Etiquetas y lectores RFID:

La identificación por radiofrecuencia o RFID es una tecnología de identificación automática y captura de datos que utiliza campos electromagnéticos para la identificación y el seguimiento automatizados de objetos marcados.

La Identificación Automática y Captura de Datos (AIDC, por sus siglas en inglés) abarca sistemas y tecnologías que permiten la identificación y adquisición automatizadas de datos de una variedad de objetos con poca o ninguna intervención humana. Junto con RFID, otros ejemplos de AIDC incluyen códigos QR, códigos de barras y biometría. Un sistema AIDC utiliza un transductor para capturar información específica de los objetos y convertir esta información en datos comunicados digitalmente. Estos datos se almacenan para su posterior análisis y comparación por ordenador, que en el caso de IoT puede estar conectado a Internet.

RFID se distingue por ser inalámbrico, sin contacto, de lectura/escritura y se puede utilizar en una variedad de entornos e industrias donde se excluye el uso de otras formas de AIDC (objetos en movimiento o etiquetado degradado). RFID también es excepcional porque no requiere contacto o una "línea de visión" para identificar el objeto marcado, lo que ahorra tiempo y costo de personal para esta tarea.

Cómo funciona un sistema RFID:

• Las etiquetas o etiquetas de identificación por radiofrecuencia se adhieren a los objetos que se van a identificar o rastrear. Consisten en componentes de transpondedor, receptor y transmisor, generalmente en forma de antena  con un chip de microprocesamiento adjunto.
• Los campos electromagnéticos necesarios para la activación de las etiquetas RFID son generados por dispositivos lectores RFID, también conocidos como interrogadores.
• El contacto con los campos electromagnéticos generados de una frecuencia particular conocida como pulso de interrogación facilita la obtención de los datos digitalizados codificados dentro de la etiqueta. Estos datos transmitidos, normalmente numéricos, pueden utilizarse con fines de inventario.

Existen dos formas de transpondedor RFID.

1. Las etiquetas activas funcionan con pilas y pueden leerse a una distancia significativa del lector RFID correspondiente.
2. Las etiquetas pasivas se activan ('energizan') y se alimentan de la energía electromagnética suministrada por la señal de interrogación. Estos requerirán proximidad al lector RFID para funcionar. Estas etiquetas RFID tienden a ser más baratas, de bajo mantenimiento y pueden permanecer funcionales in situ durante muchos años.

La banda de frecuencia más común utilizada en RFID es UHF:

• Bandas de ultra alta frecuencia (UHF) que pueden oscilar entre 300 MHz y 3 GHz. Normalmente, las bandas UHF se encuentran entre 865-868 MHz en la UE y 902-928 MHz en los Estados Unidos. UHF RFID es más rápido que sus homólogos LF y HF y tiene rangos de lectura de hasta 12 metros. Sin embargo, es susceptible a las interferencias, pero éstas pueden ser mitigadas, y así lo han sido, mediante alteraciones en el diseño.
• Bandas de baja frecuencia (LF) que oscilan entre 30 y 300 kHz (normalmente entre 120 y 150 kHz). Esta forma de RFID funciona a corta distancia, alrededor de 10 centímetros (3,9 pulgadas) y tiene velocidades de lectura más lentas que las otras frecuencias.
• Las bandas de alta frecuencia (HF) se encuentran dentro del rango de 3 y 30 MHz y pueden ofrecer rangos de lectura de hasta 1 metro (3,2 pies).
• Las frecuencias de microondas de hasta 300 GHz incluyen sistemas RFID, también conocidos como sistemas de súper alta frecuencia. Por lo general, funcionan en las frecuencias de 2,45 GHz y 5,8 GHz, tienen velocidades de lectura rápidas y se pueden leer a distancias de hasta 300 pies (91 metros).

La RFID UHF, en particular, está ganando reconocimiento y prominencia como una forma de RFID con una excelente utilidad en una variedad de industrias y actividades comerciales. Están disponibles etiquetas RFID UHF pasivas y activas. Estos ofrecen una visibilidad completa de las cadenas de suministro y el inventario, ya que, a diferencia de LF y HF RFID, se pueden leer varias etiquetas simultáneamente. El coste de producción de estas etiquetas ha caído mucho en los últimos años. Las etiquetas también se han vuelto más pequeñas y su vida útil ha aumentado. Debido a esto, las etiquetas RFID UHF se han convertido en un segmento de rápido crecimiento del mercado RFID, con una adopción cada vez mayor por parte de sectores tan diversos y variados como:

• Logística
• Transporte
• Hospitalidad
• Venta al por menor
• Fabricación
• Atención sanitaria
• Agricultura
• Alimentos y bebidas
• Gobierno

Un único estándar global para RFID UHF aumenta su atractivo.

