirea informaiilor, asigurnd astfel identifi-

    carea i trasabilitatea produsului. Sunt disponibile n

    diverse construcii geometrice, acoperind un domeniu

    de temperaturi de la - 40 la +210 grade Celsius.

    dispozitive de citire - nscriere permit citirea i/sau nscrierea informaiilor din/n etichetele

    RFID. Conectate ntr-o reea cu echipamente speci-

    fice, ele permit scrierea/citirea etichetelor RFID aflate

    n micare.

    interfaa de comunicaie asigur trans-miterea informaiilor spre/dinspre etichetele RFID.

    dispozitivul de programare a etichetelor permite introducerea i programarea datelor n

    eticheta RFID, dac acest lucru nu a fost realizat de

    productorul etichetei.

    antena este considerat ca parte distinct a sistemului RFID, i face posibil transferul de informaii

    ntre eticheta RFID i dispozitivul de interogare/citire.

    un sistem de management i baza de date aferent asigur stocarea, procesarea i gestionarea informaiilor din procesul de identificare.

    distana de citire este distana la care trebuie sa se afle eticheta, fa de dispozitivul de

    citire, astfel nct s se realizeze citirea informaiilor

    stocate n memoria etichetei RFID. Aceast distan

    poate varia ntre civa centimetri i civa zeci de

    metri. Distana este determinat de:

    puterea disponibil n dispozitivul de interogare;

    puterea disponibil n eticheta RFID pentru a

    putea stimula rspunsul;

    condiiile de mediu (n spaiu neobstrucionat,

    n absena unor mecanisme de absorbie,

    puterea cmpului electromagnetic scade invers

    proporional cu ptratul distanei);

    poziia antenei etichetei RFID fa de dispozi-

    tivul de interogare.

    Fig. 3. Model de aplicaie RFID.

  • Gheorghi Pescaru, Radu Dragomir, Sorin Pucoci

    70 TELECOMUNICAII Anul LI, nr. 2/2008

    Radio towerRadio tower

    Intero

    gare Raspuns

    Fig. 3. Ilustrarea nceputului domeniului RFID.

    Pentru stocarea datelor, eticheta RFID conine

    unul dintre urmtoarele tipuri de memorie:

    o memorie ROM. Memoria ROM este utilizat pentru registrele de memorie i instruciunile siste-

    mului de operare a etichetei RFID.

    o memorie RAM. Memoria RAM este utilizat pe durata comunicrii (respectiv a interogrii i trans-

    miterii/primirii rspunsului) pentru stocarea temporar a datelor.

    3. Scurt istoric al domeniului RFID

    RFID (Radio Frequency Identification) este o

    metod ce are la baz o lung istorie. n 1946 Lon Theremin a realizat un dispozitiv de spionaj care

    retransmitea undele radio incidente pe o suprafa de reflexie, suprafa ce vibra i realiza i o

    modulaie audio. Unda sonor de joas frecven fcea s vibreze

    o diafragm la suprafa unui rezonator care modula unda de radio frecven reflectat. Astfel, Theremin

    a realizat un dispozitiv de ascultare pasiv neidenti-

    ficabil n mod direct i prin metode obinuite. Este prima realizare fizic ce a constituit nceputul

    tehnologic al domeniului RFID.

    O tehnologie similar, cunoscut sub denumirea

    Identify Friend or Fre (IFF) a fost inventat n Anglia

    n 1939. Aceast metod (fig. 3) a fost aplicat n cel

    de-al Doilea Rzboi Mondial pentru identificarea

    avioanelor dumane sau partenere.

    ns internaionalizarea tehnologiei RFID se poate

    considera c a nceput odat cu brevetarea, n

    S.U.A., n 1973, a unui microcip prevzut cu o

    anten (transponder RFID pasiv cu memorie), de

    ctre Mario Cardullo.

    Dispozitivul su era pasiv i se autoalimenta din

    energia semnalului RF de interogare. Demonstraia

    privind autoalimentarea transponderelor fusese

    efectuat cu 2 ani nainte, 1971 de ctre Autoritatea

    Portuar din New York.

