Étiquettes et lecteurs RFID:

L'identification par radiofréquence ou RFID est une technologie d'identification automatique et de capture de données qui utilise des champs électromagnétiques pour l'identification et le suivi automatisés d'objets marqués.

L'identification et la capture automatiques de données (AIDC) englobent des systèmes et des technologies qui permettent l'identification et l'acquisition automatisées de données à partir d'une variété d'objets avec peu ou pas d'intervention humaine. Outre la RFID, d'autres exemples d'AIDC incluent les codes QR, les codes-barres et la biométrie. Un système AIDC utilise un transducteur pour capturer des informations spécifiques à partir d'objets et convertir ces informations en données communiquées numériquement. Ces données sont stockées pour une analyse et une comparaison ultérieures par ordinateur, qui, dans le cas de l'IoT, peut être relié à Internet.

La RFID se distingue par le fait qu'elle est sans fil, sans contact, en lecture/écriture et peut être utilisée dans une gamme d'environnements et d'industries où l'utilisation d'autres formes d'AIDC est exclue (objets en mouvement ou étiquetage dégradé). La RFID est également exceptionnelle car elle ne nécessite pas de contact ou de « ligne de mire » pour que l'objet marqué soit identifié, ce qui permet d'économiser du temps et de l'argent du personnel pour cette tâche.

Fonctionnement d'un système RFID:

• Des étiquettes d'identification par radiofréquence sont attachées aux objets à identifier ou à suivre. Ils se composent de composants de transpondeur, de récepteur et d'émetteur, généralement sous la forme d'une antenne avec une puce de micro-traitement attachée.
• Les champs électromagnétiques nécessaires à l'activation des étiquettes RFID sont générés par des dispositifs de lecture RFID, également appelés interrogateurs.
• Le contact avec les champs électromagnétiques générés d'une fréquence particulière connue sous le nom d'impulsion d'interrogation facilite le rendement des données numérisées encodées dans l'étiquette. Ces données transmises, généralement numériques, peuvent ensuite être utilisées à des fins d'inventaire.

Il existe deux formes de transpondeur RFID.

1. Les étiquettes actives sont alimentées par batterie et peuvent être lues à une distance significative du lecteur RFID correspondant.
2. Les balises passives sont activées (« énergisées ») et alimentées par l'énergie électromagnétique fournie par le signal d'interrogation. Ceux-ci auront besoin d'être à proximité du lecteur RFID pour fonctionner. Ces étiquettes RFID ont tendance à être moins chères, à nécessiter peu d'entretien et à rester fonctionnelles in situ pendant de nombreuses années.

La bande de fréquence la plus couramment utilisée dans la RFID est UHF:

• Bandes UHF (Ultra Haute Fréquence) pouvant aller de 300 MHz à 3 GHz. En général, les bandes UHF se situent entre 865 et 868 MHz dans l'UE et  entre 902 et 928 MHz aux États-Unis. La RFID UHF est plus rapide que ses homologues LF et HF et a des portées de lecture allant jusqu'à 12 mètres. Il est toutefois susceptible d'interférence, mais cela peut être atténué et a été atténué par des modifications de conception.
• Bandes basses fréquences (LF) comprises entre 30 et 300 kHz (généralement entre 120 et 150 kHz). Cette forme de RFID fonctionne à courte portée, environ 10 centimètres (3,9 pouces) et a des vitesses de lecture plus lentes que les autres fréquences.
• Les bandes hautes fréquences (HF) se trouvent dans la gamme de 3 et 30 MHz et peuvent offrir des portées de lecture allant jusqu'à 1 mètre (3,2 pieds).
• Les fréquences micro-ondes allant jusqu'à 300 GHz comprennent les systèmes RFID, également connus sous le nom de systèmes à très haute fréquence. Ceux-ci fonctionnent généralement aux fréquences de 2,45 GHz et 5,8 GHz, ont des vitesses de lecture rapides et peuvent être lus à des distances allant jusqu'à 300 pieds (91 mètres).

La RFID UHF, en particulier, est de plus en plus reconnue et proéminente en tant que forme de RFID ayant une excellente utilité dans toute une série d'industries et d'activités commerciales. Des étiquettes RFID UHF passives et actives sont disponibles. Ceux-ci offrent une visibilité totale des chaînes d'approvisionnement et des stocks car, contrairement à la RFID LF et HF, plusieurs étiquettes peuvent être lues simultanément. Le coût de production de ces étiquettes a considérablement baissé ces dernières années. Les étiquettes sont également devenues plus petites et leur durée de vie a augmenté. Pour cette raison, les étiquettes RFID UHF sont devenues un segment en pleine croissance du marché de la RFID, avec une adoption croissante par des secteurs aussi divers et variés que:

• Logistique
• Transport
• Hospitalité
• Vente au détail
• Fabrication
• Santé
• Agriculture
• Nourriture et boissons
• Gouvernement

Une norme mondiale unique pour la RFID UHF renforce son attrait.

