Nombre: Informe 2

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.
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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
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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.
Figura 4.
Lector Fijo Sirit
Lector fijo Sensormatic
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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.
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• 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:
ƒ 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
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sistemas de información para seguimiento y codificación.
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.
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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
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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
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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
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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
infraestructura de pruebas a nivel de software
de
necesidades
para
la
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
E0
Bit 56 al 49
Código del fabricante
Bit 48 al 1
Número de serial único
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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
Tamaño del bloque en
Número de
bytes
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)
RFU
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.
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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
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sistemas de información para seguimiento y codificación.
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.
Trazabilidad de productos en almacén, producto terminado, consumibles, materias primas y despachos realizados en planta, mediante
sistemas de información para seguimiento y codificación.
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
Datos
Servidor
Producto
Comprador
Comprador
Selecciona el
producto
Paga el
producto
Vendedor
Figura 14. Diagrama general del funcionamiento del primer prototipo para ventas
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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
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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
00
01
02
03
04
05
VALOR
Identificador del medidor – MAC
Valor de recarga
Valor KW/h
(03 parte entera y 04 parte decimal)
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.
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sistemas de información para seguimiento y codificación.
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 Æ 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 Æ Para el bloque 02 se toma el valor 40000 = 9C40
Costo Kw/h $281,54 Æ 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) Æ 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
VALOR
00
01
02
03
04
05
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.
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sistemas de información para seguimiento y codificación.
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.
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sistemas de información para seguimiento y codificación.
FREC
UENC
IA
HF
APLICACIONES
ELEMENTOS DE
CAPA FISICA
ELEMENTOS
SOFTWARE
Sistemas
con
tarjetas
inteligentes.
“Control
de
accesos”
Para los protocolos
ISO 14443 A,
ISO 14443 B,
ISO 156931,
Tag-It y
EPC
Se hace necesario
para la integración
con el software
desarrollar
un
componente para
comunicaciones
USB,
RS232
ó
RS485.
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
UHF
Control
y
seguimiento de
productos
en
bodegas abiertas
y cerradas
Control
seguimiento
activos
y
de
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
DE
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
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
ELEMENTOS DE
CAPA
DE
APLICACION
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.
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
Trazabilidad de productos en almacén, producto terminado, consumibles, materias primas y despachos realizados en planta, mediante
sistemas de información para seguimiento y codificación.
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.
ambiente
Web
para
que
su
administración y
mantenimiento
sean
menos
costosos.
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.
Tabla 1 necesidades para simulación y pruebas con RFID a nivel de software y capa física
Trazabilidad de productos en almacén, producto terminado, consumibles, materias primas y despachos realizados en planta, mediante
sistemas de información para seguimiento y codificación.
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.
BD
EMPRESARIAL
BD EPC
SISTEMA
PROVEEDOR DE
CODIGOS EPC
SISTEMA
SOFTWARE
EMPRESARIAL
COMPONENTE
INTEGRACION
SISTEMAS
COMPONENTE
CONTROL
HARDWARE
SISTEMA
SOFTWARE PARA
RFID
Red
BD RFID
COMPONENTE
EPC
COMPONENTE
LECTURA
ESCRITURA
COMPONENTE
CONCENTRADOR
HARDWARE
COMPONENTE
SOFTWARE MOVIL
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
Trazabilidad de productos en almacén, producto terminado, consumibles, materias primas y despachos realizados en planta, mediante
sistemas de información para seguimiento y codificación.
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
Trazabilidad de productos en almacén, producto terminado, consumibles, materias primas y despachos realizados en planta, mediante
sistemas de información para seguimiento y codificación.
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.
Trazabilidad de productos en almacén, producto terminado, consumibles, materias primas y despachos realizados en planta, mediante
sistemas de información para seguimiento y codificación.
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.
Trazabilidad de productos en almacén, producto terminado, consumibles, materias primas y despachos realizados en planta, mediante
sistemas de información para seguimiento y codificación.
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
Trazabilidad de productos en almacén, producto terminado, consumibles, materias primas y despachos realizados en planta, mediante
sistemas de información para seguimiento y codificación.
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:
Trazabilidad de productos en almacén, producto terminado, consumibles, materias primas y despachos realizados en planta, mediante
sistemas de información para seguimiento y codificación.
•
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.
Trazabilidad de productos en almacén, producto terminado, consumibles, materias primas y despachos realizados en planta, mediante
sistemas de información para seguimiento y codificación.
BIBLIOGRAFÍA
¾ MYLYY, Oleksandr: RFID Data Management, Aggregation and Filtering, Seminar
RFID Technology, 2007
¾ http://ti.com/rfid/shtml/doc-center-technotes.shtml, Notas tecnicas de la Texas
Instruments
¾ GAO RFID Technical Team, Understanding RFID, RFDesign 2007.
¾ www.rfid-magazine.com, Los aspectos físicos detrás de la tecnología RFID.
Trazabilidad de productos en almacén, producto terminado, consumibles, materias primas y despachos realizados en planta, mediante
sistemas de información para seguimiento y codificación.