RFID (Identificação por Radiofrequência)

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1 RFID (Identificação por Radiofrequência) Este tutorial apresenta a descrição de conceitos de RFID, tecnologia wireless de identificação e coleta de dados. Vergílio Antonio Martins Engenheiro de Eletrônica e Teleco, formado em 1983, FACENS-Sorocaba, tendo atuado nas áreas de Implantação e Gerenciamento de Projetos de Redes Ópticas, Sistemas Celulares e Sistemas de Automação e Controle. Mestre em engenharia pela Faculdade de Engenharia Naval - POLI-USP, com ênfase em Gerenciamento de Projetos. Especialista em Gestão de Projetos pela CEGP Fundação Carlos Alberto Vanzolini. MBA em Gestão Empresarial , pela EPGE-RJ da FGV. Doutorando, com ingresso em 2007, pela Faculdade de Engenharia Naval - POLI-USP. A partir de 1998 passou a se dedicar ao segmento de telecom, tendo sido Gerente de Operação e Manutenção da Pegasus Telecom e Gerente de Planejamento e Controle de Projetos da BMT-Bechtel Método Telecom. Atualmente atua como diretor da Teleco em serviços de operações de outsourcing estratégico. Atua também em sua empresa a Kuai Tema Engenharia, criada em 2001, que tem por finalidade a prestação de serviços de gerenciamento de projetos. Categoria: Redes de Dados Wireless Nível: Introdutório Enfoque: Técnico Duração: 15 minutos Publicado em: 30/10/2005 1

2 RFID: O que é? RFID, ou Identificação por Radiofreqüência, é uma tecnologia sem fio (wireless) destinada a coleta de dados. Tal qual o código de barras, o RFID faz parte do grupo de tecnologias de Identificação e Captura de Dados Automáticos. Seu surgimento remonta há várias décadas, mas o crescimento massivo de seu uso vem se percebendo nos últimos anos, em especial pelam redução do custo de seus componentes. O princípio de funcionamento da tecnologia RFID é muito simples, mas há uma série de complicações em sua aplicação, devido ao fato de não haver apenas um conjunto de elementos que seja possível responder à diversidade de necessidades. Observando a figura 1, um sistema RFID é composto por um transceptor que transmite uma onda de radiofreqüência, através de uma antena, para um transponder, ou mais conhecido por tag. O tag absorve a onda de RF e responde com algum dado. Ao transceptor é conectado um sistema computacional que gerencia as informações do sistema RFID. Figura 1: Diagrama geral de um sistema de Identificação por Rádio Freqüência. A tecnologia é similar ao conceito de código de barras. O sistema de código de barras utiliza um leitor óptico para os códigos impressos que são colocados nos itens, enquanto que o RFID utiliza um leitor de radiofreqüência e componentes denominados por tags, que são colocados nos itens a serem controlados. Os dados dentro de um tag podem prover a identificação de um item numa linha de fabricação, de mercadorias em trânsito, a localização, a identificação de um veículo, um animal ou indivíduo. Apesar disso, a tecnologia RFID não é um substituto do código de barras, pelo menos por enquanto. O custo da impressão de um código de barras é insignificante no custo da embalagem se comparado ao custo de um tag de RFID, por mais simples que este seja. A grande vantagem do RFID é a sua capacidade de obter maior número de informações, identificando vários itens ao mesmo tempo, não exigindo leitura-em-linha, o que representaria, no caso de uma aplicação num supermercado, uma redução de custos operacionais na hora do check-out das compras. Há uma faixa enorme de tipos de tags disponíveis no mercado, que satisfazem às diversas necessidades de aplicações. Os tags são constituídos de diversas maneiras: passivo, alimentados por baterias, em diferentes freqüências, com antenas impressas, com antenas helicoidais, em etiquetas ou encapsulados, etc. A despeito dessa diversidade, o princípio de funcionamento é muito similar entre eles. A tecnologia RFID utiliza freqüências dentro da faixa de 50 KHz até 2,5 GHz. Os sistemas de RFID são distinguidos por 3 faixas: baixa, intermediária (média) e alta. Nos próximos itens serão apresentados os detalhes da arquitetura dos sistemas de RFID. 2

3 RFID: Princípios Gerais da Tecnologia e Aplicações Para compreender a capacidade dos sistemas de RFID é necessário considerar suas partes constituintes. É também necessário compreender as especificações de fluxo de dados do sistema, que influenciarão na escolha adequada do sistema para determinadas aplicações. Como apresentado anteriormente, os sistemas RFID são compostos basicamente pelos seguintes elementos: uma antena ou bobina; um transceptor (leitor ou programador) e; um transponder (RF tag, ou simplesmente tag). Antena ou Bobina - A comunicação entre os tags e o transceptor é feita por uma comunicação sem fio. A antena emite um sinal para ativar o tag e lê ou escreve um dado no tag. Apesar de o termo antena ser utilizado genericamente, seria mais correto utilizar a expressão sistema de propagação, pois os sistemas RFID utilizam dois métodos de acoplamento: proximidade eletromagnética ou indutiva e propagação por ondas eletromagnéticas. A figura 2 exemplifica o tipo de acoplamento indutivo de um tag e uma antena de um sistema RFID passivo. O princípio é similar ao de um transformador, onde a antena transfere energia e os dados são trocados pelos dois elementos. Em sistemas RFID as antenas são disponibilizadas em diversos tamanhos e formatos. Elas podem, por exemplo, estar acopladas numa porta para receber informações de um tag de uma determinada mercadoria, que uma pessoa esteja transportando. As antenas podem estar acopladas em leitora transportáveis (handheld). Transponder ou Tag O termo transponder deriva da expressão TRANSmitter/resPONDER, revela a função do componente. O tag responde para o transmissor com um dado ou informação que o tag carrega. 3

