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ANÁLISE DE PROBLEMAS E SOLUÇÕES PROPOSTAS PARA USO DA TECNOLOGIA RFID EM SISTEMAS PRODUTIVOS

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  • 1. ANÁLISE DE PROBLEMAS E SOLUÇÕES PROPOSTAS PARA USO DA TECNOLOGIA RFID EM SISTEMAS PRODUTIVOS ANALYSIS OF PROBLEMS AND PROPOSED SOLUTIONS FOR USE OF RFID TECHNOLOGY IN PRODUCTION SYSTEMSANÁLISIS DE PROBLEMAS Y SOLUCIONES PROPUESTAS PARA EL USO DE LA TECNOLOGÍA RFID EN LOS SISTEMAS DE PRODUCCIÓN Marcelo Cunha de Azambuja, Instituição, PPGCC/PUCRS marcelo.azambuja@gmail.com Carlos Fernando Jung, PPGEP/UFRGS, carlosfernandojung@gmail.com Carla Schwengber ten Caten, PPGEP/UFRGS, tencaten@producao.ufrgs.br Fabiano Passuelo Hessel, PPGCC/PUCRS fabiano.hessel@pucrs.brResumoEste artigo apresenta os resultados de uma pesquisa que teve por finalidade analisar oprincípio do funcionamento de Sistemas RFID (Radio Frequency Identification), osproblemas relacionados a utilização desta tecnologia para identificar produtos, materiais epessoas em atividades produtivas e as principais soluções propostas. O estudo mostra que asvárias diferenças técnicas e a diversidade de dispositivos RFID, em conjunto com as múltiplaspossibilidades de configuração de ambientes onde a tecnologia pode vir a ser instalada,somam-se os problemas da colisão dos sinais.AbstractThis paper presents the results of a research that aims at examining the principle of operationof Systems RFID (Radio Frequency Identification), problems related to use of this technologyto identify products, materials and people in productive activities and major proposedsolutions. The study shows that the various technical differences and diversity of RFID, inconjunction with the multiple possibilities of setting up environments where technology mightbe installed, add to the problems of collision of signals.ResumenEste artículo presenta los resultados de una investigación que tiene por objeto examinar elprincipio de funcionamiento de los sistemas de RFID (Radio Frequency Identification), losproblemas relacionados con el uso de esta tecnología para identificar los productos, materialesy personas en actividades productivas y las principales soluciones propuestas. El estudiomuestra que las diversas diferencias técnicas y de la diversidad de la tecnología RFID, juntocon las múltiples posibilidades de creación de entornos en los que la tecnología esté instalada,se suman a los problemas de la colisión de las señales.Palavras-chave: Sistemas RFID; Produtos, LogísticaKeyword: Systems RFID; Products; LogisticsPalabras clave: Sistemas de RFID; Productos; Logística 1
  • 2. 1. Introdução Atualmente a tecnologia RFID (Identificação por Radiofrequência) é objeto de váriaspesquisas e investimentos por parte da indústria e comunidade científica, com taxas decrescimento contínuas no uso destes dispositivos nos últimos anos. Incentivados porregulamentações federais, alguns países, como os EUA, e mais recentemente o Brasil,passaram a utilizar etiquetas RFID para identificação de passaportes, dando grandevisibilidade e ampliando o uso da tecnologia. Na indústria é utilizada, por exemplo, como meio de identificação de componentes,permitindo o rastreamento completo de toda cadeia produtiva de um determinado produto, dalinha de produção ao ponto de venda. Em outro exemplo, uma das maiores redes varejo domundo, o Wal-Mart, em conjunto com 100 dos seus maiores fornecedores, está empenhadoem uma iniciativa de transição para a etiquetagem com RFID de todas as caixas e paletesdestinados aos centros de distribuição do Wal-Mart (COMPUTERWORLD, 2011). A RFID Systems (2001) afirma que uma das aplicações mais consagradas para a RFIDé o controle de pedágios. Automóveis em diversos países já utilizam a tecnologia RFID -passivas ou semi-ativas - agilizando o processo de cobrança pelo uso das rodovias. Centrosgovernamentais e não governamentais de distribuição e, empresas que necessitam eficiênciana gestão da cadeia de suprimentos têm gerado um aumento exponencial na implantação destatecnologia, em especial, após o surgimento do EPC (Electronic Product Code). Portais deleitura podem gerenciar a movimentação de empilhadeiras em tempo real, enviando asinformações via redes para os servidores da empresa, ver Figura 1.FIGURA 1 – Sistema com tecnologia RFID para controle da movimentação de produtos. Fonte: Adaptado deActionpkg (2011) Mas a implantação de sistemas RFID ainda enfrenta problemas. Do ponto de vistaprático, usuários e projetistas precisam considerar uma série de questões do ambiente e dascaracterísticas construtivas dos dispositivos RFID a fim de prover o sistema com as melhorescondições de funcionamento da tecnologia. Este artigo apresenta os resultados de uma pesquisa que teve por finalidade analisar oprincípio do funcionamento de Sistemas RFID (Identificação por Radiofrequência), osproblemas relacionados a utilização desta tecnologia para identificar produtos, materiais epessoas e, as principais contribuições para a solução de problemas relativos a colisão desinais. O trabalho possui a seguinte estrutura: a seção 2 apresenta o referencial sobre SistemasRFID, a seção 3 a análise dos problemas relacionados ao uso da tecnologia, a seção 4 a síntesee a seção 5 traz as conclusões do estudo. 2
