Implementación de técnicas RF en control de activos urbanos

1 Equation Chapter 1 Section 1 Trabajo de Fin de Grado Grado en Ingeniería de las Tecnologías de Telecomunicación Implementación de técnicas RF en control de activos urbanos Autor: Miguel Nájera Benítez Tutor: Antonio Corral Aguilar Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2020 ii Implementación de técnicas RF en control de activos urbanos Proyecto Fin de Carrera Ingeniería de Telecomunicación Implementación de técnicas RF en control de activos urbanos Autor: Miguel Nájera Benítez Tutor: Antonio Corral Aguilar Profesor asociado Departamento de Ingeniería Eléctrica Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2020 iv Implementación de técnicas RF en control de activos urbanos Proyecto Fin de Carrera: Implementación de técnicas RF en control de activos urbanos Autor: Miguel Nájera Benítez Tutor: Antonio Corral Aguilar El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros: Presidente: Vocales: Secretario: Acuerdan otorgarle la calificación de: Sevilla, 2020 El Secretario del Tribunal vi Implementación de técnicas RF en control de activos urbanos viii Implementación de técnicas RF en control de activos urbanos Agradecimientos Con este proyecto concluye mi formación académica realizada en la Universidad de Sevilla. Ha sido un camino que me ha hecho evolucionar no solo como ingeniero, sino como persona. Para mí, este aprendizaje ha sido algo más que la asimilación de los conceptos asociados a la ingeniería. El saber adoptar una actitud de visión global ante un problema, ver y entender cómo funciona algo, saber dónde no lo hace y poder dar la solución adecuada son las facultades que caracterizan la esencia del ingeniero. A partir de ahí, el innovar o crear cosas nuevas forma parte de la aventura. Gracias a mis padres, sin ellos no habría sido posible nada de esto. Gracias a mis amigos, por enriquecerme tanto dentro como fuera del ámbito laboral. Gracias a mis profesores, tanto de la universidad como del colegio Salesianos de la Santísima Trinidad. Gracias a mi maestro de Hapkido Javier Romero, por inculcarme la disciplina a través del deporte y las artes marciales, y a todos mis compañeros de la escuela Yong Mu Doyang. Gracias a mis compañeros de Noxium, por ayudarme y orientarme. Gracias a Antonio Corral, por darme la oportunidad de realizar este trabajo. Miguel Nájera Benítez Sevilla, 2020 xvi Figura 35. Formato de trama de respuesta para comando Stop. 26 Figura 36. Comando Stop en Docklight. 26 Figura 37. Comando visualizado en osciloscopio. 27 Figura 38. Regulador LM 2840 YMK-ADJ 28 Figura 39. Conexión general del Gateway. 29 Figura 40. Diagrama de paso de mensajes del sistema. 30 Figura 41. Diagrama de flujo de la RMU. 31 Figura 42. Prototipo terminado con conector de alimentación (izquierda) y antena (derecha). 33 Figura 43. Inicio del programa. 34 Figura 44. Encendido del módem y bucle reposo/lectura múltiple. 34 Figura 45. Lectura de etiquetas. 35 Figura 46. Envío de datos. Detalle de envío por NB y 2G. 35 Figura 47. Trama de datos visualizada en la plataforma. 35 Figura 48. Consumo del equipo. En el eje vertical mA, en el eje horizontal segundos. 36 Figura 49. Prototipo // Solución inicial. 37 Figura 50. Toma de alimentación a cuadro eléctrico. 37 Figura 51. Cubo de basura a recoger. 38 Figura 52. Vista frontal de estructura recogedora de cubos, con antena HYN503 en la parte inferior. 38 Figura 53. Vista lateral de estructura recogedora de cubos, cona antena HYN503 en parte media. 39 Figura 54. Ubicación, resaltada en amarillo, candidata para sistema de antenas. 40 Figura 55. Dipolo con cable coaxial, de 16 cm de un extremo a otro. 41 Figura 56. Pérdidas de retorno, -27dB, a la frecuencia de 866.3 MHz. 41 Figura 57. Medidas a tener en cuenta en el replanteo. En rojo, la disposición de los tres dipolos. 42 Figura 58. Dipolo en cobertura, y cobertura completa. 42 Figura 59. Conector tipo F y splitter de 3 entradas. 42 Figura 60. Segunda prueba con nuevo sistema de antenas. 43 Figura 61. Cobertura de la solución final. 44 Figura 62. Electrónica alojada en la cobertura final. 44 Figura 63. RMU y placa con la etapa de alimentación, antena y radio RFID. 45 Figura 64. Zona de lectura de la solución final. 45 Figura 65. Léon Theremin, 1927. 61 Figura 66. Historia de RFID. 62 Figura 67. Banda de frecuencias. 63 Figura 68. Pulsera impermeable de RFID a 125 KHz. 64 Figura 69. Comparativa UHF - HF & LF. 64 Figura 70. Antena y chip en tag RFID. 65 Figura 71. Tag pasivo. 67 Figura 72. Esquemático de un tag RFID pasivo. 67 Implementación de técnicas RF en control de activos urbanos Figura 73. Simplificación del “Backscatter Signaling”. 68 Figura 74. Backscatter modulado usando un transistor como switch. 69 Figura 75. Procesado de etiquetas pasivas. 69 Figura 76. Procesado de etiquetas activas. 70 Figura 77. Tags activos. 70 Figura 78. Comparativa de tags pasivos, semi-pasivos y activos. 71 Figura 79. Interferencia. 73 Figura 80. Interferencia mutua. 73 Figura 81. Etiquetas RFID sin memoria interna (izquierda), y con memoria interna (punto negro en imagen a la derecha). 74 Figura 82. Forma de las antenas RFID. 77 Figura 83. UPC. 77 Figura 84. EPC. 78 Figura 85. Campos del estándar GID-96. 79 Figura 86. Integración de un UPC en un EPC. 79 Figura 87. La pila EPC. 80 Figura 88. Estructura de la tecnología RFID. 81 Figura 89. Antena RFID interactuando con un Tag. 82 Figura 90. Transmisión y recepción de señales del lector RFID. 83 Figura 91. La señal recibida no está correlada con la señal de la etiqueta. 83 Figura 92. Codificación PIE. Se define Tari como el intervalo de tiempo de referencia para la señalización entre lector y tag, y es la duración de data-0, comprendida entre 6.25 μseg y 25 μseg. 84 Figura 93. Ejemplos de modulación de subportadora. 85 Figura 94. Símbolos FM0 y máquina de estado finito. 85 Figura 95. Símbolos Miller y máquina de estado finito. 86 Figura 96. Otros tipos de codificación RFID. 86 Figura 97. Lector RFID. 87 Figura 98. Arquitectura típica de un sistema RFID genérico. 88 Figura 99. ISO/IEC 14443. 91 Figura 100. Convenio de protocolo NFC. 92 Figura 101. Estructuras de códigos de barras: (a) unidimensional con codificación EAN 13 98 Figura 102. Sistema de pago mediante NFC. 102 Figura 103. LPWAN, en comparación a otras tecnologías inalámbricas. 103 Figura 104. Comparativa LPWAN – 3G/4G/5G – ZigBee. 104 Figura 105. Arquitectura LoRaWAN. 106 Figura 106. Estructura de la red LoRaWAN. 106 Figura 107. Arquitectura SigFox. 107 Figura 108. Arquitectura NB. 109 Figura 109. Ventajas de NB, LoRa y SigFox de cara a IoT. 112 xviii Implementación de técnicas RF en control de activos urbanos 1 1. INTRODUCCIÓN En la actualidad, la interconexión digital de objetos cotidianos forma parte de uno de los ámbitos tecnológicos en mayor desarrollo. Este concepto, denominado como Internet of Things, constituye un cambio en la calidad y forma de vida de la sociedad, ofreciendo una serie de servicios específicos en diversos campos, así como una gran cantidad de nuevas oportunidades de acceso a datos. Uno de los pilares en los que se soporta IoT es la identificación y gestión de objetos de forma automática, de tal forma que sea posible conocer, entre otros aspectos, la ubicación y estado de un objeto específico, ya sea en un momento concreto o a lo largo de un intervalo de tiempo establecido. Este trabajo pretende satisfacer la necesidad de monitorizar la recogida de cubos de residuos urbanos que realiza un camión dentro de su ruta habitual. Para ello se propone un sistema que identifica de forma individual cada cubo y envía tal identificación a una base de datos mediante tecnología inalámbrica. Es importante conocer de antemano de qué forma se desarrolla la actividad que va a realizar el camión en su itinerario. La dinámica es la siguiente; el camión se detiene en cada punto de recogida, un operario acerca los cubos de las inmediaciones al camión y otro operario los coloca en la estructura de recogida de forma individual, o por parejas. Una vez el cubo se vacía, se deja en el punto donde se recogió y se continúa al siguiente punto de recogida. El objetivo es detectar cada cubo que se vacía, de la forma más eficiente e inalámbricamente, con una tasa de envío de datos suficiente para poder considerarse “en tiempo real” y en zona urbana. Los datos identificados se irán transmitiendo a una base de datos centralizada, de tal forma que pueda consultarse en cualquier momento mediante una interfaz API. El esquema completo de funcionamiento es el siguiente: Figura 1. Esquema de funcionamiento general. “Nada en la vida es para ser temido, es sólo para ser comprendido. Ahora es el momento de entender más, de modo que podamos temer menos.” - Marie Curie - Introducción Se pueden distinguir las siguientes partes: • Tag RFID: etiqueta pasiva que irá adherida a cada contenedor. Cada una de ellas posee un código único que identifica de manera singular cada contenedor de basura. • Antena RFID: irá emplazada en un punto estratégico dentro del proceso de recogida de contenedores, de manera que pueda leer de forma fiable los tags mientras el cubo se vacía. • Gateway: dispositivo encargado de realizar la lectura de tags. También realizará conexiones inalámbricas para el envío de datos. • Middleware: quedará alojado en un servidor remoto con IP accesible, donde se recibirán los paquetes UDP que envíe el Gateway. Cuando la información sea recibida, la volcará a la base de datos. • BBDD: base de datos SQL. Facilitará la monitorización de la actividad con una interfaz intuitiva y concisa. Es importante señalar que la antena RFID y el Gateway se han representado de forma conceptual en este esquema general, es decir, que ambos elementos forman una sola unidad física, aunque en el esquema aparezcan como dos bloques unidos por una línea. Implementación de técnicas RF en control de activos urbanos 3 2. ANÁLISIS DEL DISEÑO Antes de implementar una solución funcional, se ha realizado un estudio de las tecnologías candidatas a formar parte del proyecto. Existen tres requisitos clave en la funcionalidad del equipo, a saber: • Adquisición de datos del entorno: deberá realizarse de forma automática, precisa y rápida. • Envío de datos a servidor: deberá tener la menor latencia posible. • Protección física del equipo: El equipo deberá estar protegido del entorno de la forma más completa posible, teniendo en cuenta que estará expuesto a condiciones meteorológicas como sol, lluvia y viento. Una vez considerados dichos requisitos, puede elaborarse una matriz donde se barajen todas las posibles soluciones a escoger. Para la protección del equipo se seleccionará aquella que cumpla con la norma CEI 60529, la cual se emplea para clasificar los diferentes grados de protección aportados por los contenedores que resguardan los componentes que constituyen un equipo. El primer dígito “x” representa la protección ante polvo, y el segundo dígito “y” representa la protección ante líquidos. Adquisición de datos Comunicaciones Protección Bluetooth Narrow Band IP [x][y] ZigBee LTE/4G RFID LoRaWAN WiFi SigFox Infrarrojos Bluetooth Código de barras ZigBee NFC WiFi WiMax Tabla 1. Matriz de tecnologías candidatas. Se hará un análisis de cada una de las tecnologías candidatas a grandes rasgos, descartando aquellas que sean incompatibles en primera aproximación, y profundizando en las que parezcan más prometedoras. Se dará una valoración en base al cumplimiento de requisitos para facilitar la selección. “Lo bueno de la ciencia es que es cierta, independientemente de si crees o no en ella.” - Neil deGrasse Tyson- Análisis del diseño Para las tecnologías de adquisición de datos se buscarán aquellas que cumplan características como bajo coste de identificación, autosuficiencia energética y corto alcance. La tecnología Bluetooth opera a una frecuencia de 2.4 GHz, con un rango óptimo de 10 metros. Su limitado alcance hace que se descarte para el envío de datos, dado a que el camión operará en una zona urbana determinada. A pesar de poder comunicar dispositivos en un corto alcance de forma sencilla y cómoda, requiere de un emparejamiento manual, lo cual no es adecuado a la hora de identificar objetos que se van recogiendo de forma ágil. ZigBee es una tecnología inalámbrica más centrada en aplicaciones domóticas e industriales. Opera a una distancia máxima de 100 metros, lo que la descarta para el envío de datos. Una de sus aplicaciones es la identificación de vehículos, siendo la alta fiabilidad y el bajo coste dos de sus requisitos. Posee una baja capacidad de transmisión, de unos 250 kbps, y un protocolo sencillo que puede ser implementado sin limitación en sistemas microcontroladores, por lo que podría resultar apropiado para la identificación de cubos. Tabla 2. LPWAN vs Red de Telefonía vs ZigBee y 802.15.4. RFID tiene como objetivo la transmisión de datos a través de una etiqueta. Es una tecnología aplicada a la logística y seguimiento de activos, ya que no requiere línea de visión directa y puede identificar etiquetas en un rango entre 50cm y 100 metros. Las etiquetas pasivas tienen un coste muy bajo, en torno a 0,20 euros la unidad, y puede integrarse con otros elementos de control. Estas características hacen de RFID la candidata más prometedora. Puede encontrarse más información en el Anexo F. Fundamentos de RFID. WiFi ofrece la posibilidad de crear una red inalámbrica a la que múltiples dispositivos pueden conectarse sin ningún problema de infraestructura ni gasto. Requiere de un establecimiento en la conexión que puede superar los 10 segundos, tiempo excesivo a la hora de identificar los cubos que se están vaciando. Además, habría que instalar un receptor en cada contenedor, lo que elevaría el coste. Para las comunicaciones tampoco resulta la opción óptima, ya que la distancia habitual de trabajo es de 50 metros. Puede aumentarse usando antenas específicas que amplían dicho rango a 30 km, pero su coste es elevado, en torno a 100 euros la antena. WiFi podría ser una alternativa si el camión almacenara los datos en su equipo y, al acabar el itinerario y dirigirse a la estación, volcara todos los datos de recogida al pasar por algún punto de acceso próximo. Sin embargo, esta opción descarta la idea de monitorizar en tiempo real la recogida de contenedores, lo que hace de WiFi una tecnología apenas apropiada en esta aplicación. La tecnología infrarroja ofrece una velocidad de transmisión alta, alcanzando los 10Mbps, y utiliza un protocolo simple y componentes sumamente económicos. Sin embargo, la distancia de lectura es muy reducida, y es altamente sensible a objetos móviles que interfieran en la comunicación. De hecho, la propia luz solar puede interferir seriamente en la señal. Implementación de técnicas RF en control de activos urbanos 5 En lo referente a códigos de barras y NFC, se hace un análisis más específico en los anexos H e I. A grandes rasgos, NFC y los códigos de barras no resultan adecuados dado que las distancias máximas de lectura son de 20cm aproximadamente, y la información codificada en el código de barras es inalterable. Para las tecnologías de comunicaciones, se buscarán aquellas que cumplan con características como cobertura geográfica, disponibilidad temporal, bajo coste de mantenimiento, compatibilidad evolutiva de redes y medio alcance con baja potencia. Respecto a Narrow Band, LoRaWAN y SigFox, se ha hecho un estudio más detallado en el Anexo J. Redes IoT. Hay que mencionar brevemente que se ha seleccionado NB para las comunicaciones debido a su baja latencia y alta calidad de servicio, y que se adapta a zonas urbanas gracias a que se soporta en LTE. Además, NB posee un espectro licenciado y no tiene restricciones de potencia transmitida, superando también en seguridad a LoRaWAN y SigFox. WiMax ofrece una red inalámbrica de área metropolitana, y posee un alcance de 50 km, con tasas de hasta 70 Mbps. Se usa especialmente en zonas alejadas de núcleos urbanos, por lo que a primera instancia no parece la mejor opción. LTE ofrece rapidez, conexión en redes urbanas y menor saturación que la red 4G, aunque su coste es mayor que el de una LPWAN. Es por ello por lo que se dejará como