08 - RfId

Introdução

RFID (Radio Frequency Identification), em português, Identificação por Rádio Freqüência, é um termo genérico utilizado para definir um conjunto de tecnologias que tem como fundamento o uso de radio freqüência com o intuito de realizar a identificação de objetos ou pessoas de forma eficiente e sem contato.
Tecnologias RFID oferecem benefícios práticos para qualquer pessoa que precise registrar bens físicos. Fabricantes melhoram o planejamento da cadeia de fornecimento e execução incorporando esta tecnologia. Varejistas a utilizam para controlar roubos e aumentar a eficiência em suas cadeias de fornecimento, enquanto farmacêuticos utilizam sistemas RFID para combater o comércio de remédios falsificados, empresas utilizam como controle de acesso e veterinários para identificar animais.
Diante disso, a utilização da tecnologia RFID atende aos anseios do mercado, e vem sendo cada vez mais empregada nos mais diversos ramos de atividades, sendo o conhecimento desta matéria de grande valia para os engenheiros que atuam nos mais diversos âmbitos da engenharia.

Conceitos básicos

O sistema RFID é composto basicamente por três componentes: dispositivo de leitura, transponder e computador que estão representados na Figura abaixo:

O Leitor é responsável pela emissão de um campo eletromagnético que alimenta o transponder, que por sua vez, responde ao dispositivo de leitura com o conteúdo armazenado em sua memória. Os dados provenientes do transponder são enviados ao computador ou controlador, onde será realizado o processamento e tomadas às devidas ações de acordo com a aplicação.
O Transponder, mais conhecido como Tag, é o dispositivo que contém a informação. Atualmente as tags estão disponíveis nos mais diversos formatos tais como cartões, pastilhas, etiquetas adesivas e implantes animais. Eles são classificados em duas categorias: Ativos, que fazem uso de fonte de alimentação própria, e passivos, que utilizam a energia proveniente do leitor para seu funcionamento. Cada tipo possui suas vantagens, desvantagens e aplicações.

Cronologia

A tecnologia RFID tem inicio na Segunda Guerra Mundial, em que alemães descobriram que se girassem seus aviões quando estivessem retornando à base, modificavam o sinal de rádio refletido ao radar permitindo sua identificação por parte dos operadores. Mais tarde, em um projeto secreto, os ingleses desenvolveram o primeiro sistema identificador ativo. Este sistema tinha como objetivo identificar se os aviões eram aliados ou inimigos, e consistia na colocação de transceptores em cada avião britânico. Ao receber o sinal do radar do solo, estes transceptores enviavam uma resposta identificando sua aeronave.

Avanços na área de radares e de comunicação RF (Radio Frequency) continuaram através das décadas de 50 e 60. Cientistas e acadêmicos dos Estados Unidos, Europa e Japão realizaram pesquisas e apresentaram estudos explicando como a energia RF poderia ser utilizada para identificar objetos remotamente.

Na década de 70 desenvolvedores, inventores, companhias, instituições acadêmicas e laboratórios governamentais trabalhavam ativamente com a tecnologia RFID. A partir dos anos 80 o interesse na tecnologia desenvolveu-se em várias partes do mundo. Os maiores interesses dos Estados Unidos eram a aplicação da tecnologia em transporte, controle pessoal de acesso e identificação de animais. Na mesma década, o Instituto de Tecnologia de Massachussetts (MIT), em conjunto com outros centros de pesquisa, iniciou estudo de uma arquitetura que utilizasse os recursos das tecnologias baseadas em radiofreqüência, para servir como modelo de referência ao desenvolvimento de novas aplicações de rastreamento e localização de produtos. Desse estudo, nasceu o Código Eletrônico de Produtos - EPC (Electronic Product Code). O EPC define uma arquitetura de identificação de produtos que utiliza os recursos proporcionados pelos sinais de radiofreqüência. A década de 90 foi significante para a tecnologia, pois foi presenciada a utilização em larga escala. Em 1991, foi instalado em Oklahoma o primeiro sistema automático de pedágios em estradas.