  • 3. 2. Sistemas RFID aplicados à identificação de produtos, materiais e pessoas2.1 Princípios do funcionamento RFID (Radio Frequency Identification) é a denominação genérica para sistemascompostos de dispositivos eletrônicos que permitem identificar produtos, materiais e pessoasutilizando comunicação por RF (radiofrequência) entre os elementos básicos que compõemeste sistema: o equipamento interrogador ou leitor (reader) e as etiquetas eletrônicas deidentificação (tags) (GLOVER e BHATT, 2006). As etiquetas de identificação, ver Figura 2, são os dispositivos que anexados ao que sedeseja identificar, respondem aos sinais emitidos pelo equipamento leitor, que por sua vezconsegue detectar a presença de etiquetas RFID e ler as informações armazenadas nessasetiquetas (RIGGINS, 2007).FIGURA 2 – Etiqueta eletrônica (TAG). Fonte: RFID Aesthetics (2011) O canal de comunicação é dividido em um canal de envio e outro de retorno. No canalde envio, o transmissor do leitor envia uma portadora modulada para a etiqueta. No canal deretorno, o leitor recebe um sinal refletido (backscattered) pela etiqueta. A Figura 3 mostra ascaracterísticas dos enlaces de transmissão entre o equipamento leitor e a etiqueta.FIGURA 3 - Canais de envio e de retorno em um sistema UHF RFID. Fonte: Kim et al. (2009) O canal de comunicação é compartilhado entre todos os dispositivos do sistema.Etiquetas do tipo passivas, que são objeto de pesquisa deste trabalho, não possuem fonteprópria de energia, emitindo informações somente após terem sido interrogadas por umequipamento leitor (ISO, 2006). Esse tipo de etiqueta é alimentado com energia pelo campode RF emitido pelo leitor. Devido a combinação de tamanho da etiqueta, capacidade de leitura a distâncias médias 3
  • 4. próximas a 5 metros e controle da área de leitura através do direcionamento das antenas econfigurações do equipamento leitor, grande parte dos esforços para a utilização de RFID nocontrole de cadeias de suprimentos e bens de consumo são direcionados para as etiquetaspassivas UHF, ver Figura 4, padronizadas pelas normas ISO 18000-6 e EPCGlobal1 Gen22(CURTIN, KAUFFMAN e RIGGINS, 2007; BORRIELO, 2005; WEINSTEI, 2005; eHASSAN e CHATTERJEE, 2006).FIGURA 4 - Processo de comunicação entre equipamento leitor e etiqueta passiva. Fonte: Engels e Sarma (2006)2.2 Tipos de etiquetas (tags) As etiquetas eletrônicas são classificadas de acordo com suas característicasconstrutivas e as respectivas funcionalidades. Um dos tipos de classificação diz respeito àexistência ou não de circuitos integrados nas etiquetas - ―chip tags‖ versus ―chipless tags‖(SHARFELD, 2001). Por exemplo, etiquetas eletrônicas utilizadas em animais para cadastro erastreamento, são ―chip tags‖. Já etiquetas eletrônicas utilizadas atualmente em contracapasde livros são ―chipless tags‖. Outra classificação, que se trata de um subconjunto das etiquetas com circuitosintegrados, caracteriza a forma como se dá a comunicação entre as etiquetas e osequipamentos leitores, bem como o poder computacional dos dispositivos: etiquetas passivas,semi-passivas e ativas. Etiquetas passivas não possuem fonte de energia nem dispositivo para transmissão―ativa‖ (apenas respondem aos sinais enviados pelos equipamentos leitores). As semi-passivaspossuem fonte de energia, mas também não possuem dispositivo de transmissão ativa, e,portanto, somente respondem aos sinais do equipamento leitor.1 A organização EPCGlobal (criada em 2003) é a responsável pela padronização dos códigos numéricos únicosEPC (Electronic Product Code) para RFID. Esta organização nasceu a partir dos trabalhos iniciados em 1999pelo laboratório de pesquisa Auto-ID Center do MIT (Massachusetts Institute of Technology), sendo, portanto, oEPCGlobal uma entidade organizada visando permitir a profissionalização dos resultados dos trabalhos doMIT/Auto-ID Center.2 EPCGlobal Gen2 é a denominação de um dos padrões regulados pela EPCGlobal. Este padrão é equivalente anorma 18000-6C padronizada pela ISO. 4