solución posible pero no recomendable. En cuanto a la protección, atendiendo a la norma CEI 60529 para el primer dígito, se necesita el aislamiento ante polvo, por lo que el mínimo valor admisible sería de 5. Respecto al segundo, no se requiere protección contra inmersión, pero sí contra chorros de agua y lluvia, por lo que el valor mínimo sería de 6. Así, se establecerá la protección como IP56 como mínimo. Adquisición de datos Comunicaciones Protección Bluetooth Narrow Band IP56 ZigBee LTE/4G RFID LoRaWAN WiFi SigFox Infrarrojos Bluetooth Código de barras ZigBee NFC WiFi WiMax Tabla 3. Matriz de tecnologías candidatas. (En rojo las descartadas, amarilla las posibles y verde las más adecuadas). Atendiendo a la tabla anterior, se han escogido las tecnologías RFID para la adquisición de datos y la tecnología Narrow Band - IoT para las comunicaciones del equipo con la base de datos. Además, se ha añadido en la funcionalidad una conmutación a 2G si, tras un período de tiempo, fuera imposible realizar la conexión mediante NB-IoT por motivos de cobertura, por ejemplo. Respecto a la alimentación del sistema, la fuente deberá regular una tensión constante a partir del cuadro eléctrico del camión, que alimente los equipos electrónicos. Para ello se empleará el convertidor buck que cumpla la especificación conveniente. Implementación contiene el ID del tag, y el número de veces que se ha leído el cubo (valor del índice i). Como el cambio de cubo del sistema de recogida puede hacerse de forma ágil y dinámica, es posible que un segundo cubo se coloque en el sistema de recogida durante el intervalo de escuchas simples insatisfactorias que esté realizando el módulo RFID antes de enviar los datos. En este caso, el módulo almacenaría los datos del primer cubo procesado, y comenzaría a contar el segundo. Este solapamiento podría repetirse con todos los cubos de un mismo punto. Una vez acabada la gestión de un punto de recogida, se mandaría un mensaje con todos los ID’s identificados, y cuántas veces se ha leído cada uno. El acceso a los datos se realizará a través de la plataforma IoT Sócrates, proporcionada por la compañía Noxium. En ella podemos observar los campos que se rellenan de forma automática. Figura 7. Plataforma Sócrates IoT. En la imagen anterior pueden comprobarse los campos RMU Device, que corresponde al ID del dispositivo, junto a los campos fecha y hora, número de lecturas (índice i), ID del tag y RSSI. Los datos se envían como cadena de caracteres y se presenta en la plataforma de manera ordenada para tener un control de los datos en “tiempo real”. Implementación de técnicas RF en control de activos urbanos 13 3.2. Desarrollo de la solución En este apartado se expone el procedimiento seguido a la hora de integrar todos los elementos del equipo. En primer lugar se elaboró un prototipo inicial con el que se realizaron las pruebas. Dicho prototipo de detalla en este apartado. Finalmente, a raíz de dichas pruebas, se llegó a un replanteo del diseño para dar lugar a la solución final, descrita en el capítulo siguiente. Primeramente, se ha adquirido un lector RFID. Dicho módulo cumple con el protocolo EPC C1 G2, su frecuencia de trabajo abarca de los 840 a los 960 MHz, con una antena estándar de 2 dBi, y distancia de lectura de hasta 2 metros. Con un bajo consumo de energía, una fuente de alimentación simple y un circuito de interfaz, se puede establecer un sistema RID estable y de alto rendimiento. Es adecuado para el comercio minorista, control de acceso, industria médica, seguimiento de alimentos, anti-falsificación… Figura 8. Lector RFID HYM360. Las especificaciones técnicas de este lector quedan adjuntadas en el Anexo A. La antena que se ha empleado ha sido la siguiente: Figura 9. Antena UHF RFID HYN503. Los detalles técnicos de la antena de adjuntan en el Anexo B. Es una antena general para aplicaciones UHF con alta ganancia y bajo VSWR 1 . La antena es adecuada para entornos severos por su diseño impermeable con doble junta de silicona y refuerzo de la carcasa. 1 [37] Voltage Standing Wave Ratio, denominado en castellano Relación de Onda Estacionaria. La Relación de Onda Estacionaria o ROE se refiere a la razón geométrica existente entre el valor máximo y el valor mínimo de la amplitud de voltaje observado en una condición de onda estacionaria eléctrica como seria a lo largo de una línea de transmisión. Este fenómeno se explica mediante los conceptos de onda directa y Implementación Por último, se han adquirido dos tipos diferentes de etiquetas. Las primeras se describen en el Anexo C. Las segundas se detallan en el anexo D. Ambas son pasivas. Figura 10. Etiquetas pasivas. Arriba la HYT-MT-U031b, abajo la ALN-9662. 3.2.1. Estudio del lector RFID Para realizar las primeras pruebas de funcionamiento y familiarizarse con la dinámica de estos dos elementos, se incluía un kit de desarrollo. Figura 11. Kit de desarrollo con lector HYM360. onda reflejada. La relación de onda estacionaria es un número positivo sin dimensiones y siempre mayor o igual a uno. Si la onda reflejada es cero, no existirán máximos ni mínimos, o en otras palabras la amplitud es constante, y por lo tanto el valor ROE=1. Por el contrario, si existe una onda reflejada, aparecerán voltajes máximos y mínimos y el ROE será >1. En el límite, si toda la onda directa se refleja habrá valores máximos y puntos donde el voltaje mínimo es cero, en este último caso el ROE será infinito. Implementación de técnicas RF en control de activos urbanos 15 En primer lugar, se estudiaron las comunicaciones que emplea el lector, es decir, los mensajes que envía y recibe en su ciclo de trabajo. Para ello se hizo el siguiente montaje, conectando el kit de desarrollo al portátil mediante un cable USR-RS232. Figura 12. Montaje con kit de desarrollo. El software, proporcionado por el fabricante, permite enviar comandos al lector mediante una interfaz sencilla. Pueden realizarse algunos ajustes previos como la tasa de baudios, el idioma y el puerto por el que se va a realizar la conexión. Figura 13. Software proporcionado por el fabricante. Implementación En la parte inferior de la pantalla pueden apreciarse cuatro pulsadores, teniendo especial interés tres de ellos. El primero de ellos, Single Inv, realiza una única lectura del entorno. El segundo, Multiple, realiza un barrido constante del entorno en busca de etiquetas. Por último, Clean, limpia la pantalla de tags leídos para empezar desde el principio. Figura 14. Detalle de Single Inv, Multiple y Clean. En la parte media y superior de la pantalla, se puede apreciar la tabla vacía de tags, incluyendo su EPC, TID, el número de veces que se ha leído, su RSSI en dBm, el ID de la antena (en caso de tener más de una), y la hora a la que se leyó por última vez. Este formato nos permite confirmar que el lector puede leer más de un tag. Nótese que la barra superior, en la figura 52, se muestra en translúcido, dejando tales ajustes disponibles solo cuando la conexión esté abierta. Una vez terminadas las conexiones dispuestas en la Figura 51, se ajusta la tasa de baudios a 115200 (recomendación del fabricante) y se pulsa Open para abrir la conexión. Figura 15. Detalle de parte media y superior del software. Una vez abierta la conexión, podemos comprobar que la barra, antes translúcida, pasa a ser accesible. Implementación de técnicas RF en control de activos urbanos 17 Figura 16. Conexión establecida. Si se exploran los ajustes básicos, se pueden establecer valores como: • Potencia de transmisión: se ha fijado el valor a la máxima potencia admisible, 25 dBm. • Región de operación: Europa, en esta selección el lector trabajará con frecuencias comprendidas entre 865.7 MHz y 867.5 MHz. En la Figura 57 se pueden comprobar ciertos parámetros de interés, como la versión del dispositivo o la temperatura del micro. Otros valores aparecen con el valor Get Failed. Esto se debe a que el modelo de este lector es, en cuanto a prestaciones, de los más limitados, y este software + kit de desarrollo pueden soportar también lectores más avanzados que si admiten ajustes más complejos, como la posibilidad de usar más de una antena, frecuencias de salto (FHSS)… Por curiosidad hay que comentar que el lector admite un ajuste en la modulación del enlace, tal como se muestra en la siguiente pestaña: Figura 17. Link Set. Implementación Figura 18. Basic Settings. Se deja de lado la pestaña de Advanced Settings ya que todos los parámetros ajustables aquí, como filtros, algoritmos o contraseñas, no tienen relevancia, debido a que, como se comentó antes, este lector no funciona con tales prestaciones. Una vez situada la etiqueta a una distancia cercana (10 cm) de la antena, se procede a comprobar la lectura. Pulsando el botón de Single Inv, se obtiene el siguiente resultado: Figura 19. Single Inv. Donde se pueden observar el EPC, número de veces leído (1), la antena (en este caso una), y la hora de lectura. El valor de RSSI se corresponde a 0 debido a que el lector no ofrece este parámetro. Implementación de técnicas RF en control de activos urbanos 19 Pulsando el botón de Multiple, se observa lo siguiente: Figura 20. Multiple. El software muestra todos los tags leídos en las inmediaciones de la antena. Nótese que el campo TID se muestra vacío debido, una vez más, a las limitaciones del HYM360. También señalar el principio de la cabecera de los tags. Los de pegatina comienzan con los octetos E2-00-00… mientras que los de adherencia magnética empiezan con E2-80-11… Por último, anotar la velocidad de lectura de etiquetas. Dicha cifra se señala en la parte inferior izquierda del software, y no es un valor estable. Varía en el tiempo en función de la distancia y número de tags y, tras una serie de pruebas, se llegó a la conclusión de acotar la velocidad de lectura a un margen entre 20 y 30 lecturas por segundo, debido al carácter pseudoaleatorio de dicha variable. Por último, hay que comentar que el lector emite realizando saltos de frecuencia (frecuency hopping) de 600kHz, es decir, 865.7 MHz, 866.3 MHz, 866.9 MHz y 867.5 MHz. Esto se hace para resolver problemas de interferencia destructiva. Figura 21. Frecuency hopping. En la imagen anterior se pueden observar las cuatro frecuencias de salto. Hay que aclarar que para dicha medida se ha realizado un Max and Hold, de modo que el analizador de espectro represente los máximos de la señal capturada y los mantenga en la representación. Implementación 3.2.2. Caracterización de la antena A continuación, se realizó un estudio de la radiación de la antena, para obtener el área alrededor de ésta en la cual los tags serían legibles. Dicho estudio se ha llevado a cabo de forma experimental, es decir, haciendo barridos en modo Multiple y esbozando un diagrama de radiación acorde a los límites de lectura. Se ha realizado con ambas etiquetas. Dado que el plano vertical y horizontal es el mismo, solo se ha esbozado uno de ellos. Figura 22. Antena HYN503. Figura 23. Rango de lectura de antena HYN503 ante etiqueta ALN-9662. Implementación de técnicas RF en control de activos urbanos 21 Figura 24. Rango de lectura de antena HYN503 ante etiqueta HYT-MT-U031b. Ante tales resultados, la etiqueta HYT-MT-U031b muestra un alcance mayor a la ALN-9662. Implementación 3.2.5. Alimentación del Sistema Para la alimentación se puede disponer de la batería del camión, por lo que se puede hacer una toma directamente de ella a 12 voltios. La RMU se alimenta a 3.7 voltios, por lo que se ha añadido un regulador al dispositivo para realizar la conversión. Figura 38. Regulador LM 2840 YMK-ADJ Para obtener la salida deseada, se ha consultado el datasheet del dispositivo y se ha realizado el cálculo para obtener unos valores de R1 y R2 que den a la salida 3.7 voltios. Puede recibir a la entrada hasta 42 voltios, así que cumple los requisitos para ser conectado directamente a la batería del camión. 𝑉𝑜𝑢𝑡 =0.765(1+𝑅1 𝑅2) R2 está comprendida entre 100Ω y 10KΩ. Fijando Vout a 3.7 voltios y R2 a 1KΩ, se obtiene: 𝑅1=1𝐾( 3.7 0.765−1)=3.836𝐾Ω Por lo que se fija R1 a 3.9KΩ. El lector admite una alimentación entre 3.3 y 5 voltios, por lo que se alimentará desde la RMU. Se ha hecho un ajuste en la RMU para sacar dos pines de alimentación a 3.7 voltios y, mediante un transistor, se enciende o apaga el lector en función del estado del proceso. De tal forma se reduce su consumo y se evitan temperaturas elevadas. Implementación de técnicas RF en control de activos urbanos 29 3.2.6. Esquema general Recapitulando, se tienen tres elementos clave a integrar: • Lector RFID, que lee etiquetas próximas de forma simple o continua, y las envía. • RMU, que envía los comandos oportunos al lector, y recibe las respuestas. También establece la conexión al servidor. • Regulador, que adapte el voltaje de entrada del dispositivo al voltaje de funcionamiento de la RMU. Atendiendo a los pines de cada dispositivo, una configuración global sería la siguiente: Figura 39. Conexión general del Gateway. Configuración de pines HYM360 • 1~2: NC • 3~6 & 13~16 & 18~24: GND • 7: VDD3.3~5V, Input • 8: EN, Input • 9~10: GPIO, Output • 11: UART_RX, Input • 12: UART_TX, Output • 17: RFOUT, Input & Output Configuración de pines RMU • 2: RX, Input • 3: TX, Output • 4 & 6 & 8: GND • 7: VDD, Output • 9: VCC, Input • Además, existen 3 pines de comunicación con el módem, RT, TX y GND. Se conectan a conversor TTL-USB. Implementación Las comunicaciones entre lector y RMU quedan establecidas mediante los cables de UART_RX – TX y UART_TX – RX. De la batería del camión se conectan los cables al regulador con la polaridad adecuada, y éste realiza la conversión a 3.7 voltios para la RMU. La RMU alimenta al lector y le manda los comandos adecuados en función del estado que se encuentre, y enviará los datos al servidor con el módem. Este esquema conforma la denominada Gateway, e irá ensamblada dentro de una caja protectora en el camión. La antena irá instalada en el mecanismo de recogida de cubos, de tal manera que la antena quede a una distancia operativa del tag, que irá pegado en la superficie del cubo a una altura específica para que quede en línea con la antena en el proceso de recogida. 3.2.7. Definición de protocolo de comunicaciones entre lector y RMU. Una vez integrados todos los elementos entre sí, falta definir la manera en que la RMU y el lector se comunicarán, es decir, establecer un protocolo de paso de mensajes entre ellos. Teniendo en cuenta el planteamiento inicial, sin saber con exactitud los tiempos de descarga del camión o el tiempo que tarda el camión en ir de un punto de recogida a otro, se ha definido el siguiente diagrama de paso de mensajes genérico. Figura 40. Diagrama de paso de mensajes del sistema. Dado que la alimentación del Gateway irá directamente a la alimentación del camión, el dispositivo, en primera instancia, estará apagado (realmente la conexión directamente a batería es inviable, pero sí se puede buscar una toma a 12 voltios en el cuadro eléctrico del camión, que se enciende al dar contacto). Una vez que se arranque el camión para comenzar la jornada se encenderá el cuadro y, por tanto, el Gateway, por lo que se aprovecha la propia dinámica del camión como “interruptor”. Implementación de técnicas RF en control de activos urbanos 31 Una vez encendido el equipo, la RMU comenzará realizando una lectura a discreción al entorno. Cuando encuentra un tag, éste responde mandando su ID y la RMU detiene la lectura continua. En este punto, se realizan lecturas individuales periódicas hasta que se deja de obtener respuesta. Esto se hace con la siguiente idea; mientras el camión está vaciando un cubo, la antena lee periódicamente del entorno cada Tiempo_SingInv segundos. El cubo, cuyo tag está colocado de forma estratégica para que permanezca cerca de la antena, es alzado por el mecanismo de recogida para ser vaciado. En este proceso, puede darse el caso en que una lectura resulte sin respuesta por diversos motivos; el cubo se ha salido de la zona de lectura puntualmente en el proceso de vaciado, alguna interferencia… de tal manera que hay que tener en cuenta una posible lectura errónea. Es por eso por lo que se añadirá un contador de “lecturas sin respuesta” para considerar estas posibles perturbaciones. El equipo considerará que un cubo ha sido liberado por el camión cuando ha realizado N lecturas al medio y no ha tenido respuesta. Este número N será suficiente grande como para descartar las posibles perturbaciones antes comentadas, pero no tanto como para ralentizar de forma severa el protocolo. Mientras el cubo se vacía, el lector manda lecturas individuales periódicas que son respondidas por la etiqueta. Una vez se ha dejado de leer la etiqueta N veces, se envía la información al servidor y se repite el proceso. 