08 - RfId

Introdução

• Especialistas em novidades da tecnologia afirmam que mais cedo ou mais tarde as etiquetas inteligentes estarão nos produtos que qualquer consumidor vier a comprar. Afirmam que esses pequenos chips revolucionarão a logística de estoque. Esses especialistas acreditam que essa etiqueta inteligente revolucionará o rastreamento e o gerenciamento de todo o processo, desde equipamento industrial a produtos farmacêuticos. Colocando-se uma etiqueta em uma peça ou uma embalagem, um objeto “passará informações” sempre que receber um sinal de rádio de um sensor de rastreio.

• A justificativa de tanta importância em torno da identificação por freqüência de rádio deve-se à possibilidade de reconhecimento de produtos com potenciais ganhos de eficiência e novos horizontes de serviços ao longo da cadeia de abastecimento, trazendo para os dias atuais possibilidades anteriormente constantes apenas no imaginário dos grandes empresários.

• Surgem então notícias de que algumas empresas estão investindo maciçamente nessa tecnologia. A empresa norte-americana Gillette encomendou cerca de 500 milhões de chips RFID, jogando a tecnologia no noticiário popular. Outra notícia surgiu dizendo que a Boeing e a Airbus – as duas maiores fabricantes de aviões do planeta - exigirão de seus mais de 2 mil fornecedores a identificação de peças de aviões e motores utilizando essa tecnologia, com a justificativa de que desejam evitar erros de manufatura.

• A rede de supermercados Wal-Mart exige de seus fornecedores que todos os produtos vendidos pela rede precisarão conter etiquetas RFID. A Microsoft está entrando no jogo com o anúncio de que pretende desenvolver softwares e serviços para suportar o uso de RFID nos setores industrial e de varejo.

• O interesse da Gillette por RFID advém principalmente de seu desejo de solucionar furtos de lâminas de barbear, enquanto que os fabricantes de cigarro querem aderir a RFID em um esforço para deter o roubo interestadual de cigarros. Para efeito de comparação, a etiqueta de identificação por radiofreqüência é considerada a sucessora do código de barra, utilizado em todo o mundo.

Conceitos básicos

• As Etiquetas Inteligentes são capazes de armazenar dados enviados por transmissores. Elas respondem a sinais de rádio de um transmissor e enviam de volta informações quanto a sua localização e identificação. O microchip envia sinais para as antenas, que capturam os dados e os retransmitem para leitoras especiais, passando em seguida por uma filtragem de informações, comunicando-se com os diferentes sistemas da empresa, tais como Sistema de Gestão, Sistema de Relacionamentos com Clientes, Sistemas de Suprimentos, Sistema de Identificação Eletrônica de Animais, entre outros. Esses sistemas conseguem localizar em tempo real os estoques e mercadorias, as informações de preço, o prazo de validade, o lote, enfim, uma gama de informações que diminuem o processamento dos dados sobre os produtos quando encontrados na linha de produção.

• Os componentes da tecnologia RFID são três: Antena, Transceiver (com decodificador) e Transponder (chamado de RF Tag ou apenas Tag), composto de antena e microchip. Todos esses componentes serão melhor detalhados adiante.

Fornecedores/desenvolvedores

• MIT (Massachusetts Institute of Technology)

Na década de 1980, o Massachusetts Institute of Technology (MIT), juntamente com outros centros de pesquisa, iniciou o estudo de uma arquitetura que utilizasse os recursos das tecnologias baseadas em radiofreqüência para servir como modelo de referência ao desenvolvimento de novas aplicações de rastreamento e localização de produtos. Desse estudo, nasceu o Código Eletrônico de Produtos - EPC (Electronic Product Code). O EPC definiu uma arquitetura de identificação de produtos que utilizava os recursos proporcionados pelos sinais de radiofreqüência, chamada posteriormente de RFID (Radio Frequency Identification).