4 Os tags são categorizados por serem ativos ou passivos. RFID tags ativos são energizados por uma bateria interna e são tipicamente de leitura/escrita. O tamanho de uma memória de um tag ativo pode variar com o tipo de aplicação; alguns casos operam com ata 1 MB de memória. Os tags passivos contêm normalmente memórias do tipo ROM (Read Only Memory), usualmente de 32 a 128 bits, que não podem ser modificada. O custo dos modelos passivos é bem inferior, e tem uma vida útil bem mais elevada, se comparado aos modelos ativos. Há uma diversidade de tamanho e formas de tags de RFID. Existem tags para animais, fixados nas orelhas, ou debaixo da pele, podendo ter até 10 mm de comprimento. Tags podem ser parafusados, para identificar itens de madeira ou metais, ou então colocados em cartões de crédito para uso em aplicações de acesso de usuários em ambiente. Transceptor ou Leitor O transceptor é o componente de comunicação entre o sistema RFID e os sistemas externos de processamento de informações. Os transceptores variam muito na sua complexidade, dependendo do tipo de tag e das funções a serem aplicadas. Os mais sofisticados apresentam funções de check de paridade de erro e correção de dados. Uma vez que os sinais do receptor sejam corretamente recebidos e decodificados, algoritmos podem ser aplicados para decidir se o sinal é uma repetição de transmissão de uma tag. Em termos de aplicação, os sistemas RFID podem ser agrupados em 4 categorias: Sistemas EAS (Electronic Article Surveillance) Sistemas Portáteis de Captura de Dados Sistemas em Rede Sistemas de Posicionamento Os sistemas EAS são tipicamente sistemas de um bit, usados para identificação de presença ou falta de um item. O largo uso dessa tecnologia está nos bloqueios das lojas onde cada item é tagado e grandes antenas de leitura são colocadas em cada saída das lojas para detectar a saída desautorizada de um item. Os sistemas portáteis são caracterizados pelo uso de terminais portáteis de coleta de dados, onde um sistema RFID está integrado do leitor com a antena. São utilizados em aplicações onde um alto grau de itens tagados pode ser exibido. Os terminais do tipo hand-held capturam os dados dos itens e então são transmitidos a um sistema de processamento central. Sistemas em rede são aplicações caracterizadas pelo posicionamento fixo dos transceptores (leitores) e conectados por uma rede a um sistema de gerenciamento central. Os transceptores são fixados numa posição e os itens com os tags movem-se por esteiras, ou com pessoas, dependendo da aplicação. Os sistemas de posicionamento usam tags para facilitar a locação automática e suporte de navegação para dirigir veículos. Os transceptores são localizados a bordo dos veículos e conectados por um sistema de transmissão a um sistema de gerenciamento central. O potencial de aplicação de sistemas RFID é enorme, tanto no setor da indústria, comercio e serviço onde hajam dados a serem coletados. As principais áreas de aplicação dos sistemas RFID que atualmente podem ser identificadas são: Transporte e logística Fabricação e processamento 4

5 Segurança Uma outra faixa enorme de aplicações está sendo desenvolvida como uso de sistemas de RFID, a saber: Marcação de animal Acompanhamento postal Bagagem de aviões Controle de acesso a veículos Gerenciamento de catracas de estradas Coleta de dados de medições de consumo de energia O desenvolvimento de novos produtos de RFID, a regulamentação e a redução de custos têm provocado o crescimento de novas aplicações em áreas até então ainda não exploradas. 5

