RFID — Radio-Frequency IDentification
Uma abordagem geral.
Olá a todos!
Hoje teremos a primeira de uma série de postagens referentes a tecnologia de identificação por radiofrequência conhecida como RFID.
Todas as referências sobre esta pesquisa estarão disponíveis daqui a algumas postagem, quando a parte teórica for finalizada, então qualquer dúvida estou a disposição.
1. Introdução
Radio-Frequency IDentification (RFID), ou identificação por radiofrequência, é uma tecnologia/método de identificação que utiliza ondas de rádio (radiofrequência) e campos eletromagnéticos para recuperar, armazenar ou identificar, unica e remotamente, informações digitalmente contidas em dispositivos conhecidos como tags RFID.
Esta tecnologia é comumente utilizada em:
- controles de acesso, onde leitores RFID são colocados nas entradas de prédios e salas, que exigem que um cartão de acesso seja aproximado do leitor para ser “lido” antes que o acesso possa ser feito.
- Sistemas de pagamento sem contato, onde tags RFID são usadas para transportar informações de pagamento, sendo muito utilizados em sistemas eletrônicos de pedágios. As tags anexadas aos veículos, ou transportadas por pessoas, transmitem as informações de pagamento para um leitor fixo conectado a uma estação de pedágio, os pagamentos são então rotineiramente deduzidos da conta do usuário ou informações são alteradas diretamente na tag.
- Controle de inventário e rastreio de produto, onde tags RFID são usadas para rastrear e registrar o movimento de itens (como livros e roupas) dentro de uma loja ou galpão.
2. Componentes de sistemas RFID
Sistemas RFID são compostos geralmente por 4 componentes: Tag ou transponder; Reader (leitor), transceiver ou interrogator; Access Controller, middleware ou controlador e Host software ou enterprise software.
Tag ou transponder: Uma tag RFID é um pequeno microchip com memória conectado a uma antena ou a outros componentes, sendo a composição exata dependente do tipo da tag, como veremos em “Tipos de tag RFID”. O microchip é responsável por processar requisições advindas do leitor e gerar as respostas com informações contidas na memória. A memória é responsável por armazenar informações relativas a identidade da tag em si como: facility code, site code e card number e, caso possível, outras informações inseridas como: nome do portador, cpf, saldo em dinheiro, número do quarto e etc. A antena é responsável por receber e transmitir sinais de rádio. O cartão em si não possui consciência da composição do seu formato ou conteúdo, nem está ciente de privilégios de acesso para o portador do cartão.
Reader (leitor), transceiver ou interrogator: O leitor é responsável por interrogar as tags RFID ao seu alcance e requisitar a informação contida em sua memória, sincronizar o processo de comunicação, receber a resposta via radiofrequência e decodificar este sinal analógico em algo digital, para então passar esta informação para o controlador, sem realizar nehuma alteração nos dados durante o processo. Todo leitor possui uma antena e, assim como nas tags, ela é responsável por receber e transmitir sinais de rádio. Existem dois tipos de leitores: apenas-leitura (read-only) e leitura-escrita (read-write). Dispositivos read-only só podem consultar/ler as informações de uma tag. Dispositivos read-write (ou codificadores) podem tanto ler quanto escrever/alterar informações em uma tag (supondo que a escrita/alteração seja possível). O leitor em si não possui consciência da composição do formato ou conteúdo dos dados do cartão, nem está ciente de privilégios de acesso para o portador do cartão.
Access Controller, middleware ou controlador: Middleware é um termo genérico usado para descrever o software que reside entre os leitores e as aplicações empresariais (enterprise software). Desempenha uma função chave em qualquer sistema grande de RFID pois é o responsável por: controlar todo o sistema periférico (tags e leitores); intermediar a comunicação periférico-empresa; abstrair as diferentes tecnologias de diferentes leitores; gerenciar os dados dos sistemas utilizados (ao invés de cada aplicação separadamente); decodificar, formatar, filtrar e compreender o formato dos dados provenientes do leitor; entre outras. Por ser o primeiro dispositivo no sistema RFID no qual o formato dos dados do cartão podem ser decodificados e compreendido (somente o controlador, e possivelmente o host, está ciente desta composição e se os dados recebidos fazem sentido) ele é o responsável por depurar e converter as informações recebidas em algo que o sistema empresarial possa interpretar. Vale ressaltar, entretanto, que nem todas as implementações RFID necessitam de um middleware. Quando o número de solicitações de dados das tags for alto, quando o tráfego destas informações for intenso e quando a alta disponibilidade dos serviços que estão interagindo com o sistema RFID for primordial, então um middleware será necessário.
Host software ou enterprise software: É a parte da infraestrutura da empresa, como bases de dados e softwares de gerenciamento (como WMS, SAP, Microsiga), ou seja, onde as informações necessárias para o funcionamento do sistema de RFID são armazenadas, gerenciadas e consultadas pelo controlador.
Sistemas RFID, como um todo, podem ser classificados pelos tipos de tag e leitor utilizados:
- Passive Reader Active Tag (PRAT): Sistema possui um leitor passivo que só recebe sinais de rádio de tags ativas (operadas por bateria e apenas transmissíveis).