3.2.8. Diagrama de flujo de la RMU Atendiendo al diagrama establecido en el apartado anterior, se ha desarrollado el siguiente diagrama de flujo: Figura 41. Diagrama de flujo de la RMU. Al encenderse el equipo, lo primero que se hace es encender el módem debido a que requiere un tiempo de aproximadamente 2 minutos en encender y establecer la cobertura NB. Una vez encendido, la RMU ejecutará un bucle de exploración del medio. Apagará el lector durante T1 segundos, lo encenderá y hará una lectura continua del medio T2 segundos. En caso de no haber encontrado etiquetas cerca volverá apagarlo. El objetivo de este bucle es diverso. El lector consume 630 mA a 3.7 voltios en lectura continua, por lo que someter al lector a dicho régimen de forma ininterrumpida dispararía el Implementación consumo, aparte de elevar la temperatura del lector de forma significativa a unos 50º C, lo cual, a largo plazo, puede deteriorar o incluso inutilizar completamente el Gateway. Una vez recibido un eco de la etiqueta del cubo que se está recogiendo, se detiene la lectura a discreción. Se iguala un índice a cero y se hace una lectura individual cada Tiempo_SingInv. Cada vez que se tiene una respuesta se incrementa el índice i. Como se comentaba antes, existe otro índice, j, que cuenta las veces que una de las lecturas individuales no ha dado respuesta. Esto es posible gracias a que el lector devuelve la trama A5-5A-00-0A-FF-00-01-F4-0D-0A cuando no ha leído ninguna etiqueta. Una vez el índice j ha igualado el parámetro N, el bucle de lectura sale y se pasa a enviar los datos por el módem. Una vez enviado se vuelve al principio, en busca de más tags. Para una primera consideración, se han fijado los índices a: • T1 (tiempo que el dispositivo está en reposo) = 2 segundos. • T2 (tiempo que el dispositivo está realizando lecturas a discreción) = 1 segundo. • Tiempo_SingInv (tiempo entre lecturas individuales) = 1 segundo. • N (número de lecturas fallidas hasta considerar cubo como recogido) = 5. El paquete de datos final a enviar es: {f, o, t, r, d} siendo • f: origen de envío; SADC51. • o: destino; RHOST. • t: tipo de conexión; read. • d: datos. Este campo es, a su vez, otro paquete con sus campos propios: {ID, H, S, T, U, ST, B, I, E} siendo • ID: número de paquete que se envía. Cuando solo se envía un paquete vale “-1”. • H: fecha y hora de la RMU. • S: ID del tag. • T: tipo de dispositivo que envía los datos. • U: unidades. • ST: momento de la muestra. • B: batería. • I: número de ves que se ha leído. • E: datos de ingeniería separados por coma, como la batería. Implementación de técnicas RF en control de activos urbanos 33 3.2.9. Montaje del prototipo En este apartado se desarrolla el montaje de la solución inicial, no siendo ésta la definitiva. La solución final nace a raíz de las pruebas y el replanteo expuestos en el capítulo siguiente. Por tanto, lo que aquí se expone consta como el final del prototipo. La electrónica irá protegida en una cobertura específica para ser instalada en el camión. Ésta cumple el estándar de protección IP67. El conector que se ha empleado para la alimentación es un M8 de tres polos; positivo, negativo y otro que se ha dejado para pasar la señal de comunicación de la RMU hacia fuera del dispositivo, y poder monitorizar la actividad del mismo. Para ello, mediante un adaptador TTL-USB, se visualizará el estado del módem de la RMU. Sin esa toma, no sabríamos en qué estado se encuentra el dispositivo. Para la antena se empleará un conector TNC hembra. Se han soldado los cables en los pines de comunicación y alimentación del lector. Dichos cables tienen en su extremo libre un conector que permite deshacer las conexiones en caso de separar algún componente. Figura 42. Prototipo terminado con conector de alimentación (izquierda) y antena (derecha). Implementación 3.2.10. Funcionamiento Una vez terminado el montaje del dispositivo, con el micro programado y la antena en posición, se han realizado pruebas de funcionamiento monitorizando la actividad de la RMU mediante un adaptador TTL-USB. Para empezar el proceso, solo hay que darle alimentación al sistema. Figura 43. Inicio del programa. En primer lugar, siguiendo el diagrama de flujo establecido, se realizará el encendido del módem. Figura 44. Encendido del módem y bucle reposo/lectura múltiple. Una vez el módem recibe la trama de sincronización, comienza el primer bucle del diagrama. Se permanece en este estado hasta que se lee una etiqueta. Implementación de técnicas RF en control de activos urbanos 35 Figura 45. Lectura de etiquetas. Una vez leída una etiqueta, se hacen lecturas individuales cada segundo hasta que se dejan de leer tags. Figura 46. Envío de datos. Detalle de envío por NB y 2G. Una vez se dejan de leer tags, se envían los datos. En este caso se estableció la conexión mediante 2G para comprobar bien la conmutación entre NB y 2G. Figura 47. Trama de datos visualizada en la plataforma. Implementación 3.2.11. Consumo Se ha esbozado una gráfica con el consumo en cada uno de los estados del equipo, así como el tiempo aproximado que se encuentra en cada uno de ellos. Figura 48. Consumo del equipo. En el eje vertical mA, en el eje horizontal segundos. Desde que se da alimentación, el equipo emplea un tiempo aproximado de 1 minuto y 45 segundos en arrancar el módem, según la cobertura. En este intervalo consume una media de 40 mA. Después, pasa al estado de reposo/lectura hasta que encuentra un tag. En este estado consume 6 mA en reposo y 255 mA en lectura continua. Cuando encuentra un tag, se pasa al estado de lecturas individuales, en las que se dan picos de 100 mA y se decrece hasta aproximadamente 10 mA hasta la siguiente lectura. Por último, cuando se han acabado de leer tags, se procede a enviar los datos al servidor. En este período se consume una media de 30 mA. Implementación de técnicas RF en control de activos urbanos 37 4. PRUEBAS, REPLANTEO Y RESULTADOS En este capítulo se desarrollan las pruebas realizadas al prototipo descrito en el capítulo anterior. A raíz de éstas, se aplicaron las modificaciones que llevaron a la solución final. 4.1. Primera prueba Figura 49. Prototipo // Solución inicial. Una vez preparado el prototipo (Gateway + antena) se ha procedido a realizar una primera prueba de campo. Para ello, se ha tomado la alimentación del cuadro eléctrico del camión, se ha instalado el Gateway en un lugar apropiado, lo más cubierto posible, y se ha instalado la antena en la estructura de recogida de cubos. Figura 50. Toma de alimentación a cuadro eléctrico. La toma se realizó a 12 voltios en el cuadro eléctrico y, aprovechando la propia electrónica del camión, dicha toma estará al voltaje deseado cuando se arranque, por lo que puede aprovecharse a modo de “interruptor”. Pruebas, replanteo y resultados 4.4. Solución final y validación Buscando una cobertura sólida, se optó por la siguiente: Figura 61. Cobertura de la solución final. La electrónica quedaría alojada y protegida dentro de la misma. Gracias a las ranuras a ambos lados, la mezzanina quedaría estable y firme dentro de la misma. Figura 62. Electrónica alojada en la cobertura final. Implementación de técnicas RF en control de activos urbanos 45 Figura 63. RMU y placa con la etapa de alimentación, antena y radio RFID. Se realizaron pruebas de lectura para comprobar la eficiencia de la antena de meandro, obteniéndose una distancia efectiva de 25 centímetros en el plano saliente a la estructura. De esta manera, el esquema de instalación final sería de dos dispositivos a ambos lados de la estructura de recogida, abarcando todo el ancho de lectura. La solución final también ofrece la posibilidad de leer más de una etiqueta en su ciclo de trabajo, solapándose de manera pseudoaleatoria el orden de lectura. Este comportamiento se debe a la propia naturaleza de la radiofrecuencia, haciéndose imposible la lectura de más de una etiqueta en el mismo instante de tiempo. Esta configuración facilita la instalación, anclando ambas carcasas a la estructura con un único cable de alimentación al cuadro eléctrico del camión. Figura 64. Zona de lectura de la solución final. Pruebas, replanteo y resultados 4.5. Futuras mejoras Como posibles futuras mejoras de este prototipo, se dejan propuestas las siguientes: • Dada la configuración del Gateway, los tiempos de reposo y lectura no están totalmente adaptados a un proceso real. Sería interesante poder modificar dichas constantes en tiempo real, así como el número de lecturas no exitosas necesarias para pasar al envío de datos. Esto podría realizarse mediante el paso de parámetros al Gateway en tiempo real, definiendo algún estado intermedio de configuración. De esta manera, el dispositivo estaría bien dimensionado. • El carácter secuencial de lectura y envío de etiquetas puede generar intervalos de tiempo en los que el dispositivo no esté leyendo etiquetas. Esto puede optimizarse paralelizando ambos procesos, dando lugar a una lectura totalmente independiente del envío de datos. Implementación de técnicas RF en control de activos urbanos 47 4.6. Estudio de costes Se ha elaborado una lista de materiales con los costes aproximados de cada uno de los elementos necesarios para llevar a a cabo este desarrollo. Se recogen los datos en la siguiente tabla. Ítem Cantidad Valor Tecnología Fabricante Coste unidad (€) y Lote Kit de desarrollo RFID 1 - - Winnix 40 Antena HYN503. 1 - - Winnix 50 Lector RFID HYM360. 2 - - Winnix 70 Tag RFID HYTMT-U031b 2 - - Winnix 1.30 Tag RFID ALN- 9662. 30 - - ALIEN 0.5 (x100) Cable coaxial RG- 223 3 metros - - - 15 Cable multihilo de datos 2 metros 20 RMU 1 - - Noxium - PCB 1 - - Regulador 1 LM 2840 YMKADJ Texas Instruments 4 Fusible 1 MF-F050 SMD Mouser 0.43 (x10) Resistencia 1 0.22 Ω SMD0402 RS PRO 1.30 (x5) Resistencia 1 0 Ω SMD0603 RS PRO 0.009 (x5000) Resistencia 1 3.9 kΩ SMD0603 TE Connectivity 0.349 (x10) Resistencia 1 1 kΩ SMD0603 RS PRO 0.002 (x5000) Diodo 1 GF1A SMD Vishay 0.18 (x10) Diodo Schottky 1 PMEG6010CEH SMD Mouser 0.266 (x10) Condensador 4 4.7 uF SMD0805 Wurth 0.451 (x10) Condensador 1 220 nF SMD0603 AVX 0.127 (x50) Pruebas, replanteo y resultados Condensador 1 12 pF SMD0603 AVX 0.153 (x50) Condensador 2 10 uF SMD0603 AVX 0.196 (x50) Condensador 1 10 uF SMD1206 AVX 0.441 (x50) Condensador 1 100 pF SMD0603 AVX 0.27 (x50) Condensador 2 100 nF SMD0603 Syfer 0.24 (x10) Bobina 1 22 uH SMD Wurth 0.34 (x5) Conector tipo F 4 - - - 0.15 Conector M8 tres polos 2 - - - 8 Conector TNC hembra 1 - - 2.65 Cobertura prototipo 1 -- - - 10 Coberturas antenas dipolo 3 - - - 30 Splitter 1 - - - 3 Cobertura final 1 - - - 20 Bridas 30 - 3.95 Tabla 4. Lista de materiales. Implementación de técnicas RF en control de activos urbanos 49 4.7. Demostración del piloto En la defensa de este proyecto se realizará, al final de la presentación, una demostración del funcionamiento del sistema. La demo consistirá en una simulación en directo de la rutina del equipo. Se conectará el mismo a una fuente de alimentación que emulará el cuadro eléctrico del sistema. Para esta demo, se ha preparado un terminal de salida añadido con objeto de mostrar la actividad del módem. Para ello se empleará el software TeraTerm. Una vez el dispositivo arranque y establezca cobertura, se aproximarán diversos tags para verificar la correcta lectura de los mismos. Estas aproximaciones emularán el vaciado de los cubos de residuos. Una vez se hayan dejado de aproximar tags, el equipo deberá enviar los datos a la plataforma IoT, la cual mostrará los datos de recepción del mismo modo que los mostraría al cliente. Pruebas, replanteo y resultados Implementación de técnicas RF en control de activos urbanos 51 5. RFID Y LPWAN EN EL FUTURO "Dejen que el futuro diga la verdad y evalúe a cada uno de acuerdo a sus trabajos y a sus logros. El presente es de ellos, pero el futuro, por el cual trabajé tanto, es mío". - Nikola Tesla - RFID es una tecnología que, a pesar de sus más de 70 años de existencia, sigue evolucionando y reinventándose. Hoy en día sigue totalmente vigente en diferentes industrias e incluso puede perfilarse como determinante en proceso de digitalización del sector retail. [1] Sin embargo, a pesar del avance significativo del protocolo Gen II del EPCglobal, existen muchas cuestiones que hay que atender, como son: • Seguridad: El EPC Gen II no soporta criptografía y existen pocos productos RFID que tengan funciones de encriptación en el mercado. Hoy en día cualquier control de acceso se realiza usando contraseñas, y existen aplicaciones RFID que requieren un robusto sistema de seguridad, como son por ejemplo la inclusión de esta tecnología en los pasaportes. • Electromagnetismo de RFID: En presencia de metales o líquidos el funcionamiento de las etiquetas UHF disminuye considerablemente, ya que estos materiales pueden impedir la propagación de la señal. • Fabricación: Las etiquetas RFID se aplican después de la fabricación, por ello hace que las etiquetas RFID sean muy aún demasiado caras. • Sensores: A pesar de la promesa de que existan RFID con sensores (Clase 3) todavía no están comercialmente disponibles, sobre todo en el dominio pasivo. Principalmente esto es debido a la memoria de almacenamiento de la etiqueta, ya que en el caso de las etiquetas pasivas la capacidad de almacenamiento es bastante reducida. • Innovaciones en los lectores: Los lectores RFID hoy en día son genéricos. Esto es una desventaja debido a que los lectores están sobrecargados con funcionalidades innecesarias para servir a un número demasiado elevado de funciones. En ellos se incluyen muchas funciones para que puedan servir posteriormente para cualquier aplicación para los que sean requeridos, cuando se debería plantear la posibilidad de fabricar lectores con unas determinadas funcionalidades dependiendo de la aplicación para la cual éste se va a utilizar. Todas estas cuestiones son tratadas para que en un futuro la tecnología RFID pueda mejorar solventando todas sus actuales desventajas, pero como es lógico surgirán nuevas cuestiones que ayudarán al desarrollo futuro de RFID, permitiendo que no sea una tecnología de identificación estancada, como es hoy la innovación en el código de barras, ya que es una tecnología que promete en diversos campos. [2] Respecto a las LPWAN, hay que mencionar que surgieron como alternativa viable a las tecnologías inalámbricas tradicionales para proporcionar conectividad de área amplia de bajo consumo y rentable para IoT. A medida que la cantidad de dispositivos IoT conectados aumenta de 7 miles de millones en 2018 a 22 miles de millones en 2025, se espera que las LPWAN sean un motor clave para el crecimiento. En un reciente informe de mercado que incluye un análisis exhaustivo de LPWAN, IoT Analytics estima que LPWAN será la tecnología de comunicación IoT de más rápido crecimiento en los próximos 5 años, con un número de dispositivos conectados a LPWAN que crecen un 109% por año y prevé que supere los 1.000 millones en 2023. Hoy en día, el mercado de LPWAN se encuentra todavía en una fase temprana y se caracteriza por un alto grado de fragmentación tecnológica (IoT Analytics investigó 16 tecnologías de LPWAN y aún hay más) y una huella RFID y LPWAN en el futuro de red que está lejos de ser global. Sin embargo, el análisis del mercado sugiere que esto se está consolidando rápidamente en torno a algunas tecnologías clave. Según las estimaciones, en 2017, LoRa fue el líder general del mercado si se contabilizan las implementaciones de redes tanto públicas como privadas, mientras que Sigfox era líder en términos de conexiones a través de redes públicas, con la gran mayoría concentrada en Europa. Al contar con redes tanto públicas como privadas, NB- IoT y LoRa ya representan aproximadamente el 70% del mercado actual y se espera que aumenten su participación en el mercado a casi el 85% en los próximos 5 años. Tabla 5. Pronósticos sobre LPWAN. [3] De la misma manera, LPWAN servirá de soporte para otras tecnologías recién implantadas. 