RFID

La radio-identification plus souvent désignée par le sigle RFID (de l’anglais radio frequency identification) est une méthode pour mémoriser et récupérer des données à distance en utilisant des marqueurs appelés radio-étiquettes (RFID tag ou RFID transponder en anglais). Les radio-étiquettes sont de petits objets, tels que des étiquettes autoadhésives, qui peuvent être collés ou incorporés dans des objets ou produits et même implantés dans des organismes vivants (animaux, corps humain).

Les radio-étiquettes comprennent une antenne associée à une puce électronique qui leur permet de recevoir et de répondre aux requêtes radio émises depuis l’émetteur-récepteur.

Classification des tags RFID

1. Le tag RFID, avec ou sans puce électronique ? 

Une première classification possible des tags ou étiquettes RFID est basée sur la présence ou non d’une puce électronique.

  • Le tag RFID SAW (Surface Acoustic Wave) n'est pas équipé de circuits intégrés. Il ne représente aujourd'hui qu'une très faible part du marché (quelques %). Il s'agit d'un transpondeur à lecture seule et ne comportant pas d'alimentation embarquée. On le nomme également code à barres RF.
  • Le tag RFID 1 bit est un système passif à diodes capacitives, dit « transpondeur 1 bit». Ce bit permet d'indiquer la présence ou non du tag dans le champ d'action de l'interrogateur. Il est largement utilisé comme système antivol.
  • Le tag RFID à circuits intégrés est le système le plus utilisé sur le marché actuel. Il se compose d'une antenne et d'un circuit intégré plus ou moins complexe (simple machine d'état ou véritable microcontrôleur).

2. Le tag RFID, avec ou sans emetteur RF (actif vs passif) ? 

3. Simple identifiant ou fonction plus complexe ?

  • Classe 0 et classe 1: tags passifs à lecture seule (on ne peut que lire l'identifiant unique du tag)
  • Classe 2: tags passifs à fonctions additionnelles (écriture mémoire)
  • Classe 3: tags passifs assistés par batterie
  • Classe 4: tags actifs. Communication large-bande du type « peer-to-peer »
  • Classe 5: interrogateurs. Alimentent les tags de classe 0, 1, 2 et 3. Communiquent avec les tags de classe 4.

4. Lecture seule ou lecture/écriture ?

Quelque soit la fréquence à laquelle le système RFID fonctionne, quelque soit le type d’étiquette passive ou active, on peut différencier les applications RFID suivant les possibilités de lecture et/ou d’écriture dans la mémoire de la puce embarquée sur l’étiquette. Le but de la RFID étant d’identifier de manière unique les objets portant des tags, la puce électronique doit au minimum contenir un identifiant numérique accessible par l’interrogateur. Ce numéro unique peut être celui gravé par le fondeur de la puce lors de la fabrication (TID Tag IDentifier). Si cette puce ne possède pas d’autre zone mémoire, on parle de puce en lecture seule. Toute l’information liée au produit portant l’étiquette est donc déportée sur des systèmes d’informations indexés par l’identifiant unique.

Dans certains cas, le numéro unique gravé par le fondeur de la puce n’est pas suffisant pour l’application finale. On peut donc trouver des puces possédant une zone mémoire vierge sur laquelle on puisse écrire un numéro particulier propre à l’utilisateur final du système RFID (UII Unique Item Identifier ou Code EPC Electronic Product Code par exemple). Une fois ce numéro écrit, il ne peut plus être modifié. On parle alors de puce WORM (Write Once, Read Multiple).

D’autres types d’applications vont nécessiter la présence d’une zone mémoire accessible par l’utilisateur et réinscriptible. Cette zone, ne dépassant pas les quelques dizaines de kilo octets dans la majeure partie des cas, peut servir lorsque l’accès à une base de données centrale n’est pas garantie (lors d’opération de maintenance en zone isolée ou sur le théâtre d’opérations militaires). Les puces sont alors de type MTP (Multi Time Programmable) et possèdent de la mémoire généralement de type EEPROM.


5. Protocole TTF ou ITF ?

Qui parle le premier : le tag ou l’interrogateur ?

Cette question, a priori anodine, prend tout son sens lorsque plusieurs étiquettes se trouvent simultanément dans le champ de l’interrogateur où lorsque les étiquettes ne sont pas statiques et qu’elles ne font que passer dans le champ rayonné par l’antenne de l’interrogateur.