  • 5. Etiquetas ativas possuem fonte de energia e também podem tomar a iniciativa deiniciar a transmissão de dados. Finalmente, as etiquetas podem ser classificadas de acordocom o tipo de acesso a memória, somente-leitura ou leitura-e-escrita (FINKENZELLER,2003). Na Figura 5 é possível ver a arquitetura típica de uma etiqueta eletrônica passiva.FIGURA 5 - Anatomia de uma etiqueta RFID. Fonte: Adaptado de Engels e Sarma (2006) Em situações onde o custo extremamente baixo se faz necessário, etiquetas semcircuitos integrados, do tipo somente-leitura e com um identificador único permanente podemser a solução ideal. Estas etiquetas oferecem o mínimo necessário para um sistema deidentificação eletrônica, e evitam os custos mais elevados do uso e fabricação de circuitosintegrados. Mas a utilização de etiquetas com circuitos integrados é necessária nos seguintescasos, a saber: (i) quando as etiquetas necessitam armazenar um número de identificação comtamanho suficiente para permitir a combinação de um grande volume de objetos, e (ii) quandoo equipamento leitor necessita ter a capacidade de ler múltiplas etiquetas em uma mesma áreade alcance de leitura. Para esta funcionalidade, os protocolos anti-colisão necessitam que aetiqueta tenha um mínimo de capacidade computacional (HASSAN e CHATTERJEE, 2006). A fim de permitir a identificação única de um grande número de elementos, osmodelos de etiquetas UHF atuais possuem capacidades de armazenamento variando entre 64 e512 bits, sendo este último valor o mais comum no mercado atualmente (WEINSTEI, 2005). Finkenzeller (2003) afirma que as etiquetas com circuito integrado podem possuir afuncionalidade de ser do tipo somente-leitura (read-only) ou escrita-leitura (read-write).Etiquetas somente-leitura recebem seu código único identificador (ID) no momento dafabricação ou quando atreladas a algum objeto em particular. As memórias para etiquetassomente-leitura costumam ser do tipo ROM (Read-only memory) ou WORM (Write-once-read-many). Etiquetas escrita-leitura podem ter dados regravados várias vezes durante sua vidaoperacional. Devido à variedade de tipos de dados que podem ser escritos, normalmente paraacompanhamento do fluxo de fabricação ou entrega de produtos, as etiquetas escrita-leituraoferecem uma funcionalidade adicional importante aos sistemas RFID, e atualmente são asmais comuns no mercado.2.3 Organizações de padronização para RFID As principais organizações de padronização para RFID são a ISO (InternationalOrganization for Standardization) e a EPCGlobal, esta última uma instituição formada paracontrolar a numeração dos ID´s únicos para cada etiqueta ao redor do mundo (a classe de 5
  • 6. codificação EPC - Electronic Product Code), bem como criar padrões para a tecnologia(incluindo protocolos e frequências), e promover pesquisas sobre RFID. A ISO, por sua vez,atua no desenvolvimento de padrões técnicos de RFID, tais como frequências de operação,protocolos de codificação e de anti-colisão. O padrão ISO para RFID é a série de normas ISO18000, cobrindo também os protocolos para a comunicação sem fio. Esses padrões abrangemas atuais frequências utilizadas para RFID ao redor do mundo (ISO, 2006). Na Figura 6 são apresentadas as sete partes da ISO 18000, bem como orelacionamento com outras tecnologias que são apresentadas neste trabalho.FIGURA 6 - Classes EPCGlobal e a relação entre as tecnologias fundamentais de RFID. Fonte: ISO (2006) Os padrões EPC cobrem as tecnologias de comunicação sem fio, formato dos códigosde identificação, sistemas de apoio intermediários e bancos de dados com informações sobreas etiquetas eletrônicas. A principal contribuição desta organização foi a criação de umaarquitetura que permite o controle dos ID´s para todos os usuários de RFID ao redor domundo, o código EPC, que tal como um código de barras, fornece suporte para identificaçãodo fabricante, tipo do produto, número serial e outras informações para rastreamento de cadaobjeto ao longo da cadeia produtiva. Estes padrões de frequência e protocolos da ISO e da EPC eram, inicialmente,incompatíveis. Entretanto, em janeiro de 2005 a EPC submeteu o seu padrão UHF Classe 1Geração 2 para possível inclusão como um padrão ISO. Após um período de estudos eajustes, em junho de 2006 a ISO adicionou este padrão na classe UHF da ISO 18000. Opadrão denominado EPCGlobal Gen2 é agora equivalente ao padrão ISO/IEC 18000-6 tipo C,ou, simplesmente, ISO 18000-6 C (ver equivalências na Figura 5). O aceite por parte da ISO para a norma EPCGlobal Gen2 significa que equipamentosde acordo com a normatização Gen2 também estão de acordo com os padrões ISO. 6