5G, por ejemplo, está pensado para la conexión de grandes dispositivos, como teléfonos móviles y ordenadores. Es aquí donde las redes LPWAN despejarán al 5G de dispositivos que no requieran tanta potencia o Wi-Fi, trabajando en paralelo para mantener conexiones que necesiten menos caudal de datos, como sensores de alumbrado público, contadores de agua, gestores de aparcamientos, electrodomésticos… permitiendo así configuración de grandes redes destinadas al control inteligente de las ciudades. Implementación de técnicas RF en control de activos urbanos 53 6. ANEXOS A continuación se desarrollan los diversos anexos que reúnen información más detallada sobre los temas tratados en apartados anteriores. Se deja en esta sección aspectos más técnicos, como datasheets, estudios más profundos sobre las tecnologías protagonistas en este proyecto, fundamentos teóricos de la tecnología RFID, sus estándares y sus antecedentes históricos. También se refleja la evolución del prototipo inicial. 6.1. Anexo A. Especificaciones técnicas lector HYM360. Datos técnicos Características DC Requerimientos en la antena Anexos Sensibilidad angular Implementación de técnicas RF en control de activos urbanos 61 6.5. Anexo E. Antecedentes de RFID Se denomina RFID (Radio Frequency IDentification) a una tecnología que se desarrolló en el ámbito militar hace 60 años. La radio frecuencia se remonta a tiempos de James Clerk Maxwell quien, en 1864, predijo la existencia de ondas electromagnéticas. A su vez, en 1888, Heinrich Hertz demostró también su existencia mediante un aparato que producía y detectaba ondas en la región UHF. Se cree que fue Nikola Tesla el primer inventor de un sistema radio, aunque no fue él quien lo llevó a la práctica, sino que fue el ingeniero Guillermo Marconi, quien en el año 1901 realizó la primera transmisión radioeléctrica transatlántica utilizando, eso sí, los diseños del propio Tesla. Los orígenes de la tecnología RFID no están claros, ya que en parte se considera al espionaje soviético en 1945 como propulsor de dicha herramienta, inventada por Léon Theremin, una vez finalizada la Segunda Guerra Mundial. Dicha herramienta consistía en un dispositivo de escucha pasivo. Sin embargo, estos orígenes son dudosos ya que se trataba de un dispositivo de escucha encapsulado pasivo y no una etiqueta de identificación tal y como hoy la conocemos. Figura 65. Léon Theremin, 1927. Por otra parte, se relaciona como precursora directa de RFID a la antena IFF, establecida en 1939. Dicha antena fue utilizada por el servicio británico en la Segunda Guerra Mundial con el objetivo de distinguir entre sus propios aviones y los del enemigo. Anteriormente se necesitaba que el avión aterrizara en la base para realizar tal distinción, pero gracias a la antena IFF (Identify: Friend or Foe) se podía distinguir a una distancia de 40 kilómetros. Se instalaba una antena al fuselaje de los aviones aliados de manera que respondieran correctamente a una señal de interrogación que se les enviaba y, de tal forma, se comprobaba si el avión era aliado o no. Este sistema dio servicio desde la Segunda Guerra Mundial, aunque su uso no fue eficiente para aviones de alta velocidad o para tráfico aéreo denso. A pesar de ello, sobre dicho sistema se basó el control aéreo actual. En 1948 se publicó “Communications by Means of Reflected Power”, de Harry Stockman. Dicho evento puede ser considerado como el nacimiento de RFID. Los avances en radiofrecuencia y comunicaciones de radar continuaron. En la década de los 50 se efectuaron numerosos estudios orientados a la seguridad en minas de carbón, exploraciones petrolíferas e instalaciones nucleares, así como controles de acceso o sistemas antirrobo. A finales de los años 60 comenzaron las primeras actividades comerciales a raíz de la fundación de Sensormatic y Checkpoint. Ellos desarrollaron EAS (Electronic Article Surveillance), un equipo de vigilancia anti-intrusión electrónica. Dicho equipo fue el primer desarrollo RFID y supuso el preludio de la explosión de RFID en los 70. Finalmente, en 1973, se crearon las primeras patentes de RFID. Mario W. Cardullo obtuvo una patente para su etiqueta RFID activa con memoria degradable, y Charles Walton obtuvo la patente por su transpondedor pasivo, utilizado para abrir puertas sin llave. Anexos El desarrollo de RFID tomó diversas direcciones durante el resto de los 70 y la década de los 80. Se implantó un sistema de seguimiento de camiones destinados a transportar material nuclear, el cual fue precursor del sistema de control de paso en peajes. Del mismo modo, se obtuvo un sistema para rastrear personas en edificios, desde hospitales a oficinas de compañías. En el 94, el Departamento de Defensa Estadounidense comenzó a utilizar RFID para seguir el rastro de contenedores de envío, lo que le permitió reducir el número de contenedores a utilizar en un 90%. En 2001, la firma norteamericana GAP inició un programa piloto en el cual se incluía una etiqueta en sus productos que permitía conocer su situación en todo momento. Dicha iniciativa mejoró la eficiencia de su cadena de aprovisionamiento. Figura 66. Historia de RFID. Cabe destacar que, al principio, el alto costo de esta tecnología dificultó su utilización. Sin embargo, su desarrollo ha permitido automatizar y miniaturizar tanto los procesos de fabricación de RFID que actualmente se trata de una tecnología al alcance de prácticamente cualquier organización, y puede ser utilizada en un sinfín de productos, desde contenedores de barcos hasta simples documentos. Con la evolución de Internet y sistemas de comunicación, emerge la necesidad de conectar cualquier dispositivo de ámbito cotidiano, pero no sólo el uso doméstico se ve beneficiado (electrodomésticos, domótica…), sino el mundo empresarial tiende a adoptar también este tipo de soluciones, orientando más su aplicación a la eficiencia y optimización en vez de al confort. Es aquí donde RFID se manifiesta como una de estas tecnologías en la evolución del Internet de las cosas siendo su uso eminentemente empresarial. Actualmente, su principal uso es la identificación de objetos a distancia sin contacto y sin hilos, es decir, mediante radiofrecuencia. Un interrogador RFID realiza peticiones que unas etiquetas radiantes son capaces de recibir y responder y, como cada etiqueta tiene un código único, se podrá identificar de forma igualmente única. Asimismo, estas etiquetas pueden almacenar datos de bajo nivel, como la potencia de señal recibida por las etiquetas o la fase de dicha señal, pudiéndose realizar tareas de geolocalización. De dicha manera, este sistema podría permitir conocer la ubicación en tiempo real de todas las unidades del stock de un determinado producto en un almacén., facilitando enormemente labores que hasta el momento se realizan manualmente, como son el control de inventario o búsqueda de unidades descolocadas de un determinado elemento. [4] [1] Implementación de técnicas RF en control de activos urbanos 63 6.6. Anexo F. Fundamentos de RFID. RFID son las siglas en inglés de Radio Frequency IDentification, que en español significa Identificación por radiofrecuencia. El propósito fundamental de la tecnología RFID es identificar mediante un lector, sin contacto y a distancia, una tarjeta o etiqueta (tag) portada por una persona, un vehículo en movimiento o cualquier producto que se encuentra en un almacén o en una cadena de producción automatizada. [5] El modo de funcionamiento consiste en que una etiqueta RFID que contiene generalmente datos de identificación del objeto al que se encuentra adherido, genera una señal de radiofrecuencia con dichos datos. Un lector RFID captura dicha señal, la lee y la transmite a una aplicación específica denominada “middleware”. La comunicación se realiza entre un transmisor y un receptor, por lo que ambos llevan incorporada una antena. En la comunicación se transmite información y también energía, la cual se utiliza en el caso de las etiquetas pasivas para activar su circuitería. Existen dos tipos de mecanismos de comunicación electromagnética, que dependerá directamente de la distancia de la comunicación y de la frecuencia que se esté empleando: • Campo lejano: basado en campos electromagnéticos, se utiliza para comunicación de largas distancias o frecuencias altas. Es el mecanismo usado para tags UHF. • Campo cercano: basado en campos magnéticos, se utiliza para comunicación a corta distancia o frecuencias bajas. Es el mecanismo usado para los tags HF. La antena de las etiquetas es crítica en las comunicaciones, ya que su forma y su tamaño varían según si se utiliza campo lejano o campo próximo. En el caso de que se trate de campo lejano el tamaño de la antena ha de ser obligatoriamente la mitad de la longitud de la onda. 6.6.1. Frecuencias de Trabajo Figura 67. Banda de frecuencias. Anexos Los sistemas RFID pueden trabajar en distintas bandas de frecuencias. [4] • Banda LF: Podemos encontrar sistemas que trabajan de los 125-134 kHz a los 140-148,5 kHz. Tienen un alcance limitado a centímetros, la menor dentro de los sistemas RFID. Su uso más habitual es la identificación de animales o el uso para los mandos de arranque de los coches. Figura 68. Pulsera impermeable de RFID a 125 KHz. • Banda HF: Su banda de frecuencia de uso a nivel internacional es la de 13,56 MHz. Tiene un alcance de lectura de 1,5 metros, según el tamaño de la etiqueta. Suele emplearse en tarjetas de acceso a edificios o para etiquetas antirrobo. Éstas ofrecen una alta fiabilidad, independencia respecto a la orientación de la etiqueta, resistencia frente a interferencias eléctricas, variabilidad en el tamaño de los tags y posibilidad de aumentar el tamaño de las antenas lectoras. • Banda UHF: Se sitúa en la banda de 868 MHz en Europa y 915 MHz en EEUU. Tiene un alcance de 5 metros, y suelen emplearse en la identificación de objetos, palés, cajas, etc. Otra de sus ventajas, aparte de su mayor rango de lectura, es su bajo coste. • Banda de microondas: Se usan frecuencias de 2.45 GHz y 5.8 GHz. Se emplea más para los tags activos en el uso de seguimiento y trazabilidad de personas u objetos. Figura 69. Comparativa UHF - HF & LF. Implementación de técnicas RF en control de activos urbanos 65 Tabla 6. Prestaciones RFID según frecuencia de trabajo. 6.6.2. Componentes del Sistema Todo Sistema RFID consta de tres partes fundamentales: [1] 6.6.2.1. Etiqueta RFID, transpondedor o Tag 6.6.2.1.1. Descripció n Una etiqueta RFID se trata de un elemento que permite almacenar y enviar información a un lector en forma de ondas de radio. Está compuesta por una antena, un microchip y el sustrato. El propósito de la antena es permitir al chip transmitir la información de identificación de la etiqueta. El chip posee una memoria interna para almacenar el número de identificación y en algunos casos datos adicionales cuya capacidad depende del modelo. El sustrato mantiene el chip y antena juntos y los protege. En su mayoría son un film de plástico. Figura 70. Antena y chip en tag RFID. [1] No todas las etiquetas contienen chip o circuito integrado, ya que existe un tipo de etiqueta que no contiene chips, en este caso se trataría de una etiqueta RF, la cual actúa de igual modo que un interruptor, pudiendo estar apagada o encendida. Este tipo de etiqueta es muy útil, por ejemplo, en supermercados, apagándose esta etiqueta al pasar por caja, y un lector te permite abandonar el supermercado si has pagado tus productos, es decir, las etiquetas de tus productos se han apagado. Sin embargo, todas las etiquetas contienen una bobina o antena, las cuales pueden ser de múltiples formas. Los tags pueden ser clasificados atendiendo a diversas características; como tipo de memoria, capacidad de Anexos almacenamiento, origen de la fuente de alimentación... Por ejemplo, sus clasificaciones más generales son: • La cantidad de datos que puede almacenar: Puede variar desde un simple bit, los bits suficientes para almacenar un Código Electrónico de Producto, o miles de bits. Normalmente las etiquetas con alta capacidad de almacenamiento son activas. • El tipo de energía: Las etiquetas RFID de bajo coste normalmente son pasivas, lo que significa que usan la energía emitida por el lector para encender su microchip. Sin embargo, las etiquetas activas disponen de su propia fuente de alimentación interna, y es por ello por lo que pueden transmitir a largas distancias. • La frecuencia de operación: Frecuentemente las bandas de frecuencia para los sistemas RFID son 135 KHz, 13.56 MHz, 915 MHz y 2.45 GHz. Estas frecuencias las pone el gobierno, quien controla el espectro electromagnético en cada región. • El algoritmo de anticolisión usado: Las colisiones de radio frecuencia ocurren cuando muchas etiquetas responden simultáneamente a una petición de un lector. Sus señales pueden interferir en las de las otras, provocando que el lector no pueda identificar a las etiquetas. Gracias a que existen tantas clasificaciones podremos elegir el mejor tipo de etiqueta RFID para cada una de las aplicaciones. Dependiendo del entorno en el que van a ser utilizadas, las etiquetas pueden tomar diversas formas y tamaños. Existe la posibilidad de encapsulación en diferentes tipos de material, y normalmente éste suele ser PVC para obtener una mayor durabilidad, sobre todo en aplicaciones de ciclo cerrado, donde se tienen que reutilizar, o ambientes hostiles. También se pueden insertar en tarjetas de plástico o láminas de papel. Por último, hay que destacar el encapsulado en cristal o cerámica, especialmente idóneos para entornos corrosivos. Existen también algunas características que puede modificar el comportamiento de una etiqueta: • Adherir el tag: Cualquier etiqueta debe tener un mecanismo que permita adherirla al objeto o persona al cual va a ir asignado. • Lectura de la etiqueta: Cualquier tipo de etiqueta debe poner comunicar información mediante radiofrecuencia, para que pueda ser leída por el lector. • Kill/Disable: El lector puede enviar un comando a una etiqueta para que deje de funcionar permanentemente. No todos los tags poseen esta funcionalidad. • De una única escritura: A muchas etiquetas se les introduce su identificación en el propio proceso de fabricación, siendo por lo tanto imposible para el usuario cambiar o configurar este valor. • De muchas escrituras: Algunas etiquetas RFID, etiquetas de lectura/escritura, tienen la posibilidad de poder escribir y rescribir información en ellas tantas veces como se desee. • Anticolisión: Permite a las etiquetas conocer cuándo debe transmitir para no entorpecer o molestar a otras lecturas, ya que cuando hay muchos tags próximos a un lector, éste podría verse dificultado para comunicarse con ellos a la vez. • Seguridad: Algunas etiquetas permiten cifrar la información en la comunicación. Algunos de ellos también permiten responder únicamente a lectores que les proporcionan una contraseña o password secreto. • Estándares: Las etiquetas pueden cumplir uno o más estándares, permitiendo por lo tanto comunicarse con los lectores que los cumplen o son compatibles con ellos. Implementación de técnicas RF en control de activos urbanos 67 6.6.2.1.2. Clasificació n segú n alimentació n Sin embargo, la clasificación más importante que se puede realizar es atendiendo al origen de la energía, batería interna o fuente de alimentación. • Etiquetas Pasivas: No se requiere fuente de alimentación interna, ya que toda la energía se recoge del campo electromagnético creado por el lector, el cual basta para excitar el circuito integrado y generar una respuesta. Figura 71. Tag pasivo. La dinámica es la siguiente; [6] La antena crea un campo electromagnético que es recibido por la antena del tag, creándose una diferencia de potencial en las bornas de la antena tag y, por tanto, una corriente. Esta corriente es rectificada por un diodo y filtrada usando un condensador de