• IBM

No começo da década de 90, engenheiros da IBM desenvolveram e patentearam um sistema de RFID baseado na tecnologia UHF (Ultra High Frequency). O UHF oferece um alcance de leitura muito maior (aproximadamente 6 metros sobre condições boas) e transferência de dados mais velozes. Apesar de realizar testes com a rede de supermercados Wal-Mart, não chegou a comercializar essa tecnologia. Em meados de 1990, a IBM vendeu a patente para a Intermec, um provedor de sistemas de código de barras. Após isso, o sistema de RFID da Intermec tem sido instalado em inúmeras aplicações diferentes, desde armazéns até o cultivo. Mas a tecnologia era muito custosa comparada ao pequeno volume de vendas, e a falta de interesse internacional.
O RFID utilizando UHF teve uma melhora na sua visibilidade em 1999, quando o Uniform Code Concil, o EAN internacional, a Procter & Gamble e a Gillette se uniram e estabeleceram o Auto-ID Center, no Instituto de Tecnologia de Massachusetts. Dois professores, David Brock e Sanjay Sarma, têm realizado pesquisas para viabilizar a utilização de etiquetas de RFID de baixo custo em todos os produtos feitos, e rastreá-los. A idéia consiste em colocar apenas um número serial em cada etiqueta para manter o preço baixo (utilizando-se apenas de um micro-chip simples que armazenaria apenas pouca informação). A informação associada ao número serial de cada etiqueta pode ser armazenada em qualquer banco de dados externo, acessível inclusive pela Internet.

• http://www.ibm.com/br/ibm/ideasfromibm/rfid/061207/index1.phtml

• Outras Pesquisas

Professores e alunos do Centro Universitário FIEO (fonte: www.unifieo.br) estudam aplicações dessa tecnologia. No momento, os principais interessados são os shopping centers e grandes magazines que procuram automatizar e virtualizar suas vendas e, ainda, ter controle sobre seus estoques. Mas como há inúmeras eventuais aplicações, os professores estão estimulando a criatividade dos alunos no encontro de novos caminhos. O interesse pelo RFID é tão grande que, nos ultimos anos, todas as classes de TI teem ficado lotadas. No primeiro dia do ano letivo, os ingressantes são recebidos por um sistema que indica o local de suas salas de aula além de outras informações sobre a escola. Este é um pequeno projeto piloto que causa grande surpresa e entusiasmo entre os calouros. É apenas uma mostra do muito que aprenderão sobre a nova tecnologia. Para tanto foi criado no UNIFIEO o Centro de Pesquisas para novas Aplicações do RFID que faz intercâmbio de informações com outras universidades brasileiras, americanas e europeias que trabalham no desenvolvimento da mesma tecnologia.

No Brasil, há algumas iniciativas de desenvolvimento em empresas do interior de São Paulo (São Carlos, Campinas) onde mão-de-obra altamente especializada, vinda das melhores univeridades do Brasil (USP/UFSCar e Unicamp) vem desenvolvendo protótipos de soluções. Poderiamos, por exemplo, empregar o RFID nas maratonas, transportes públicos, controle de acesso, lojas, eventos, pedágios, rastreamento de cargas, logística, entre centenas de outra aplicações.

Outra iniciativa de destaque é o Centro de Excelência em RFID (RFID Coe), em Sorocaba, dentro das instalações do Flextronics Instituto de Tecnologia (FIT). O RFID Coe é resultado de uma parceria entre o FIT e a HP em 2004, e hoje é uma referência internacional no desenvolvimento de aplicações com RFID, utilizando principalmente UHF para solucionar diversos cenários no ambiente de processos de manufatura eletroeletrônica, acompanhamento de ciclo de vida de produtos (DNA de produtos) e o desenvolvimento de prateleiras eletrônicas para vinhos, livros, cartuchos de tinta, próteses e stents cardíacos, entre outros.

Ainda no interior de São Paulo, um novo laboratório de validação de sistemas de RFID está em construção no CPqD (Centro de Pesquisas e Desenvolvimento em Telecomunicações), que se tornará o maior da América Latina neste tipo de serviço. Sua previsão de inauguração é março de 2011.