    Invenia lui Cardullo arta cum pot fi identificate

    vehicule aflate n micare prin folosirea unui trans-

    ponder ce memora 16 bii, dar extindea aria de

    aplicare i n alte domenii cum ar cel al securitii

    perimetrale, al mijloacelor de plat bancare, a docu-

    mentelor, a monitorizrii obiectelor, n medicin la

    identificarea pacienilor i a istoriei i evoluiei bolilor

    lor etc. Un alt sistem similar cu al lui Cardullo a fost

    prezentat ntr-o demonstraie la Los Alamos Scientific

  • Optimizarea activitilor prin folosirea tehnologiilor RFID

    TELECOMUNICAII Anul LI, nr. 2/2008 71

    Laboratory Art n 1973 de ctre Steven Depp, Alfred

    Krelle i Robert Fryeman folosind att dispozitive

    pasive ct i semi-pasive. Sistemul era portabil i

    opera la o frecven de 915 MHz utiliznd 12 bii/dis-

    pozitiv.

    ns primul patent nregistrat ce asocia denumi-

    rea RFID a fost nregistrat de ctre Charles Walton

    n 1983 n S.U.A.

    4. Construcia unui sistem de operare RFID

    n figura 4 este ilustrat un model funcional RFID

    format dintr-o etichet RFID i un cititor RFID. O

    etichet pasiv RFID tipic este format dintr-o

    anten i un circuit integral specific, amndou avnd

    impedane complexe. Cipul circuitului integrat se

    autoalimenteaz din receptarea semnalului de RF

    emis de cititorul RFID. Eticheta RFID returneaz

    datele stocate n cip prin comutarea intrrii ntre dou

    valori ale impedanei complexe, genernd astfel un

    semnal modulat.

    Din punct de vedere teoretic, una dintre strile

    impedanei de intrare este:

    =

    1in 1Z ,

    iar cealalt este

    0=inZ .

    Practic ns,

    [ ] M 11 xZin (1)

    i

    [ ] M 22 xZin (2)

    Schimbul de date dintre cititorul RFID i etichet

    poate folosi o varietate de scheme de codare i de

    modulare. Semnalul transmis de cititorul RFID ctre

    etichet conine o purttoare nemodulat (figura z).

    Eticheta RFID va rspunde interogaiei cititorului

    RFID n timpul urmtoarei perioade de emisie a

    purttoarei nemodulate, perioad n care impedana

    etichetei RFID va modula semnalul de rspuns.

    Emitator RFID

    Procesare informatii

    Receptor RFID

    Echipament cititor RFID

    1 2

    Cmp RF de alimentare + date

    de interogare

    Raspunsul reflectat + date de identificare

    Entitate cu eticheta RFID

    Ant

    ena

    Fig. 4. Schema de funcionare a unui sistem RFID.

  • Gheorghi Pescaru, Radu Dragomir, Sorin Pucoci

    72 TELECOMUNICAII Anul LI, nr. 2/2008

    Fig. 5. Schimbul de date dintre un cititor i o etichet.

    Pentru a nelege funcionarea schimbului de

    putere / informaie n cadrul unui sistem RFID, se

    poate folosi circuitul echivalent din figura. 5. Puterea

    reflectat napoi de ctre antena etichetei poate fi

    divizat n dou pri:

    prima, numit i funcionare n mod structural

    este dat de curentul indus n anten atunci cnd

    aceasta este terminat pe o impedan complex

    conjugat;

    a doua, numit i funcionare n mod anten

    este dat de coeficientul de reflexie datorat ne-

    adaptrii dintre impedana proprie a antenei i cea a

    circuitului electronic al etichetei.

    Graficul schimbului de informaii dintre cititor i

    etichet este redat n figura 5.

    5. Adaptarea impedanei la etichetele RFID

    Adaptarea impedanei proprii ntre intrarea

    chipului i anten este foarte important n RFID,

    influennd caracteristicile i performanele dispozi-

    tivelor (ca de exemplu distana maxim pn la care

    cititorul RFID sau eticheta RFID poate recepiona i

    prelucra corect informaii).

    ntr-un dispozitiv-etichet RFID antena este

    conectat n mod curent la circuitul integrat (fig. 6).