almacenamiento para crear una tensión más o menos constante, que será la que alimente el circuito lógico y la memoria del tag. La memoria pasiva es no volátil ya que el tag está normalmente apagado. Un circuito similar de rectificación, usando un condensador más pequeño para permitir que la tensión varíe en la escala de tiempos del lector, se utiliza para demodular la información del lector. Esta técnica se conoce como “detección de envolvente”. Finalmente, un transistor a modo de switch conmuta la corriente; en ON la antena está a tierra y la corriente fluye por ella, En OFF la antena queda al aire, sin corriente que la recorra. Figura 72. Esquemático de un tag RFID pasivo. Anexos [7] De dicha manera, se genera una señal de respuesta, conocida como Backscatter signal. Como se ha comentado antes, se va generando una corriente en la antena, producto de la conmutación de estados del transistor entre ON y OFF. Esta corriente no es distinta de la corriente inicial que se produjo por la onda electromagnética recibida por la antena y empezó todo el proceso detallado anteriormente. Esta corriente, por tanto, origina una radiación en la antena y, por tanto, una señal de respuesta en la misma frecuencia. Esto es posible gracias al principio de reciprocidad 3 , un principio de la teoría electromagnética válido la mayor parte de las veces en el mundo ordinario. En este caso, este principio afirma que una estructura que puede recibir una onda también puede transmitirla. Figura 73. Simplificación del “Backscatter Signaling”. En otras palabras, el transistor modula la señal de respuesta en función de la señal procedente del micro de la etiqueta. Nótese que la señal que llega al transistor es una señal en banda base 4 a frecuencia de kHz como mucho, 3 [31] Es un teorema muy usado en análisis de circuitos. El teorema de reciprocidad cuenta con dos enunciados que en términos generales nos dice: “En cualquier red bilateral real pasiva, si la fuente de tensión simple Vx en la rama x produce la respuesta en corriente Iy en la rama y, entonces la eliminación de la fuente de tensión en la rama x y su inserción en la rama y produciría la respuesta en corriente Iy.” 4 [32] El término banda base se refiere a la banda de frecuencias producida por un transductor, tal como un micrófono, un manipulador telegráfico u otro dispositivo generador de señales que no es necesario adaptarlo al medio por el que se va a trasmitir. Banda base es la señal de una sola transmisión en un canal, banda ancha significa que lleva más de una señal y cada una de ellas se transmite en diferentes canales, hasta su número máximo de canal. En los sistemas de transmisión, la banda base es generalmente utilizada para modular una portadora. Durante el proceso de demodulación se reconstruye la señal banda base original. Por ello, podemos decir que la banda base describe el estado de la señal antes de la modulación y de la multiplexación y después de la demultiplexación y demodulación. Las frecuencias de banda base se caracterizan por ser generalmente mucho más bajas que las resultantes cuando éstas se utilizan para modular una portadora o subportadora. Implementación de técnicas RF en control de activos urbanos 69 aunque la señal reflejada al lector debe estar a MHz. El uso de un enlace mediante backscatter significa que el circuito de modulación por switching en la etiqueta solo necesita operar a frecuencias modestas comparables a la información, no la frecuencia de la portadora, ahorrando coste y potencia. Figura 74. Backscatter modulado usando un transistor como switch. Es fundamental que, para establecer un enlace de esta manera, el lector transmita una señal. En muchos sistemas de radio, el transmisor se apaga cuando el receptor está tratando de recibir la señal. Este esquema se denomina semi-dúplex, distinto del full-dúplex, donde transmisor y receptor trabajan de forma simultánea. Las etiquetas RFID pasivas son las etiquetas más económicas disponibles en el mercado, sin embargo, tienen como inconveniente que el rango de comunicación es menor que en las etiquetas activas o semiactivas. Esta característica es uno de los principales factores que determinan el coste y el tiempo de vida de la etiqueta o tag. Las etiquetas con batería son más caras, pero este incremento de coste se contrarresta con las ventajas que éstas ofrecen. Las etiquetas RFID activas, es decir, las etiquetas que disponen de batería interna tienen una distancia de lectura mucho mayor que las pasivas, además a éstas se les pueden añadir otras funcionalidades como pueden ser sensores de temperatura, velocidad o movimiento, entre otras. Figura 75. Procesado de etiquetas pasivas. • Etiquetas Activas: [1] Disponen de una propia batería para el suministro de energía, la cual utilizan para dar corriente a sus circuitos integrados y para propagar la señal al lector, es por ello permiten una mayor cobertura de difusión. Normalmente tienen una mayor capacidad de almacenamiento de información, más allá de un simple código de identificación, debido a que disponen de más energía que permite enviar más información. También pueden llevar incorporados sensores adicionales a la propia memoria Anexos cada fabricante optimizar cada uno de estos parámetros y por esta razón existen diferencias en el comportamiento de las etiquetas, dependiendo de ésta y de su fabricante. Las memorias se pueden clasificar atendiendo a si su memoria es de sólo lectura o además se puede escribir en ellas: • Sólo lectura: el código de identificación que contiene es único y es personalizado durante la fabricación de la etiqueta. Cuando ésta se fabrica y sólo entonces, se escribe en su memoria un código de identificación para el producto, el cual no se puede modificar durante el tiempo de vida de la etiqueta. Éste consiste en un código serializado y único. Éstas suelen tener una capacidad de almacenamiento muy baja, ya que únicamente se necesitan unos bits para almacenar un código identificador. • De lectura y escritura: la información de identificación puede ser modificada por el lector. La información podría ser almacenada en el proceso de fabricación del chip, pero ésta puede ser modificada con el lector, pudiendo además de almacenar más información en la etiqueta, modificarse el código de identificación almacenado. Este tipo de memorias suelen tener una capacidad de almacenamiento mayor que para las memorias de sólo lectura, ya que normalmente se utilizar para incluir más información importante sobre el producto. • Anticolisión: se trata de etiquetas especiales que permiten que un lector identifique varias etiquetas de manera simultánea. Siendo este tipo de etiquetas muy útiles para leer de una vez todos los productos que hay almacenados en un estante en un almacén, por ejemplo. Todas las etiquetas RFID disponen de un código de identificación del producto, denominado EPCN, siglas de Electronic Product Code Network, que identifica unívocamente a un producto. Además, si la capacidad lo permite y la memoria es de lectura/escritura, éstos pueden almacenar más información que un mero código de identificación. 6.6.2.1.6. Antena [1] Las formas y los tamaños de las antenas son múltiples y variados: • Etiquetas de alta frecuencia: el diseño de las antenas es menos complejo, ya que consiste en una bobina de material conductivo. En este caso el tamaño y la longitud son dos factores muy importantes ya que impactan directamente con la distancia de lectura, la cual está siempre limitada por el tipo de acoplamiento. • Etiquetas de ultra alta frecuencia: Las antenas de las etiquetas son dipolos y esto abre la posibilidad a una gran multitud de diseños, los cuales siempre van orientados a un objetivo o un equilibrio entre varios objetivos, que normalmente suelen ser el rendimiento, distancia de lectura, eficiencia en la transferencia de energía y el coste. El patrón de radiación de las antenas clásicas tipo dipolo es omnidireccional. El diseño estándar de un dipolo consiste en dos planos simétricos de longitud ¼ de la longitud de la onda. El dipolo dual se crea para mejorar la sensibilidad de la etiqueta a la orientación. De este modo se consigue que cuando un dipolo está orientado incorrectamente, el otro está correctamente, garantizando que siempre encontremos una orientación correcta. El dipolo conocido como doblado, proporciona un mayor ancho de banda, comportándose por tanto similarmente a una banda de frecuencias mayor. En este caso la longitud de los planos es ½ de la longitud de la onda. Cada fabricante tiene más de diez modelos de etiquetas, cada uno de éstos con unas características apropiadas para el objetivo que pretendan cubrir. Las antenas de las etiquetas RFID tienen el diseño basado en varios factores, los cuales determinan su forma y tamaño, según el objetivo de la aplicación. De ahí que existan antenas con forma rectangular, cuadrada, redonda…etc. Implementación de técnicas RF en control de activos urbanos 77 Figura 82. Forma de las antenas RFID. Los factores más importantes relacionados con el diseño son los que se enumeran a continuación: 1. Distancia de lectura 2. Sensibilidad a la orientación (Ángulo de apertura). 3. Densidad de la potencia radiada. 4. Ganancia, en relación al haz patrón. 5. Características del entorno (metal, líquido, madera...). 6. Polarización de la onda emitida. 7. Especificaciones concretas del objeto a etiquetar. 6.6.2.1.7. Electrónic Pródúct Códe [1] Hoy en día los códigos de barras se han integrado de tal forma que ya que la mayoría de productos son identificados mediante ellos. Éstos están constituidos por un código universal de producto, conocido como UPC (Universal Product Code). Se trata de una forma diferente de codificar números y letras usando una combinación de barras y espacios en diferentes medidas. El código UPC representa la clave para acceder a un registro de alguna base de datos en donde realmente reside la información, es decir, los símbolos no contienen información sobre el objeto, el precio… sino la clave para acceder a esa información. En cambio, con la tecnología RFID se puede almacenar algún tipo de información además de la clave dependiendo de la capacidad de la etiqueta RFID. El UPC sirve para identificar 10.000.000.000 productos diferentes. El UPC se compone de 12 números que identifican el código de la empresa, el código del producto y un digito de control. Figura 83. UPC. Anexos • El primer digito se corresponde con un 1 o un 7, es el llamado número del sistema. El 1 o 7 indica que el producto tiene un tamaño y peso determinado y no un peso variable. • Los cinco dígitos siguientes (18908) se corresponde con el código de la empresa, esta clave de cinco dígitos es única para cada fabricante y la asigna un organismo rector para evitar códigos duplicados. • Los cinco dígitos siguientes (14447) se corresponde con el código del producto que el fabricante asigna a cada uno de sus productos. • Y el último dígito (3) se trata del digito de control. Para calcular el dígito de control se multiplica cada número por 1 o por 3 dependiendo de su posición. Si se trata de una posición par se multiplica por 1, y si se trata de una posición impar por 3, posteriormente se suman los resultados de las multiplicaciones y se le restan al valor de la decena superior. El UPC es la simbología más utilizada en el comercio de Estados Unidos, sin embargo, la versión propia del UPC en Europa es el EAN (European Article Number). Es un estándar internacional de aceptación mundial. Identifica a los productos indicando el país, la empresa, y el código del producto con una clave única internacional. El EAN-13 es la versión más extendida del sistema EAN y consta de un código de 13 cifras en las que sus tres primeros dígitos identifican el país, los seis siguientes la empresa productora, los tres números posteriores al artículo y finalmente un dígito verificador, que da seguridad al sistema. En RFID, sin embargo, los datos incluidos en la etiqueta pueden estar en muchos formatos, siempre y cuando el lector y la etiqueta estén de acuerdo en ello. Los formatos principalmente dependen del fabricante, pero los estándares ya están surgiendo. El EPC (Electronic Product Code) ha sido denominado ‘la próxima generación de códigos de barras’ y por ello se considera el relevo del UPC. En el libro blanco ‘The Networked Physical World, Proposal for Engineering the Next Generation of Computing, Commerce and Automatic Identification’, desarrollado en 2001 por Sanjay Sarma, David Brock y Kevin Ashton se propone por primera vez un sistema de código electrónico de producto. Éste consiste en un esquema de codificación que fue desarrollado por el Auto-ID Labs, sucesora de Auto-ID Center, que permite identificar todos los artículos de una manera única e inequívoca en la cadena de suministro, a diferencia del UPC que sólo identifica clases de objetos o categorías genéricas de productos. En lugar de estar impreso sobre papel como ocurre hoy con el sistema de código de barras, este número se inserta dentro de una etiqueta electrónica que puede ser detectada mediante ondas de radio. Esta serie de bits sirven para identificar la empresa fabricante, categoría del producto, y el número del producto. El objetivo de este sistema EPC es volver la cadena de valor cada vez más eficiente e incrementar la visibilidad de los objetos que se mueven por ella, todo esto se puede lograr a través de la Red de EPC, la cual está conformada por las etiquetas, el hardware, el software y EPCIS. EPCIS o Servicios de Información de EPC consiste en un servicio de información de EPC que permite intercambiar información vía Internet con los socios comerciales acerca del movimiento de los productos, garantizando así la visibilidad de los mismos y facilitando por ello la toma de decisiones que impacten en la eficacia hacia los clientes y consumidores. El EPC es usado por la EPCglobal como el formato de identificación general (GID-96). El EPC nació como respuesta a los sectores profesionales para facilitarles la identificación de objetos, sin embargo, este código electrónico debía contemplar un requisito, debía ser aplicable a nivel global, algo que solo podría conseguirse si la tecnología seguía un estándar mundial. Es por ello por lo que se creó el organismo EPCglobal, constituido por el EAN y el Uniform Code Council o GS-1, para comercializar la tecnología EPC, la cual fue originalmente desarrollada por Auto-ID. Figura 84. EPC. Implementación de técnicas RF en control de activos urbanos 79 Debajo del estándar GID-96, todos los EPC están divididos en partes: • 8 bits, consiste en un campo de cabecera usado para garantizar la singularidad de un código EPC. • 28 bits General Manager Number, este número identifica la compañía o la organización. • 24 bits Object Class, consiste en la clase del producto, es decir, clasifica a los productos en grupos. • 36 bits Serial Number, el número de serie es único para cada objeto individual. Figura 85. Campos del estándar GID-96. La integración de un UPC en un EPC se realiza de una manera muy sencilla: • El número de la compañía del UPC pasaría de igual manera a formar parte del número de la compañía del EPC. • El código del producto del UPC, pasaría a formar parte de la clase del producto del EPC. • El número de serie del EPC sería el correspondiente al objeto concreto que se quiera identificar. Figura 86. Integración de un UPC en un EPC. El EPC de cada producto concreto es almacenado en un servidor de nombres que funciona a través de Internet denominado ONS (Object Name Service) desarrollado por el EPCglobal. A este servidor ONS pueden acceder las empresas autorizadas a buscar información sobre un producto concreto. El sistema envía el código EPC a través de Internet a una base de datos Object Name Service, ONS, que funciona igual que los DNS de Internet, pero en lugar de identificar una dirección, identifica un producto, es decir, en vez Anexos de realizar una traducción de nombre de dominio en una dirección IP o viceversa, realiza una traducción de un código EPC en un producto u objeto en concreto y viceversa. El servidor ONS iguala el número EPC a la dirección del servidor donde está guardada la información del producto. El