Cronologia

• 1939

A tecnologia RFID tem inicio na Segunda Guerra Mundial, em que alemães descobriram que se girassem seus aviões quando estivessem retornando à base, modificavam o sinal de rádio refletido ao radar permitindo sua identificação por parte dos operadores. Mais tarde, em um projeto secreto, os ingleses desenvolveram o primeiro sistema identificador ativo. Este sistema tinha como objetivo identificar se os aviões eram aliados ou inimigos, e consistia na colocação de transceptores em cada avião britânico. Ao receber o sinal do radar do solo, estes transceptores enviavam uma resposta identificando sua aeronave.

• Décadas de 50 e 60

Avanços na área de radares e de comunicação RF (Radio Frequency) continuaram através das décadas de 50 e 60. Cientistas e acadêmicos dos Estados Unidos, Europa e Japão realizaram pesquisas e apresentaram estudos explicando como a energia RF poderia ser utilizada para identificar objetos remotamente.

• Décadas de 70 80 e 90

Na década de 70 desenvolvedores, inventores, companhias, instituições acadêmicas e laboratórios governamentais trabalhavam ativamente com a tecnologia RFID. A partir dos anos 80 o interesse na tecnologia desenvolveu-se em várias partes do mundo. Os maiores interesses dos Estados Unidos eram a aplicação da tecnologia em transporte, controle pessoal de acesso e identificação de animais. Na mesma década, o Instituto de Tecnologia de Massachussetts (MIT), em conjunto com outros centros de pesquisa, iniciou estudo de uma arquitetura que utilizasse os recursos das tecnologias baseadas em radiofreqüência, para servir como modelo de referência ao desenvolvimento de novas aplicações de rastreamento e localização de produtos. Desse estudo, nasceu o Código Eletrônico de Produtos - EPC (Electronic Product Code). O EPC define uma arquitetura de identificação de produtos que utiliza os recursos proporcionados pelos sinais de radiofreqüência. A década de 90 foi significante para a tecnologia, pois foi presenciada a utilização em larga escala. Em 1991, foi instalado em Oklahoma o primeiro sistema automático de pedágios em estradas.

Pontos relevantes

• Capacidade de armazenamento, leitura e envio dos dados para etiquetas ativas
• Detecção sem necessidade da proximidade da leitora para o reconhecimento dos dados
• Durabilidade das etiquetas com possibilidade de reutilização
• Contagem instantânea de estoque, facilitando os sistemas empresariais de inventário
• Precisão nas informações de armazenamento e velocidade na expedição
• Localização dos itens ainda em processos de busca
• Melhoria no reabastecimento com eliminação de itens faltantes e aqueles com validade vencida
• Prevenção de roubos e falsificação de mercadorias
• Coleta de dados animais ainda no campo
• Processamento de informações nos abatedouros
• Otimização do processo de gestão portuária, permitindo às companhias operarem muito próximo da capacidade nominal dos portos

Funcionamento

Princípios básicos de funcionamento

• Os sistemas RFID são divididos basicamente em duas categorias: 1-bit transponder e n-bit transponder. Os equipamentos que se enquadram na primeira funcionam basicamente por meio de fenômenos físicos, enquanto na segunda existe um fluxo de dados entre o identificador e o leitor.

• Sistemas 1-bit transponder

• Os sistemas 1-bit transponder trabalham com os estados ativado e desativado. O estado ativado significa que o identificador está na zona de interrogação do leitor, enquanto no desativado não há presença do identificador. Apesar de limitado, os sistemas de 1-bit são largamente utilizados em sistemas antifurto de lojas. Existem basicamente cinco sistemas 1-bit: Sistema 1-bit por radiofreqüência, por microondas, por divisão de freqüência, por efeito eletromagnético e por efeito acústico-magnético.

