Tipos de etiquetas RFID
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Las etiquetas RFID pueden ser activas, semipasivas (también conocidos como semiactivos o asistidos por batería) o pasivos. Las etiquetas pasivas no requieren ninguna fuente de alimentación interna y son dispositivos puramente pasivos (solo se activan cuando un lector se encuentra cerca para suministrarles la energía necesaria). Los otros dos tipos necesitan alimentación, típicamente una pila "Pila (electricidad)") pequeña.
La gran mayoría de las etiquetas RFID son pasivas, que son mucho más baratas de fabricar y no necesitan batería. En 2004, estas etiquetas tenían un precio desde 0.40 $, en grandes pedidos, para etiquetas inteligentes, según el formato, y de 0.95 $ para etiquetas rígidas usados frecuentemente en el sector textil encapsulados en PP o epoxi. El mercado de RFID universal de productos individuales será comercialmente viable con volúmenes muy grandes de 10 000 millones de unidades al año, llevando el coste de producción a menos de 0.05 $ según un fabricante. La demanda actual de chips de circuitos integrados con RFID no está cerca de soportar ese coste. Los analistas de las compañías independientes de investigación como Gartner and Forrester Research convienen en que un nivel de precio de menos de 0.10 $ (con un volumen de producción de 1 000 millones de unidades) solo se puede lograr en unos 6 u 8 años,[9] lo que limita los planes a corto plazo para una adopción extensa de las etiquetas RFID pasivas. Otros analistas creen que esos precios serían alcanzables dentro de 10 a 15 años.
A pesar de que las ventajas en cuanto al coste de las etiquetas RFID pasivas con respecto a las activas son significativas, otros factores, incluyendo exactitud, funcionamiento en ciertos ambientes como cerca del agua o metal, y fiabilidad, hacen que el uso de etiquetas activas sea muy común hoy en día.
Para comunicarse, las etiquetas responden a peticiones o preguntas generando señales que a su vez no deben interferir con las transmisiones del lector, ya que las señales que llegan de las etiquetas pueden ser muy débiles y han de poder distinguirse. Además de la reflexión o backscatter, puede manipularse el campo magnético del lector por medio de técnicas de modulación de carga"). El backscatter se usa típicamente en el campo lejano") y la modulación de carga en el campo próximo") (a distancias de unas pocas veces la longitud de onda del lector).
Etiquetas pasivas
Las etiquetas pasivas no poseen alimentación eléctrica. La señal que les llega de los lectores induce una corriente eléctrica pequeña y suficiente para operar el circuito integrado CMOS de la etiqueta, de forma que puede generar y transmitir una respuesta. La mayoría de las etiquetas pasivas utiliza backscatter sobre la portadora recibida; esto es, la antena ha de estar diseñada para obtener la energía necesaria para funcionar a la vez que para transmitir la respuesta por backscatter. Esta respuesta puede ser cualquier tipo de información, no solo un código identificador. Una etiqueta puede incluir memoria no volátil, posiblemente escribible (por ejemplo EEPROM).
Las etiquetas pasivas suelen tener distancias de uso práctico comprendidas entre los 10 cm (ISO 14443) y llegando hasta unos pocos metros (EPC e ISO 18000-6")), según la frecuencia de funcionamiento y el diseño y tamaño de la antena. Por su sencillez conceptual, son obtenibles por medio de un proceso de impresión de las antenas. Como no precisan de alimentación energética, el dispositivo puede resultar muy pequeño: pueden incluirse en una pegatina o insertarse bajo la piel (etiquetas de baja frecuencia).
En 2006, Hitachi desarrolló un dispositivo pasivo denominado µ-Chip con un tamaño de 0.15 × 0.15 mm sin antena, más delgado que una hoja de papel (7,5 µm).[10][11] Se utiliza SOI (Silicon-on-Insulator) para lograr esta integración. Este chip puede transmitir un identificador único de 128 bits fijado a él en su fabricación, que no puede modificarse y confiere autenticidad al mismo. Tiene un rango máximo de lectura de 30 cm. En febrero de 2007 Hitachi presentó un dispositivo aún menor de 0.05×0.05 mm y lo suficientemente delgado como para poder estar integrado en una hoja de papel.[12] Estos chips tienen capacidad de almacenamiento y pueden funcionar en distancias de hasta unos pocos cientos de metros. Su principal inconveniente es que su antena debe ser como mínimo 80 veces más grande que el chip.
Alien Technology") (Fluidic Self Assembly), SmartCode") (Flexible Area Synchronized Transfer) y Symbol Technologies (PICA) declaran disponer de procesos en diversas etapas de desarrollo que pueden reducir aún más los costes por medio de procesos de fabricación paralela. Estos medios de producción podrían reducir mucho más los costes y dirigir los modelos de economía de escala de un sector importante de la manufactura del silicio. Esto podría llevar a una expansión mayor de la tecnología de etiquetas pasivas.
