trazabilidad de productos en almacÉn,...

Trazabilidad de productos en almacén, producto terminado, consumibles, materias primas y despachos realizados en planta, mediante sistemas de información para seguimiento y codificación.

TRAZABILIDAD DE PRODUCTOS EN ALMACÉN, PRODUCTO

TERMINADO, CONSUMIBLES, MATERIAS PRIMAS Y DESPACHOS REALIZADOS EN PLANTA, MEDIANTE

SISTEMAS DE INFORMACIÓN PARA SEGUIMIENTO Y CODIFICACIÓN


1. GENERACIÓN DE INSTRUCTIVOS Y MANUALES PARA EL DISEÑO Y MONTAJES

DE SOLUCIONES EPC

Objetivos Recopilar la información y la experiencia necesarias para realizar la documentación de los diseños de soluciones basadas en RFID para estándares EPC a manera de manuales e instructivos.

Alcance Con la generación de los instructivos y manuales se creará una referencia para el diseño y construcción de soluciones basadas en sistemas de RFID, especialmente utilizando la tecnología EPC.

Metodología Para el cumplimiento de las tareas y procesos necesarios para el cumplimiento de la actividad, se planteará el problema a solucionar, las soluciones que se pueden dar para la solución de dicho problema, análisis de las mejores propuestas, como se llevaran a cabo y una justificación de la solución elegida.

Contenido Los sistemas de identificación por radiofrecuencia o RFID por sus siglas en ingles, es una tecnología inalámbrica de gran aceptación a nivel mundial por su confiabilidad y beneficios en su implementación. La RFID (Radio Frequency IDentification) basa su funcionamiento en la utilización y manipulación de las señales de radiofrecuencia de la parte de menos energía del espectro electromagnético. Dependiendo del tipo de aplicación a desarrollar se pueden utilizar diferentes rangos de frecuencia que oscilan por la baja (LF), alta (HF) o súper alta frecuencia (UHF). Para este caso de estudio se enfocará en el rango de UHF y especialmente en 865,6-867,6 MHz y 902-928 MHz que son los rangos estándares para aplicaciones de RFID estipulados para América y Europa respectivamente. Un sistema de RFID esta compuesto por diversos elementos con funciones específicas y primordiales para el éxito de la función principal, que es la identificación de productos o equipos que posean esta tecnología. A continuación se relaciona los dispositivos empleados en está tecnología.

• Tags: también conocidos como etiquetas inteligentes, son el elemento esencial del sistema. Esta compuesto por un chip y una antena. El chip esta diseñado en microelectrónica y puede variar en sus características técnicas de acuerdo a la función en la que se vaya a emplear.


La principal diferencia de tags es la que se desprende del rango y alcance de lectura. En esta encontramos los tags activos, que tienen su propia fuente de alimentación y por consiguiente mayor alcance y rango de lecturas y los tags pasivos que no tienen su propia alimentación y generan la alimentación del circuito electrónico por inducción magnética a través de su antena. Son mucho más económicos y de buen rendimiento técnico. Otras clasificaciones de los tags pueden ser:

- Por la estructura interna del procesador del chip, es decir es decir el tipo de memoria y la velocidad del procesador.

- Según sus capacidades: en esta división están de acuerdo si son de almacenamiento, micropocesadas o criptográficas.

- Según sus archivos: Pueden contener 3 tipos principales de archivos Archivo Principal (MF), Archivo Dedicado (DF), Archivo Elemental (EF).

- Por sus niveles de seguridad: pueden encontrarse de acceso libre o protegidas por PIN.

La otra parte que conforma el tag es la antena la cual para diseños en UHF debe ser de tipo dipolo, y su diseño puede variar según el fabricante, pero siempre conservando las características técnicas necesarias para obtener su mayor desempeño.

Figura 1. Diferentes tipos de tags.

• Lectoras: Pueden considerarse como el motor del sistema y esta conformado por

una antena de mayor tamaño y potencia que la de los tags y un circuito electrónico


microcontrolado que se encarga de analizar y procesar todos los datos adquiridos así como transmitir información hacia los tags. La antena debe estar sintonizada con las antenas de los tags para garantizar su identificación y transmisión de información.

Las lectoras son equipos de gran valor económico por su alto nivel tecnológico y funciones que desempeñan. Y se pueden comunicar con el sistema central de control a través de conexiones inalámbricas o físicas dependiendo del diseño de la aplicación.

Figura 2. Lector Fijo Intermec

Figura 3. Lector Fijo Sirit

Figura 4. Lector fijo Sensormatic


Figura 5. Lector móvil Symbol Motorola

• Software: Este elemento consiste en un conjunto de aplicaciones que se encargan de revisar y validar reglas lógicas y del producto cada vez que un tag se ubica dentro de los alcances de una antena, y su información es procesada y enviada por una lectora a la aplicación software, la cual ejecuta unas procedimientos ya definidos y almacena los resultados. Según la arquitectura del software empleado las clasificaciones mas importantes son:

- Arquitectura Cliente Servidor: Existe una aplicación que se instala y conecta con el servidor de base de datos, centralizando la información almacenada. Esta tecnología es muy útil en redes de alta velocidad donde el número de ‘estaciones’ es limitada. - Arquitectura Web: Una aplicación es instalada y configurada en un servidor de aplicaciones y los usuarios ingresan desde una Navegador para ejecutar las tareas, los resultados se almacenan en un servidor de bases de datos. Esta tecnología es muy útil en redes de muchas estaciones donde la velocidad no es un factor decisivo.