• Sistema n-bit transponder
• Em contraste com os sistemas de 1-bit, que exploram simples efeitos físicos, os sistemas descritos nesta seção utilizam um microchip para armazenamento de dados, que podem chegar a alguns kilobytes. Estes sistemas podem realizar leitura e escrita, e a transmissão de dados pode ser do tipo full duplex, half duplex ou seqüencial.
• Na transmissão de dados half duplex, a informação trocada nos dois sentidos não ocorre de forma simultânea, ou seja, em um dado instante um dispositivo A será o transmissor e B será receptor. Em outro instante, este papel pode se inverter, sendo o B o transmissor e A o receptor.
• Na transmissão full duplex, a transmissão de dados do leitor para identificador ocorre ao mesmo tempo que do identificador para leitor. Os dois tipos de transmissão tem em comum a contínua transferência de energia entre leitor e identificador. Em sistemas seqüenciais, a transferência de energia ocorre somente em limitados períodos de tempo (pulsos).
• Acoplamento
• O mecanismo de acoplamento determina como o dispositivo identificador e o leitor influenciam um ao outro para enviar e receber informação ou energia. O tipo de acoplamento que um identificador utiliza está intimamente ligado à faixa de leitura entre o identificador e leitor, além da freqüência de operação. Tags que funcionam nas faixas de freqüência LF ou HF funcionam melhor com acoplamento indutivo, enquanto um acoplamento difuso proporciona melhores resultados em freqüências mais altas. O acoplamento magnético é mais eficiente na faixa de 1 a 10 MHz, e o acoplamento capacitivo geralmente é utilizado em torno de 10 MHz.

Fluxo de transmissão/recepção

• A parte do campo que penetra na antena do transponder gera uma tensão por indução. Esta é retificada e serve de fonte de alimentação para o microchip.

• A Figura acima representa o acoplamento indutivo entre um leitor e um identificador. O capacitor Cr é colocado em paralelo com a antena do leitor, e sua capacitância é especificada de forma que se tenha um circuito ressonante paralelo com freqüência de ressonância que corresponde à do leitor. A antena do identificador juntamente com o capacitor C1 forma um circuito ressonante ajustado na freqüência do leitor.

• A eficiência na transferência de potência entre o leitor e o identificador é proporcional à freqüência de operação, número de voltas do enrolamento, área da seção transversal, ângulo relativo entre os dois elementos e a distância entre eles.

• Através da variação de parâmetros do circuito ressonante do identificador de acordo com o fluxo de dados, a magnitude e fase da resposta pode ser modulada, e o dado transmitido possa ser reconstruído e demodulado pelo leitor.

Topologia/arquitetura

Elementos

• Antena

A antena ativa o Tag, através de um sinal de rádio, para enviar/trocar informações (no processo de leitura ou escrita). As antenas são fabricadas em diversos tamanhos e formatos, possuindo configurações e características distintas, cada uma para um tipo de aplicação. Quando a antena, o transceiver e o decodificador estão no mesmo invólucro recebem o nome de “leitor”.

• Transceiver e Leitor

O leitor emite freqüências de rádio que são dispersas em diversos sentidos no espaço, desde alguns centímetros até alguns metros, dependendo da saída e da freqüência de rádio utilizada. O leitor opera pela emissão de um campo eletromagnético (radiofreqüência), a fonte que alimenta o Transponder, que, por sua vez, responde ao leitor com o conteúdo de sua memória. Por apresentar essa característica, o equipamento pode ler através de diversos materiais como papel, cimento, plástico, madeira, vidro, etc... Quando o Tag passa pela área de cobertura da antena, o campo magnético é detectado pelo leitor, que decodifica os dados codificados no Tag, passando-os para um computador realizar o processamento.

• Transponder

Os Transponders (ou RF Tags) estão disponíveis em diversos formatos, tais como cartões, pastilhas, argolas e em materiais como plástico, vidro, epóxi, etc. Os Tags têm 2 categorias: Ativos e Passivos. Os primeiros são alimentados por uma bateria interna e permitem processos de escrita e leitura. Os Tags Passivos são do tipo só leitura (read only), usados para curtas distâncias. Nestes, as capacidades de armazenamento variam entre 64 bits e 8 kilobits.