  • 7. Para melhor interpretar-se a configuração da Figura 6 deve observar-se que a primeiracoluna (EPC Global) descreve as 6 classes da EPCGlobal. A coluna Freqüência apresenta asfrequências de operação e as relaciona com cada padrão ISO, que aparecem na terceiracoluna. A Classe 1 Gen2 da EPCGlobal trabalha na frequência UHF, e existe uma ligaçãoentre estas duas linhas, relacionando a Classe 1 Gen2 com a frequência UHF. Esta por sua vezé dividida em três padrões pela ISO: ISO 18000-6A e 18000-6B (que não se relacionam comnenhuma Classe EPC), e a ISO 18000-6C, esta sim relacionada com a Classe 1 Gen2 daEPCGlobal. A coluna Protocolo Anti-Colisão descreve quem é o controlador do respectivoprotocolo (se a etiqueta ou o equipamento interrogador), qual o tipo de multiplexação e oalgoritmo anti-colisão utilizado nas três classificações ISO 18000-6. A coluna Codificaçãodescreve se determinado algoritmo anti-colisão utiliza PIE (Pulse-Interval Encoding) ouManchester como codificação dos sinais digitais provenientes dos sinais de rádio-frequência. No Brasil, a ANATEL (Agência Nacional de Telecomunicações) é quem administra oespectro de radiofrequência. A norma nº 365/04, que regulamenta os equipamentos deradiocomunicação de radiação restrita, especifica que dispositivos UHF RFID no Brasildevem trabalhar na faixa de 902 à 907,5 MHz ou 915 à 928 MHz. Esta regulamentação alinhao Brasil ao padrão Norte-Americano. A organização denominada Auto-ID Labs, formada por sete grupos de pesquisas deuniversidades de quatro diferentes continentes, nasceu a partir dos trabalhos iniciados pelogrupo de pesquisa MIT Auto-ID Center. Esse último grupo foi financiado por grandesempresas, tais como Procter and Gamble e Gillette, e tinha como principal objetivo a criaçãodo EPC (Electronic Product Code), um código a ser lido e escrito através da tecnologia RFIDe que objetiva substituir, em grande parte, o código de barras atualmente utilizado paraidentificação de produtos e objetos em todo o mundo. A organização EPCGlobal (criada em 2003), por sua vez, é a sucessora comercial dasatividades do MIT Auto-ID Center, sendo, portanto, o EPCGlobal uma entidade organizadavisando permitir a profissionalização dos resultados dos trabalhos do antigo Auto-ID Center(SARKAR et al., 2007). EPCGlobal e Auto-ID Labs trabalham em conjunto, com o primeirotendo caráter comercial e de negócios e o segundo com visão acadêmica e de pesquisas edesenvolvimento. O principal padrão da organização EPCGlobal é o Código Eletrônico de Produto (EPC- Electronic Product Code). Esse código trata-se de um valor único para identificações. Alémdisso, os padrões EPC regulam a comunicação entre todos os elementos, incluindo então o ID(valor de identificação) e formatos para transferência de dados e armazenamento deinformações. Os padrões EPC são focados principalmente em recursos para cadeia demanufaturas e distribuição de produtos, contando também com um sistema denominadoServiço de Nomes para Objetos (ONS – Object Naming Service), similar ao Serviço deDomínios de Nomes (DNS) da Internet. O objetivo do ONS é possibilitar que a partir de umcódigo EPC seja possível localizar o computador na Internet onde residem todas asinformações sobre esse produto (fabricante, modelo, data de fabricação, etc.). O EPC classifica as etiquetas eletrônicas em 4 classes, onde um incremento no númeroda classe significa um aumento no nível de sofisticação da etiqueta. As próximas seções dessecapítulo relatam mais detalhes sobre o código EPC e a estrutura de classes da EPCGlobal.2.4 EPC – Código Eletrônico de Produto e estrutura de classes Um código EPC é formado por um conjunto de bits, divididos em campos comdiferentes informações, ver Figura 7. 7
  • 8. NÚMERO DA VERSÃO FABRICANTE PRODUTO NÚMERO SERIAL -FIGURA 7 - Formato do Código Eletrônico de Produto – EPC. Fonte: EPC Global (2008) O número da versão especifica o formato EPC usado pela etiqueta eletrônica, tendoem vista que existe mais de um formato para o EPC. Atualmente há códigos EPC com 64, 96e 256 bits. O campo fabricante é um número único atribuído a cada empresa que utiliza EPCpara identificação dos seus produtos, e todos os produtos de um determinado fabricante terãoo mesmo valor neste campo. O código do produto é um valor único atribuído a cada tipo deproduto fabricado por uma empresa. O número serial identifica cada unidade de produtoindividualmente produzido por um determinado fabricante. Devido as diferenças de funcionalidades e características de funcionamento entre osdiversos