Para la implementación de un sistema de RFID se debe tener claro que no se realizarán montajes iguales pero sí se puede llevar a cabo un proceso que se puede resumir en los siguientes pasos: Identificación de la necesidad El primer paso para el diseño e implementación de un sistema de RFID es la de identificar la necesidad del cliente, para poder definir parámetros fundamentales en el diseño.

• Rango de frecuencias: para nuestro caso específico se definió la banda UHF por estándar internacional para el manejo de productos de la cadena de suministros. • Ambiente de trabajo: la aplicación se puede desarrollar en ambientes cerrados en los que pueden encontrarse bodegas, industrias, oficinas, entre otras y ambientes al aire libre.


• Útiles existentes: las aplicaciones pueden ser desarrolladas bajo estructuras o sistemas existentes bajo análisis previo de compatibilidad con la implementación RFID. • Tipo de productos: se debe definir de manera clara el producto que se va a etiquetar para identificar su comportamiento ante las señales de RF.

Diseño preliminar Una vez se tengan claras las necesidades y equipos con los que se puede contar, se procede a realizar un diseño preliminar de los equipos que se van a utilizar para definir una propuesta coherente a las necesidades planteadas.

• Tags: de acuerdo a la transparencia del material a etiquetar se elige un tag con su respectivo adhesivo al producto. Se debe tener especial cuidado con materiales metálicos y líquidos que deben tener un adhesivo especial que se conoce como encapsulado. • Lectoras: no difieren mucho en sus características técnicas de una aplicación a otra. Se debe elegir de acuerdo al número de antenas que pueda soportar y el medio de comunicación con el equipo de control central y el número máximo de tags que se deseen procesar por unidad de tiempo. • Antenas: estas antenas se conectan con la lectora y se utilizan de acuerdo a la necesidad a cubrir. Pueden utilizarse de manera individual como puntos de lectura en diferentes etapas del proceso o de manera conjunta mediante un arreglo de estas, el cual debe estar sintonizado previamente para garantizar la confiabilidad de las lecturas y se ubican en un punto específico del proceso. Algunas antenas se conocen como portales y son de gran aceptación y utilización en el desarrollo de las aplicaciones. • Software: Como elemento principal se debe tener claro la arquitectura de la aplicaciones junto con los alcances puntuales de la misma. El desconocer exactamente que es lo que se quiere hacer puede producir demoras y gastos adicionales de tiempo y esfuerzo. Se recomienda tener un diseño UML a fin de dejar un registro escrito de los alcances del mismo. Es necesario recordar que el UML se orienta en el ‘QUE’ más no en el ‘COMO’.

Desarrollo de la aplicación

Una vez se defina y apruebe el diseño realizado se procede a su desarrollo. Para esto se deben tener en cuenta varias consideraciones entre las que se puede mencionar:

Etiquetado: dependiendo del producto a etiquetar puede ser el proceso mas critico dentro de la etapa de implementación del sistema de RFID. Esto se debe a las interferencias que pueden generar a las ondas electromagnéticas de RF algún tipo de materiales, por lo que se pueden presentar efectos de reflexión, refracción o absorción


de la señal que se refleja en perdidas de información, perdida de potencia en la señal y otros factores que no permiten una buena comunicación. Se debe tener especial cuidado en el etiquetado de materiales metálicos, para los cuales se deben realizar pruebas para determinar la mejor localización del tag en el producto a etiquetar. Un tag mal localizado puede ser un producto no leído y un aporte a las perdidas del cliente. • Sintonización de antenas: si el desarrollo del sistema tiene estimado la implementación de un portal de lectura se deben tener muy en cuenta la sintonización de las antenas ubicadas para evitar las pérdidas y aumentar así su eficiencia. Este procedimiento de sintonización se realiza con equipos de lectura especializados y se recomienda realizarse en el ambiente donde se quedará la aplicación para poder tener en cuenta todos los factores que puedan afectar la sintonización de las antenas, como el ruido eléctrico y la proximidad de materiales metálicos. • Configuración de la lectora: una vez sintonizadas las antenas y conectadas a la lectora se procederá a configurarla con el software de control y comprobación de la comunicación que se vaya a implementar ya sea física o inalámbrica. • Software: El desarrollo de las aplicaciones comienza con el diseño e implementación de la base de datos. Este elemento es de particular importancia, ya que un mal diseño puede crear información redundante e imprecisa. El estudio del estándar EPC para codificación de productos es un elemento clave del éxito en el manejo de base de datos, ya que esto puede simplificar lo procesos de transferencia de información con las base de datos globales de EPC. Desde el punto de vista de la codificación. Una vez seleccionada la arquitectura más adecuada al proyecto, el siguiente paso es seleccionar las herramientas necesarias y evaluar la experiencia del grupo de desarrollo en dichas herramientas. NO necesariamente la herramienta de desarrollo más reciente es la mas adecuada. En selección de la herramienta de desarrollo deben considerarse que los fabricantes poseen kits de desarrollo o SDK, los cuales han implementado funcionalidades para facilitar el trabajo de los programadores. Una mala selección de la herramienta de desarrollo, puede ser incompatible con el SDK proporcionado por el fabricante, reduciendo o eliminando las comunicación del software con el hardware.

Pruebas de funcionalidad La funcionalidad y buen desarrollo de la aplicación debe ser corroborada por lo cual se debe realizar pruebas pilotos que permitan monitorear su funcionamiento y si es posible compararlo con sistemas existentes para evaluar resultados y tomar medidas correctivas de ser necesarias.

Ejemplos de posiciones incorrectas Cuando el tag no se ubica directamente hacia la antena, puede presentar problemas en su lectura.


Figura 6. Ubicación del tag incorrecta

Los tags deben conservar una distancia entre ellos, es decir, que para evitar problemas de lecturas entre unos y otros con la lectora deben conservar una distancia prudente conocida como distancia relativa.