UHF RFID es la única forma de RFID que está supervisada por un único estándar global. La falta de uniformidad en los estándares RFID en todas las frecuencias ha obstaculizado la adopción mundial de esta tecnología. El protocolo de interfaz aérea UHF Gen2 ha sido ideado por EPC Global y ratificado por la Organización Internacional de Normalización (ISO) para proporcionar un estándar universal muy deseado para equipos RFID. Esto ha permitido la expansión de la fabricación de estas etiquetas y lectores a nivel mundial (especialmente en Asia) y ha mejorado su aceptación. La mayoría de las etiquetas también cumplen con RoHS, que ha facilitado aún más la aceptación. El estándar Gen2 se publicó por primera vez en 2004 y cubre todo lo necesario para crear un sistema RFID UHF funcional y compatible de lectores y etiquetas.

El protocolo Gen2 especifica aspectos clave de UHF RFID, entre ellos:

• Clasificación de etiquetas y lectores UHF
• Frecuencias de funcionamiento (el rango UHF de 860 a 960 MHz)
• Ancho de banda del canal
• Velocidad de salto de frecuencia
• Codificación de bits
• Modulación
• Protocolos anticolisión

¿Cuál es la tasa de transferencia de datos para UHF RFID?

Las velocidades de transferencia de datos para UHF RFID pueden oscilar entre 40 y 640 kbps.

Componentes clave del sistema RFID UHF Gen2.

• Las antenas RFID emiten y reciben las ondas electromagnéticas UHF necesarias para la detección de etiquetas RFID. Las etiquetas pasivas se activarán a medida que pasen por el campo de una antena RFID. Las antenas pueden ser impresas en 2D, con tinta metálica o basadas en alambre. Hay tres tipos de antenas notables que se pueden usar individualmente o en combinación con etiquetas de detección:
• Se pueden utilizar antenas polarizadoras circulares u omnidireccionales donde el ángulo de lectura de la etiqueta es variable.
• Las antenas polarizadoras lineales son la opción ideal para la lectura de etiquetas que siempre se presentan con una orientación controlada
• Las antenas de campo cercano cubren distancias cortas de unos pocos centímetros.

Para superar la energía electromagnética ambiental, una antena RFID está diseñada para tener una ganancia que exceda el ruido de fondo en 6Db. El factor Q también es importante para el rendimiento de las antenas RFID pasivas, ya que necesitan absorber energía del lector para ser activadas. Con estas antenas, el factor Q debe estar entre 30 y 40. Esto significa que la energía de radiofrecuencia tendrá que circular a través de una antena RFID de 30 a 40 veces antes de que la energía sea irradiada desde el transpondedor.

• Los lectores RFID Gen2 pueden ser fijos o portátiles, dependiendo de la aplicación para la que se utilicen. Los lectores pueden ser seleccionados por su precisión (proporción de lectura, área de lectura o capacidad para leer números altos o densidad de etiquetas.

• Las etiquetas y rótulos RFID UHF se adhieren a los objetos que se van a identificar. La expansión del mercado de estas etiquetas ha significado que hay una amplia gama disponible que varía por una serie de características clave:
• El tamaño de las etiquetas afectará no solo a la utilidad y fijación de la etiqueta, sino también a la cantidad de antena que contendrá, lo que afectará a su sensibilidad y capacidad de ser detectada.
• El ángulo de lectura o la orientación de la etiqueta determinarán el tipo de lector y antena necesarios para una detección exitosa, particularmente cuando se utilizan antenas lineales.
• Chip de procesamiento interno o circuito integrado (IC): Varían en la cantidad de memoria de decenas a cientos de bits. Los chips IC de solo lectura a menudo se escriben en fábrica con un código numérico de 64, 80 o 96 bits. El funcionamiento de lectura/escritura entra en juego más allá de los 256 bits. Se pueden incluir otras capacidades, como mecanismos de bloqueo o "muerte" y comunicaciones de campo cercano (NFC).
• El encaje de la etiqueta RFID determinará la resistencia de la etiqueta RFID en una variedad de entornos. Es posible que las etiquetas tengan que soportar temperaturas extremas, entrada de humedad, aceite caliente, alta presión y otros extremos. Materiales como la cerámica, los plásticos, los polímeros y el vidrio pueden utilizarse para crear carcasas adecuadas para entornos de alto desgaste en una amplia gama de industrias sin comprometer la función de la etiqueta.