    Se observ din figur c antena este reprezen-

    tat prin echivalentul Thevenin:

    aaa jXRZ += (3)

    (impedana complex a antenei)

    i

    ccc jXRZ += (4)

    este impedana complex la intrarea circuitului

    integrat.

    Impedana antenei este adaptat la starea de

    impedane mare a circuitului integrat pentru a

    permite un transfer maxim de putere.

    Fig. 6. Schema electric echivalent a unui sistem RFID.

  • Optimizarea activitilor prin folosirea tehnologiilor RFID

    TELECOMUNICAII Anul LI, nr. 2/2008 73

    Circuitul integrat al etichetei RFID reprezint o

    sarcin neliniar a crei impedan complex varia-

    z cu frecvena i puterea la intrare. Circuitul integrat

    necesit o energie minim pentru a se activa.

    Starea tranzitorie i dependena impedanei de

    intrare de nivelul semnalului la intrare sunt deter-

    minate de caracteristicile constructive ale circuitului

    integrat din eticheta RFID.

    Dependena impedanei de frecven este de-

    terminat i de cuplajele parazite i efectele

    ncapsulrii circuitului integrat n eticheta RFID.

    Variaia impedanei de intrare a circuitului integrat

    cu nivelul de putere poate afecta drastic performana

    circuitului integrat i, n final, a etichetei RFID. n

    mod normal, pentru a obine un maxim de transfer

    de putere, impedana antenei este perfect adaptat

    la impedana de intrare a circuitului integrat pentru a

    diminua la maxim pierderile de putere datorate dez-

    adaptrilor.

    n cele mai multe aplicaii, circuitul integrat din

    eticheta RFID continu s fie alimentat cnd purt-

    toarea emis de cititorul RFID va trece din starea

    modulat n starea nemodulat (WQ CW). Este

    posibil s existe o situaie n care o variaie semni-

    ficativ a impedanei de intrare a circuitului integrat

    cu nivelul semnalului la intrare s aib ca efect

    distrugerea circuitului de intrare a circuitului integrat

    i astfel scoaterea din uz a etichetei RFID.

    6. Funcionarea etichetei RFID

    Pentru nelegerea funcionrii unei perechi cititor

    RFID etichet RFID se poate considera schema

    simplificat din figura 6. Dei schema prezint

    cteva limitri de analiz discutate n literatura de

    specialitate, se poate aplica la o mare varietate

    constructiv a etichetelor RFID, n special pentru a

    calcula puterea semnalului de rspuns al etichetei

    RFID la interogarea cititorului RFID.

    Nivelul de putere al semnalului pe rspuns al

    etichetei RFID conine 2 componente: una denumit

    mod structural i care este dat de curenii indui

    n anten, atunci cnd aceasta este terminat pe

    impedana complex-conjugat, i cea de-a doua,

    denumit mod anten dat de neadaptarea dintre

    impedana antenei i impedana de ncrcare a

    circuitului integrat.

    n acest sens, energia total a cmpului radiant

    returnat dup interogare poate fi scris ca sum ntre

    energia semnalului RF reflectat de ctre anten

    avnd impedana de sarcin n gol i energia

    efectiv a semnalului retransmis generat de an-

    samblul circuit integrat i anten.

    aiin ZZZt == += (5)

    Densitatea de putere a cmpului emitent incident

    al antenei RFID n spaiu este dat de relaia

    24 rGPS TT

    = (6)

    n care PT este puterea transmis, GT este ctigul

    antenei, iar r este distana fa de eticheta RFID. Puterea recepionat pe anten PR este, prin

    definiie, puterea maxim care poate fi livrat pe o

    impedan complex conjugat:

    ef = SPR (7)

    n care ef este suprafaa efectiv a antenei, calcu-

    lat cu relaia:

    Gef

    =4

    2

    (8)

    n care G este ctigul antenei.