Figura 7. Distancias relativas

Otro inconveniente que se puede presentar y generar errores en la lectura es la distancia entre los tags y la lectora, esta debe ser la mínima posible, para lo que se recomienda ubicar hacia la parte externa del pallet los tags de las cajas que se encuentra en el exterior.

Figura 8. Puntos de lectura


Figura 9. Ubicación optima del tag

En las aplicaciones donde se desarrollan portales de lectura se debe tener presente y muy en cuenta la localización de las antenas para la ubicación de los productos sobre el pallet porque de esta colocación dependerá en gran parte el éxito de las lecturas.

Figura 10. Orientación equivocada sobre el pallet

Figura 11. Orientación correcta sobre el pallet


Glosario

• Chip: circuito electrónico integrado en el cual están incorporados millones de dispositivos organizados para cumplir una función específica.

• Criptografía: es el arte de ocultar y proteger datos o información para ser transmitidas generalmente por un medio inalámbrico. Un mensaje encriptado solo puede ser leído por el medio que conozca el medio de descifrarlo.

• Dipolo: antena que tiene una alimentación central cuya distancia varia de acuerdo a la

longitud de onda de la frecuencia de trabajo y se usa especialmente para recibir y transmitir señales de RF.

• RF: siglas con las que se identifica la radiofrecuencia, que es el espectro comprendido

entre 3 Hz y 3.000.000.000 Hz

Recomendaciones y Conclusiones

• Una recomendación especial es analizar detalladamente los requerimientos de la aplicación que se va a desarrollar, es decir el ambiente de trabajo, las necesidades del cliente, el rango de RF que se adapta mejor a la necesidad y todos los factores que puedan afectar el desarrollo y funcionamiento del sistema de RFID.

• Escoger los proveedores de los equipos de RFID que cubran mejor las características técnicas del diseño, ofrezcan soporte técnico y sean comercialmente viables.

• La implementación de un sistema de RFID utilizando tecnología EPC debe ser desarrollada bajo UHF en cualquiera de las 2 bandas aprobadas (862MHz, 926 MHz), y regida bajo los estándares de la norma ISO 18000-6.

• Se debe tener especial cuidado en el desarrollo de los protocolos de pruebas del sistema cuando se presenten materiales que interfieran las señales de RF como algunos líquidos, algunos tipos de vidrio y metales especialmente, para poder resolver contratiempos que se presenten de manera eficaz.

Anexos

Manuales de usuario

• Lectora if5.pdf

http://directoriorfid.com/_images/322/Lector_IF5_Intermec.pdf

• Lectora in200.pdf

http://www.intermec.com/products/rfid/fixed_readers/index.aspx

• EPCglobal Gen 2 RFID Reader.pdf

http://www.sensormatic.com/Products/RFID/RFIDProducts/RFIDReaders.aspx

• MC9090-G_RFID.pdf

http://www.symbol.com/rd5000


2. DETERMINACIÓN DE NECESIDADES DE INFRAESTRUCTURA DE PRUEBAS Y

SIMULACIÓN A NIVEL DE CAPA FÍSICA, E INFRAESTRUCTURA DE HARDWARE Y SOFTWARE.

Descripción de las necesidades para la implementación de la arquitectura software para pruebas de rfid Para definir las necesidades para la implementación de la arquitectura de software para RFID, se realizó una prueba de funcionamiento de con dos lectoras Texas Instruments con tags de alta frecuencia, bajo el estándar ISO 15693 y una lectora de Intermec. Con esta prueba y con el análisis de la arquitectura del esquema general se determinan las necesidades prima para la implementación de la infraestructura de pruebas

Desarrollo de prototipos para la determinación de necesidades para la infraestructura de pruebas a nivel de software Se desarrollaron dos prototipos iniciales para conocer el funcionamiento en cuanto a software de las aplicaciones basada en RFID en HF con lectoras de Texas Instruments y adicionalmente se estudio la configuración y funcionamiento de una lectora de UHF sensormatic. Para realizar la aplicación se analizaron tres elementos primordiales que son:

• La estructura de almacenamiento de los tags. • El componente de cada fabricante y los comandos del lector. • La integración de los programas con los componentes de cada fabricante.

Estructura y almacenamiento en los tags En cuanto la estructura de almacenamiento de los tags depende mucho de que estándar se utilice y de la capacidad de almacenamiento del tag. Para el desarrollo de la prueba, los tags que se utilizaron tienen 2KB de memoria para almacenamiento de datos en HF, estos tags tienen 64 bloques de 32 bits cada uno 2048 bits en total. Para el caso del estándar ISO IEC 15693 estándar sobre el cual se realizaron las pruebas y define la siguiente estructura para los tags de radiofrecuencia. Formato del UID. Los tags contienen un identificador único (UID) de 64 bits, que se utiliza para identificar de manera distintiva a una tarjeta de otra e intercambiar datos con un lector. El formato del UID, tiene la siguiente distribución:

Bit 64 al 57 Bit 56 al 49 Bit 48 al 1 E0 Código del fabricante Número de serial único


Organización de la memoria. La memoria de la tarjeta está organizada en bloques de bytes. El acceso a la memoria se hace a través de los bloques y no de manera individual por bytes. La memoria tiene la siguiente organización:

Bit 16 al 14 Bit 13 al 9 Bit 8 al 1

RFU Tamaño del bloque en bytes

Número de bloques

El tamaño del bloque se expresa en 5 bits, lo que permite representar hasta 32 bytes. El número de bloques se encuentra definido en 8 bits, lo que permite representar hasta 256 bloques. Los últimos 3 bits (RFU) se encuentran reservados para uso futuro. Este esquema de almacenamiento limita el almacenamiento total de la tarjeta a 8Kb (8192 bytes) Los deben ser almacenados en la tarjeta en código de forma hexadecimal. Para ahorrar espacio en memoria.