sistema EPC lo forman el Código electrónico del producto (EPC), las etiquetas, los lectores… Todo este sistema forma el denominado IoT, en el cual gracias a los EPC los objetos son identificados como objetos únicos e inequívocos. Figura 87. La pila EPC. El Servidor ONS utiliza el lenguaje PML (Physical Markup Language) también conocido como Product Markup Language (Lenguaje de marcado físico) o (Lenguaje de marcado de productos) respectivamente. El sistema ONS conecta el EPC con su archivo asociado en PML de forma automática, de manera que al introducir un determinado EPC, este servicio remite el archivo PML. El lenguaje PML es el utilizado para describir objetos físicos, el cual está basado en el lenguaje XML, e incluye esquemas que permiten la definición de todas las características de un producto u objeto. Este lenguaje consiste en un lenguaje estándar para representar y distribuir información sobre los objetos, permitiendo la estandarización de la interfaz entre la infraestructura RFID y otros sistemas de información. El lenguaje PML no pretende sustituir a los actuales lenguajes utilizados para las transacciones comerciales o cualquier otra aplicación XML, sino que resulta ser un complemento a estos para definir la red EPC. La formación de este lenguaje, así como las correspondientes herramientas software, ha sido uno de los aspectos más difíciles de la Internet of Things. El proceso se inicia con la lectura de una etiqueta RFID, mediante la aplicación de un campo magnético, del EPC incluido en el chip de la etiqueta. El lector obtiene el EPC y se lo comunica al middleware o subsistema gestor. El cual, una vez recibida la información, busca en la base de datos del servidor local el archivo PML asociado a ese código de producto. En el caso de encontrar el producto, el proceso termina. Si no es así, el middleware remite el EPC al servidor ONS, el cual emitirá una petición de localización de dicho PML. Una vez recibida la petición, la respuesta se da en forma de dirección IP. Cuando el middleware obtiene la dirección IP de respuesta, éste conecta con el servidor PML que le facilitará el archivo PML correspondiente, paso con el cual el proceso finaliza. Implementación de técnicas RF en control de activos urbanos 81 Figura 88. Estructura de la tecnología RFID. Anexos 6.6.2.2. Lector de RFID o Transceptor 6 6.6.2.2.1. Descripció n [1] Se compone de una antena, un transceptor y un decodificador. El lector envía señales al entorno, cuando éste capta una señal de una etiqueta, extrae la información y se la pasa al subsistema de procesamiento de datos. Estas señales podrían transmitir energía en el caso de que se trate de leer una etiqueta pasiva. Algunos lectores llevan además integrado un módulo programador que les permite escribir información en las etiquetas, si éstas permiten la escritura. Figura 89. Antena RFID interactuando con un Tag. Los lectores pueden operar manualmente o de forma automática. Lo normal es que operen de manera automática, para lo cual utilizan algoritmos de anticolisión para poder leer múltiples etiquetas, y de manera simultánea, existentes en el campo de lectura. Las operaciones básicas que puede llevar a cabo un lector RFID: • Lectura Fija de etiquetas: Un lector puede configurarse para que realice de manera constante lecturas fijas. A medida que las etiquetas responden a las emisiones del lector estas lecturas son incluidas en una lista de etiquetas en la memoria del lector. Sin alguna de éstas no responde, será eliminada de la lista acumulada en la memoria. • Modo Directo/Interactivo: Este tipo de lectores responde a comandos proporcionados por las aplicaciones de gestión almacenadas en servidores. El servidor puede indicar al lector que reúna una lista de etiquetas dentro del rango de lectura o que busque una etiqueta específica dentro del rango. “En ambos casos el lector comienza por recoger una lista. Una vez completado el comando instruido por el servidor, el lector espera hasta recibir el siguiente comando.” (RFID Magazine, 2001). [9] En un sistema RFID pasivo, el transmisor del lector permanece emitiendo una portadora continua durante el tiempo que el receptor del lector está escuchando la señal del tag. Los lectores RFID usan componentes específicos como circuladores 7 o acopladores para permitir que solo las señales reflejadas lleguen al receptor, que de otra forma podría estar saturado por la enorme señal transmitida. Sin embargo, en un sistema de una única antena, la señal transmitida desde el lector rebota en su propia antena hacia el receptor, y la onda transmitida desde la antena rebota en cualquier objeto cercano, incluyendo la antena de la etiqueta que se está tratando de encontrar. 6 Un transceptor es un dispositivo que cuenta con un transmisor y un receptor que comparten parte de la circuitería o se encuentran dentro de la misma caja. En este caso, el transceptor RFID hace referencia al circuito integrado que gestiona el envío y recepción de señales. 7 [34] Se llama circulador a un dispositivo de microondas con tres puertas, numeradas 1, 2 y 3. Toda la energía que incide por la puerta 1 se transmite a la puerta 2; la incidente por la puerta 2 pasa a la 3 y la incidente por la puerta 3, sale por la 1. La transmisión en sentido inverso no se produce. Implementación de técnicas RF en control de activos urbanos 83 Figura 90. Transmisión y recepción de señales del lector RFID. En el caso de emplearse dos antenas (una para transmitir y otra para recibir), hay parte de la potencia de la señal que se acopla directamente de una a otra, de igual forma que las antes mencionadas reflexiones con el entorno. La señal total en el receptor es el vector suma de todas estas contribuciones, de las cuales la mayoría son mucho más grandes que la señal deseada, con amplitudes y fases propias, la mayoría impredecibles a priori. Por tanto, el efecto de una variación en la carga de la antena del tag (siendo la carga, en este caso, la modulación ejercida por el transistor en el circuito de la etiqueta) es completamente impredecible e incontrolable en la señal del receptor. Figura 91. La señal recibida no está correlada con la señal de la etiqueta. En la figura anterior, se muestra el caso donde las variaciones en la amplitud (HI cuando llega con amplitud grande, y LO cuando llega con amplitud pequeña) de la señal procedente del tag originan que la señal recibida incremente su magnitud sin variar su fase (Figura 38, caso AM). Las variaciones en la fase de la señal de la etiqueta sin variar el tamaño de la señal reflejada pueden alterar la amplitud de la señal del lector (Figura 38, caso PSK). Lo único que puede afirmarse con seguridad es que una variación en el estado de la antena del tag origina una variación en la fase o amplitud de la señal que llega al receptor del lector. [10] Volviendo al caso de única antena en un sistema pasivo, la señal que el lector envía al entorno tiene tres funciones fundamentales: • Aportar la suficiente energía a la etiqueta para su funcionamiento. • Establecer una señal de reloj sincronizada en la etiqueta. • Servir de portadora para la señal de información de respuesta de la etiqueta. Anexos El lector RFID lanza lecturas al entorno mediante modulaciones ASK (DSB-ASK, SSB-ASK y PR-ASK), y codifica sus comandos con PIE. Figura 92. Codificación PIE. Se define Tari como el intervalo de tiempo de referencia para la señalización entre lector y tag, y es la duración de data-0, comprendida entre 6.25 𝜇𝑠𝑒𝑔 y 25 𝜇𝑠𝑒𝑔. En función del parámetro Tari (Type A Reference Interval) se obtendrán unas tasas de datos diferentes: • Tari = 25 𝜇𝑠𝑒𝑔 o 40 kbps de máxima o 27 kbps de media • Tari = 12.5 𝜇𝑠𝑒𝑔 o 80 kbps de máxima o 53 kbps de media • Tari = 6.25 𝜇𝑠𝑒𝑔 o 160 kbps de máxima o 107 kbps de media La antena de la etiqueta recibe la señal del lector, y se realiza el backscattering. La señal que devuelve está modulada en PSK o ASK, aunque también emplea variaciones de la FSK. Particularmente, modulaciones de subportadora. Se denomina así porque la etiqueta genera en su circuitería una portadora propia modulada con la señal de información (la cual denominaremos subportadora modulada). Esta subportadora modulada, modula por backscattering la portadora que envía el lector, obteniéndose la señal de respuesta. Implementación de técnicas RF en control de activos urbanos 85 Figura 93. Ejemplos de modulación de subportadora. [11] Las codificaciones que más emplea la etiqueta es la FM0 o la Miller. Ambas se parecen, con la diferencia de que la FM0 invierte la fase de cada símbolo 8 y la Miller invierte la fase entre 0’s. La Miller admite más símbolos (M=2, 4, 8). Figura 94. Símbolos FM0 y máquina de estado finito. 8 Anexos los modos de comunicación activo y pasivo 9 de la interfaz y el protocolo de comunicación de campo cercano (NFCIP-1). Esta norma específica, en particular, esquemas de modulación, codificaciones, velocidades de transferencia y formato de trama de la interfaz RF, así como esquemas de inicialización y condiciones requeridas para el control de colisión de datos durante la inicialización. Además, esta norma define un protocolo de transporte que incluye la activación del protocolo y los métodos de intercambio de datos. Esta norma también se conoce como la ECMA-340, exactamente con su 3ª edición de junio de 2013. La ECMA-356 “NFCIP-1 – RF Interface Test Methods” y ECMA-362 “NFCIP-1 – Protocol Test Methods” especifican test para ECMA-340. La ECMA-373 especifica la interfaz de dos hilos entre un transceptor y un “front-end” 10 . Figura 100. Convenio de protocolo NFC. Diferencia entre ISO 14443 – ISO 18092 [14] ISO/IEC 18092 (NFCIP-1) está basado en ISO/IEC 14443 pero tiene una diferencia crítica. Utiliza un protocolo de comando distinto para reemplazar la Parte 4 del ISO/IEC 14443. Incluye, además, dos modos de comunicación; activo y pasivo, 11 lo que permite a un dispositivo NFC comunicarse con otros equipos NFC en un modo “peer-to-peer”, así como con ISO/IEC 18092 basado en etiquetas NFC. Dentro de los modos activo y pasivo, existen tres modos de operación definidos en ISO/IEC 18092: • Lectura/Escritura: En este modo el teléfono NFC puede leer o escribir datos de cualquier etiqueta compatible con el formato de datos NFC. • Peer-to-Peer: Dos dispositivos habilitados para NFC pueden intercambiar datos a través de algún tipo de protocolo binario personalizado. • Card-Emulation: Mientras que los teléfonos NFC pueden actuar como lectores cuando interactúan con otros tags, en este modo el teléfono también puede actuar como una etiqueta para otros lectores (terminales POS 12 ). 9 Descritos en el apartado 2.2. RFID y NFC. 10 Parte de una web que conecta e interactúa con los usuarios que la visitan. 11 Descritos en el apartado 2.2. RFID y NFC. 12 Point of Sale, en castellano Terminal Punto de Venta (TPV). Implementación de técnicas RF en control de activos urbanos 93 Específicamente, el Foro NFC establece que en el modo de emulación de tarjeta (Card-Emulation), los teléfonos habilitados para NFC pueden admitir los requisitos de la aplicación de pago EMV de tarjeta sin contacto especificados en EMV CCPS v2.0 e incorporados por American Express ExpressPay 2.0, MasterCard PayPass 2.0 y Visa payWave 2.1.1. Por lo tanto, si el dispositivo NFC funciona con las especificaciones de ISO/IEC 18092 en modo de emulación de tarjeta, debe ser interoperable con un lector/grabador (terminal POS) que funcione con las especificaciones de ISO/IEC 14443. Sin embargo, ISO/IEC 18092 también define un modo de igual a igual (Peer-to-Peer) en el que dos dispositivos pueden intercambiar datos (es decir, una tarjeta que actúa como lector). No existe tal equivalente actual definido en ISO/IEC 14443 y, por lo tanto, estos dispositivos NFC no serían interoperables con los dispositivos que operan bajo ISO/IEC 14443. Por lo tanto, si planea operar en modo Peer-to-Peer, por ejemplo, implementando su propio protocolo de intercambio de datos binarios a través de NFC, es posible que deba usar un dispositivo/conjunto de chips compatible con ISO 18092. 7. ISO 18185: Estándar que define el protocolo de comunicación de los sellos electrónicos para los contenedores de transporte de mercancías (sistema de identificación del estado del sello, indicador de batería del sello, identificador único del sello incluyendo el ID del fabricante y tipo de sello). 8. ISO 21481: Sistemas de intercambio de información y telecomunicaciones entre sistemas, Near Field Communications interface y protocolo - 2 (NFCIP-2). 9. ISO 28560-2: Especifica el estándar de grabación y el patrón de datos para las aplicaciones RFID en bibliotecas. Está basado en el estándar ISO 15962. 10. ASTM D7434: Estandariza los métodos de test para determinar el rendimiento de los transponders pasivos de radiofrecuencia RFID en cargas paletizadas o unificadas. 11. ASTM D7435: Estandariza los métodos de test para determinar el rendimiento de los transponders pasivos de radiofrecuencia RFID en contenedores cargados. 12. EPC UHF class1 Gen2: Estandariza los chips RFID pasivos su EPC (Electronic Product Code) en la identificación de los ítems en la cadena de suministro a nivel mundial. Se detallará más adelante al final de esta sección. 13. EMV Contactless: Especificaciones para los sistemas de pago que define la arquitectura y requisitos generales, puntos de partida, especificaciones del kernel y el protocolo de comunicaciones contactless. Se basa en la ISO 7816 y la ISO 14443 Para finalizar, cabe señalar las regulaciones que cada país o región establece, así en nuestro ámbito de aplicación, nos regimos por las normativas europeas ETSI (European Telecommunications Standards Institute): 14. EN 300 220-1 V2.4.1 (2012-01): Características técnicas y métodos de medida para los equipos de radio de corto alcance (entre las frecuencias de 25 MHz y 1000 MHz) con una potencia de emisión hasta 500 mW. 15. ETSI EN 302 208-1 V1.4.1 (2011-07): Características técnicas y métodos de medida para los equipos de radio (entre las frecuencias de 865 MHz y 868 MHz) con una potencia de emisión hasta 2 W. Anexos 6.7.1. EPC Class 1 Gen 2 [4] Las siglas EPC vienen de Electronic Product Code, que es un código único destinado a la identificación inequívoca de un objeto, persona, etc. y que está contenido en las etiquetas RFID. Surge de la necesidad de distinguir los productos unitarios de una misma especie. Este código es universal y está compuesto por 24 dígitos, de los cuales, los 9 últimos están destinados a la identificación del objeto. Además, este código puede almacenar otras propiedades como la fecha de fabricación, fabricante, tamaño, fecha de caducidad, etc. La EPCglobal es la organización que lidera de manera global el desarrollo de los estándares del EPC soportado por los sistemas RFID. Fue fundada en 2003 como sucesora de la organización perteneciente al MIT (Massachusetts Institute of Technology) Auto-ID Center. Los estándares EPC pueden ser de cuatro clases: • Clase 0: etiquetas que se pueden programar sólo una vez, pero se pueden leer muchas veces (WORM – Write Once Read Many). La programación se realiza en el proceso de fabricación. Esta clase también es conocida como Class 1 Generation 1. • Clase 1: son etiquetas pasivas con una memoria no volátil. Dependiendo del tipo, pueden ser WORM, es decir, solo se puede programar una vez, pero leer muchas veces, o pueden ser WMRM (Write Many Read Many), es decir, se pueden leer y escribir muchas veces. • Clase 2: tienen características similares a las etiquetas de clase 1 Gen2, pero además añaden algunas funcionalidades como el uso extendido de memoria, control de acceso por autenticación, etc. • Clase 3: aún no está definida, pero incorporará características para etiquetas semipasivas usando la banda UHF. • Clase 4: son etiquetas activas que pueden comunicarse tanto con lectores como con otras etiquetas. La EPC Class 1 Generation 2 se comenzó a definir en octubre del año 2002 por parte de la Auto-ID Center y finalizada en diciembre de 2004 por la EPCglobal, a quién fueron traspasados todos los procesos de desarrollo de los estándares tras su fundación. Sus propósitos fueron los de mejorar las características de la generación 1, añadiendo