    Puterea reflectat de eticheta RFID pe aceeai

    direcie pe care recepioneaz semnalul cititorului

    poate fi aproximat prin circuitul echivalent artat

    anterior. Este vorba de puterea disipat n rezistena

  • Gheorghi Pescaru, Radu Dragomir, Sorin Pucoci

    74 TELECOMUNICAII Anul LI, nr. 2/2008

    de sarcin a antenei, multiplicat de ctre factorul

    de ctig al antenei:

    GPKP R =reflectata (9)

    n care factorul K este dat de relaia:

    224

    ca

    a

    ZZ

    RK+

    = (10)

    Ecuaia de mai sus definete (prin factorul K) ponderea coeficientului de pierderi n puterea re-flectat de ctre anten. De exemplu, o anten adaptat cu o impedan complex nmagazineaz o aceeai cantitate de energie a semnalului reflectat ca i cea a semnalului absorbit.

    Tabelul 1 arat valorile factorului K n funcie de impedana antenei. Se poate observa c, atunci cnd impedana echivalent a antenei este real, o terminaie de scurt va produce o reflexie a semna-lului de patru ori mai mare.

    Totodat, cnd impedana antenei devine suficient de reactiv

    3 >a

    a

    RX (11)

    impedana de sarcin complex conjugat a antenei

    poate reflecta mai mult putere ca n cazul impe-

    danei de scurt (aa cum rezult din figura 7).

    Tabelul 1

    Coeficientul K funcie de impedana de ncrcare a antenei

    ZC aZ

    K 2224

    aa

    a

    XRR+

    1

    Lobul transversal al etichetei RFID poate fi calcu-

    lat dup relaia:

    GAKS

    Pe ==

    referinta (12)

    n care: S este suprafaa estimat de aciune;

    Ae suprafaa efectiv.

    Dac exprimm suprafaa efectiv a antenei cu

    relaia

    GAe

    =4

    2 (13)

    ?

    Pute

    re n

    orm

    aliz

    at

    1

    0 1

    2

    3

    4

    2 3 4

    Srs

    Sra

    PP

    ae RX 73,1

    a

    a

    RX

    Fig 7. Modulul Xa / Ra n funcie de puterea normalizat: PSra puterea semnalului refractat cnd circuitul este adaptat; PSrs puterea semnalului refractat cnd circuitul este n scurt.

  • Optimizarea activitilor prin folosirea tehnologiilor RFID

    TELECOMUNICAII Anul LI, nr. 2/2008 75

    i utiliznd expresia factorului K exprimat anterior,

    rezult:

    2222

    ca

    a

    ZZ

    RG

    +

    = (14)

    Este important de reinut c impedana circuitului

    integrat depinde de frecven i de puterea de intrare

    (relaiile 10 i 14). Ecuaia (14) este adevrat pentru

    cititoare RFID i pentru etichete RFID cu polarizare

    adaptat. n general, rspunsul etichetei RFID depinde

    de polarizarea coeficientului de pierderi ntre cititorul

    RFID i antena etichetei. Mai poate fi subliniat c

    puterea semnalului modulat recepionat de cititorul

    RFID depinde nu numai de diferena scalar ntre lobul

    transversal definit prin cele 2 stri ale impedanei de

    intrare din circuitul integrat, dar i de faza relativ a

    componentei spectrale reflectate.

    7. Metode de msurare

    Exist multiple tehnici pentru msurarea lobului

    principal al antenei. Aceste tehnici complexe separ

    transmisia i recepia antenelor i echipamentul

    complex de radio frecven izolndu-le de exterior

    printr-o camer anecoic. O schem general de

    msurare a unei antene i a unui echipament-

    etichet RFID este prezentat n figura 8.

    Reflexia datorat neadaptrii antenei este prima

    msurtoare care este efectuat cu ajutorul ana-

    lizorului de spectru n camera anecoic goal, fr

    eticheta RFID. Valoarea msurat arat efectele

    coeficientului de pierdere la postul de intrare, dato-

    rate reflexiilor din camera anecoic. Aceast valoare

    va fi valoarea de referin pentru msurarea reflexiei

    datorit neadaptrii, msurat ns n prezena eti-

    chetei RFID. n acest mod va putea fi determinat un

    nivel minim al puterii semnalului de reflexie necesar

    pentru ca eticheta RFID s fie alimentat, iar circuitul

    integrat s poat rspunde.