Componente software del fabricante Algunos fabricantes proveen de librerías y componentes para la comunicación entre la lectora y las antenas de RFID. Otros fabricantes incluyen dentro de la lectora el sistema operativo donde aplicación donde a través de comandos se le envía la respectiva instrucción al lector. Los fabricantes que incluyen un componente para el desarrollo de la aplicación o proveen de una aplicación una aplicación de muestra con todas las opciones de configuración y para operaciones con los tags. Dentro de las operaciones más comunes que proveen estos componentes y en casi para todos los protocoles se encuentran las siguientes:

• Inventory: Función para detectar o hacer inventario de tags próximos a la antena. • Read Sigle Block: Función para leer un solo bloque, como parámetro recibe el

número de bloque que se quiere leer. • Read Múltiple Blocks: Función para leer múltiples bloques, como parámetros

recibe el bloque inicial y el numero de bloques que requiere leer. • Write Single Blocks: Función para escribir un solo bloque, como parámetro recibe

el número de bloque que se requiere para escribir. • Write Multiple Blocks: Función para escribir múltiples bloques, como parámetro

recibe el bloque inicial y el número de bloques que requiere escribir. • Stay Quiet: Comando para activar la seguridad de los tags, para prevenir que

transmita su señal tan pronto le envíen un comando de inventory. • Lock: Comando o función para bloquea contra escritura o lectura un tag o serie de

tags • Select: Seleccionar el estado especifico de un tag. • Reset to Ready: Reiniciar un tag para borrar toda su información y reiniciarlo con

los valores por default.


Para las lectoras que no tienen un componente específico para la implementación de software, pero en vez de ese componente, incorporan un software para la administración de la lectora a través de comandos enviados por el puerto serial o por el puerto TCP de Ethernet. En este tipo de lectoras los comandos son enviados a través de comandos basados en la estructura XML1 donde se define la estructura de comandos de la siguiente manera.

<command> <id>8765</id> <readerDevice> [Aquí se programa los comandos] </readerDevice> </command>

La ventaja de este tipo de lectoras es que al generar el comando a través de la estructura de XML es totalmente integrable con cualquier aplicación software dado que es un estándar de muy buena aceptación en el desarrollo de software y en Internet.

Integración de los programas con el componente Respecto a las lectoras algunos proveedores tienen librerías para la utilización de las lectoras y programación del comando. En el caso de Texas Instruments por dar un ejemplo, ellos proveen de librerías en dll para realizar la configuración y el control de las lectoras. Lo anterior implica un mayor esfuerzo en la parte programática por parte de los ingenieros de desarrollo, pues deben acoplar a través de código estos componentes a la aplicación que se desee desarrollar. En el caso de otros proveedores como Intermec cada lectora tiene un sistema operativo que se configura y se controla por medio de comandos a través del puerto serial o puerto Ethernet utilizando comandos bajo una estructura de xml. Esto hace que este tipo de antenas lectoras se integren fácilmente con cualquier sistema operativo En este punto, es importante saber seleccionar el tipo de lectora, ya que uno de los factores de decisión seria el sistema operativo, desde donde se controlaría la lectora a través del software desarrollado.

Prototipo para ventas utilizando RFID Se desarrollo una aplicación que realiza el registro de venta de productos. Estos productos llevan un tag de RFID de HF. El objetivo de este prototipo era el de comprender el funcionamiento de la tecnología de RFID. Los procesos de principales o funcionalidades principales fueron 2; leer datos de los tags, escribir datos en los tags y comunicación serial de la antena. 1 XML: eXtensible Markup Language. Lenguaje extensible de marcas u etiquetas,. Es un estándar utilizado para el intercambio de datos en Internet


Figura 12. Diagrama de registro del producto y marcación del mismo Para ello se utilizó un modelo de antena de RFID de Texas Instruments. Modelo S6500 HF. Este modelo provee de unos componentes llamados FECOM y FEISC en .dll para Sistema operativo Windows, donde incluye funciones para lectura, programación de los tags, modos de operación de la antena entre otras funcionalidades programática. El primer paso fue desarrollar un modulo para registro e identificación del producto. En este modulo, no se utilizaron todos los bloques de almacenamiento del tag, sólo se utilizo el bloque de UID como identificador único del tag que se asocio al producto. Este proceso es el que le llamaríamos marcado e identificación, así como lo ilustra la figura 1. El tag se ubicó sobre el producto a manera de etiqueta adhesiva, o en el interior del mismo. Ese producto era pasado por la antena lectora o escritora (En este caso se puede configurar tanto para leer y para escribir de acuerdo con los comandos), y desde el software se reconocía el UID del tag y lo asocia con en un campo en la tabla de productos en la base de datos. Hay que aclarar que en este primer prototipo sólo se utilizó el bloque del UID del tag, no se almacenaron datos en el tag, por que el objetivo era conocer el funcionamiento de RFID. Posteriormente de identificar y almacenar el UID asociado al producto en la base de datos se realizó el módulo de ventas. Este módulo identifica el producto a través del tag ubicado en su superficie. Lo anterior permitió realizar e implementar algunos tipos de validaciones en cuando a capacidad de lecturas, y procesamiento de datos que vienen del lector, velocidad de la lectora, y controles a implementarse a nivel de software. Algunos de los controles implementados fue la doble lectura del mismo producto. Cuando un producto es pasado por al antena dos veces el software o el control, detecta que el producto ya ha sido agregado a la lista.