• Las impresoras RFID permiten la codificación necesaria para almacenar información en chips RFID, como códigos de barras o datos numéricos. Se pueden obtener etiquetas programadas de fábrica o con capacidad de lectura/escritura. El código electrónico de producto (EPC) es la parte de la etiqueta que normalmente se modifica.

UHF RFID también está emergiendo como una tecnología complementaria para el Internet de las cosas (IoT) y  la comunicación Machine 2 Machine (M2M). RFID está demostrando ser una gran ventaja como tecnología complementaria en una amplia variedad de aplicaciones de Internet de las cosas y M2M. La comunicación basada en Internet ya se está expandiendo para incluir objetos y máquinas.  Se espera que las "cosas", en lugar de los dispositivos operados por humanos, superen masivamente el número de servidores y direcciones IPv4 basadas en computadoras dentro de unos pocos años.

Tanto la comunicación IoT como la M2M requieren la capacidad de implementar una identificación rápida y precisa de objetos y componentes en red para el correcto funcionamiento de sus sistemas, junto con una transferencia de datos bidireccional eficiente, a menudo inalámbrica, para una regulación automatizada (sin humanos). Por lo tanto, RFID es fundamental para el despliegue de las soluciones en red cada vez más complejas que demanda la industria. Ofrece una oportunidad aún inigualable para que las partes interesadas creen sistemas y procesos con niveles superiores de supervisión y control.

RFID e IoT

La arquitectura del sistema IoT comprende capas de percepción, red y servicio. RFID es una de una serie de tecnologías que tiene una utilidad demostrable en la captura y comunicación de información del mundo real desde la capa de percepción para su procesamiento y uso posterior. Cuando se adhieren a objetos, las etiquetas RFID se pueden usar para realizar las funciones de monitoreo, supervisión y seguimiento necesarias para que IoT mapee de manera efectiva un entorno del "mundo real".

RFID y M2M

Con la disminución de los costos de implementación, RFID también puede aumentar la complejidad de las interacciones en la comunicación M2M y Machine 2 Object (M2O), ya que se puede utilizar como una alternativa de comunicación de campo cercano, para transferir información de estado en máquinas para el procesamiento de datos aguas arriba. Tanto las etiquetas pasivas como las activas se pueden utilizar para realizar funciones sensoriales en configuraciones M2M, por ejemplo, informes automatizados del peso o la posición de una carga, o el volumen de líquido en un contenedor.

Las características de las etiquetas UHF se pueden adaptar a una variedad de usos dentro de la comunicación IoT y M2M.

Las etiquetas RFID UHF son categorizadas por EPC Global en 5 clases que equipan las etiquetas con capacidades cada vez mayores. Las diversas categorías permiten que las etiquetas RFID UHF se alineen con mayor precisión con las configuraciones de IoT y M2M.

• Las etiquetas RFID de clase 0 son etiquetas pasivas con solo capacidad básica de radiofrecuencia. Estas etiquetas solo están programadas de fábrica y no ofrecen ningún otro funcionamiento.
• Las etiquetas RFID de clase 1 son etiquetas pasivas básicas que, a diferencia de la clase 0, son programables por el usuario. Estas etiquetas no tienen una fuente de alimentación incorporada y reciben energía de la exposición a las ondas de radiofrecuencia de un lector.
• Las etiquetas RFID de clase 2 son etiquetas pasivas con capacidades adicionales como el cifrado y una memoria de lectura/escritura simple.
• Las etiquetas RFID de clase 3 tienen una mayor funcionalidad con un circuito integrado. Este tipo de etiqueta tiene la potencia de procesamiento para procesos basados en lógica y comunicación de largo alcance.
• Etiquetas RFID activas de clase 4 4 Estas etiquetas activas más sofisticadas tienen comunicación entre pares y capacidades sensoriales adicionales.
• Las etiquetas RFID de clase 5 son etiquetas que funcionan con baterías y pueden activar otras etiquetas y tienen capacidad de lectura.