Existen etiquetas fabricadas con semiconductores basados en polímeros desarrollados por compañías de todo el mundo. En 2005 PolyIC y Philips presentaron etiquetas sencillas en el rango de 13.56 MHz que utilizaban esta tecnología. Si se introducen en el mercado con éxito, estas etiquetas serían producibles en imprenta como una revista, con costes de producción mucho menores que las de silicio, sirviendo como alternativa totalmente impresa, como los actuales códigos de barras. Sin embargo, para ello es necesario que superen aspectos técnicos y económicos, teniendo en cuenta que el silicio es una tecnología que lleva décadas disfrutando de inversiones de desarrollo multimillonarias que han resultado en un coste menor que el de la impresión convencional.
Debido a las preocupaciones por la energía y el coste, la respuesta de una etiqueta pasiva RFID es necesariamente breve, normalmente apenas un número de identificación (GUID). La falta de una fuente de alimentación propia hace que el dispositivo pueda ser bastante pequeño: existen productos disponibles de forma comercial que pueden ser insertados bajo la piel. En la práctica, las etiquetas pasivas tienen distancias de lectura que varían entre unos 10 milímetros hasta cerca de 6 metros, dependiendo del tamaño de la antena de la etiqueta y de la potencia y frecuencia en la que opera el lector. En 2007, el dispositivo disponible comercialmente más pequeño de este tipo medía 0.05 milímetros × 0.05 milímetros, y más fino que una hoja de papel; estos dispositivos son prácticamente invisibles.
Etiquetas activas
A diferencia de las etiquetas pasivas, las activas poseen su propia fuente autónoma de energía, que utilizan para dar corriente a sus circuitos integrados y propagar su señal al lector. Estas son mucho más fiables (tienen menos errores) que las pasivas debido a su capacidad de establecer sesiones con el lector. Gracias a su fuente de energía son capaces de transmitir señales más potentes que las de las pasivas, lo que les lleva a ser más eficientes en entornos dificultosos para la radiofrecuencia como el agua (incluyendo humanos y ganado, formados en su mayoría por agua), metal (contenedores, vehículos). También son efectivas a distancias mayores pudiendo generar respuestas claras a partir de recepciones débiles (al contrario que las pasivas). Por el contrario, suelen ser mayores y más caras, y su vida útil es en general mucho más corta.
Muchas etiquetas activas tienen rangos efectivos de cientos de metros y una vida útil de sus baterías de hasta 10 años. Algunas de ellas integran sensores de registro de temperatura y otras variables que pueden usarse para monitorizar entornos de alimentación o productos farmacéuticos. Otros sensores asociados con RFID incluyen humedad, vibración, luz, radiación, temperatura y componentes atmosféricos como el etileno. Además de mucho más rango (500 m), tienen capacidades de almacenamiento mayores y la habilidad de guardar información adicional enviada por el transceptor.
Actualmente, las etiquetas activas más pequeñas tienen un tamaño aproximado de una moneda. Muchas etiquetas activas tienen rangos prácticos de diez metros, y una duración de batería de hasta varios años.
Características
La principal ventaja de las etiquetas RFID activas respecto a las pasivas es el elevado rango de lectura, del orden de decenas de metros. Como desventajas, cabe destacar el precio, que es muy superior que las pasivas y la dependencia de alimentación por baterías. El tiempo de vida de las baterías depende de cada modelo de etiqueta y también de la actividad de este, normalmente es del orden de años. Para facilitar la gestión de las baterías, es habitual que las etiquetas RFID activas envíen al lector información del nivel de batería, lo que permite sustituir con antelación aquellas que están a punto de agotarse.
Estas baterías proporcionan a las etiquetas una alimentación en modo reposo en el cual la corriente consumida es muy pequeña (3uA generalmente) y en modo de funcionamiento (donde se consume 24mA) estas baterías pueden durar desde 1 a 10 años, lo que los hace más robustos. Los más utilizados son los de litio y dióxido de manganeso como el CR2032 y el CR2320. A continuación se tiene sus características técnicas:.
Tiene las siguientes dimensiones de acuerdo al IEC 60086:.
El desempeño de la descarga en función a la temperatura y a la resistencia de carga se muestra en los siguientes gráficos:.
También hay baterías impresas ultrafinas para el diseño de empaquetado activo. Estas baterías son flexibles, de gran alcance y tienen menos de un milímetro de grosor, lo que las hacen ideales para las etiquetas activas de los sistemas RFID.
Otra alternativa son las baterías de papel, que tienen aplicaciones en dispositivos RFID, smart cards y led en papel, entre otros. Se trata de una batería que está formada por láminas finas de compuestos químicos incrustados en papel obteniéndose energía eléctrica a partir de reacciones de oxidación-reducción, produciendo en los bornes un voltaje nominal de 1.5 V y una carga de 1.5 mAh aproximadamente.