nuevas funcionalidades y perfeccionamiento, además de anticipando posibles aplicaciones futuras, establecer una única especificación en la banda UHF o realizar un desarrollo global dirigido a los reguladores de las diversas regiones mundiales. En cuanto a las principales características de la EPC Class 1 Generation 2 podemos citar las siguientes: • Los interrogadores pueden transmitir utilizando tres tipos de modulación: o DBS-ASK 13 (Double-Sideband Amplitude Shift Keying) 13 [33] ASK es una modulación de amplitud donde la señal moduladora (datos) es digital. Los dos valores binarios (0 y 1) se representan con dos amplitudes diferentes y es usual que una de las dos amplitudes sea cero; es decir uno de los dígitos binarios se representa mediante la presencia de la portadora a amplitud constante, y el otro dígito se representa mediante la ausencia de la señal portadora, en este caso la frecuencia y la fase se mantiene constante. La modulación en ASK no es otra cosa que una variante de la modulación en AM que se adapta perfectamente a las condiciones de los sistemas digitales, además de que les permite trabajar sobre una sola frecuencia de transmisión en ves de tener que lidiar con pulsos cuadrados que contienen componentes en todas las frecuencias del espectro. Implementación de técnicas RF en control de activos urbanos 95 o SSB-ASK (SingleSideband Amplitude Shift Keying) o PR-ASK (Phase-Reversal Amplitude Shift Keying) Utilizando un formato PIE (Pulse-Interval Encoding), que consiste en un formato de representación en el que para representar un “1” lógico utiliza un pulso largo transmitido de manera ininterrumpida, seguido de un pulso corto sin transmitir, mientras que para un “0” lógico utiliza un pulso corto transmitido de manera ininterrumpida, seguido de un pulso corto sin transmitir. • Los sistemas RFID podrán comunicarse utilizando frecuencias comprendidas entre 860 y 960 MHz. La elección de la frecuencia a utilizar por parte del interrogador dependerá de la normativa regional, así como del entorno radioeléctrico local. • Dense-Interrogator channelized signaling: el estándar de la EPC Class 1 Generation 2 incorpora un método que soporta múltiples lectores minimizando la interferencia entre ellos. Permite tres modos de operación: single reader mode para un solo lector, multiple reader mode para múltiples lectores y dense reader mode para un entorno con alta densidad de lectores. • En el entorno de un solo lector, este transmite y espera la respuesta de la etiqueta sin transmitir temporalmente. En los entornos densos o de múltiples lectores, la transmisión y la respuesta se separan en diferentes canales frecuenciales. Al variar la regulación europea con respecto a la normativa americana, el ancho de banda dedicado no es el mismo en los dos territorios. Mientras los sistemas europeos dispondrán de 10 canales en la banda UHF dedicada a RFID, los sistemas americanos disponen de 50 canales. Además, como en proporción, los lectores transmiten mucha más energía que las etiquetas (unos seis órdenes de magnitud), existe la posibilidad de introducir una máscara de rebaja en la transmisión de los lectores, que atenúe la energía en los canales adyacentes. • Mayores velocidades de transmisión: mientras la Gen1 utilizaba velocidades entre 70 y 149 kbps, la Gen2 permite velocidades entre 80 y 640 kbps. • El EPC de las etiquetas de la Gen2 es de 256 bits, mientras que en la generación anterior era de 96 bits. Su recuperación también resulta ser más sencilla, dado que sólo depende de sincronizar la frecuencia de las señales sinusoidales que sirven de portadoras y regeneradoras dependiendo si se hallan en el modulador o el demodulador. El ASK por sí sólo, a pesar de todas estas consideraciones, no es uno de los métodos más utilizados debido a que para cada frecuencia es necesario realizar un circuito independiente, además de que sólo puede transmitirse un solo bit al mismo tiempo en una determinada frecuencia. Otro de los inconvenientes es que los múltiplos de una frecuencia fundamental son inutilizables y que este tipo de sistemas son susceptibles al ruido. Anexos Mejoras que ofrece Gen2 [1] El aporte más importante que proporciona la Gen2 es el de tener un único protocolo global, ya que la primera generación tenía dos, para la clase 1 y la clase 0. Las mejoras de Gen2 frente a sus generaciones antecesoras son: • Velocidad o transmisión de datos: Con la generación 2 hay una velocidad máxima de 640 kbps, mientras que en la generación 1 teníamos 80 kbps en la clase 0 y 140 kbps en la clase 1. Por lo que la generación 2 tiene una velocidad ocho veces mayor que su antecesora la generación 1. Esta mejora supone un gran avance para las empresas porque al incrementar la velocidad se incrementan las etiquetas leídas por segundo, reduciendo por ello los tiempos empleados en la lectura. • Capacidad de lectura: Gracias a este factor de mejora la capacidad de lectura también se ve incrementada. La Gen2 permite escribir 16 bits cada 20 milisegundos. Este parámetro, la velocidad de escritura, también es importante para la velocidad de los procesos. En condiciones ideales se calcula que con la Gen2 podríamos leer unas 1.700 etiquetas/segundo en Estados Unidos y unas 600 etiquetas/segundo en Europa, ya que existen más restricciones en cuanto a potencia y ancho de banda. Gracias a estas velocidades, las empresas, podrían identificar objetos situados en una cinta transportadora con velocidades máximas de 200 metros por minutos, aunque este dato se vería afectado dependiendo del entorno de trabajo, ya que factores como el número de etiquetas que pasan simultáneamente lo afectaría. • Comando Select: La generación 2 ofrece una nueva funcionalidad, gracias a la cual se permite la posibilidad de que el lector seleccione a partir del comando ‘SELECT’. Gracias al cual y mediante un filtro de búsqueda por diferentes bits, como pueden ser el EPC, ID, la memoria de usuario, etc., se conseguirían leer una serie de etiquetas en concreto. Mediante esta posibilidad se ve incrementada la eficiencia de lectura y se reduce la información a procesar por el sistema lector, o middleware. Además, esta generación soporta varios comandos ‘SELECT’ para operaciones más complejas. • Modos de operación: Las transmisiones entre los lectores y las etiquetas RFID se gestionan en tiempo o espectro de frecuencias, para evitar las interferencias entre lecturas. La generación 2 dispone de tres modos de operar: single reader mode (un solo lector), multiple reader mode (múltiples lectores) y dense reader mode (con alta densidad de lectores). Gracias a estos tres modos se minimizan las interferencias entre los lectores y así se evitan colisiones. Estos parámetros serán distintos dependiendo de las regulaciones locales, ya que el ancho de banda en Europa es de 2 MHz y en América 26 MHz. En el modo single reader, primero transmite el lector y espera la respuesta de la etiqueta, ambas comunicaciones se realizan de manera separada temporalmente. En cambio, en modo múltiple o denso la pregunta y la respuesta se separan en diferentes canales de frecuencia. • Fiabilidad: En la mayoría de las aplicaciones, no se requiere altas velocidades de lectura, sin embargo, es más importante estar seguros de que todas las etiquetas RFID han sido identificadas correctamente. La generación 2 utiliza diversas técnicas para reducir las lecturas falsas. La primera, cuando un lector envía un comando QUERY, la etiqueta RFID responde con un retraso máximo de 4 ms, si el retraso fuese mayor se ignoraría la respuesta. Si por el contrario responde dentro del tiempo establecido, se inicia el diálogo. La etiqueta envía primero un preámbulo (una onda única que no varía). Si el lector ve y valida el preámbulo, entonces lee las ondas radio para transformarlo a bits de datos. El lector verifica que los bits formen una estructura de código EPC válido. Además, esta generación, ha sido diseñada de forma que la etiqueta es capaz de enviarle al lector cuantos bits le envía, de este modo el lector compara este dato con los bits que realmente ha recibido. Si ambos coinciden se comprueba el CRC (Cyclic Redundancy Check), de 16 bits de tamaño (también usado en la Clase 1 Gen 1), para asegurar que se había recibido al completo y sin ningún bit corrupto. • Mayor Robustez: Una nueva característica de la Gen2 es una mayor robustez al contar las etiquetas con el algoritmo Q Algorithm y simetría AB. El “Q algorithm” permite identificar muchas etiquetas rápidamente de manera precisa. La simetría AB evita los problemas de poner las etiquetas en modo ‘sleep’ y ‘wake up’. El algoritmo Q, que permite a la etiqueta generar un Implementación de técnicas RF en control de activos urbanos 97 número aleatorio, proporciona al lector la posibilidad de distinguir dos etiquetas con el mismo EPC, lo que provocaba confusión en el lector cuando se leían etiquetas con el mismo EPC. Por otra parte, la simetría AB mejora el sistema para contar las etiquetas, ya que evita confusiones cuando intervienen más de un lector. La generación 2 no utiliza los modos ‘sleep’ y ‘wake up’, para ello utiliza dos estados que consisten en un flag A y B. De esta forma se elimina la problemática de poner a las etiquetas en ‘sleep’ y se garantiza que el lector sepa a cada lectura cuáles son nuevas etiquetas y cuales ya estaban. • Sesiones: En la generación 1 cuando un lector lee una etiqueta, pone a ésta en modo ‘sleep’, así cuando se quiere hacer otro inventario se hace un ‘wake up’ de ella. Este modo de trabajo provoca que no pueda haber inventarios simultáneos sin interferirse. Sin embargo, la generación 2 se anticipa a situaciones donde hay varios lectores simultáneamente que quieren realizar inventarios, comunicándose con una misma etiqueta, de este modo se permite a los lectores contar en paralelo objetos sin interferirse entre ellos. Hay 4 sesiones lógicas (S0, S1, S2 y S3) con simetría AB para cada sesión, que evitan que entre ellas no se puedan interferir. El sistema RFID se puede configurar para que los lectores utilicen la sesión según el tipo, así podríamos determinar que los lectores fijos utilizarán la S0, los de las carretillas la S1 y los móviles la S2. • El protocolo de Gen1 permite enviar el comando ‘Kill’ para desactivar la etiqueta permanentemente, para proteger la privacidad, para realizar esta desactivación se necesita que el lector envíe 8 bits de código para que la etiqueta responda y realice el proceso. Estos 8 bits sólo permiten 256 números únicos. El protocolo de la generación 2 tiene un password de 32 bits, usado para el código ‘Kill’ al igual que para bloquear y desbloquear los campos de la memoria de la etiqueta. Esto significa más de 4 billones de posibles opciones, que garantizan que sólo con el permiso del propietario de la etiqueta se pueda modificar la información contenida en su memoria. En la tecnología RFID, al ser una tecnología de evolución, existe un miedo a que el camino en el que se invierte se quede obsoleto. Para evitar esta obsolescencia los lectores son capaces de leer cualquier generación y además son actualizables. Tabla 8. Comparativa Gen2 – Gen1. Anexos 6.8. Anexo H. RFID y Código de barras óptico El código de barras óptico se registró por primera vez en octubre de 1952, en EEUU, con objeto de identificar vagones de ferrocarril. Se comenzó a utilizar comercialmente en 1966 y alcanzó su éxito en 1980. [15] El primer uso industrial que se le dio fue en 1981, cuando el departamento de defensa estadounidense marcó todos los productos militares que se vendían. Dicho sistema se denomina LOGMARS, siendo aún utilizado hoy día. [16] Básicamente, un código de barras consiste en la representación de un conjunto de líneas paralelas con distinto grosor y espaciado que en su conjunto tienen una determinada información, y que es único para cada producto. Actualmente, el código de barras más utilizado a nivel mundial es el EAN 13 (European Article Number), constituido por 13 dígitos y con capacidad de información de 43 bits. [17] La capacidad de codificación del código de barras se limita por la difracción de la luz a través de los bordes de las líneas, la sensibilidad del lector y la distancia de lectura. La difracción restringe el ancho de línea mínimo detectable, así como la separación entre dos líneas adyacentes. De este modo, aumentar la longitud del código de barras es la única forma de aumentar su capacidad de información. Este aspecto se considera una de las principales limitaciones que presenta esta tecnología. (a) (b) Figura 101. Estructuras de códigos de barras: (a) unidimensional con codificación EAN 13 y (b) bidimensional (QR) Durante los últimos 25 años el código de barras ha sido el principal medio de identificación automática de productos en la cadena de abastecimiento. Su dominio en el mercado se debe, en parte, a su bajo coste de producción; menos de un céntimo de euro por unidad, y a su baja probabilidad de error; una entre dos millones. Sin embargo, RFID es una tecnología que ha tenido un gran crecimiento en los últimos años. De hecho, se piensa que puede sustituir al código de barras, pero, por el momento, no reemplaza a ninguna de las otras tecnologías de auto identificación existentes, ya que cada una tiene sus propias ventajas e inconvenientes. [18] A pesar de ello, la tecnología RFID se ha visto como la sucesora del código de barras, ya que ofrece diferentes ventajas sobre esta tecnología. A continuación, se destacan algunas de ellas. [19] Método de lectura El lector óptico del código de barras requiere de una verificación visual directa. El lector indica cuándo obtiene una buena lectura dentro de su rango, y una mala lectura es inmediatamente asociada con una etiqueta y un ítem específicos. [20] Los códigos de barras se leen pasando un pequeño punto de luz sobre el símbolo del código de barras impreso. Solo se ve una fina línea roja emitida desde el escáner láser. Pero lo que pasa es que las barras oscuras absorben la fuente de luz del escáner y la misma se refleja en los espacios luminosos. Un dispositivo del escáner toma la luz reflejada y la convierte en una señal eléctrica. El láser del escáner (fuente de luz) comienza a leer el código de barras en un espacio blanco (la zona fija) antes de la primera barra y continúa pasando hasta la última línea, para finalizar en el espacio blanco que sigue a ésta. Debido a que el código no se puede leer si se pasa el escáner fuera de la zona del símbolo, las alturas de las barras se eligen de manera tal de permitir que la zona de lectura se mantenga dentro del área del código de barras. Mientras más larga sea la información para codificar, Implementación de técnicas RF en control de activos urbanos 99 más largo será el código de barras necesario. A medida que la longitud se incrementa, también lo hace la altura de las barras y los espacios a leer. La lectura RFID, por el contrario, no requiere de línea de visión directa para obtener la información de la etiqueta. La señal de radio es capaz de viajar a través de la mayoría de los materiales, lo cual resulta muy ventajoso en aplicaciones donde la información debe ser obtenida a partir de ítems que tengan una orientación heterogénea. El lector RFID es capaz de distinguir una etiqueta individual a pesar de que múltiples etiquetas se encuentren dentro de su rango de lectura. No obstante, dicha discriminación de etiquetas no resuelve la ubicación física absoluta de un ítem que sí ofrece el código de barras cuando el objetivo es un punto específico. Tabla 9. Comparativa RFID – Código de barras óptico Velocidad de lectura Las etiquetas RFID se pueden leer, teóricamente, 1000 veces por segundo o más rápidamente que las etiquetas de código de barras. Esto resulta muy práctico en aplicaciones de recepción de mercaderías en grandes volúmenes, donde se necesita leer un elevado número de ítems. Durabilidad Las etiquetas RFID pueden ser insertadas en sustratos de plástico, u otros materiales, para mayor protección. La naturaleza de las mismas les permite perdurar más que las del código de barras, aunque ambas dependen del adhesivo que las mantiene intactas y pegadas a un ítem. Sin embargo, existe una gran vulnerabilidad con la