La RFID UHF est la seule forme de RFID qui est encadrée par une norme mondiale unique. Le manque d'uniformité des normes RFID sur l'ensemble des fréquences a entravé l'adoption mondiale de cette technologie. Le protocole d'interface radio UHF Gen2 a été conçu par EPC Global et ratifié par l'Organisation internationale de normalisation (ISO) afin de fournir une norme universelle très recherchée pour les équipements RFID. Cela a permis d'étendre la fabrication de ces étiquettes et de ces lecteurs à l'échelle mondiale (en particulier en Asie) et d'améliorer leur adoption. La plupart des étiquettes sont également conformes à la directive RoHS, ce qui a encore facilité l'adoption. La norme Gen2 a été publiée pour la première fois en 2004 et couvre tout ce qui est nécessaire pour créer un système RFID UHF fonctionnel et conforme de lecteurs et d'étiquettes.

Le protocole Gen2 spécifie les principaux aspects de la RFID UHF, notamment:

• Classification des étiquettes UHF et des lecteurs
• Fréquences de fonctionnement (gamme UHF de 860 à 960 MHz)
• Largeur de bande du canal
• Taux de saut de fréquence
• Codage binaire
• Modulation
• Protocoles anti-collision

Quel est le taux de transfert de données pour la RFID UHF?

Les taux de transfert de données pour la RFID UHF peuvent aller de 40 à 640 kbps.

Principaux composants du système RFID UHF Gen2.

• Les antennes RFID émettent et reçoivent les ondes électromagnétiques UHF nécessaires à la détection des étiquettes RFID. Les étiquettes passives seront activées lorsqu'elles passeront dans le champ d'une antenne RFID. Les antennes peuvent être imprimées en 2D, avec de l'encre métallique ou à base de fil. Il existe trois types d'antennes notables qui peuvent être utilisés seuls ou en combinaison pour détecter les balises:
  • Des antennes polarisantes circulaires ou des antennes omnidirectionnelles peuvent être utilisées lorsque l'angle de lecture de l'étiquette est variable.
  • Les antennes à polarisation linéaire sont le choix idéal pour lire des étiquettes qui sont toujours présentées avec une orientation contrôlée
  • Les antennes en champ proche couvrent de courtes distances de quelques centimètres.

Pour surmonter l'énergie électromagnétique environnementale, une antenne RFID est conçue pour avoir un gain qui dépasse le bruit de fond de 6Db. Le facteur Q est également important pour les performances des antennes RFID passives car elles doivent absorber l'énergie du lecteur pour être activées. Avec ces antennes, le facteur Q doit être compris entre 30 et 40. Cela signifie que l'énergie radiofréquence devra passer 30 à 40 fois par une antenne RFID avant que l'énergie ne soit rayonnée par le transpondeur.

• Les lecteurs RFID Gen2 peuvent être fixes ou portables, selon l'application pour laquelle ils sont utilisés. Les lecteurs peuvent être sélectionnés pour leur précision (taux de lecture, zone de lecture ou capacité à lire des nombres élevés ou la densité des balises).
• Des tags et étiquettes RFID UHF sont fixés sur les objets à identifier. L'expansion du marché de ces étiquettes a signifié qu'il existe une large gamme disponible qui varie en fonction d'un certain nombre de caractéristiques clés:
  • La taille des étiquettes affectera non seulement l'utilité et la fixation de l'étiquette, mais aussi la quantité d'antenne qu'elle contiendra, ce qui affectera sa sensibilité et sa capacité à être détectée.
  • L'angle de lecture ou l'orientation de l'étiquette déterminera le type de lecteur et d'antenne nécessaire pour une détection réussie, en particulier lorsque des antennes linéaires sont utilisées.
  • Puce de traitement interne ou circuit intégré (CI) La quantité de mémoire varie de dizaines à des centaines de bits. Les puces IC en lecture seule sont souvent écrites en usine avec un code numérique de 64, 80 ou 96 bits. Le fonctionnement en lecture/écriture entre en jeu au-delà de 256 bits. D'autres fonctionnalités peuvent être incluses, telles que les mécanismes de verrouillage ou de « destruction » et les communications en champ proche (NFC).
  • L'enrobage de l'étiquette RFID déterminera la résilience de l'étiquette RFID dans une variété d'environnements. Les étiquettes peuvent devoir résister à des températures extrêmes, à l'infiltration d'humidité, à l'huile chaude, à la haute pression et à d'autres extrêmes. Des matériaux tels que la céramique, les plastiques, les polymères et le verre peuvent être utilisés pour créer des boîtiers adaptés aux environnements à forte usure dans toute une série d'industries sans compromettre la fonction de l'étiquette.
• Les imprimantes RFID permettent l'encodage nécessaire pour stocker des informations sur des puces RFID, telles que des codes-barres ou des données numériques. Des étiquettes programmées en usine ou capables de lecture/écriture peuvent être obtenues. Le Code électronique des produits (CPE) est la partie de l'étiquette qui est généralement modifiée.