Etiquetas semipasivas
Las etiquetas semipasivas se parecen a las activas en que poseen una fuente de alimentación propia, aunque en este caso se utiliza principalmente para alimentar el microchip y no para transmitir una señal. La energía contenida en la radiofrecuencia se refleja hacia el lector como en una etiqueta pasiva. Un uso alternativo para la batería es almacenar información propagada desde el lector para emitir una respuesta en el futuro, típicamente usando backscatter. Las etiquetas sin batería deben responder reflejando energía de la portadora del lector al vuelo.
La batería puede permitir al circuito integrado de la etiqueta estar constantemente alimentado y eliminar la necesidad de diseñar una antena para recoger potencia de una señal entrante. Por ello, las antenas pueden ser optimizadas para utilizar métodos de backscattering. Las etiquetas RFID semipasivas responden más rápidamente, por lo que son más fuertes en el ratio de lectura") que las pasivas.
Este tipo de etiqueta tiene una fiabilidad comparable a la de las activas, a la vez que pueden mantener el rango operativo de una pasiva. También suelen durar más tiempo que las activas.
¿Cuáles son las diferencias entre código de barras y etiquetas RFID?.
Una de las funciones esenciales de los precintos de seguridad es garantizar la correcta identificación y trazabilidad de los productos y mercancías a los que van asociados. ¿Cuáles son las diferencias entre código de barras y etiquetas RFID? El precinto de seguridad funciona entonces como vehículo de información gracias a los códigos que van integrados en el mismo.
Las principales diferencias entre sistemas de identificación: ¿Cuáles son las diferencias entre código de barras y etiquetas RFID?
Es interesante comparar sistemas más tradicionales como códigos de barras frente a la alternativa que presentan las etiquetas RFID. Repasemos el comportamiento de cada uno centrándonos en cuatro principales características:.
Capacidad de almacenamiento de información.
Versatilidad y rapidez de escaneado.
Coste del sistema.
Ventaja destacada.
- Código de barras.
La ventaja destacada del código de barras es su estandarización en multitud de sectores. La sencillez de su uso y su correcto nivel de precisión hacen de él el sistema más extendido en el sector retail o comercio y en la gestión de inventarios y logística.
Sin embargo, su capacidad de almacenamiento de información está más limitada por el espacio: registra hasta 20 caracteres. Por otro lado, el escaneado de códigos de barras requiere la intervención humana y el contacto directo del lector con la información impresa, algo que resta rapidez al proceso.
En cuanto al coste, los códigos de barras pueden ser impresos con sistemas sencillos y por ello no resultan gravosos, pero sí es cierto que son más proclives al deterioro en ambientes agresivos y no se pueden modificar una vez han sido impresos.
Tipos de antena
El tipo de antena utilizado en una etiqueta depende de la aplicación para la que está diseñado y de la frecuencia de operación. Las etiquetas de baja frecuencia o LF (del inglés low frequency) normalmente se sirven de la inducción electromagnética. Como el voltaje inducido es proporcional a la frecuencia, se puede producir el necesario para alimentar un circuito integrado utilizando un número suficiente de espiras. Existen etiquetas LF compactas (como las encapsuladas en vidrio, utilizadas para identificación humana y animal) que utilizan una antena en varios niveles (tres de 100-150 espiras cada uno) alrededor de un núcleo de ferrita "Ferrita (cerámica ferromagnética)").
En alta frecuencia (HF, 13.56 MHz) se utiliza una espiral plana con 5 a 7 vueltas y un factor de forma parecido al de una tarjeta de crédito para lograr distancias de decenas de centímetros. Estas antenas son más baratas que las LF ya que pueden producirse por medio de litografía en lugar de espiración, aunque son necesarias dos superficies de metal y una aislante para realizar la conexión cruzada del nivel exterior al interior de la espiral, donde se encuentran el condensador de resonancia y el circuito integrado.
Las etiquetas pasivas en frecuencias ultraalta (UHF) y de microondas suelen acoplarse por radio a la antena del lector y utilizar antenas clásicas de dipolo "Dipolo (antena)"). Solo es necesaria una capa de metal, lo que reduce el coste. Las antenas de dipolo, no obstante, no se ajustan muy bien a las características de los circuitos integrados típicos (con alta impedancia de entrada, ligeramente capacitiva). Se pueden utilizar dipolos plegados o bucles cortos como estructuras inductivas complementarias para mejorar la alimentación. Los dipolos de media onda (16 cm a 900 MHz) son demasiado grandes para la mayoría de aplicaciones (por ejemplo las etiquetas RFID para uso en etiquetas no pueden medir más de 10 cm), por lo que hay que doblar las antenas para satisfacer las necesidades de tamaño. También pueden usarse estructuras de banda ancha. La ganancia "Ganancia (electrónica)") de las antenas compactas suele ser menor que la de un dipolo (menos de 2 dB) y pueden considerarse isótropas en el plano perpendicular a su eje.