- Active Reader Passive Tag (ARPT): Sistema possui um leitor ativo que transmite sinais interrogadores e recebe respostas de tags passivas.
- Active Reader Active Tag (ARAT): Sistema usa tags ativas “acordadas” pelo sinal interrogador do leitor ativo.
3. Tipos de tag RFID
Existem três tipos de tags RFID: ativas, passivas e semi-passivas:
Tags ativas possuem uma fonte de energia interna (como uma bateria) que alimenta tanto o microchip quanto o transmissor ativo. Devido a isto são capazes de ter memória de armazenamento maior e de gerar seu próprio sinal para transmissão de dados, podendo ser detectados e transmitir a um alcance extremamente longo (até 100 m). Podem ser dividas em dois grupos, transponders e beacons:
- Transponders permanecem inativos e são “acordados” quando detectam o sinal de rádio de um leitor, transmitindo o sinal de resposta assim que acordados.
- Beacons não precisam ser “acordados” por um leitor, ao invés disso, emitem sinais em intervalos pré-determinados.
Tags passivas não possuem fonte interna de energia ou transmissor ativo, utilizando sua antena e o campo eletromagnético do leitor para extrair a energia necessária para seu funcionando e para transmitir a resposta de volta ao leitor. Devido a isto possuem menos memória de armazemanto e um alcance muito mais curto que as tags ativas.
Tags semi-passivas, ou Battery-Assisted Passive (BAP) Systems, são um híbrido entre tags ativas e passivas. Possuem sua própria fonte de energia que alimenta o microchip e auxilia na comunicação, mas não possuem um transmissor ativo. Sendo assim, necessitam do campo eletromagnético do leitor para transmitir a resposta (assim como as tags passivas), no entanto, como a bateria alimenta o microchip, não necessitam extrair energia do campo do leitor, o que permite responder a sinais fracos, resultando em distâncias de leitura mais longas do que o que poderia ser alcançado com tags passivas. Além disso, por possuírem bateria interna, podem ter uma maior memória de armazenamento.
Existem três tipos de armazenamento de dados em tags RFID: leitura-escrita (read-write), somente-leitura (read-only) e WORM (write once, read many — escreva uma, leia muitas). Vale ressaltar que, mesmo tags read-write possuem partes somente leitura, como as partes que armazenam informações relativas a facility code, site code e card number.
- As tags read-write podem ter os dados armazenados alterados ou apagados quantas vezes necessário.
- As tags read-only não podem ter seus dados alterados ou apagados, elas contem apenas os dados armazenados nelas quando fabricadas.
- As tags WORM podem ter dados gravados nelas apenas uma vez, sem possibilidade de serem alterados ou apagados.
Devido ao baixíssimo custo de produção, tags passivas são as mais encontradas no mercado e as mais implementadas em projetos, sendo assim, dará-se ênfase a elas.
Tags passivas são mais baratas devido aos componentes necessários para sua fabricação. De um modo geral, este tipo só precisa de uma antena, geralmente feita de cobre, um microchip e um substrato, geralmente PVC ou plástico, para proteção. Na imagem abaixo podemos ver uma tag RFID passiva no formato de cartão.
Assim como dito anteriormente, o RFID se comunica através de ondas de rádio e, uma de suas propriedades, é a frequência. Frequência refere-se ao número de ocorrências de um evento em um determinado período de tempo, no nosso caso, frequência é o número de oscilações por segundo da onda de rádio. Assim, tags passivas operam principalmente em três faixas de freqüência:
- Baixa frequência (Low Frequency — LF): Opera principalmente nas faixas de 125 kHz a 134.2 kHz e 140 kHz a 148.5 kHz. Proporciona um alcance de leitura curto (cerca de 10cm) e uma velocidade de leitura lenta (cerca de 1 kbits/s¹) , mas é muito resistente a interferência, como em metais ou líquidos.
- Alta frequência (High Frequency — HF): Opera principalmente a 13.56 MHz. Proporciona um alcance de leitura mediano (entre 10cm ~ 1m) e uma velocidade de leitura intermediária (cerca de 25 kbits/s¹), mas sofre mais interferência que a tags LF.
- Ultra-alta frequência (Ultra High Frequency — UHF): Opera principalmente na faixa de 856 MHz a 960 MHz. Proporciona um alcance de leitura longo (cerca de 10m) e uma velocidade de leitura rápida (cerca de 100 kbits/s¹), mas sofre muito com interferência.
Apenas adiantando uma curiosidade, a tecnologia de NFC (Near-Field Communication), tão conhecida em cartões de transporte público, pagamentos sem contato e celulares, trabalha na frequência de 13.56 MHz, a mesma que o RFID HF. Isto não é apenas uma coincidência, os padrões e protocolos do formato NFC são baseados nos padrões RFID, como a ISO/IEC 14443.
Assim termina esta primeira parte. Na próxima veremos mais sobre a arquitetura e funcionamento da tecnologia.