Protocolos e tipos de acesso

• Protocolos e Normas / EPC

Devido ao desenvolvimento dos sistemas de RFID por diversas marcas em várias bandas de frequência, a criação de protocolos e normas que regulassem os sistemas de RFID era uma tarefa complicada, sobretudo quando não existe um consenso entre os grandes fabricantes de sistemas RFID. No entanto para o funcionamento destes sistemas foi necessária a criação de protocolos de comunicação, estes protocolos estão relacionados com as frequências a que os leitores e tags comunicam entre si, assim foram criadas pela ISO (Organização Internacional de Normalização) as seguintes normas:

• ISO 18000-1: a ser padronizada
• ISO 18000-2: para a comunicação frequências abaixo 135 kHz
• ISO 18000-3: para uma frequência operacional em 13,56 MHz
• ISO 18000-4: para uma frequência de 2,45 GHz
• ISO 18000-6: para frequências entre 860 e 930 MHz
• ISO 18000-7: para uma operação em 433 MHz

Recentemente foi criado pela EPCglobal a norma UHF EPCglobal geração 2 (EPC Gen 2) e espera-se que brevemente faça parte da série de normas ISO – 18000. Este protocolo foi criado para facilitar o uso de códigos EPC (Código Eletrônico de Produtos) que identificam objetos únicos, como por exemplo caixas ou produtos individuais. As normas EPC estabelecem especificações técnicas de RFID e um sistema de numeração para identificação exclusiva e sem falhas. Este EPC não é mais do que um código numérico ou alfanumérico, que em vez de o transportar no tradicional código de barras, passa a transportá-lo em tags, podendo ainda adicionar mais informação ao logo do trajeto do produto, uma outra diferença entre o código de barras e das tags é que com o código de barras apenas conseguíamos identificar o grupo do produto, e com este sistema para além de identificarmos o grupo do produto, conseguimos identificar também o produto específico pois cada tag tem um número de série único que lhe é associado.



Uma estrutura de rede EPC caracteriza-se por essencialmente cinco elementos:

Número EPC: Identificador global e único, que serve para realizar consultas sobre o objeto que ele identifica. Etiqueta EPC (tag): Portadora de dados (EPC) que comunica com o leitor por RF. É constituída por memória, microprocessador e por uma antena. Reader/Leitor: Dispositivo de captura de dados; portátil ou fixo, que se conecta à rede EPC. Savant (EPC Middleware): Software que controla os leitores. Pode funcionar com um repositório local de números EPC’s e informações associadas. ONS (Object Name Service): recurso partilhado que possuí informações associadas ao número EPC (equivalente ao DNS para internet). EPCIS (EPC Information Service): Serviço de informações de EPC’s que contém todos os dados relativos a um EPC. (Utiliza PML que é uma linguagem definida em XML, para permitir consultas e obter dados relacionados com os números EPCs).

Estágio atual

Estado da arte

• Atualmente

A empresa Gartner, especialista em análise de informações na área de tecnologia, divulgou que no ano de 2010 a tecnologia de RFID teve investimentos de mais de 3 bilhões de dólares. Christopher Lafond, vice-presidente da Gartner, menciona que não está correlacionado o uso de código de barras com o uso de etiquetas de RFID, ou seja, não é porque o código de barras é usado intensivamente que esta nova tecnologia também será. Os analistas da Gartner lembram que as empresas não devem ver o RFID como um substituto dos códigos de barras. As duas tecnologias vão co-existir, aplicando-se uma ou outra à situação mais conveniente. “No geral, os códigos de barras são melhores para coletar informações em processos bem estruturados e projetados, como armazéns,” diz o senhor Woods. “No entanto, as etiquetas RFID serão usadas para a coleta de informações de recursos móveis e de processos de negócios não estruturados e caóticos, em ambientes como hospitais, dando a esses ambientes (com falta de planejamento sofisticado de processos ou controle) a possibilidade de serem controlados sistematicamente”.