    Semnalul de reflexie msurat raportat la valoarea

    de referin va fi dat de relaia:

    t

    m

    PPS (15)

    Laptop

    PR INT

    HEL P

    ALP HA

    S HIFT

    ENT ERRUN

    DG ER FI

    AJ BK CL

    7M 8N 9O

    DG DG DG

    DG T 3U

    0V .WX Y Z

    TAB

    % U TIL IZ ATIO N

    HUB/M AU NIC

    2BNC4 Mb /s

    Echipam ent de testare pentru cititor RFID

    Statie de m asurare si analiza

    Fig. 8: M ontaj experim ental pentru m asurarea lobului principal al etichetei RFID

    PW R

    OK

    WIC0ACT/C H0

    A CT /CH 1

    WIC0AC T/CH0

    A CT/C H1

    ETHAC T

    CO L

    Cam era anecoica

    Eticheta R FID

    Fig. 8. Montaj experimental pentru msurarea lobului principal al etichetei RFID.

  • Gheorghi Pescaru, Radu Dragomir, Sorin Pucoci

    76 TELECOMUNICAII Anul LI, nr. 2/2008

    n care Pm este puterea semnalului reflectat de

    ctre eticheta RFID i msurat de analizorul de

    spectru.

    Pentru situaia experimental a camerei anecoice,

    Pm poate fi calculat n funcie de lobul principal al

    antenei:

    ( ) 43

    22

    4

    = ttmGPP (16)

    Rezult, din ecuaiile (15) i (16), lobul central al

    antenei etichetei RFID funcie de reflexia datorat

    neadaptrii:

    ( )

    22

    434

    =tG

    S (17)

    Dispozitivele de citire sunt, de asemenea, un

    element cheie n sistemele RFID. Pn n momentul

    de fa cititoarele erau folosite n principal la sisteme

    de control al accesului i n alte aplicaii RFID care

    implic volume mici de date, ceea ce nu a pus

    problema folosirii unui numr mare de etichete. Cum

    tehnologia avanseaz n toate domeniile, s-a ajuns

    la necesitatea unei soluii pentru rezolvarea trans-

    ferului mare de date. Din aceast cauz productorii

    de echipamente au fost nevoii s dezvolte o nou

    generaie de produse care s satisfac nevoile de pe

    piaa mondial actual. Caracteristicile cititoarelor

    moderne au prevzute cu urmtoarele funcii:

    frecvena de operare: UHF, HF;

    flexibilitatea protocolului: ISO, EPC, sau propriu

    de firm;

    diferite reglementri regionale: frecvena UHF

    (902-930 MHz SUA, 869 MHz Europa);

    sursa de alimentare (4 W SUA, 500 mW

    Europa);

    capabiliti de conectare cu reeaua: TCP/IP,

    Wireless LAN (802.11), Ethernet LAN, RS 485 / 422,

    RS 232, USB;

    posibilitatea de funcionare n reea a mai

    multor cititoare;

    posibilitatea de up-grade a firmware-ului prin

    internet sau interfa local;

    utilizarea mai multor antene;

    adaptarea la diferite tipuri de antene (auto-

    tunning dinamic);

    interfee I/O digitale pentru senzori externi i

    circuite de control.

    8. Benzile de radio frecven folosite

    de tehnologia RFID

    Datorit spectrului radio diferit n care

    opereaz, echipamentele (i implicit aplicaiile) RFID

    se mpart n mai multe categorii. Alegerea benzii de

    frecven optime pentru o aplicaie RFID este dictat

    n primul rnd de condiiile de mediu n care sistemul

    trebuie s funcioneze precum i de cerinele apli-

    caiei. Astfel, pentru Europa i Africa benzile de

    operare sunt:

    Joas frecven (LF Low Frequency),

    F = 125/134 KHz dispozitive cuplate inductiv, pentru

    care majoritatea rilor nu solicit autorizarea siste-

    melor ce opereaz n aceast band. Aplicaii uzuale:

    identificarea animalelor, control acces, mana-

    gementul recipientelor.

    distane de citire: 0,1 pn la 1 m

    funcionare excelent n apropierea metalelor

    sau n lichide.

    nalt frecven (HF - High Frequency),

    F = 13,56 MHz elemente electronice de supra-

    veghere. Aplicaii uzuale:

    inventariere-arhivare documente, control baga-

    je, transport auto;

    distane de citire : 1 pn la 3 m.