Mediante la combinación de clases de etiquetas, se puede lograr una funcionalidad RFID cada vez más compleja para una amplia gama de aplicaciones, como se describe a continuación.

Aplicaciones de RFID UHF en la industria

Los sistemas RFID UHF disponibles en el mercado se utilizan en una amplia gama de industrias, y todo el tiempo se encuentran nuevas aplicaciones.

Una ventaja clave de usar un sistema RFID UHF es la escalabilidad que se puede lograr con las etiquetas RFID, ya que se pueden leer varias etiquetas simultáneamente. Su uso y funcionamiento con mayor frecuencia incluyen:

1. Los sistemas de monitoreo pueden automatizarse para permitir la vigilancia o supervisión continua de activos, procesos, comportamientos o entornos en estado estacionario y alertas tempranas si hay un cambio o un funcionamiento no conforme.
2. Las capacidades de seguimiento de RFID permiten localizar o seguir fácilmente los objetos mientras están en tránsito.

[A] RFID en la fabricación

La tecnología de la información ya está bien integrada en los procesos de fabricación en sectores como la automoción, la electrónica y el embalaje. La captura de datos es fundamental para evaluar y gestionar las cadenas de suministro. El uso de RFID para la adquisición de datos equipa a los fabricantes con información del "mundo real", basada en datos reales, en lugar de supuestos. Las etiquetas RFID UHF resistentes y resistentes pueden seguir materiales y productos en entornos de mecanizado duros y hostiles donde otros etiquetados o métodos de observación serían peligrosos o se degradarían rápidamente. El etiquetado facilita una toma de decisiones más informada y mejora la capacidad de respuesta cuando cambian las condiciones. La incorporación de RFID a los procesos de fabricación puede respaldar aún más:

• Programación de operaciones
• Control de producción
• Gestión de la fuerza laboral
• Mantenimiento
• Control de calidad

RFID se puede integrar a lo largo del ciclo de vida de un producto fabricado, desde la producción, pasando por la distribución e incluso hasta el final de la vida útil del producto y el reciclaje.

La maquinaria involucrada en el proceso de fabricación también se puede etiquetar con seguimiento de herramientas para aumentar la supervisión, el control y las ganancias de eficiencia en la operación de la fábrica. Los datos adquiridos de las etiquetas RFID ubicadas estratégicamente se pueden utilizar con los sistemas de planificación de recursos empresariales (ERPS) o los sistemas de ejecución de fabricación (MES) para crear una representación virtual del flujo de productos con redes de IoT para cargar datos donde se puedan utilizar de la mejor manera posible a través del seguimiento y la gestión en línea.

RFID para logística y abastecimiento

La combinación de RFID con IoT/M2M brinda la oportunidad a las partes interesadas de la industria de obtener un mayor control sobre cadenas de suministro completas y control de existencias. Esto proporciona la capacidad de recuperar mayores eficiencias y ganancias, ya que las etiquetas RFID en red presentan toda la cadena de suministro en tiempo real. Las soluciones RFID UHF ofrecen una serie de ventajas clave, entre ellas:

• Supervisión de las cadenas de suministro.
• Advertencia de accidentes, eventos adversos e incidentes, para que se puedan tomar medidas correctivas.
• Transferencia, análisis y previsión de datos.
• Control de stock en tiempo real y agilidad.
• Facilitación de una respuesta más robusta al mercado.
• Aumento de la transparencia y la gestión de la cadena de suministro.

RFID para el seguimiento de inventarios y la gestión de almacenes

La gestión de inventarios y almacenes es una de las aplicaciones más maduras para RFID, con ganancias demostrables en eficiencia y ahorro de mano de obra. El etiquetado de las existencias significa que los artículos se pueden rastrear fácilmente tanto en el almacén como en el comercio minorista con una visión general de los niveles de existencias y una rápida recuperación o reordenación de los artículos agotados. La seguridad también mejora, ya que la supervisión de todo el inventario se puede lograr con menos mano de obra y mayor precisión.

La tecnología de identificación automática de RFID significa que los artículos individuales y las líneas de productos se pueden identificar de manera única mediante la aplicación de una etiqueta serializada. UHF RFID también ofrece altas tasas de lectura que significan que el estado de grandes cantidades de stock se puede monitorear de manera rápida y precisa sin la necesidad de separarlas o agruparlas manualmente. Los códigos de barras solo almacenan cantidades muy limitadas de datos, pero las etiquetas RFID son capaces de almacenar una gran cantidad de información a través de sus chips IC programables.