tipos de etiquetas RFID atualmente disponíveis, o EPCGlobal (2008) definiu umaEstrutura de Classes RFID, classificando os hardwares conforme suas características. Aversão atual dessa estrutura foi definida em novembro de 2007 e possui as seguintesdefinições principais: Classe 1 – Etiquetas para identificação: etiquetas passivas que contenham um númeroEPC e um identificador de etiqueta (ID), opção para senha de acesso aos dados e umamemória adicional para o usuário também opcional. Classe 2 – Etiquetas de alta funcionalidade: essas etiquetas possuem as mesmascaracterísticas das etiquetas Classe 1, acrescidas de maior ID, maior memória para usuário econtrole de acesso aos dados. Classe 3 – Etiquetas passivas com bateria (Etiquetas Semi-Passivas): todas asfuncionalidades das etiquetas Classe 1 e 2 acrescidas de uma fonte de energia. Essas etiquetaspodem possuir sensores para controles diversos (sensores de temperatura, umidade, som, entreoutros) e, opcionalmente, podem possuir memória para armazenamento do histórico dosvalores coletados pelos sensores. Etiquetas Classe 3 continuam sendo dispositivos passivos,ou seja, necessitam que um equipamento leitor inicie a comunicação. Classe 4 – Etiquetas Ativas: essas etiquetas possuem todas as funcionalidadesexistentes nas três classes anteriores acrescidas da capacidade de iniciar uma comunicação, oque é a principal característica de uma etiqueta ativa. Tal comunicação pode se dar tanto entreetiqueta e leitor como também diretamente entre etiquetas.3. Análise dos problemas relativos à utilização da tecnologia RFID Os elementos fundamentais que compõem um sistema RFID são o canal decomunicação sem fio baseado em RF, etiquetas eletrônicas, equipamentos leitores e antenasde leitores. Os dispositivos mencionados podem ser de diversos tipos e apresentar diferentescaracterísticas técnicas, e podem ser instalados nas mais diversas configurações de ambientes. No entanto, a colisão dos sinais provenientes das etiquetas eletrônicas, situação estaque ocorre quando mais de uma etiqueta está sob o raio de ação de um equipamento leitor,exige a aplicação de protocolos anti-colisão para a correta identificação dos sinais de cadauma das etiquetas (ISO, 2006). Estes sinais utilizam a mesma frequência no espectro e por este motivo se tornam nãoidentificáveis para os equipamentos leitores. Os protocolos anti-colisão utilizam algoritmosque, através de técnicas de multiplexação do canal de comunicação, conseguem identificar asmensagens individuais de cada etiqueta. Mas tais protocolos possuem deficiências. Uma 8
  • 9. deficiência importante é a não definição completa dos algoritmos de controle de três dosquatro protocolos atualmente padronizados (ISO, 2006; ALI e TANA, (2007); SHIH et al.,2007; e YU, 2005). O problema da ―colisão de sinais‖ entre dispositivos RFID foi amplamente pesquisadona literatura científica, conforme poderá ser observado ao longo deste trabalho em citaçõesdiversas, como as já citadas anteriormente e também em outras, tais como Choi, Hyun eEngels (2008); Xiaolin, Feng, e Ma (2010); e Myung, Lee e Srivastava (2006). Assim como ocorre em relação ao problema da colisão dos sinais, a comunidadecientífica dedicada à pesquisa em RFID tem trabalhado em busca de soluções quepossibilitem realizar a simulação de ambientes que utilizem esta tecnologia. Estesprocedimentos, para serem completos, necessitam simular o funcionamento dos protocolosanti-colisão, mas também precisam simular o canal de comunicação RF do sistema. Xiaolin, Feng, e Ma (2010) afirmam que dispositivos RFID são afetados porinterferências no sinal de RF, tais como: (i) os tipos de materiais nos quais as etiquetas podemestar fixadas, (ii) barreiras físicas entre os dispositivos, (iii) ruídos do ambiente, e (iv)reflexões. No caso da tecnologia RFID ainda existe a particularidade da baixa potência do sinalque é emitido (ou, mais precisamente: refletido) pelas etiquetas UHF do tipo passivas,aumentando a dificuldade da comunicação. Por fim, ainda existem questões como a possívelmobilidade das etiquetas durante o processo de leitura, que somado ao problema do consumode tempo para resolver a colisão dos sinais emitidos pelas etiquetas, pode tornar insuficiente otempo de exposição das etiquetas com o raio de ação do leitor (KIM, YOON e JANG, 2009;MALLINSON, 2010; e FLOERKEMEIER e SARMA, 2010). A detecção e leitura de várias etiquetas RFID que enviam e recebem sinais sobre umamesma frequência compartilhada trata-se de um problema que exige a aplicação de algumatécnica de divisão do canal de comunicação. Tais técnicas denominam-se protocolos