RFID History and Standards
HISTORIQUE
L'identification radio-fréquence, ou RFID, résulte du mariage de deux technologies: la technologie radio et celle de l'électronique à laquelle s'est substitué aujourd'hui celle de la microélectronique.
Le tableau ci-dessous dresse un historique rapide de l'évolution de la RFID.
1948 | Le concept du système RFID a son origine dans les années 40 dans le but de différencier les avions amis des avions ennemis. D'imposant tags ou transpondeurs furent placés dans les avions amis afin de répondre comme amical à l'interrogation des radars. Ce système IFF (Identify: Friend or Foe) fut la première utilisation de la RFID. Aujourd'hui encore, le contrôle du trafic aérien est basé sur ce principe. |
1970 | Durant les années 70, les systèmes RFID restèrent une technologie protégée à usage militaire supportée par les états pour la sécurité de sites sensibles notamment dans le secteur du nucléaire. |
1980 | L'invention des micro-systèmes et l'avancée de la technologie conduit à l'utilisation de tag passif. L'absence de source d'énergie embarquée rend le tag moins coûteux mais l'oblige à obtenir de l'énergie au travers du signal du lecteur. Les distances de lecture obtenues sont alors de quelques centimètres. A la fin des années 70, la technologie est transférée vers le secteur privée. Une des toutes premières applications commerciales est l'identification de bétail en europe. Le début des années 80 marque la fabrication et la commercialisation de tags par de nombreuses firmes européennes et américaines. |
1990 | Début de la standardisation pour une interopérabilité des équipements RFID à commencer par les cartes à puces puis les systèmes tags-lecteurs de manière générale. |
LA RFID ET SES COMPOSANTS
L'identification Radiofréquence (RFId) est une technologie d'identification automatique apparue dans les années 1950 mais dont l'émergence est relativement récente.
Cette technologie est basée sur l'émission de champs électromagnétiques réceptionnés par une antenne couplée à une puce électronique (transpondeur ou tag). Le champ sert de vecteur à l'information entre la puce et son lecteur, ainsi qu'à l'énergie d'activation de ces puces.
Une application d'identification automatique radio fréquence se compose donc d'un lecteur qui transmet un signal selon une fréquence déterminée vers une ou plusieurs étiquettes radio situées dans son champ de lecture. | |
L'étiquette électronique est un support d'informations qui combine le traitement d'un signal et le stockage des données. Il est constitué d'un circuit électronique (ou « circuit intégré »), diffusé sur un circuit imprimé et couplé à une antenne.
Souvent appelées "transpondeur" (TRANSmitter/resPONDER) à cause de leurs fonctions de réponse et d'émission, l'étiquette - radio ou tag répond à une demande transmise par le lecteur et concernant les données qu'elle contient. La mémoire d'un transpondeur comprend généralement une ROM (Read Only Memory), une RAM (Random Access Memory) ainsi qu'une mémoire programmable non volatile pour la conservation des données selon le type et le degré de complexité du produit. La mémoire ROM contient les données de sécurité ainsi que les instructions de l'OS (Operating System) de l'étiquette en charge des fonctions de base telles que le délai de réponse, le contrôle du flux de données, et la gestion de l'énergie. La mémoire RAM est utilisée pour les stockages temporaires de données pendant les processus d'interrogation et de réponse. L'énergie nécessaire au fonctionnement du tag est fournie soit par une pile interne (ou batterie) pour les tags actifs ou semi-actifs, soit téléalimenté par le champ électro-magnétique émis par le lecteur (tags passifs).
La base station émet des ondes radio dans un espace de quelques centimètres à plusieurs dizaine de mètres, selon la puissance de l'alimentation et la fréquence radio utilisée. Quand une étiquette RF passe dans le champ électromagnétique, elle détecte le signal de la base station. Le lecteur lit les données encodées dans le transpondeur et celles-ci sont envoyées au serveur pour être traitées. La base station peut également participer au traitement du signal ainsi qu'au contrôle de parité, à la détection et à la correction d'erreurs.
Un système RFID permet donc d'écrire, de stocker et d'effacer de l'information sur la puce électronique du tag. En plus du transfert de données sans contact, la communication via l'antenne, permet également, des transferts sans visibilité entre le lecteur et l'étiquette au travers de matériaux opaques à la lumière, cette lecture pouvant s'effectuer simultanément sur plusieurs étiquettes.