Dans le cas, rencontré très souvent en RFID, où les étiquettes sont batteryless (sans source d’énergie embarquée), il est clair que la première chose à faire pour l’interrogateur est de transmettre de l’énergie à (aux) l’étiquette(s). Pour cela, l’interrogateur émet un signal à fréquence fixe (sans modulation).

A ce moment, la communication entre l’interrogateur et l’étiquette n’a pas, à proprement parler, débuté. Une fois la puce de l’étiquette alimentée, elle peut soit transmettre immédiatement une information à l’interrogateur (protocole TTF pour Tag Talk First) ou répondre à une requête de l’interrogateur (protocole ITF pour Interrogator Talk First).

Le choix d’un protocole ou de l’autre dépend fortement de la gestion de la ressource radio et de la gestion de la présence éventuelle de plusieurs étiquettes dans le champ rayonné par l’interrogateur (protocole d’anticollision). Pour se faire une idée de l’implication sur la gestion des collisions du choix d’un protocole ou de l’autre, imaginons une salle de classe. L’enseignant joue le rôle de l’interrogateur, les élèves celui des étiquettes RFID.

> Pour les systèmes TTF, nous pouvons imaginer qu’en début de cours, chaque étudiant entrant dans l’amphithéâtre donne son nom. Bien sûr, mis à part quelques retardataires, les étudiants arrivent en cours à l’heure et chacun donnant son nom quasiment en même temps, nous pouvons douter que l’enseignant (l’interrogateur) puisse comprendre chaque nom individuellement et identifier chacun des étudiants (étiquettes). Pour essayer de palier ce problème, il est possible de demander aux étudiants de ne donner leur nom qu’après avoir écouté et s’être assuré que personne d’autre n’a pris la parole. Cette variante du protocole TTF est appelée TOTAL pour Tag Only Talk After Listening.

> Pour des systèmes ITF, c’est l’enseignant (interrogateur) qui pose la première question et demande aux élèves de donner leur nom. Tous les étudiants présents dans l’amphithéâtre répondent alors à la requête de l’enseignant. Comme dans le cas précédent, il peut être difficile, voire impossible, à l’enseignant d’identifier chaque élève puisque ceux-ci répondront à la requête de façon simultanée.

A la vue de cet exemple, nous pouvons conclure que les deux protocoles sont incompatibles. De plus, la présence d’une étiquette TTF dans le champ d’un interrogateur ITF peut amener des perturbations brouillant la communication des étiquettes ITF.

Parmi les avantages du protocole TTF, on peut noter la rapidité avec laquelle il est possible d’identifier une étiquette quand celle-ci est seule dans le champ rayonné par l’interrogateur. On peut également noter que lorsque l’interrogateur ne communique pas avec des étiquettes, il ne fait que rayonner un signal RF sans modulation. Ce signal n’occupe donc qu’une faible partie du spectre électromagnétique. Cela permet de réduire le risque d’interférence avec d’autres émissions ou d’autres interrogateurs. En ce qui concerne le protocole ITF, le principal avantage est que la communication est initiée (trigger) par l’interrogateur. Toutes les réponses des tags peuvent donc être facilement superposées pour une détection de collision au niveau « bit » ou facilement séquencées pour singulariser les étiquettes.


Caractéristiques et bandes de fréquences

Bande Portée Vitesse de transmission Remarques Coût du tag Principales normes
120 à 150 kHz
(LF)
10 cm Faible Animaux, stockage... Relativement cher, même en volume. Antenne nécessite un nombre de tours important. Faible dégradation des performances en milieu métallique ou liquide. $1 ISO 14223/1
ISO 18000-2
13.56 MHz
(HF)
1 m faible à modérée Cartes à puce. Moins cher que les tags LF. Bien adapté aux applications qui ne demande pas de lire beaucoup de tags à grande distance. Fréquence unique dans le monde. $0.50 MIFARE
ISO/IEC 14443
ISO 15693
ISO 18000-3
433 MHz
(UHF)
1 à 100 m modérée Application de défense avec tags actifs $5 ISO 18000-7
865-868 MHz (EU)
902-928 MHz (USA)
UHF
1 à 6 m modérée
à rapide
En gros volume, les tags UHF sont les moins chers. Adapté à la lecture en volume à longue distance. Performances dégradées en milieu métallique ou aqueux par rapport à la HF. $0.15 (passif) ISO 18000-6
2450-5800 MHz
micro-ondes
1 à 2 m Rapide Performances similaires à l'UHF. Très forte sensibilité aux métaux et liquides. Liaison lecteur/tag plus directive. $25 (actif) ISO 18000-4
802.11 WLAN, Bluetooth standards
3.1 à 10 GHz
micro-ondes
200 m Rapide Tag actifs, UWB ~ $5