Figura 13. Módulo de registro y marcación con RFID de productos El escenario específico es: El comprador selecciona el producto del estante se dirige hacia el vendedor que tiene un sistema POS. En la ubicación del vendedor esta la antena ubicada estratégicamente de tal manera que el campo electromagnético cubra el área de lectura por ahí pasan los productos y el sistema POS que incorpora un modulo de RFID identifica, consulta y agrega los productos por unidad y su respectivo precio e IVA, tal como lo muestran las siguientes figuras:

Comprador

Comprador

Comprador

Datos

Servidor

Producto

Vendedor

Selecciona el producto

Paga el producto

Figura 14. Diagrama general del funcionamiento del primer prototipo para ventas


Figura 15. Identificando el producto a través del software En la figura anterior nótese el código del item donde se ve claramente el UID que se asocio al producto identificado.

Figura 16. Probando controles a nivel de software en identificación


En la figura anterior se implementó un control de identificación; comparando con el artículo producto que ya había pasado por el campo electromagnético de la antena. El prototipo sirvió para conocer el funcionamiento de un sistema de RFID y poder comprender los múltiples procesos que abarca desde la identificación y procesamiento de la información en sistemas POS.

Prototipo para smart cards El objetivo de este prototipo es reconocer el proceso de grabación de datos dentro de los tags. Esta pequeña aplicación es el resultado de una implementación de valores de recarga en dinero para consumos en medidores de unos electrónicos prepagados utilizando tarjetas con RFID con ISO 15693 HF. La lectora que se utilizo para este prototipo es una lectora de vecindad2 de la Texas instruments modelo TRF796 EVM. Para la configuración de la información en las tarjetas se decidió representar los datos de forma hexadecimal. En la tarjeta se utilizarán los 6 primeros bloques, que tendrán la siguiente estructura y definición:

• Bloques 00-01: En estos bloques se almacenará la información del MAC o identificador único asociado al medidor electrónico prepago. Debido a que este identificador tiene la estructura de un número IP dividido en cuatro segmentos, el bloque 00 almacenará la información de los dígitos de los dos primeros segmentos y el bloque 01 de los dos últimos segmentos.

• Bloque 02: Se almacenará el valor de la recarga del medidor. Este valor será entero.

• Bloque 03-04: Se guardará información del valor Kw/h. En el bloque 03 se almacenará la parte entera de este valor, y en el bloque 04 se almacenará la parte decimal.

• Bloque 05: Se mantendrá la información del estado de la tarjeta, donde 1 representa que la tarjeta se encuentra recargada y 0 indica que la tarjeta ya se ha cargado al medidor.

BLOQUE VALOR

00 Identificador del medidor – MAC 01 02 Valor de recarga 03 Valor KW/h

(03 parte entera y 04 parte decimal) 04

05 Estado de la tarjeta (0–Descargada / 1–Cargada)

2 Lectora de vecindad: Es una lectora muy pequeña de un campo de acción de 10 a 20 centímetros y de polarización circular. Utilizada para aplicaciones de Smart Card.


Como ejemplo, se establecieron los siguientes datos para una tarjeta de un medidor electrónico prepago, que consta de 64 bloques de 32 bits cada uno, para un total de 2048 bits (256 bytes) de almacenamiento posible:

MAC = 885.322.229.296 Valor Recarga = $40000 Costo Kw/h = $281,54 Estado = 1

Para almacenar los datos en la tarjeta se debe hacer la correspondiente transformación a hexadecimal, que corresponde a la siguiente estructura de valores: MAC 885.322.229.296 Para el bloque 00 se toman los primeros 2 segmentos 885322 = D824A Para el bloque 01 se toman los últimos 2 segmentos 229296 = 37FB0 Valor Recarga $40000 Para el bloque 02 se toma el valor 40000 = 9C40 Costo Kw/h $281,54 Para el bloque 03 se toma la parte entera 281 = 119 Para el bloque 04 se toma la parte decimal 54 = 36 Estado 1 (Cargada) Para el bloque 05 se toma el valor 1 = 1 En cada bloque se deben completar las 8 posiciones hexadecimales, rellenando el valor del bloque con ceros a la izquierda; esto contribuirá al correcto funcionamiento del proceso de lectura/escritura en la tarjeta.

BLOQUE 00 01 02 03 04 05 VALOR 000D824A 00037FB0 00009C40 00000119 00000036 00000001

El componente desarrollado lee los valores recarga de un archivo plano donde se almacenan temporalmente y el componente los toma y los almacena en cada uno de los bloques de la tarjeta inteligente utilizando la antena lectora de RFID. La estructura del archivo es la siguiente:

Archivo Input.txt 000D824A00037FB000009C40000001190000003600000001

Como se puede apreciar esta cadena va dentro de el archivo input.txt ahí se encuentran cada uno de los datos a ser almacenados en cada uno de los bloques utilizando el comando de escritura de múltiples bloques.


Figura 17. Componente modificado para la escritura en la tarjeta inteligente con el modelo de lectora TRF796 EVM

En la figura anterior ese mensaje que se despliega en cadena de transmisión es leído desde el archivo de texto input.txt donde se almacenaran los valores a guardar en la tarjeta inteligente. Estos dos prototipos permitieron comprender la tecnología RFID. Ahora con base a esos programas realizados y con base a la estudio de los tags y cada uno de los estándares se determinaron las necesidades para una estructura de pruebas a nivel de software.