Los dipolos experimentan acoplamiento con la radiación que se polariza en sus ejes, por lo que la visibilidad de una etiqueta con una antena de dipolo simple depende de su orientación. Las etiquetas con dos antenas octogonales (etiquetas de doble dipolo) dependen mucho menos de ella y de la polarización de la antena del lector, pero suelen ser más grandes y caras que sus contrapartidas simples.
Pueden usarse antenas de parche para dar servicio en las cercanías de superficies metálicas, aunque es necesario un grosor de 3 a 6 mm para lograr un buen ancho de banda, además de que es necesario tener una conexión a tierra que incrementa el coste comparado con estructuras de una capa más sencillas.
Asociación de etiquetas
Existen tres tipos básicos de etiquetas por su relación con los objetos que identifican: asociable, implantable e insertable (attachable, implantable, insertion).[13] Además de estos tipos de etiquetas, Eastman Kodak ha presentado dos solicitudes de patente que tratan de la monitorización del consumo de medicina en forma de una etiqueta “digerible”.[14].
Posicionamiento de las etiquetas
La orientación puede afectar al desempeño de etiquetas UHF a través del aire. En general, no es necesaria una recepción óptima de la energía del lector para operar sobre las etiquetas pasivas. No obstante, puede haber casos en los que se fija la distancia entre ambas partes así como la potencia efectiva emitida. En este caso, es necesario saber en qué casos se puede trabajar de forma óptima con ellos.
Se definen los puntos denominados R (de resonancia, resonance spot), L (vivo, live spot) y D (muerto, dead spot) para especificar la localización de las etiquetas en un objeto marcado, de forma que estas aún puedan recibir la energía necesaria con base a unos niveles determinados de potencia emitida y distancia.[15].
Entornos de etiquetas
El concepto de etiqueta RFID va asociado al de su ubicuidad. Esto supone que los lectores pueden requerir la selección de etiquetas a explorar de entre muchos candidatos posibles. También podrían desear realizar una exploración de las etiquetas de su entorno para realizar inventarios o, si las etiquetas se asocian a sensores y pueden mantener sus valores, identificar condiciones del entorno. Si un lector RFID intenta trabajar con un conjunto de etiquetas, debe conocer los dispositivos que se encuentran en su área de acción para después recorrerlos uno a uno, o bien hacer uso de protocolos de evitación de colisiones").
Para leer los datos de las etiquetas, los lectores utilizan un algoritmo de singulación basado en el recorrido de árboles, resolviendo las colisiones que puedan darse y procesando secuencialmente las respuestas. Existen etiquetas bloqueantes que pueden usarse para evitar que haya lectores que accedan a las etiquetas de un área sin necesidad de recurrir a comandos de suicidio para inhabilitarlas. Estas se hacen pasar por etiquetas normales pero poseen ciertas características específicas; en concreto, pueden tomar cualquier código de identificación como propio, y pueden responder a toda pregunta que escuchen, asegurando el entorno al anular la utilidad de estas preguntas.
En general, puede emitirse una señal espuria si se detecta actividad de etiquetas para bloquear las transmisiones débiles producidas por estas. En caso de que las etiquetas sean prescindibles o no sean necesarias de nuevo, pueden inutilizarse induciendo en ellos corrientes elevadas que inutilicen sus circuitos.
Aparte de esto, una etiqueta puede ser promiscua, si responde a todas las peticiones sin excepción, o segura, si requiere autentificación (esto conlleva los aspectos típicos de gestión de claves criptográficas y de acceso). Una etiqueta puede estar preparada para activarse o desactivarse como respuesta a comandos del lector.
Los lectores encargados de un grupo de etiquetas en un área pueden operar en modo autónomo, en contraposición al modo interactivo. Si trabajan de esta forma, realizan una identificación periódica de todas las etiquetas en su entorno y mantienen una lista de presencia con tiempos de persistencia") (timeouts) e información de control. Si una entrada expira, se elimina de la tabla.
Con frecuencia una aplicación distribuida requiere el uso de ambos tipos extremos de etiquetas. Las pasivas no pueden realizar labores de monitorización continua, sino que realizan tareas bajo demanda cuando los lectores se las solicitan. Son útiles para realizar actividades regulares y bien definidas con necesidades de almacenamiento y seguridad acotadas. Si hay accesos frecuentes, continuos o impredecibles, o bien existen requerimientos de tiempo real o procesamiento de datos (como búsqueda en tablas internas) suele ser conveniente utilizar etiquetas activas.