Les différents systèmes RFID sont caractérisés principalement par leur fréquence de communication. Cependant, outre cette fréquence porteuse, d'autres caractéristiques définissent également les étiquettes RFID et constituent la base de leurs spécifications :
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l'origine et la nature de l'énergie
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la distance de lecture
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la programmabilité
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la forme physique
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la taille mémoire
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les propriétés du packaging (matériau)
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le nombre de tags lus simultanément (anti-collision)
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et bien sur le coût
LES FREQUENCES DE COMMUNICATION
L'antenne du transpondeur est le moyen par lequel il procède à la détection du champ ainsi qu'à la transmission de sa réponse à l'interrogation. Elle émet des signaux radio pour l'activer, lire et écrire des données. L'antenne est également intégrée à la base station pour devenir un lecteur qui peut être configuré comme un équipement fixe ou mobile. Elle est donc le lien entre le transpondeur et la base station. Le champ électromagnétique produit par une antenne peut être maintenu de manière continue ou bien activé par un capteur si l'interrogation n'est pas requise de manière constante
Le dialogue entre le tag et le lecteur est régit par un protocole de communication dont la principale caractéristique est la fréquence radio d'échange. Sachant que chaque pays conserve la possibilité d'affecter ces fréquences à d'autres usages spécifiques avec également des puissances d'émission différentes. Région 1 = Europe, ex Union Soviétique et Afrique |
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Le tableau ci-dessous dresse un aperçu des avantages et inconvénients des tags par fréquence de communication :
| LF< 135 kHz | HF13.56 MHz | UHF863 à 915 MHz | SHF2.45 GHz |
Capacité de données | De 64 bits lecture seul à 2kbits lecture-écriture | Classiquement tags lecture-écriture 512 bits de mémoire (max: 8kbits partitioné) | Classiquement tags lecture-écriture 32 bits de mémoire (max: 4kbits partitioné en 128 bits) | De 128 bits à 32 kbits partitioné |
Produits disponibles | Read-only et read/write | Read-only et read/write | Read-only et read/write | Read-only et read/write, télé-alimenté et batterie assisté |
Transfert de données | Faible taux de transfert: < à 1kbits/s (~200bits/s) | Environ 25 kbits/s en général (existe en 100 kbits/s) | Environ 28 kbits/s | Généralement < à 100 kbits/s mais peu aller jusqu'à 1 Mbits/s |
Distance de lecture | Typiquement du contact à 0.5 m pour les tags télé-alimentés, sinon ~ 2 m | Pour les tags télé-alimenté de l'ordre du mètre | Pour les tags télé-alimenté de l'ordre du mètre | Qq dizaine de centimètre pour les passifs et qq dizaine de mètres pour les actifs |
Mode de lecture | Les versions lecture unique et lecture multiple sont disponibles | Les versions lecture unique et lecture multiple sont disponibles | Lecture unique et lecture multiple, omni-directionnel | Lecture unique et lecture multiple |
Limites de fonctionnement | - 40 à + 85 °C Peu sensible aux perturbations électro-magnétiques industrielles | - 25 à + 70 °C Faiblement sensible aux perturbations électro-magnétiques industrielles | - 25 à + 70 °C Sensible aux perturbations électro-magnétiques. | - 25 à + 70 °C Fortement sensible aux perturbations électro-magnétiques réfléchies par le métal et absorbées par l'eau |
Applications | Process de fabrication | Suivi de flotte de véhicules | Logistique | Automatisation d'entreprises |
LES NORMES
La RFID suscite de plus en plus d'intérêt et dans des termes de plus en plus justes : la disponibilité des informations s'élargit, les analyses des bénéfices que l'on peut attendre de son utilisation dans n'importe quel milieu professionnel se multiplient et l'on évalue les possibilités techniques liées à chacune de ses nombreuses versions. Dans le même temps, les normes internationales relatives à cette technologie sont en passe d'être entièrement définies, une exigence fondamentale pour sa réelle diffusion dans le monde et son utilisation comme instrument d'identification. Voici donc notre point sur la situation, autant que possible complet, sur les standards internationaux, tant du point de vue technique que de leurs applications, avec en prime les références opportunes aux normes internationales
Pour une interopérabilité, les équipement RFID (lecteurs et tags) doivent impérativement être normalisés quant à leur mode de fonctionnement soit, pour une fréquence d'utilisation donnée, que n'importe quel tag soit lu par n'importe quel lecteur. On parle alors de protocole de communication. | |
La normalisation des protocoles de communication entre tags et lecteurs s'inscrit dans le cadre d'un comité technique commun à l'ISO (International Organization for Standardization) et à l'IEC (International Electrotechnical Commision): le JTC1 couvrant les technologies de l'information. Le sous-comité qui nous intéresse est le SC31 relevant de l'identification automatique et des techniques de saisies de données.
Ce sous comité gère au niveau international le transfert d'informations (commentaires, propositions, votes ...) entre l'ensemble des commission nationales des pays membres. Pour la France, l'organisme porteur de cette Commission de Normalisation (CN31) est l'AFNOR (Association Française de Normalisation).
Les normes relatives au protocoles de communication (air-interface) ont pour désignation:
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ISO 18000-1 : le vocabulaire
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ISO 18000-2 : pour des fréquences de communications inférieures à 135 KHz
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ISO 18000-3 : pour une fréquence de fonctionnement à 13,56 MHz
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ISO 18000-4 : pour une fréquence de 2,45 GHz
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ISO 18000-6 : pour des fréquences comprises entre 860 et 930 MHz
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ISO 18000-7 : pour un fonctionnement en 433 MHz