anti-colisão. Os protocolos atualmente utilizados em sistemas RFID são baseados principalmenteem duas estratégias genéricas: divisão do canal por tempo (algoritmos do tipo ALOHA) ouidentificação de etiquetas a partir de questionamentos do equipamento leitor, que trabalha―montando‖ ou identificando por eliminação os valores únicos de cada etiqueta, utilizandopara isto as estruturas lógicas de dados tipo árvores, genericamente denominados protocolosde árvore binária. Os protocolos anti-colisão utilizados por dispositivos RFID são baseados emalgoritmos executados nas etiquetas eletrônicas e no equipamento leitor. O leitor percebe apresença de mais de uma etiqueta no ambiente através do recebimento de um sinal nãoidentificável, composto pela sobreposição das respostas simultâneas de mais de uma etiqueta.Quando isto acontece, o leitor inicia a execução do protocolo anti-colisão, envolvendo rotinasexecutadas também pelas etiquetas. As etiquetas padronizadas pela série ISO 18000-6 (A, B, C) e EPC Classe 1 Geração 2(EPC Gen2) são os tipos de etiquetas RFID mais utilizados. Para cada um destes padrões deetiqueta, um novo protocolo anti-colisão foi especificado: ALOHA LST e ALOHA FST parao ISO 18000-6 A, Btree para o ISO 18000-6 B e Random Slotted (Algoritmo Q) para o ISO18000-6 C (padrão este equivalente ao EPC Gen2) (MYUNG, LEE e SRIVASTAVA, 2006; eLAW, LEE e SIU, 2000). Entre os quatro protocolos (exceto o Btree), três possuem um importante desafio paraos desenvolvedores de equipamentos RFID: a não definição completa dos algoritmos anti-colisão pelos documentos de padronização. A definição dos algoritmos precisa ser resolvida 9
  • 10. pelos desenvolvedores dos dispositivos RFID. Um dos grandes problemas dessa tarefa é que,para cada tipo de ambiente físico ou tipo de aplicação, uma rotina de algoritmo pode sermelhor ou pior. Além disso, a própria existência de quatro protocolos, cada um para uma dasespecificações de hardware normalizadas pela ISO pode dar uma maior liberdade de escolhapara o desenvolvedor, mas, em contrapartida, aumentam a necessidade do uso adequado deboas ferramentas de simulação de modelos a fim de escolher a melhor opção entre aspossíveis.3.1 Recentes contribuições à solução de problemas de colisão de sinais Xiaolin, Feng e Ma (2010) elaboraram um protocolo denominado Collision TreeProtocol (CT). O protocolo trabalharia no nível físico da transmissão. O equipamento leitor,utilizando a codificação de sinais Manchester, consegue identificar exatamente quaissequencias de bits que são iguais, e quais são diferentes, no conjunto de IDs das etiquetaspresentes no ambiente. Estes autores afirmam que os bits comuns entre o grupo de etiquetasconseguirão ser sempre identificados pelo leitor. A partir da separação do grupo de etiquetasem sub-grupos, que serão formados de acordo com os bits comuns entre cada grupo, oequipamento leitor processa de forma independente os sub-grupos até a identificação única decada etiqueta. Esta proposta trabalha no nível da codificação dos sinais digitais realizada peloleitor, o que atualmente nenhum protocolo anti-colisão padronizado utiliza. Uma observaçãoque é possível fazer é que o desempenho deste protocolo irá depender da distribuição dos IDsdas etiquetas presentes no ambiente. Por fim, trabalhar neste nível levaria os problemas daCamada Física de comunicação (interferências no sinal de RF) para o nível lógico. Choi et al. (2010) desenvolveram o protocolo Fast Tree Traversal Protocol (FTTP),que propõe uma solução onde o grupo de etiquetas é dividido em vários sub-grupos, e cadasub-grupo é lido pelo algoritmo padronizado Q. A estratégia de divisão dos grupos é dadapelo algoritmo definido no trabalho para determinar o "fator k de divisão" dos grupos. Estefator k de divisão seria a grande contribuição do trabalho, e é definido a partir doconhecimento obtido no número de slots necessários para a leitura com sucesso de cadaetiqueta em cada grupo anteriormente já processado. O fator k se atualiza conforme oprocessamento de cada grupo, e esta estratégia de usar o conhecimento já adquirido com asleituras anteriores destina-se a melhorar o ajuste sobre a estimação da quantidade de etiquetasque ainda faltam ser lidas. A referência citada não apresenta detalhes de implementação doalgoritmo proposto, mas apenas as definições formais matemáticas sobre a forma de divisãodos grupos. Zhang (2010) propôs um algoritmo anti-colisão baseado em políticas de prioridadeentre as etiquetas do ambiente. Cada etiqueta, no momento do recebimento (gravação) dosdados, teria uma parte da memória reservada para a identificação