Pontos relevantes

• Capacidade de armazenamento, leitura e envio dos dados para etiquetas ativas
• Detecção sem necessidade da proximidade da leitora para o reconhecimento dos dados
• Durabilidade das etiquetas com possibilidade de reutilização
• Redução de estoque
• Contagem instantânea de estoque, facilitando os sistemas empresariais de inventário
• Precisão nas informações de armazenamento e velocidade na expedição
• Localização dos itens ainda em processos de busca
• Melhoria no reabastecimento com eliminação de itens faltantes e aqueles com validade vencida
• Prevenção de roubos e falsificação de mercadorias
• Coleta de dados animais ainda no campo
• Processamento de informações nos abatedouros
• Otimização do processo de gestão portuária, permitindo às companhias operarem muito próximo da capacidade nominal dos portos

Funcionamento

Fluxo de transmissão/recepção

Topologia/arquitetura

Elementos

• Antena

A antena ativa o Tag, através de um sinal de rádio, para enviar/trocar informações (no processo de leitura ou escrita). As antenas são fabricadas em diversos tamanhos e formatos, possuindo configurações e características distintas, cada uma para um tipo de aplicação. Quando a antena, o transceiver e o decodificador estão no mesmo invólucro recebem o nome de “leitor”.

• Transceiver e Leitor

O leitor emite freqüências de rádio que são dispersas em diversos sentidos no espaço, desde alguns centímetros até alguns metros, dependendo da saída e da freqüência de rádio utilizada. O leitor opera pela emissão de um campo eletromagnético (radiofreqüência), a fonte que alimenta o Transponder, que, por sua vez, responde ao leitor com o conteúdo de sua memória. Por apresentar essa característica, o equipamento pode ler através de diversos materiais como papel, cimento, plástico, madeira, vidro, etc... Quando o Tag passa pela área de cobertura da antena, o campo magnético é detectado pelo leitor, que decodifica os dados codificados no Tag, passando-os para um computador realizar o processamento.

• Transponder

Os Transponders (ou RF Tags) estão disponíveis em diversos formatos, tais como cartões, pastilhas, argolas e em materiais como plástico, vidro, epóxi, etc. Os Tags têm 2 categorias: Ativos e Passivos. Os primeiros são alimentados por uma bateria interna e permitem processos de escrita e leitura. Os Tags Passivos são do tipo só leitura (read only), usados para curtas distâncias. Nestes, as capacidades de armazenamento variam entre 64 bits e 8 kilobits.

Protocolos e tipos de acesso

Protocolos e Normas / EPC Devido ao desenvolvimento dos sistemas de RFID por diversas marcas em várias bandas de frequência, a criação de protocolos e normas que regulassem os sistemas de RFID era uma tarefa complicada, sobretudo quando não existe um consenso entre os grandes fabricantes de sistemas RFID. No entanto para o funcionamento destes sistemas foi necessária a criação de protocolos de comunicação, estes protocolos estão relacionados com as frequências a que os leitores e tags comunicam entre, assim foram criadas pela ISO (Organização Internacional de Normalização) as seguintes normas:

• ISO 18000-1: a ser padronizada
• ISO 18000-2: para a comunicação frequências abaixo 135 kHz
• ISO 18000-3: para uma frequência operacional em 13,56 MHz
• ISO 18000-4: para uma frequência de 2,45 GHz
• ISO 18000-6: para frequências entre 860 e 930 MHz
• ISO 18000-7: para uma operação em 433 MHz

Recentemente foi criado pela EPCglobal a norma UHF EPCglobal geração 2 (EPC Gen 2) espera-se que brevemente faça parte da serie de normas ISO – 18000. Este protocolo foi criado para facilitar o uso de códigos EPC (Código Electrónico de Produto) que identificam objectos únicos, como por exemplo caixas ou produtos individuais. As normas EPC estabelecem especificações técnicas de RFID e um sistema de numeração para identificação exclusiva e sem falhas. Este EPC não é mais do que um código numérico ou alfanumérico, que em vez de o transportar no tradicional código de barras, passa a transporta-lo numa tags, podendo ainda adicionar mais informação ao logo do trajecto do produto, uma outra diferença entre o código de barras e das tags é que com o código de barras apenas conseguíamos identificar o grupo do produto, e com este sistema para alem de identificarmos o grupo do produto, conseguimos identificar também o produto especifico pois cada tag tem um numero de serie único que lhe é associado.