La RFID UHF s'impose également comme une technologie complémentaire à l'Internet des objets (IoT) et  à la communication Machine 2 Machine (M2M). La RFID s'avère aujourd'hui être un grand avantage en tant que technologie d'appoint dans une grande variété d'applications de l'Internet des objets et M2M. La communication basée sur Internet s'étend déjà aux objets et aux machines.  On  s'attend à ce que  les « objets » plutôt que les appareils exploités par l'homme dépassent massivement le nombre de serveurs et d'adresses IPv4 informatiques d'ici quelques années.

Les communications IoT et M2M nécessitent toutes deux la capacité de mettre en œuvre une identification rapide et précise des objets et des composants en réseau pour le bon fonctionnement de leurs systèmes, ainsi qu'un transfert de données bidirectionnel efficace, souvent sans fil, pour une régulation automatisée (sans homme). La RFID est donc essentielle au déploiement des solutions en réseau de plus en plus complexes exigées par l'industrie. Il offre aux parties prenantes une opportunité encore inégalée de créer des systèmes et des processus avec des niveaux supérieurs de supervision et de contrôle.

RFID et IoT

L'architecture du système IoT comprend des couches de perception, de réseau et de service. La RFID est l'une des nombreuses technologies dont l'utilité a été démontrée dans la capture et la communication d'informations du monde réel à partir de la couche de perception pour le traitement et l'utilisation en aval. Lorsqu'elles sont fixées à des objets, les étiquettes RFID peuvent être utilisées pour effectuer les fonctions de surveillance, de supervision et de suivi nécessaires à l'IoT pour cartographier efficacement un environnement du « monde réel ».

RFID et M2M

Avec la diminution des coûts de déploiement, la RFID est également en mesure d'augmenter la complexité des interactions dans la communication M2M et Machine 2 Object (M2O), car elle peut être utilisée comme une alternative de communication en champ proche, pour transférer des informations d'état sur les machines pour le traitement des données en amont. Les étiquettes passives et actives peuvent être utilisées pour exécuter des fonctions sensorielles dans les configurations M2M, par exemple, la déclaration automatisée du poids ou du positionnement d'une charge, ou du volume de liquide dans un récipient.

Les caractéristiques des balises UHF peuvent être adaptées à une variété d'utilisations dans le cadre de la communication IoT et M2M.

Les étiquettes RFID UHF sont classées par EPC Global en 5 classes qui équipent les étiquettes de capacités croissantes. Les différentes catégories permettent d'aligner plus précisément les étiquettes RFID UHF sur les configurations IoT et M2M.

• Les étiquettes RFID de classe 0 sont des étiquettes passives avec une capacité de radiofréquence de base. Ces étiquettes sont programmées en usine uniquement et n'offrent aucun autre fonctionnement.
• Les étiquettes RFID de classe 1 sont des étiquettes passives de base qui, contrairement à la classe 0, sont programmables par l'utilisateur. Ces étiquettes n'ont pas de source d'alimentation intégrée et reçoivent de l'énergie d'un lecteur provenant de l'exposition aux ondes radiofréquences.
• Les étiquettes RFID de classe 2 sont des étiquettes passives dotées de capacités supplémentaires telles que le cryptage et une simple mémoire de lecture/écriture.
• Les étiquettes RFID de classe 3 ont une plus grande fonctionnalité avec un circuit intégré. Ce type de balise dispose de la puissance de traitement nécessaire pour les processus logiques et la communication à plus longue portée.
• Classe 4 Étiquettes RFID actives 4 Ces étiquettes actives plus sophistiquées ont une communication de pair à pair et des capacités sensorielles supplémentaires.
• Les étiquettes RFID de classe 5 sont des étiquettes alimentées par batterie qui peuvent activer d'autres étiquettes et ont une capacité de lecture.

En combinant les classes d'étiquettes, il est possible d'obtenir des fonctionnalités RFID de plus en plus complexes pour un large éventail d'applications, comme décrit ci-dessous.