    Aceast band de frecvene are cele mai multe

    aplicaii posibile.

  • Optimizarea activitilor prin folosirea tehnologiilor RFID

    TELECOMUNICAII Anul LI, nr. 2/2008 77

    Fig. 9. Formatul unui cod electronic cuprins ntr-o etichet RFID.

    Foarte nalt fecven (Ultra High Frequency UHF/MW), F = 850 MHz - 2,46 GHz. Cuprinde dou

    domenii:

    cel al frecvenelor cuprinse ntre 430 i

    460 MHz aplicaii industriale, tiinifice i

    medicale;

    cel al hiperfrecvenelor cuprinse ntre 2,35 i

    2,45 GHz aplicaii cu spectru distribuit.

    Caracteristici pentru acest domeniu:

    aplicaii uzuale: transport auto, parcare, mana-

    gementul containerelor;

    distane de citire: 1 pn la 12 m;

    permit identificarea vehiculelor n micare cu

    viteze de peste 100 km/h.

    9. Codarea informaiilor nscrise n etichete

    Elementul de baz a codrii informaiilor l repre-

    zint formatul su afiabil n cod ASCII sau hex. Este

    constituit sub forma unui standard dar nu nlocuiete

    standarde existente ale codificrii de bare, ci mai

    degrab creaz trecerea de la standardele existente

    pentru codurile de bare la un cod electronic nou. Pentru acest scop, sunt adoptate structuri de baz ale

    numrului ce va identifica entitatea la nivel internaional

    (cunoscut sub forma G.T.I.N. Global Trade Item Number). n acest proces particip activ organisme de standardizare precum Uniform Code Council (UCC) i EAN International dou organizaii internaionale, ce supravegheaz standardele codificrii de baz.

    n prezent, codul electronic ce poate fi stocat ntr-

    o etichet RFID este realizat n dou variante: cu

    lungimea de 64 de bii i 96 de bii. Deoarece, n

    viitor, exist necesitatea de a extinde informaiile

    cuprinse n structura etichetelor, s-a ajuns la o struc-

    tur format din 128 de bii adugnd i informaii

    referitoare la numrul versiunii de standard i etiche-

    tare. Un cod format din 96 de bii poate conine

    urmtoarele informaii (fig. 9.):

    8 bii ce formeaz grupul de identificare

    (headerul); al doilea grup de date respectiv 0000B39

    reprezint informaia referitoare la identitatea entitii care a realizat asignarea etichetei (organismul care a

    realizat corelaia dintre etichet i produs/productor;

    al treilea grup de date, respectiv 00025C

    reprezint identitatea clasei obiectului reprezentat

    de eticheta RFID conform clasificrii S.K.U. (Stock

    Keeping Unit) sau, altfel spus, tipul exact al pro-

    dusului nregistrat, manufacturat, sau stocat ntr-o

    zon geografic determinat;

    al patrulea grup de date respectiv 000339DC0

    reprezint informaia dat de caracteristicile i/sau

    proprietile fizico-chimice ale entitii reprezentate.

    El poate indica, de exemplu, mrimea ambalajului,

    a sticlei, cantitatea, durata de valabilitate, garanie,

    condiii de pstrare etc.

    10. Aplicabilitatea RFID. Avantaje i limite ale sistemelor RFID

    n ceea ce privete implementarea noilor teh-

    nologii RFID se pune foarte mult accentul pe

    avantajele i dezavantajele comparndu-se foarte

  • Gheorghi Pescaru, Radu Dragomir, Sorin Pucoci

    78 TELECOMUNICAII Anul LI, nr. 2/2008

    mult cu sistemul cu coduri de bare care a devenit

    deja omniprezent. n comparaie cu tehnologia cu

    coduri de bare, tehnologia RFID are urmtoarele clase de avantaje:

    Capacitatea de stocare. Etichetele conven-ionale bazate pe codul de bare pot memora un

    volum de informaii de numai 20 de caractere.