NECESIDADES PARA SIMULACION A NIVEL DE SOFTWARE Y CAPA FISICA Con los prototipos desarrollados y con los recursos hardware y software que han ido llegando, se determinaron para cada frecuencia las necesidades a nivel de capa física y a nivel de software, y los elementos principales que se requieren para implementar las distintas aplicaciones planteadas en el proyecto. De acuerdo con el tipo de aplicaciones a implementar y de acuerdo con la pruebas preeliminares realizadas con algunas lectoras en HF, se trabajaran 2 niveles de frecuencia para la aplicaciones; ellas son: HF(Alta frecuencia) de 13.56 Mhz y UHF(Ultra alta frecuencia) 800 a 900 Mhz para aplicaciones de mayor escala.


FRECUENCIA

APLICACIONES ELEMENTOS DE CAPA FISICA

ELEMENTOS DE SOFTWARE

ELEMENTOS DE CAPA DE APLICACION

HF Sistemas con tarjetas inteligentes. “Control de accesos”

Para los protocolos ISO 14443 A, ISO 14443 B, ISO 156931, Tag-It y EPC Las lectoras deben proveer Comunicación con un PC a través de protocolos de comunicación USB, RS232, RS485. Concentradores y controladores hardware de comunicación, procesamiento y almacenamiento temporal. Para conectar varias lectoras al mismo sistema y que incluyan procedimientos de seguridad como encriptamiento de la información, anti sniffer entre otros. Interfaces para adaptarlos al protocolo de ethernet en caso de requerirlo y amplificadores de la señal. Una maquina servidor con direccion IP fija dentro de la red LAN

Se hace necesario para la integración con el software desarrollar un componente para comunicaciones USB, RS232 ó RS485. Archivos de intercambio en caso de requerir la integración con otros tipos de sistemas en otras arquitecturas Bases de datos donde se almacenaran los datos relacionados con las aplicaciones de sistemas de tarjetas inteligentes. Un componente para la integración con las bases de datos EPC. Especialmente este componente se debe conectar a través de TCP/IP validando y descargando los códigos autorizados de EPC

Interfaces de usuario para cada proceso sin que el usuario intervenga en la operación de RFID, es decir que se hagan de una manera totalmente transparente. Las interfaces deben trabajar en ambiente Web para que su administración y mantenimiento sean menos costosos.

UHF Control y seguimiento de productos en bodegas abiertas y cerradas Control y seguimiento de activos Trazabilidad de productos con el estándar EPC

Para los protocolos ISO 18000 y EPC: Las lectoras deben proveer Comunicación con un PC a través de protocolos de comunicación USB, RS232, RS485 y ethernet TCP/IP Dentro de esos puertos se debe configurar un

Archivos de intercambio en caso de requerir la integración con otros tipos de sistemas en otras arquitecturas Bases de datos donde se almacenaran los datos relacionados con las aplicaciones de control y

Interfaces de usuario para cada proceso sin que el usuario intervenga en la operación de RFID, es decir que se hagan de una manera totalmente transparente. Las interfaces deben trabajar en


hardware adicional para control visual ya que este tipo de aplicaciones lo exige cuando están en campo abierto. Concentradores:. En este caso las lectoras que posean puerto Ethernet serán conectadas a switches en caso de requerir ampliar la red. En caso de que las lectoras se manejen por puerto con protocolo RS232 o RS485 si la aplicación lo exige se debe realizar un componente hardware de interfaz para enviar los datos vía TCP/IP. Generalmente las lectoras vienen con cada uno de los protocolos. Visualizadores de lecturas. Para iniciar podrían ser pantallas LCD donde se despliegue mensajes de control. Ejm. Autorizado o no autorizado. Una maquina servidor con direccion IP fija dentro de la red LAN

seguimiento de productos o activos. Un componente software para el control de los comandos desde la interfaz del usuario que este compuesto por un parser de XML. Parsers o interpretadores de XML dado que las instrucciones ó comandos de la lectora en UHF vienen en el estándar XML. Un componente para la integración con las bases de datos EPC. Especialmente este componente se debe conectar a través de TCP/IP validando y descargando los códigos autorizados de EPC También podría ser basado en XML. En este punto depende de cómo sea el proceso de actualización de los códigos EPC de acuerdo con el procedimiento de GS1 Colombia.

ambiente Web para que su administración y mantenimiento sean menos costosos.

Tabla 1 necesidades para simulación y pruebas con RFID a nivel de software y capa física


OTRAS CONSIDERACIONES DE SOFTWARE

NIVEL DE CAPA DE PERSISTENCIA BD RFID: Base de datos propia de la aplicación de RFID. En ella se almacenaran los datos correspondientes al control y operación del sistema de radio frecuencia. También datos relacionados con la operación a primera instancia como productos, inventarios, usuarios entre otros que interactuarán con el sistema RFID. Después estos datos se integrarán con otro sistemas de base de datos generalmente con la base de datos de la empresa.

COMPONENTECONTROL

HARDWARESISTEMA SOFTWARE PARA RFID

COMPONENTELECTURA

ESCRITURA

SISTEMA SOFTWARE EMPRESARIAL

COMPONENTECONCENTRADOR

HARDWARE

BD RFID

BD EPC

RedCOMPONENTEINTEGRACION

SISTEMAS

COMPONENTEEPC

BD EMPRESARIAL

COMPONENTESOFTWARE MOVIL

SISTEMA PROVEEDOR DE CODIGOS EPC

Figura 17. Esquema General de software para la aplicación de RFID

BD EMPRESARIAL: Base de datos propietaria de la empresa a la que se implementará el sistema de radiofrecuencia para las operaciones que requiera. En ella estarán


almacenados todos los datos de la empresa clientes, productos, inventarios entre otros datos. BD EPC: Base de datos de códigos EPC, que se utilizarán en caso de que la empresa u organización requiera implementar dentro del sistema de seguimiento en la cadena de valor los productos identificados con código EPC.