Applications RFID UHF dans l'industrie

Les systèmes RFID UHF disponibles dans le commerce sont utilisés dans un large éventail d'industries, avec de nouvelles applications que l'on trouve en permanence.

L'un des principaux avantages de l'utilisation d'un système RFID UHF est l'évolutivité qui peut être obtenue avec les étiquettes RFID, car plusieurs étiquettes peuvent être lues simultanément. Leur utilisation et leur fonctionnement comprennent le plus souvent:

1. Les systèmes de surveillance peuvent être automatisés pour permettre une surveillance ou une supervision continue en régime permanent des actifs, des processus, des comportements ou des environnements, ainsi que des alertes précoces en cas de changement ou de non-conformité.
2. Les capacités de suivi de la RFID permettent de localiser ou de suivre facilement les objets pendant leur transport.

[A] La RFID dans l'industrie manufacturière

Les technologies de l'information sont déjà bien intégrées dans les processus de fabrication dans des secteurs tels que l'automobile, l'électronique et l'emballage. La capture de données est essentielle pour l'évaluation et la gestion des chaînes d'approvisionnement. L'utilisation de la RFID pour l'acquisition de données fournit aux fabricants des informations du « monde réel », basées sur des données réelles plutôt que sur des données présumées. Les étiquettes RFID UHF robustes et résistantes peuvent suivre les matériaux et les produits dans des environnements d'usinage difficiles et hostiles où d'autres étiquetages ou méthodes d'observation seraient dangereux ou se dégraderaient rapidement. Le marquage facilite la prise de décisions plus éclairées et améliore la réactivité lorsque les conditions changent. L'ajout de la RFID aux processus de fabrication peut soutenir davantage:

• Ordonnancement des opérations
• Contrôle de la production
• Gestion de la main-d'œuvre
• Entretien
• Contrôle qualité

La RFID peut être intégrée tout au long du cycle de vie d'un produit fabriqué, de la production à la distribution, et même à la fin de vie du produit et au recyclage.

Les machines impliquées dans le processus de fabrication peuvent également être étiquetées avec le suivi des outils pour une surveillance, un contrôle et des gains d'efficacité accrus dans le fonctionnement de l'usine. Les données acquises à partir d'étiquettes RFID stratégiquement situées peuvent être utilisées avec les systèmes de planification des ressources d'entreprise (ERPS) ou les systèmes d'exécution de la fabrication (MES) pour créer une représentation virtuelle du flux de produits avec un réseau IoT pour télécharger les données là où elles peuvent être utilisées au mieux via le suivi et la gestion en ligne.

RFID pour la logistique et l'approvisionnement

La combinaison de la RFID et de l'IoT/M2M offre aux acteurs de l'industrie la possibilité d'obtenir un meilleur contrôle sur l'ensemble des chaînes d'approvisionnement et le contrôle des stocks. Cela permet de récupérer des gains d'efficacité et des bénéfices accrus, car les étiquettes RFID en réseau présentent l'ensemble de la chaîne d'approvisionnement en temps réel.  Les solutions RFID UHF offrent un certain nombre d'avantages clés, notamment:

• Supervision des chaînes d'approvisionnement.
• Avertir des accidents, des événements indésirables et des incidents, afin que des mesures correctives puissent être prises.
• Transfert de données, analyse et prévision.
• Contrôle des stocks et agilité en temps réel.
• Facilitation d'une réponse plus robuste au marché.
• Transparence et gestion accrues de la chaîne d'approvisionnement.

RFID pour le suivi des stocks et la gestion d'entrepôt

La gestion des stocks et des entrepôts est l'une des applications les plus matures de la RFID, avec des gains démontrables en termes d'efficacité et d'économies de main-d'œuvre. L'étiquetage des stocks signifie que les articles peuvent être facilement suivis dans les entrepôts et les magasins de détail, avec une vue d'ensemble des niveaux de stock et une récupération ou une réorganisation prêtes des articles épuisés. La sécurité est également améliorée, car la surveillance de l'ensemble de l'inventaire peut être réalisée avec moins de main-d'œuvre et une plus grande précision.

La technologie d'identification automatique de la RFID signifie que les articles et les lignes de produits individuels peuvent être identifiés de manière unique en appliquant une étiquette sérialisée. La RFID UHF offre également des taux de lecture élevés, ce qui signifie que l'état de grandes quantités de stock peut être surveillé rapidement et avec précision sans qu'il soit nécessaire de les séparer ou de les regrouper manuellement. Les codes-barres ne stockent que des quantités très limitées de données, mais les étiquettes RFID sont capables de stocker une grande quantité d'informations via leurs puces IC programmables.