etiqueta RFID. Un corte que dañe el punto de unión entre el chip y la antena inutilizaría dicha etiqueta, mientras que el código de barras apenas resultaría degradado. Almacenamiento de datos El código UPC identifica la clasificación de un ítem genérico, mientras que EPC permite identificar un ítem de forma completamente individual mediante un número de serie asignado. Los tags RFID más costosos pueden almacenar varios kilobytes de memoria. Dicho incremento en la capacidad de almacenamiento ofrece la posibilidad de crear una base de datos de información portátil, permitiendo el rastreo de un gran número de productos con datos como el tiempo en tránsito, su ubicación en el centro de distribución o la fecha de vencimiento del ítem. Flexibilidad de información Los tags RFID son capaces de realizar operaciones de lectura y escritura, lo que permite la actualización de información en tiempo real de un ítem. Anexos Seguridad Algunos tags RFID pueden soportar la combinación de palabras clave que pueden hacerlas ilegibles para sistemas de lectura que no usen las claves de acceso del código EPC. Coste La tecnología RFID es menos cara que los códigos de barras. Aunque un código de barras apenas tiene coste, requiere de una persona que lo escanee, lo que resulta un trabajo costoso. Por el contrario, la lectura RFID no requiere de intervención humana. Prestaciones RFID es mucho más preciso que los códigos de barras. Un operario humano puede llegar a perder u olvidar algunos ítems en el proceso de escaneo, mientras que RFID consigue ratios de escaneo generalmente mucho más altos. Puede no llegar al 100% de lecturas correctas, pero se acerca más a ello que el código de barras. Además, los tags pasivos UHF pueden ser leídos a distancias de hasta 10 metros, cuando los códigos de barras se pueden leer a 30 cm. Tabla 10. Prestaciones RFID – Códigos de barras ópticos. Los códigos de barras continúan siendo una gran tecnología, barata y al alcance de todo el mundo. Probablemente el código de barras seguirá siendo una buena opción para muchos, pero es evidente que la tecnología RFID cuenta con unas características y ventajas que la hacen única. [21] Lo importante, a la hora de decidir qué tecnología usar, es responder a las siguientes preguntas: - ¿Es fundamental en mi negocio tener información asociada a cada producto? - Con RFID, ¿puedo automatizar más mis procesos? - ¿Puedo solucionar “cuellos de botella” con RFID? - ¿Existen errores recurrentes en la producción, expedición o cualquier problema interno? - ¿Qué coste supondría implementar RFID en mi negocio? ¿Lo implementaría en todo mi negocio, o sólo en una parte? ¿Habría ahorros de personal? ¿En cuánto tiempo puedo amortizar el sistema RFID adquirido? Implementación de técnicas RF en control de activos urbanos 101 6.9. Anexo I. RFID y NFC Se denomina NFC (Near Field Communication) a una tecnología de comunicación inalámbrica, de corto alcance y alta frecuencia que permite el intercambio de datos entre dispositivos. [22] Fue aprobada en 2003 como estándar ISO/IEC y en 2008 se empezó a combinar con Bluetooth en algunos periféricos. Los estándares de NFC cubren protocolos de comunicación y formatos de intercambio de datos, y están basados en ISO 14433 14 y FeliCa. Los estándares incluyen ISO/IEC 18092 15 (NFCIP-1) y los definidos por el Foro NFC, fundado en 2004 por Nokia, Philips y Sony. NFC es una plataforma abierta pensada desde el inicio para teléfonos y dispositivos móviles. Se comunica mediante inducción en un campo magnético, en donde dos antenas de espiral son colocadas dentro de sus respectivos campos cercanos. Trabaja en la banda de los 13,56 MHz, por lo que no requiere ninguna licencia de uso. Soporta dos modos de funcionamiento, al igual que todos los dispositivos del estándar NFCIP-1: • Activo: ambos equipos con chip NFC generan un campo electromagnético e intercambian datos. • Pasivo: solo un dispositivo genera el campo electromagnético y el otro aprovecha la modulación de la carga para poder transferir los datos. El iniciador de la comunicación es el encargado de generar dicho campo. El protocolo NFCIP-1 puede funcionar a 106, 212, 424 u 848 kbits/s, por lo que su enfoque, más que para la transmisión de grandes datos, es para comunicación instantánea; identificación y validación de equipos/personas. Su principal fortaleza es la velocidad de comunicación, que es casi instantánea sin necesidad de emparejamiento previo. También ofrece un uso transparente a los usuarios, y los equipos con esta tecnología con capaces de enviar y recibir información al mismo tiempo. Por el contrario, su alcance es muy reducido, pues se mueve en un rango máximo de 20 cm. [23] Respecto a la seguridad, ya que estamos ante una comunicación por radiofrecuencia, la lectura de nuestra transmisión es una posibilidad que siempre existe. Sin embargo, con NFC se cuenta con la ventaja de la poca distancia a la que se opera. A pesar de ello, no se puede descartar la copia de códigos de nuestro chip para uso fraudulento, además de la modificación o inserción de errores en nuestro chip. Sus aplicaciones más comunes, dentro de aquellas en las que se precisa un intercambio de datos de forma inalámbrica, son: [23] • Identificación: el acceso a lugares donde se precisa una identificación se podría realizar acercando el teléfono móvil o tarjeta NFC a un dispositivo de lectura. Los abonos de autobus serían un ejemplo muy gráfico. • Recogida/intercambio de datos: Google es el principal protagonista de este uso. Combinando etiquetas RFID, tareas como la marcar la ubicación, recibir información de un evento o establecimiento resultan inmediatas. • Sincronización instantánea de dispositivos: Las etiquetas NFC son pequeña pegatinas que pueden ser ubicadas en varios sitios y configurarlas para que al pasar el móvil sobre ellas realicen configuraciones automáticas. • Pago con el teléfono móvil: La comodidad de uso y que el gasto pueda estar asociado a una cuenta de banco son prestaciones que pueden situar a esta tecnología como método de pago del futuro. 14 ISO 14443 es un estándar internacional relacionado con las tarjetas de identificación electrónicas. Consultar apartado 2.3. Estándares y regularizaciones RFID. 15 ISO 18092 es el estándar a partir del cual deriva NFC. Consultar apartado 2.3. Estándares y regularizaciones RFID. Anexos 6.10.3. Narrow Band [29] Narrowband (NB) es la primera tecnología centrada en conectar a Internet objetos cotidianos que requieren pequeñas cantidades de datos en períodos de tiempo largos. Es una de las distintas tecnologías competidoras (SigFox, LoRaWan…) que se denominan, generalmente, LPWAN. Es un estándar desarrollado por 3GPP para permitir una amplia gama de dispositivos y servicios móviles. [30] NB se enfoca específicamente en la cobertura interior, bajo coste, larga duración de la batería y alta densidad de conexión. NB utiliza un subconjunto del estándar LTE 19 , pero limita el ancho de banda a una única banda estrecha de 200 kHz. Utiliza modulación OFDM para enlaces descendentes y SC-FDMA para enlaces ascendentes. Compatible con todos los principales fabricantes de equipos móviles, NB puede coexistir con redes móviles 2G, 3G y 4G. También se beneficia de todas las características de seguridad y privacidad de las redes móviles, como la compatibilidad con la confidencialidad de la identidad del usuario, la autenticación de la entidad, la confidencialidad, la integridad de los datos y la identificación de equipos móviles. Esta tecnología ha sido desarrollada para permitir comunicaciones eficientes y una alta durabilidad de la batería, para dispositivos distribuidos masivamente. Utiliza la ya existente red móvil para conectar todos esos objetos. NB está diseñado para ampliar el futuro de la conectividad IoT de una manera más segura y fiable. Es ideal para dispositivos que generan un tráfico de datos no muy alto y tienen un ciclo de vida largo. Las ventajas de usar NB son: • Bajo consumo de energía. • Conectividad fiable, ratificada por el 3GPP (estándar global en el espectro autorizado). • Menor coste por componente. • Despliegue simplificado en la arquitectura de red móvil existente. • Seguridad garantizada por doble autenticación y una interfaz fuertemente encriptada. • Permite un gran número de dispositivos conectados. • Mayor alcance en interiores y exteriores. • Transferencia de información optimizada. • Permite más de 100.000 conexiones por celular. 19 [36] LTE (Long Term Evolution) es una tecnología de transmisión de datos de banda ancha inalámbrica que está principalmente diseñada para poder dar soporte al constante acceso de teléfonos móviles y de dispositivos portátiles a internet. Podríamos resumir diciendo que LTE es la tecnología utilizada en los teléfonos móviles o celulares de cuarta generación, los llamados teléfonos 4G, para la bajada y subida de datos desde internet. Realmente los 4G usan LTE Advanced, la misma tecnología, pero más avanzada. Implementación de técnicas RF en control de activos urbanos 109 Figura 108. Arquitectura NB. 6.10.4. Comparativa LoRaWAN/SigFox/NB Se deben considerar muchos factores al elegir la tecnología LPWAN adecuada para una aplicación de IoT, incluida la calidad del servicio, la duración de la batería, la latencia, la escalabilidad, la longitud de la carga útil, la cobertura, el alcance, la implementación y el coste. Calidad de servicio (QoS) SigFox y LoRa emplean espectros sin licencia y protocolos de comunicación asíncrona. Pueden solucionar problemas de interferencia, multitrayecto y desvanecimineto. Sin embargo, no pueden ofrecer la misma calidad de servicio que ofrece NB. Éste emplea un espectro con licencia y un protocolo síncrono basado en LTE, que son los óptimos para QoS. Debido a la QoS y la compensación de costes, NB se prefiere para aplicaciones que requieren una calidad de servicio garantizada, mientras que las aplicaciones que no tienen esta restricción deben elegir LoRa o Sigfox. Duración de la batería y latencia En Sigfox, LoRa y NB, los dispositivos finales están en modo de reposo (sleep mode) la mayor parte del tiempo fuera de la operación, lo que reduce la cantidad de energía consumida, es decir, la vida útil prolongada de los dispositivos finales. Sin embargo, el dispositivo final NB consume energía adicional debido a la comunicación síncrona y el manejo de la QoS, y sus modos de acceso OFDM/FDMA requieren más corriente de pico. Este consumo de energía adicional reduce la vida útil del dispositivo final NB en comparación con Sigfox y LoRa. Sin embargo, NB ofrece la ventaja de una baja latencia. A diferencia de Sigfox, LoRa proporciona la clase C para manejar también la latencia bidireccional baja a expensas de un mayor consumo de energía. Por lo tanto, para las aplicaciones que son insensibles a la latencia y que no tienen una gran cantidad de datos para enviar, Sigfox y LoRa de clase A son las mejores opciones. Para las aplicaciones que requieren baja latencia, NB y LoRa clase C son las mejores opciones. Anexos Tabla 11. Comparativa LoRa - NB. Implementación de técnicas RF en control de activos urbanos 111 Tabla 12. Detalles técnicos de tecnologías LPWAN. Anexos Escalabilidad y longitud de carga útil El soporte de la gran cantidad de dispositivos es una de las características clave de Sigfox, LoRa y NB. Estas tecnologías funcionan bien con la creciente cantidad y densidad de dispositivos conectados. Se consideran varias técnicas para hacer frente a esta característica de escalabilidad, como la explotación eficiente de la diversidad en un canal, así como en el tiempo y el espacio. Sin embargo, NB ofrece la ventaja de una escalabilidad muy alta que Sigfox y LoRa. NB permite una conectividad de hasta 100K dispositivos finales por celda en comparación con 50K por celda para Sigfox y LoRa Sin embargo, NB también ofrece la ventaja de la longitud de carga útil máxima. NB permite la transmisión de datos de hasta 1600 bytes. LoRa permite enviar un máximo de 243 bytes de datos. Por el contrario, Sigfox propone la longitud de carga útil más baja de 12 bytes, lo que limita su utilización en varias aplicaciones de IoT que necesitan enviar grandes tamaños de datos. Cobertura y alcance de la red La mayor ventaja de utilización de Sigfox es que una ciudad base puede cubrir una ciudad entera (es decir, un rango > 40 km). En Bélgica, un país con una superficie total de aproximadamente 30 500 km2, el despliegue de la red Sigfox cubre todo el país con solo siete estaciones base. Por el contrario, LoRa tiene un rango inferior (es decir, rango < 20 km) que requiere solo tres estaciones base para cubrir una ciudad entera como Barcelona. NB tiene el rango más bajo y las capacidades de cobertura (es decir, rango < 10 km). Se enfoca principalmente en la clase de dispositivos que se instalan en lugares alejados del alcance típico de las redes celulares. Además, el despliegue de NB se limita a las estaciones base LTE. Por lo tanto, no es adecuado para regiones rurales o suburbanas que no se benefician de la cobertura de LTE. Figura 109. Ventajas de NB, LoRa y SigFox de cara a IoT. Modelo de despliegue Las especificaciones NB se publicaron en junio de 2016; por lo tanto, se necesitará tiempo adicional antes de que se establezca su red. Sin embargo, los ecosistemas de Sigfox y LoRa están maduros y ahora están bajo comercialización en varios países y ciudades. LoRa tiene la ventaja que le permite implementarse actualmente en 42 países frente a 31 países para Sigfox. Sin embargo, las implementaciones mundiales de LoRa y Sigfox todavía están en desarrollo. Además, una ventaja significativa del ecosistema LoRa es su flexibilidad. A diferencia de Sigfox y NB, LoRa ofrece despliegue de red local, es decir, LAN que usa la puerta de enlace LoRa, así como la operación de red pública a través de estaciones base. En el campo industrial, se podría usar un modelo operativo híbrido para implementar una red local LoRa en áreas de fábrica y usa la red pública LoRa para cubrir las áreas externas. Coste Implementación de técnicas RF en control de activos urbanos 113 Se deben considerar varios aspectos de coste, como el coste de espectro (licencia), el coste de despliegue/red y el coste del dispositivo. Atendiendo a la Tabla 6, es evidente que Sigfox y LoRa son más rentables en comparación con NB. Tabla 13. Diferentes costes de LoRa, NB y SigFox. En conclusión, cada tecnología tendrá su lugar en el mercado de IoT. Sigfox y LoRa servirán como el dispositivo de menor coste, con un rango muy largo (alta cobertura), un tráfico de información pequeño y una vida útil muy larga de la batería. A diferencia de Sigfox, LoRa también servirá para el despliegue de la red local y la comunicación fiable cuando los dispositivos se mueven a altas velocidades. Por el contrario, NB servirá a los mercados de IoT de mayor valor que están dispuestos a pagar por una latencia muy baja y una alta calidad de servicio. A pesar de las pruebas de las compañías de telefonía celular, la falta de implementaciones comerciales de NB deja abiertas las preguntas sobre la vida útil real de la batería y el rendimiento que puede alcanzar esta tecnología en condiciones reales. Finalmente, se espera que la comunicación móvil inalámbrica de 5ª generación (5G) proporcione los medios para permitir un mundo completamente conectado de personas y dispositivos para el año 2020, lo que llevaría a una solución global de LPWAN para aplicaciones de IoT. Referencias REFERENCIAS [1] E. G. Carrasco, Estado del Arte en Tecnologías RFID, Madrid, 2009. [2] «https://www.nxtiot.io/index.php/2018/11/29/lpwan-la-tecnologia-de-comunicacion-iot-de-mas-rapido- crecimiento/,» [En línea]. [3] «https://www.xatakamovil.com/conectividad/que-redes-lpwa-gran-canal-paralelo-al-5g-para- dispositivos-conectados,» [En línea]. [4] S. D. Molinera, Sistema de localización mediante tecnología RFID, 2016. [5] «https://www.by.com.es/blog/que-es-rfid/,» [En línea]. [6] M. M. Z. Tanim, How does passive RFID works, briefly explained, 2016. [7] «https://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1276306,» [En línea]. [8] «https://es.wikipedia.org/wiki/Interferencia,» [En línea]. 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