Las etiquetas también se mueven con el stock si se adhieren a palés o embalajes para el control de las mercancías en tránsito, que se cargan o descargan o se almacenan. A diferencia de los códigos de barras y los códigos QR que pueden desgastarse por el movimiento de existencias o las malas condiciones de almacenamiento, las etiquetas RFID permanecen en su lugar y funcionales durante muchos años. Cuando se trata de cumplir con los pedidos, los procesos se controlan estrictamente mediante una combinación de RFID y software de gestión de pedidos complementario basado en Internet que puede rastrear los pedidos desde el almacén directamente hasta las manos de un cliente.

Aplicaciones de RFID en el transporte

Las ventajas de RFID en la industria apuntan al potencial de una utilidad similar en el sector del transporte. Cuando se aplica de manera específica, RFID proporciona la capacidad a los operadores de administrar flotas de vehículos y carga en todo el mundo con una eficiencia mucho mayor. La combinación de RFID e IoT ofrece una alta visibilidad con una reducción en los costos de mano de obra asociados con la identificación de objetos y la transmisión de datos. Esta tecnología de identificación automática se ha implementado en todo el mundo en sectores de transporte como:

• Air cargo
• Naviero
• Transporte de mercancías por carretera
• Transporte ferroviario de mercancías

La tecnología RFID UHF también se ha utilizado en la infraestructura de transporte. Autopistas de peaje orientadas al consumidor, donde las transacciones de pago de vehículos se manejan a través de RFID. Smart Parking Control es otro uso reconocible de RFID que proporciona un control de acceso automatizado sin interrupciones que ahorra tiempo, lo que es muy apreciado por los usuarios.

Problemas y limitaciones de RFID

A pesar de la adopción generalizada, RFID no está exenta de desafíos y preocupaciones. La comprensión de las limitaciones de los sistemas RFID guiará el uso juicioso de esta tecnología, pero la eficacia de estos protocolos varía ampliamente en entornos reales

• Problemas técnicos. La comunicación sin contacto entre las etiquetas RFID y los lectores es vulnerable a las interferencias electromagnéticas.

• Los problemas de colisión tienen el potencial de erosionar drásticamente la sensibilidad y la especificidad de estos sistemas, ya que se leen múltiples etiquetas a la misma frecuencia. Las implementaciones a gran escala de etiquetado RFID deben contar con un protocolo anticolisión o de singularización para que la identificación simultánea de numerosas etiquetas se lleve a cabo de manera confiable. Ejemplos de protocolos anticolisión son:
• protocolo ALOHA ranurado con marco (FSA)
• protocolo de árbol binario (BT)
• protocolo de árbol de consulta (QT)

• Desafíos de seguridad. Las etiquetas pueden ser interrogadas por cualquier lector que emita la señal correcta. También pueden sobrecargarse y atascarse mediante la señalización continua de radiofrecuencia. Una etiqueta RFID también puede ser clonada o falsificada, lo que podría provocar el robo de inventario o la interferencia con los activos.

Es necesario desarrollar protocolos y mecanismos de control de acceso que superen esta grave vulnerabilidad.

• Problemas de privacidad: Las etiquetas pueden permanecer en su lugar durante años después de su implementación inicial y, a menos que se programen específicamente, pueden ser leídas por cualquier persona con un lector de etiquetas. Las etiquetas se pueden encontrar en artículos de consumo o personales, como ropa o uniformes, y, por lo tanto, se pueden usar como un medio para localizar o rastrear a personas y propiedad privada.

• Costo: La última década ha visto una expansión masiva en la producción global de etiquetas RFID con precios unitarios que han caído drásticamente. Este ha sido uno de los principales impulsores de la adopción de estas etiquetas, pero mejorar la seguridad y la utilidad de las etiquetas pasivas genéricas sigue siendo un reconocimiento. El costo de las etiquetas RFID aún no es igual al precio de las etiquetas de códigos de barras impresas, lo que limita aún más su uso. La mejora de las etiquetas RFID con antenas más potentes, baterías o una mayor capacidad de procesamiento sigue aumentando significativamente el coste unitario de las etiquetas RFID.

• Integración con otras tecnologías: La implementación de sistemas RFID con infraestructura IoT y M2M requiere un diseño cuidadoso y desarrollo de middleware para permitir que RFID se comunique sin problemas con tecnologías aliadas.