NIVEL DE CAPA DE PERSISTENCIA Dada la gran cantidad de datos en masa que son enviados desde los lectores hacia lel comonente de control de lectura y escritura a base de datos BD RFID, se requiere de un motor de base de datos estable y robusto con gran capacidad de almacenamiento. Debido a que las aplicaciones a desarrollar leerán y procesaran gran cantidad los datos generados por las lectoras incorporadas el sistema de RFID. Adicionalmente el motor de base de datos, soporte los estándares más comunes de base de datos para que se pueda integrar fácilmente con las bases de datos empresariales de las organizaciones donde se implemente el sistema de RFID. Dentro de los estándares encontramos: MyISAM , InnoDB, InnoBase, MERGE, MRGISAM. El componente de control de lecturas a nivel de software es un elemento indispensable al momento de realizar las pruebas. Este elemento podrá interpretar los resultados que envía la lectora a través de alguno de los puntos con protocolos específicos ya sea RS232. Rs485, USB o Ethernet.

NIVEL DE CAPA LÓGICA En esta capa localizamos el diseño, casos de uso y escenarios y cada uno de los componentes del sistema software RFID que se necesitan implementar. Dentro de los componentes encontramos: Componente Software Móvil: El objetivo de este componente es poder tomar lecturas de radio frecuencia desde dispositivos móviles como los PDA3, permitiendo recolectar los datos de los tags in situ ó en lugares donde no es posible colocar una infraestructura de red para RFID. Este componente, deberá funcionar de forma autónoma y con conexión al sistema de manera inalámbrica u desconectada con sincronización de datos. Componente Software Lectura Escritura: El objetivo de este componente es poder leer y escribir en los tags de radiofrecuencia la información relacionada con el objeto a trazar. En este caso este componente grabará la información sobre los tags y también leerá la información de los tags utilizando el componente controlador de hardware que provee cada fabricante de antenas y deberá realizar estas lecturas de manera rápida. En sistemas RFID UHF con lectoras Intermec se hace necesario que este componente incluya un parser de XML para los comandos de la lectora y así poder utilizar los comandos de lectura y escritura en los tags. 3 PDA Personal Digital Assitant


Componente Software para el Control y Comunicación con el Hardware: El objetivo de este componente es poder controlar la transmisión de datos entre la antena y el componente software de escritura y lectura. Generalmente es una interfaz que provee cada fabricante de antenas para radio frecuencia. Este componente permitirá conectarse a las lectoras de RIFD algunas lectoras ya incluyen este componente dentro de su sistema operativo para el caso de la lectora Intermec en el caso de las lectoras Texas Instruments hay que construir un programa componente para realizar control de comunicaciones, Componente Software para la Integración con los Sistemas Empresariales: El objetivo de este componente es poder integrar y/o ensamblar la aplicación software de RFID con los sistemas empresariales de las empresas. Se hace necesario implementar un procedimiento de intercambio de datos a través de archivos planos. Componente Software para la Integración con Sistemas EPC: El objetivo de este componente es poder incorporar a la aplicación software de RFID los códigos EPC y llevar un control de los mismos dentro de la aplicación. Es te punto dependerá del proceso establecido por GS1 Colombia. Para el desarrollo de estos componentes se requiere la utilización de lenguajes de programación de alto nivel pueden ser tanto herramientas comerciales como herramientas libres, que permitan y sean compatibles con los componentes de software de cada fabricante de antenas.

CAPA DE PRESENTACIÓN Y APLICACIÓN La idea es que los desarrollos de RFID sean aplicaciones sean Web Enabled para la parte operativa. Sin embargo, dependerá de los requerimientos finales de cada tipo de aplicación con el que se probará la aplicación software de RFID.

INFRAESTRUCTURA DE HARDWARE Generar un protocolo de pruebas de un sistema RFID requiere de mucha atención y realizarlo de manera personalizada para cada aplicación. No es lo mismo realizar pruebas de lectura en sistemas con productos transparentes que productos con algún factor de interferencia (absorción, reflexión, difracción, efecto dieléctrico). Como tampoco realizar pruebas en un sitio de condiciones ideales a un lugar de trabajo real de la aplicación donde estarán presentes todos los factores de interferencia y alteración de las señales de Radiofrecuencia. Como primer paso se debe aclarar la aplicación que se desarrollará. Una vez conocidas las necesidades del usuario del sistema de RFID y habiendo realizado el diseño e implementación de los equipos necesarios, se debe proceder a realizar la verificación de los diseños efectuados y el comportamiento de los equipos de acuerdo a las hojas técnicas entregadas por los fabricantes de los mismos.


Para ser mas explícitos se debe aclarar los procedimientos y pruebas generales que se deben realizar en cada uno de los ambientes en los que se pueden implementar los sistemas RFID.

PRODUCTOS METÁLICOS Para realizar la lectura en productos metálicos se debe tener en cuenta la ubicación de los tags en dichos productos con respecto a la antena lectora, ya que la reflexión de las señales de radiofrecuencia en la superficie metálica crean señales que afectan la lectura de la señal original, provocando errores en la identificación del producto.

Fuente: www.rfid-magazine.com

Figura 18. Esquema de lectura optima en productos metálicos

NECESIDADES PARA EL DESARROLLO DE LA PRUEBA Se debe ubicar el tag sobre el producto y hacerlo pasar por el portal de lectura en varias ocasiones. (Para efectos de la prueba tomar diez lecturas por cada ubicación del tag). Observar los resultados de las lecturas y documentarlos para el análisis posterior. Se recomienda a la hora de fijar el tag sobre el producto metálico, ubicarlo lo mas separado posible de la superficie, de modo que el metal interfiera lo menos posible dentro de la lectura. Las pruebas para garantizar la eficiencia de lectura del tag se basan en ubicarlo a diferentes distancias de la superficie que van a diferir con la capacidad de anclaje que nos de el encapsulado del tag, siempre garantizando la adherencia del tag al producto. Documentar los resultados incluyendo las distancias de anclaje para posterior análisis.