6 RFID: Faixas de Frequências e Protocolos Os sistemas de RFID podem ser classificados também pela faixa de freqüência de operação, em baixa, média e alta. A tabela a seguir sumariza as 3 faixas, suas características e aplicações típicas. Banda de Freqüência Características Aplicações Típicas Baixa: 100 a 500 KHz Média: 10 a 15 MHz (também denominada Alta) Alta: 850 a 950 MHz e 2,4 a 5,8 GHz (também denominada Ultra Alta) - Faixa de curta até média leitura - Baixo custo - Baixa velocidade de leitura - Faixa de curta até média leitura - Potencialmente de baixo custo - Média velocidade de leitura - Faixa larga de leitura - Alta velocidade de leitura - Alto custo - Linha de visão requerida - Controle de acesso - Identificação de animal - Controle de inventário - Controle de acesso - Smart cards - Monitoração de veículos em estradas Os sistemas de RFID na faixa baixa e intermediária operam com o princípio de acoplamento indutivo. A quantidade de energia transferida do transceptor para o tag é proporcional ao tamanho das antenas de transmissão e recepção, respectivamente. Já os sistemas na faixa de alta freqüência operam com o princípio de comunicação de antenas de radar. Neste método, a comunicação do tag com o transceptor é via modulação do sinal recebido pelo tag e radiando de volta para o transceptor. A taxa de transferência de dados é influenciada pela freqüência da faixa em uso entre o tag e o transceptor. Quanto maior a freqüência, maior é a taxa de transferência de dados. Usando-se um espectro de 2,5 GHz, é possível, por exemplo, uma banda de 2 Mbps de taxa de dados. Isto permite que um alto número de tags sejam lidos simultaneamente num sistema de faixa Alta, tipicamente 200 tags, contra até 50 tags num sistema de faixa Média. Padronização de Protocolos de RFID A finalidade da padronização e de normas é definir as plataformas em que uma indústria possa operar de forma eficiente e segura. Os maiores fabricantes de RFID oferecem sistemas proprietários, o que resulta numa diversidade de protocolos de sistemas de RFID numa mesma planta industrial. Na luta pela padronização de protocolos, existem muitas organizações envolvidas nos projetos de tecnologias RFID. As mais conhecidas na área dos sistemas RFID são a ISO (International for Standardization) e a EPC Global. A tabela a seguir apresenta a relação de padrões publicados pela ISO. 6

7 ISO Standard Título Status ISO RFID para animais estrutura de código Padrão Publicado ISO RFID para animais concepção técnica Padrão Publicado ISO/IEC ISO/IEC ISO/IEC ISO/IEC ISO/IEC ISO/IEC ISO/IEC ISO/IEC Identificação de cartões cartões com circuitos integrados sem contato cartões de proximidade Identificação de cartões cartões com circuitos integrados sem contato cartões de vizinhança Tecnologia da Informação Gerenciamento de Itens de RFID Perfil de Requisitos de Aplicação Parâmetros Gerais para Comunicação por Interface por Ar para Freqüências Globalmente Aceitas Parâmetros para Comunicação por Interface por Ar abaixo de 135 KHz Parâmetros para Comunicação por Interface por Ar em 13,56 MHz Parâmetros para Comunicação por Interface por Ar em 2,45 GHz Parâmetros para Comunicação por Interface por Ar em 860 a 930 MHz ISO/IEC Gerenciamento de Itens de RFID Protocolo de Dados: Interface de Aplicação ISO/IEC Gerenciamento de Itens de RFID Protocolo: Regras de Codificação de Dados e Funções de Memória Lógica ISO/IEC Gerenciamento de Itens de RFID Identificação única do RF Tag Fonte: Understanding RFID (Passive RFID) nov./2004 R. Moroz Ltd. Padrão Publicado 2000 Padrão Publicado 2000 Padrão em Revisão Final Padrão em Revisão Final 7

8 RFID: Considerações Finais Este tutorial apresentou os conceitos gerais da tecnologia RFID. As vantagens de todos os tipos de sistemas RFID é a característica de não-contato e, da não necessidade de linha de visão (para até certa faixa de freqüência) entre o transceptor e os tags. Os tags podem ser lidos através de diversas substâncias tais como: fumaça, brisa, fogo, gelo, pintura etc. RFID tags podem também ser lidos em velocidades, em certas circunstâncias, na ordem de 100 ms. Esta tecnologia tem sido indispensável numa gama enorme de aplicações de sistemas de coleta de dados, que de outra forma não seria possível realizar. Referências Draft Paper on the Characteristics of RFID Systems AIM Frequency Forum Understanding Radio Frequency Identification (RFID) R. Moroz Ltd,

9 RFID: Teste seu entendimento 1. Em relação aos conceitos de sistemas RFID, qual das alternativas está incorreta: A quantidade de energia transferida do transceptor para o tag é proporcional ao tamanho das antenas; RFID tags passivos são energizados por uma bateria interna e são tipicamente de leitura/escrita; Os tags podem ser lidos através de diversas substâncias tais como: fumaça, brisa, fogo, gelo, pintura etc. 2. De acordo com texto do tutorial qual das afirmativas está correta: Os maiores fabricantes de RFID oferecem sistemas abertos de RDID; Os sistemas de RFID na faixa baixa e intermediária operam com o princípio de acoplamento indutivo; A taxa de transferência de dados não é influenciada pela freqüência da faixa em uso entre o tag e o transceptor. 3. Qual das afirmativas está incorreta: Apesar disso, a tecnologia RFID não é um substituto do código de barras, pelo menos por enquanto; Os sistemas na faixa de baixa freqüência operam com o princípio de comunicação de antenas de radar; A comunicação entre os tags e o transceptor é feita por uma comunicação sem fio. 9

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