da sua prioridade. O leitorsempre iniciaria emitindo comandos de leitura para as etiquetas com prioridade maior, atéalcançar a leitura das etiquetas com menor prioridade. Esta classificação prévia de etiquetascom maior ou menor prioridade, quando possível, naturalmente diminui a concorrência demúltiplas etiquetas pelo intervalo de tempo único existente no canal de comunicação entre oleitor e as etiquetas.4. Síntese Apesar das constantes ações de várias empresas envolvidas no desenvolvimento deequipamentos e softwares relacionados a tecnologia RFID, tais como Hewlett-Packard (HP),Philips, Cisco/ThingMagic e IBM, não foram encontrados na literatura relatos sobreaplicativos comerciais para simulação de sistemas/ambientes destinados ao uso destatecnologia. 10
  • 11. Os resultados das atividades de pesquisa e desenvolvimento realizadas na área deRFID por empresas de computação e microeletrônica, tais como: (i) Philips e IBM, queefetivaram uma parceria para o desenvolvimento integrado de sistemas RFID (PHIPLIPS,2010); (ii) Parceria entre Cisco, SAP e Intermec, que visa poder oferecer informações sobre alocalização de caminhões e os respectivos produtos transportados (COMPUTERWORLD,2011); (iii) Projetos governamentais, tais como os realizados no Brasil pelos Ministérios daCiência e Tecnologia e da Fazenda, que assinaram um acordo de cooperação para a criação doBrasil-ID: um sistema de identificação e rastreamento de mercadorias (MCT, 2011); e (iv)Centros de pesquisa e universidades, tais como o laboratório RFID do CPqD, inaugurado emfevereiro de 2011, até então o único no Brasil com uma câmara semianecóica com capacidadede realizar avaliações de sistemas de grandes dimensões, tais como armazéns de distribuiçãoou de veículos (CPqD, 2011); evidenciam a necessidade de serem efetuadas mais pesquisasaplicadas ao desenvolvimento de técnicas e modelos que permitam a simulação emlaboratório de sistemas e ambientes RFID. Corroborando, Lei e Yum (2011) realizaram uma análise comparativa com todas asabordagens atualmente existentes para algoritmos anti-colisão. O trabalho comparou odesempenho entre os algoritmos atualmente existentes, através de simulações em computador.Estes autores concluíram que os algoritmos atualmente padronizados, bem como as pesquisaspublicadas mais relevantes, ainda precisam de aprimoramentos.5. Conclusões Este artigo apresentou os resultados de uma pesquisa que teve por finalidade analisar oprincípio do funcionamento de sistemas RFID (Identificação por Radiofrequência), osproblemas relacionados a utilização desta tecnologia para identificar produtos, materiais epessoas e, as principais contribuições para a solução de problemas relativos a colisão desinais. O estudo evidenciou a necessidade de serem realizadas mais pesquisas para odesenvolvimento de técnicas e modelos que permitam a simulação em laboratório de sistemase ambientes RFID. A oferta de novos sistemas apoiados por software que permitam simularem laboratório se uma etiqueta fixada em um determinado tipo de material será lida em umadeterminada localização, poderá proporcionar maior economia de tempo nos testes e reduçãode custos financeiros para empresas que desejam implantar Sistemas de RFID. Foi demonstrado que as várias diferenças técnicas e a diversidade de dispositivosRFID, em conjunto com as infinitas possibilidades de configuração de ambientes onde atecnologia pode vir a ser instalada, somam-se aos problemas da colisão dos sinais e dadificuldade de criação de um modelo para simulação da camada física (RF). Isto pode explicara dificuldade para a criação de modelos para simulação completa de ambientes e sistemasRFID. A evolução da tecnologia RFID tem sido contínua, o que pode ser confirmado pelasconstantes novas especificações lançadas pelos organismos de padronização, bem como peloexponencial investimento na área realizado por grandes indústrias e governos. Mas atecnologia continua dependendo de pesquisas a fim de resolver os problemas existentes emambientes destinados a atividades produtivas, bem como depende da criação de recursos queaumentem a confiabilidade e facilitem o uso destes sistemas.ReferênciasACTIONPKG. Disponível em: <http://www.actionpkg.com/pages/system_diagram.html>Acesso em: 11 Set 2011 11