Terminadas las pruebas de lectura del tag, se debe comprobar la comunicación entre la antena y el equipo lector. Para esto se debe comprobar las conexiones físicas realizadas entre la antena y lector así como el estado de los equipos que en su mayoría se monitorean desde la lectora por indicadores visuales, o a través de equipos externos que permitan medir valores de impedancia, tensión y sintonización.

PRODUCTOS TEXTILES Por estar catalogados como materiales transparentes, es decir que no ofrecen ninguna interferencia a las señales de radiofrecuencia, los textiles, plásticos y papeles garantizan una mayor confiabilidad en las lecturas y seguridad en la implementación de sistemas de RFID. Las pruebas requeridas para estos sistemas no difieren mucho de las efectuadas con productos metálicos pero con la diferencia que se realizan para comprobar el mejor funcionamiento y no para evitar caer en zonas oscuras de malas lecturas. La confiabilidad en las lecturas de tags en productos textiles es del 100%, se realizan las pruebas de ubicación del tag para confirmar esta precisión y obtener el mejor sitio de anclaje que permita una mayor vida y conservación del tag, el cual será incorporado al producto mediante un adhesivo y no un encapsulado plástico como se hizo en los productos metálicos. Aunque sea tan eficiente el sistema de lectura, no se debe omitir la ubicación del tag con respecto al portal de lectura y la separación con respecto a otros tags para evitar dificultades de la lectura que tienen que ver más con el modelo del tag disponibles en el mercado, que con el diseño o la implementación del sistema. Afortunadamente este inconveniente esta siendo solucionado con los nuevos modelos desarrollados. A continuación se detallan algunos modelos:

Figura 19. Tag Alien Technology flexible de UHF Gen1 de bajo costo

Figura 20. Tag Alien Technology flexible de UHF Gen1 de alto rendimiento y etiquetajes

difíciles


Figura 21. Tag UHF de AsTag

Figura 22.Tag UHF Gen2 de Texas Instruments

Figura 23. Tag rígido para superficies metálicas y resistentes a entornos agresivos

RADIO FRECUENCIA APLICADA AL SEGUIMIENTO DE ACTIVOS En cuanto a la utilización de esta tecnología en el seguimiento y trazabilidad de activos cabe destacar que no existe una normativa que discrimine la implementación de la tecnología a cierto tipo de productos, pero si se han creado informes técnicos con recomendaciones basadas en el comportamiento de diferentes materiales en la banda de UHF. Un objeto puede ser transparente, absorbente o reflejante a la radio frecuencia (RF). La mayoría de los objetos exhiben una combinación de los tres, debido a los materiales usados para su fabricación. Por ejemplo es normal que cualquier artículo que se compré hoy en día pueda tener una parte metálica, otra plástica y una líquida. Como es de suponer las superficies metálicas reflejan más que las plásticas, pero se va a analizar la longitud de onda que juega un rol muy importante. A grandes rasgos y para no complicarlo, se puede decir que puede haber dos tipos de objetos en relación a la frecuencia:


• Rango Rayleigh: la longitud de onda es de mayor tamaño que las dimensiones del objeto, por ejemplo objetos más pequeños que la mitad del tamaño de la longitud de onda. En este caso los efectos de reflexión se pueden descartar en la práctica. • Rango óptico: la longitud de onda es menor que el tamaño del objeto. En este caso, sólo la geometría y la posición del objeto influencian la onda reflejada.

Figura 24. Fuente: www.rfid-magazine.com (aspectos físicos de la tecnología RFID)

En la imagen se puede observar dos comportamientos muy distintos en el campo RF. El producto situado a la izquierda tiene un comportamiento uniforme porque es un objeto transparente. Pero en la derecha se tiene efectos como absorción provocada por líquido, atenuación por cristal y reflexión por metal. Como es de suponer, en este segundo caso es mucho mayor el reto de etiquetar el objeto porque hay menos áreas donde el tag pueda acoplarse a la señal. Las inmersiones del área que hay en el objeto de la derecha son zonas oscuras llamadas Nulls, donde hay poca o nada de energía RF, por lo que un tag situado próximo a estas zonas no pueden ser leídos efectivamente por el dispositivo lector RFID. Para superar estos efectos las antenas de los tags pueden ser diseñadas para trabajar en entornos especiales (metales, líquidos, etc.) y seguir cuidadosamente unos pasos que permitan brindar una mayor confiabilidad en la marcación y lectura de los objetos.

• Identificar el tipo de material del objeto. • Evaluar la incidencia del material en efectos de absorción o reflexión. • Analizar y escoger diferentes zonas de posible etiquetaje. • Empezar a desarrollar las pruebas.

Siguiendo estos pasos aunque no se puede garantizar el 100% de efectividad sí se da un gran paso y avance en el éxito de las aplicaciones que se vayan a desarrollar.


BIBLIOGRAFÍA

MYLYY, Oleksandr: RFID Data Management, Aggregation and Filtering, Seminar RFID Technology, 2007

http://ti.com/rfid/shtml/doc-center-technotes.shtml, Notas tecnicas de la Texas Instruments

GAO RFID Technical Team, Understanding RFID, RFDesign 2007.

www.rfid-magazine.com, Los aspectos físicos detrás de la tecnología RFID.

trazabilidad de productos en almacÉn,...

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