    Eticheta cu coduri de bare ofer avantajul stocrii

    unui volum mai mare de informaii.

    Viteza. Fa de tehnologia cu coduri de bare, tehnologia RFID permite o citire i o comunicare mai

    rapid a informaiei.

    Posibilitatea automatizrii. Citirea informai-ilor stocate n eticheta RFID nu presupune prezena

    n cmpul vizual i nu necesit o anumit orientare a

    produsului.

    Flexibilitatea. O serie de etichete RFID sunt baze de date dinamice. Exist etichete ce pot con-

    ine informaii de tip citite/scrise.

    Selectivitatea. Tehnologia RFID permite etiche-telor s rspund selectiv la solicitrile dispozitivului

    de interogare.

    Costul total al deinerii n proprietate i al utilizrii. Etichetele RFID ce au posibiliti de ci-tire/nscriere ofer avantaje datorate utilizrii multiple.

    Etichetele ce utilizeaz coduri de bare pot fi folosite

    doar pentru aplicaia pentru care au fost desemnate.

    Citirea simultan. Un sistem RFID poate citi simultan mai multe etichete. Ca i celelalte teh-

    nologii de identificare, RFID accelereaz achiziia

    datelor i elimin intervenia uman n procesele de control i sortare. Aceast facilitate devine

    semnificativ n cazul unor cantiti mari de date necesare pentru automatizarea produciei n care

    productivitatea devine de necontrolat n cazul opera-torilor umani, timpii de procesare crescnd inadmisibil

    la o rat a erorilor ridicat. n concluzie, singura metod practic de colectare automat a acestor

    date este utilizarea de sisteme computerizate de

    identificare i urmrire. Culegerea automat a date-

    lor nu numai c sporete viteza de lucru i elimin

    erorile, dar crete valoarea informaiei din sistem prin

    accesul n timp real la aceasta. Pentru exemplificare,

    la un depozit, dac un transport de produse finite

    este trimis la o destinaie greit, informaia res-

    pectiv devine valoroas numai dac poate fi

    procesat n timp util pentru a se corecta eroarea,

    altfel se nregistreaz cheltuieli mari i penalizri din partea clientului.

    Bibliografie

    [1] Pavel V. Nikitin & K.V.S. Rao, Theory and Measurement of Backscattering from RFID Tags; Intermec Technologies Corporation, USA

    [2] x x x i2010 Raport anual privind societatea infor-

    maional {sec (2007) 395}, {vol. 1,2,3}, Bruxelles, 30.03.2007. Comunicarea Comisiei ctre Parlamentul European, Consiliu, Comitetul Economic i Social

    European i Comitetul Regiunilor [3] Mihalcea Petre, Tez de doctorat Tehnologii infor-

    matice aplicate n economie, 2006 Academia de Studii Economice, Facultatea de Management i Contabilitate,

    [4] www.standard.ro/articol-7806: Standard Bussines: Eticheta RFID a cucerit primul lan de retail din Europa, 27.07.2007

    [5] www.sciencedaily.com: Nano will brost RFID tags, Grenoble, 07.03.2006

    [6] www.fr.wikipedia.org / RFID [7] www.RFM. Radio Frequency Identification [8] www.rfidjournal.com /Glaxosmithkline Test RFID on

    HIV Drug [9] www.pageperso.aol..fr. Antene. Cours. [10] D. Dasclu .a. Dispozitive i circuite electronice,

    Bucureti, Editura Didactic i Pedagogic, 1982. [11] Economides, Nicholas, (1991b), "Compatibility and

    Market Structure", Discussion Paper EC-91-16, Stern

    School of Business, N.Y.U. [12] http://www.cisco.com/univercd/cc/td/doc/cisintwk/ints

    olns/voipsol/ta_isd.htm. - Traffic Analysis

    [13] http://www.iee.org.uk/Publish/Books/TeleComm/Te035c.cfm