Uma estrutura de rede EPC caracteriza-se por essencialmente cinco elementos:

Número EPC: Identificador global e único, que serve para realizar consultas sobre o objecto que ele identifica. Etiqueta EPC (tag): Portadora de dados (EPC) que comunica com o leitor por RF. É constituída por memória, microprocessador e por uma antena. Reader/Leitor: Dispositivo de captura de dados; portátil ou fixo, que se conecta à rede EPC. Savant (EPC Middleware): Software que controla os leitores. Pode funcionar com um repositório local de números EPC’s e informações associadas. ONS (Object Name Service): recurso partilhado que possuí informações associadas ao número EPC (equivalente ao DNS para internet). EPCIS (EPC Information Service): Serviço de informações de EPC’s que contém todos os dados relativos a um EPC. (Utiliza PML que é uma linguagem definida em XML, para permitir consultas e obter dados relacionados com os números EPCs).

Estágio atual

Problemas

Como desvantagens, podemos apresentar os seguintes itens:

• O custo elevado da tecnologia RFID em relação aos sistemas de código de barras é um dos principais obstáculos para o aumento de sua aplicação comercial. Atualmente, uma etiqueta inteligente custa nos EUA cerca de 25 centavos de dólar cada, na compra de um milhão de chips. No Brasil, segundo a Associação Brasileira de Automação, esse custo sobe para 80 centavos até 1 dólar a unidade;
• O preço final dos produtos, pois a tecnologia não se limita ao microchip anexado ao produto apenas. Por trás da estrutura estão antenas, leitoras, ferramentas de filtragem das informações e sistemas de comunicação;
• O uso em materiais metálicos e condutivos relativos ao alcance de transmissão das antenas. Como a operação é baseada em campos magnéticos, o metal pode interferir negativamente no desempenho. Entretanto, encapsulamentos especiais podem contornar esse problema fazendo com que automóveis, vagões de trens e contêineres possam ser identificados, resguardadas as limitações com relação às distâncias de leitura. Nesse caso, o alcance das antenas depende da tecnologia e freqüência usadas, podendo variar de poucos centímetros a alguns metros (cerca de 30 metros), dependendo da existência ou não de barreiras;
• A padronização das freqüências utilizadas para que os produtos possam ser lidos por toda a indústria, de maneira uniforme;
• A invasão da privacidade dos consumidores por causa da monitoração das etiquetas coladas nos produtos. Para esses casos existem técnicas de custo alto que, quando o consumidor sai fisicamente de uma loja, a funcionalidade do RFID é automaticamente bloqueada.

Exemplos

• Discos plásticos

Neste formato, o chip, a antena e o enrolamento são embalados em discos plásticos ou de PVC. Estes identificadores são duráveis e reusáveis, e geralmente incluem um furo central para prendedores.

• Cartões

Identificadores RFID podem ser construídos em formatos de cartões. Estes são utilizados principalmente em sistemas de controle de acesso pessoal, bancos e operadoras de cartão de crédito nos chamados “smart cards”.

• Embarcadas

Tags embarcadas são inseridas dentro de objetos comuns, como relógios, roupas e braceletes. É usado geralmente para identificação pessoal podendo ser aplicado à identificação de pacientes e bebês em um hospital.

• Rótulo

São identificadores feitos entre as camadas de papel em um rótulo, chamados rótulos inteligentes. Uma tag tipo rótulo sempre será passiva, pois são fabricadas em uma camada de papel ou adesivo, que receberá uma impressão. As etiquetas inteligentes podem ser utilizadas virtualmente em qualquer produto que utiliza código de barras como forma de identificação, como por exemplo, produtos de supermercado, etiquetas em aeroportos, etiquetas de correios, etc.

• Vidro

Identificadores em cápsulas de vidro foram desenvolvidos para sobreviverem em ambientes corrosivos, líquidos, ou em implantes subcutâneos. Possui tamanho bastante reduzido, sendo utilizado na identificação de animais domésticos e de gado em vários países. Pode ser utilizado também em humanos, possibilitando abrir a porta de casa ou ligar o carro sem a necessidade de chaves.