  • 12. BORRIELO, Gaetano (Ed.). RFID: tagging the world. Communications Of The ACM, 2005,v. 48, n. 9, pp: 34-37.COMPUTERWORLD. Empresas de TI lançam no Brasil supply chain colaborativo.Disponível em: http://computerworld.uol.com.br/gestao/2011/03/23/empresas-de-ti-lancam-no-brasil-supply-chain-colaborativo/>, Acesso em: 10 Abr. 2011.COMPUTERWORLD. Disponível em:<http://computerworld.uol.com.br/comunicacoes/2007/10/15/idgnoticia.> Acesso em: 10 Set.2011.CPqD. Evento de Inauguração do Laboratório de RFID. Disponível em::<http://www.cpqd.com.br/noticias-relacionadas/289-noticias-2011/5353-evento-de-inauguracao-do-laboratorio-de-rfid-reune-autoridades-e-personalidades-do-mundo-tecnologico.html>, Acesso em: 01 Mar. 2011.CURTIN, J; KAUFFMAN, R. e RIGGINS, F. Making the MOST out of RFID technology: aresearch agenda for the study of the adoption, usage and impact of RFID. InformationTechnology and Management, 2007, v. 8, n. 2, pp: 87-110.CHOI, J; LEE, I; DU, D. e LEE, W. FTTP: A Fast Tree Traversal Protocol for Efficient TagIdentification in RFID Networks. IEEE Communications Letters. 2010, v. 14, n. 8. pp: 713-715.CHOI, J.; HYUN, L. e ENGELS, D.W.; Elmasri, R. Robust and Dynamic Bin Slotted Anti-Collision Algorithms in RFID System. Anais. IEEE International Conference on RFID, 2008,pp. 191-198.EPCGLOBAL. Tag Class Definitions. Documento de Padronização. EPC, 2008.ENGELS, D. e SARMA, S. Standardization Requirements within the RFID Class StructureFramework. Anais. MIT (Massachusetts Institute of Technology) Auto-ID Labs, 2006.FLOERKEMEIER, C. e SARMA, S. RFIDSim—A Physical and Logical Layer SimulationEngine for Passive RFID. IEEE Journal Transactions on Automation Science andEngineering. vol. 6, Jan 2009, pp. 33-43.GLOVER, B; BHATT, H. RFID Essentials. Sebastopol: Oreilly, 2006, 260p.HASSAN, T. e CHATTERJEE, S. A Taxonomy for RFID. Anais. IEEE 39th Annual HawaiiInternational Conference On System Sciences, 2006, pp: 1-10.ISO (International Organization for Standardization). ISO/IEC 18000-6: Informationtechnology – Radio frequency identification for item management – Part 6: Parameters forair interface communications at 860 MHz to 960 MHz. Amendment 1 (2006-06-15):Extension with Type C and update of Types A and B‖. Documento de Padronização ISO,2006.KIM, D; YOON, H.; JANG e B; YOOK, J. Interference analysis of UHF RFID systems.Progress In Electromagnetics Research B, vol. 4, 2009, pp. 115-126.LEI, Z. e YUM, T.-S.P. A critical survey and analysis of RFID anti-collision mechanisms.IEEE Communications Magazine. vol. 49, pp. 214-221, 2011.LAW, C; LEE, K. e SIU, K. Efficient Memoryless Protocol for Tag Identification. Anais. 4thInternational Workshop on Discrete Algorithms and Methods for Mobile Computing andCommunications, 2000, pp.1-22.MALLINSON, H. Measuring and Predicting the Performance of RFID-Tagged Objects. Tese 12
  • 13. de Doutorado. Department of Engineering, University of Cambridge, 2010, 172p.MCT - MINISTÉRIO DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA. MCT assina acordo de cooperaçãopara a criação do Brasil-ID. Disponível em:<http://www.mct.gov.br/index.php/content/view/311415.html>. Acesso em: 19 Fev. 2011.MYUNG, J; LEE, W. e SRIVASTAVA, J. Adaptative Binary Splitting for Efficient RFIDTag Anti-Collision. IEEE Communications Letters. v. 10, n. 3, 2006, pp.144-147.PHILIPS. Philips e IBM anunciam parceria para desenvolvimento de sistemas deidentificação por rádio frequência e smartcard. Disponível em:<http://www.newscenter.philips.com/br_pt/standard/about/news/press/article-2959.wpd>Acesso em: 01 Dez. 2010.RFID Aesthetics. Disponível em: <http://pingmag.jp/2008/06/23/rfid-aesthetics/> Acesso em:10 Set 2011.RFID SYSTEMS. Disponével em:<http://www.rfidsystems.com.br/solucoes_transporte_e_trafego.ph> Acesso em: 11 Set 2011SARKAR, T.K.; ZHONG, Ji; KYUNGJUNG, K.; MEDEDOURI, A. e SALAZAR-PALMA,M. A survey of various propagation models for mobile communication‖. IEEE Antennas andPropagation Magazine. vol. 45, 2003, pp. 51-82.SCHARFELD, T. An Analysis of the Fundamental Constraints on Low Cost Passive Radio-Frequency Identification System Design, Dissertação. Dept. Of Mechanical Eng., MIT -Massachusetts Institute Of Technology, Cambridge, 2001, 115p.SHIH, D. et al. Taxonomy and survey of RFID anti-collision protocols. Elsevier ComputerAnd Communication. 2006, v. 29, n. 11, pp.2150-2166.WEINSTEIN R. RFID: A Technical Overview and Its Application to the Enterprise. IEEE ItProfessional. 2005, v. 7, n. 3, pp: 27-33.YU, S et al. Anti-collision Algorithm Based on Jumping and Dynamic Searching and ItsAnalysis. Computer Engineering, v. 31, 2005, pp. 19-20.XIAOLIN, J; FENG, Q, e MA, C. An Efficient Anti-Collision Protocol for RFID TagIdentification. IEEE Communications Letters. 2010, v. 14, n. 11, pp. 1014–1016.ZHANG, X. One New RFID Anti-collision Algorithm Based on Priority Control. Anais.International Conference on Electrical and Control Engineering, 2010. pp. 2884 - 2887. 13