Problemas

Como desvantagens, podemos apresentar os seguintes itens:

• O custo elevado da tecnologia RFID em relação aos sistemas de código de barras é um dos principais obstáculos para o aumento de sua aplicação comercial. Atualmente, uma etiqueta inteligente custa nos EUA cerca de 25 centavos de dólar cada, na compra de um milhão de chips. No Brasil, segundo a Associação Brasileira de Automação, esse custo sobe para 80 centavos até 1 dólar a unidade;
• O preço final dos produtos, pois a tecnologia não se limita ao microchip anexado ao produto apenas. Por trás da estrutura estão antenas, leitoras, ferramentas de filtragem das informações e sistemas de comunicação;
• O uso em materiais metálicos e condutivos relativos ao alcance de transmissão das antenas. Como a operação é baseada em campos magnéticos, o metal pode interferir negativamente no desempenho. Entretanto, encapsulamentos especiais podem contornar esse problema fazendo com que automóveis, vagões de trens e contêineres possam ser identificados, resguardadas as limitações com relação às distâncias de leitura. Nesse caso, o alcance das antenas depende da tecnologia e freqüência usadas, podendo variar de poucos centímetros a alguns metros (cerca de 30 metros), dependendo da existência ou não de barreiras;
• A padronização das freqüências utilizadas para que os produtos possam ser lidos por toda a indústria, de maneira uniforme;
• A invasão da privacidade dos consumidores por causa da monitoração das etiquetas coladas nos produtos. Para esses casos existem técnicas de custo alto que, quando o consumidor sai fisicamente de uma loja, a funcionalidade do RFID é automaticamente bloqueada.

Exemplos

• Discos plásticos

Neste formato, o chip, a antena e o enrolamento são embalados em discos plásticos ou de PVC. Estes identificadores são duráveis e reusáveis, e geralmente incluem um furo central para prendedores.

• Cartões

Identificadores RFID podem ser construídos em formatos de cartões. Estes são utilizados principalmente em sistemas de controle de acesso pessoal, bancos e operadoras de cartão de crédito nos chamados “smart cards”.

• Embarcadas

Tags embarcadas são inseridas dentro de objetos comuns, como relógios, roupas e braceletes. É usado geralmente para identificação pessoal podendo ser aplicado à identificação de pacientes e bebês em um hospital.

• Rótulo

São identificadores feitos entre as camadas de papel em um rótulo, chamados rótulos inteligentes. Uma tag tipo rótulo sempre será passiva, pois são fabricadas em uma camada de papel ou adesivo, que receberá uma impressão. As etiquetas inteligentes podem ser utilizadas virtualmente em qualquer produto que utiliza código de barras como forma de identificação, como por exemplo, produtos de supermercado, etiquetas em aeroportos, etiquetas de correios, etc.

• Vidro

Identificadores em cápsulas de vidro foram desenvolvidos para sobreviverem em ambientes corrosivos, líquidos, ou em implantes subcutâneos. Possui tamanho bastante reduzido, sendo utilizado na identificação de animais domésticos e de gado em vários países. Pode ser utilizado também em humanos, possibilitando abrir a porta de casa ou ligar o carro sem a necessidade de chaves.

Referências

• AUTO-ID CENTER OF MIT – Massachusetts Institute of Technology. 860 MHz – 930 MHz Class I Radio Frequency Identification Tag Radio Frequency & Logical Communication Interface Specification Candidate Recommendation, Version 1.0.1. MIT – AUTOID - Technical Report – 007 , Cambridge , 2002.

• JÙNIOR, Levi Ferreira Lima. A tecnologia de rfid no padrão epc e soluções para implementação desta tecnologia. Disponível em: EMPILHADEIRAS. http://www.mbis.pucsp.br/monografias/Monografia_-_Levi_Ferreira.pdf. Acesso em 11/11/2011.

• RFID Journal, http://www.rfidjournal.com/, acesso em 11 de novembro de 2011.

• PINHEIRO, José Maurício Santos. RFID - Identificação por Radiofreqüência www.projetoderedes.com.br/artigos artigo_identificacao_por_radiofrequencia.html, acesso em 11 de novembro de 2011.

• FINKECZELLER, Klaus. RFID Handbook: Fundamentals and Applications in Contactless Smart Cards and Identification, 2a ed. John Wiley & Sons Ltd, Munich, Germany 2003, 427 p.

• SHAHRAM, Moradpour; MANISH, Bhuptani. RFID Field Guide: Deploying Radio Frequency Identification Systems, 1a ed. Prentice Hall PTR, fev.de 2005, 288 p.