Les étiquettes se déplacent également avec le stock si elles sont attachées à des palettes ou à des emballages pour le suivi des marchandises en transit, en cours de chargement, de déchargement ou de rangement. Contrairement aux codes-barres et aux codes QR qui peuvent être usés par le déplacement des stocks ou de mauvaises conditions de stockage, les étiquettes RFID restent en place et fonctionnelles pendant de nombreuses années. Lorsqu'il s'agit d'exécuter les commandes, les processus sont étroitement contrôlés à l'aide d'une combinaison de RFID et d'un logiciel de gestion des commandes gratuit basé sur Internet qui peut suivre les commandes de l'entrepôt directement entre les mains du client.

Applications RFID dans les transports

Les avantages de la RFID dans l'industrie indiquent le potentiel d'une utilité similaire dans le secteur des transports. Lorsqu'elle est appliquée de manière ciblée, la RFID permet aux opérateurs de gérer des flottes de véhicules et des marchandises dans le monde entier avec une efficacité considérablement accrue. La combinaison de la RFID et de l'IoT offre une grande visibilité avec une réduction des coûts de main-d'œuvre associés à l'identification des objets et à la transmission des données. Cette technologie d'identification automatique a été déployée dans le monde entier dans des secteurs du transport tels que:

• Fret aérien
• Livraison
• Transport routier de marchandises
• Fret ferroviaire

La technologie RFID UHF a également été utilisée dans les infrastructures de transport. Des routes à péage destinées aux consommateurs, où les transactions de paiement des véhicules sont traitées par RFID. Le contrôle de stationnement intelligent est une autre utilisation reconnaissable de la RFID qui fournit un contrôle d'accès automatisé transparent et rapide, ce qui est très apprécié par les utilisateurs.

Problèmes et limites de la RFID

Malgré son adoption généralisée, la RFID n'est pas sans défis et préoccupations. La compréhension des limites des systèmes RFID guidera l'utilisation judicieuse de cette technologie, mais l'efficacité de ces protocoles varie considérablement dans les environnements en direct

• Problèmes techniques. La communication sans contact entre les étiquettes RFID et les lecteurs est vulnérable aux interférences électromagnétiques.
• Les problèmes de collision ont le potentiel d'éroder considérablement la sensibilité et la spécificité de ces systèmes, car plusieurs étiquettes sont lues à une fréquence identique. Les déploiements à grande échelle d'étiquetage RFID doivent disposer d'un protocole anti-collision ou de séparation pour que l'identification simultanée de nombreuses étiquettes puisse avoir lieu de manière fiable. Voici des exemples de protocoles anti-collision:
  • protocole ALOHA (FSA) à fente de cadre
  • protocole d'arbre binaire (BT)
  • protocole d'arborescence de requêtes (QT)
• Défis de sécurité. Les balises peuvent être interrogées par n'importe quel lecteur qui diffuse le bon signal. Ils peuvent également être surchargés et brouillés par une signalisation radiofréquence continue. Une étiquette RFID peut également être clonée ou usurpée, ce qui peut entraîner un vol d'inventaire ou une interférence avec les actifs.

Des protocoles et des mécanismes de contrôle d'accès doivent être développés pour surmonter cette vulnérabilité flagrante.

• Problèmes de confidentialité: Les étiquettes peuvent rester en place pendant des années après leur déploiement initial et, à moins d'être programmées spécifiquement, elles peuvent être lues par toute personne disposant d'un lecteur d'étiquettes. Les étiquettes peuvent être trouvées dans des articles de consommation ou personnels tels que des vêtements ou des uniformes et donc utilisées comme moyen de localiser ou de suivre des personnes et des biens privés.
• Coût: La dernière décennie a vu une expansion massive de la production mondiale d'étiquettes RFID, les prix unitaires ayant chuté de façon spectaculaire. Cela a été l'un des principaux moteurs de l'adoption de ces balises, mais l'amélioration de la sécurité et de l'utilité des balises passives génériques est toujours primordiale. Le coût des étiquettes RFID n'est pas encore égal au prix des étiquettes à code-barres imprimées, ce qui limite encore leur utilisation. L'amélioration des étiquettes RFID avec des antennes plus puissantes, des batteries ou une plus grande capacité de traitement augmente encore considérablement le coût unitaire des étiquettes RFID.
• Intégration avec d'autres technologies: Le déploiement de systèmes RFID avec une infrastructure IoT et M2M nécessite une conception soignée et le développement d'un middleware pour permettre à la RFID de communiquer de manière transparente avec les technologies alliées.