Le couplage tag RFID / lecteur RFID

Pas très utile à savoir, mais fait bien dans la conversation...

La liaison entre tag et interrogateur se réalise par:


Normalisation

C'est un peu la zone, voici un résumé en anglais (Wikipedia), de toutes manières, si vous voulez en savoir plus, il faudra les lire en anglais, alors...

A number of organizations have set standards for RFID, including the International Organization for Standardization (ISO), the International Electrotechnical Commission (IEC), ASTM International, the DASH7 Alliance and EPCglobal.

There are also several specific industries that have set guidelines. These industries include the Financial Services Technology Consortium (FSTC) which has set a standard for tracking IT Assets with RFID, the Computer Technology Industry Association CompTIA which has set a standard for certifying RFID engineers, and the International Airlines Transport Association IATA which has set tagging guidelines for luggage in airports.

In principle, every country can set its own rules for frequency allocation for RFID tags, and not all radio bands are available in all countries. These frequencies are known as the ISM bands (Industrial Scientific and Medical bands). The return signal of the tag may still cause interference for other radio users.

In North America, UHF can be used unlicensed for 902-928& MHz (±13 MHz from the 915 MHz center frequency), but restrictions exist for transmission power. In Europe, RFID and other low-power radio applications are regulated by ETSI recommendations EN 300 220 and EN 302 208, and ERO recommendation 70 03, allowing RFID operation with somewhat complex band restrictions from 865-868 MHz. Readers are required to monitor a channel before transmitting ("Listen Before Talk"); this requirement has led to some restrictions on performance, the resolution of which is a subject of current research. The North American UHF standard is not accepted in France as it interferes with its military bands. On July 25, 2012, Japan changed its UHF band to 920 MHz, more closely matching the United States'915 MHz band.

For China, there is no regulation for the use of UHF. Each application for UHF in these countries needs a site license, which needs to be applied for at the local authorities, and can be revoked. For Australia and New Zealand, 918-926 MHz are unlicensed, but restrictions exist for transmission power.

Standards that have been made regarding RFID technology include:

In order to ensure global interoperability of products several organizations have setup additional standards for RFID testing. These standards include conformance, performance and interoperability tests.

Groups concerned with standardization are:

EPC Gen2

EPC Gen2 is short for EPCglobal UHF Class 1 Generation 2.

EPCglobal (a joint venture between GS1 and GS1 US) is working on international standards for the use of mostly passive RFID and the EPC in the identification of many items in the supply chain for companies worldwide.

One of the missions of EPCglobal was to simplify the Babel of protocols prevalent in the RFID world in the 1990s. Two tag air interfaces (the protocol for exchanging information between a tag and a reader) were defined (but not ratified) by EPCglobal prior to 2003. These protocols, commonly known as Class 0 and Class 1, saw significant commercial implementation in 2002-2005.

In 2004 the Hardware Action Group created a new protocol, the Class 1 Generation 2 interface, which addressed a number of problems that had been experienced with Class 0 and Class 1 tags. The EPC Gen2 standard was approved in December 2004. This was approved after a contention from Intermec that the standard may infringe a number of their RFID-related patents. It was decided that the standard itself does not infringe their patents, making the standard royalty free. The EPC Gen2 standard was adopted with minor modifications as ISO 18000-6C in 2006.

The lowest cost of Gen2 EPC inlay was offered by the now-defunct company SmartCode, at a price of $0.05 apiece in volumes of 100 million or more. Nevertheless, further conversion (including additional label stock or encapsulation processing/insertion and freight costs to a given facility or DC) and of the inlays into usable RFID labels and the design of current Gen 2 protocol standard will increase the total end-cost, especially with the added security feature extensions for RFID Supply Chain item-level tagging.


Liens pouvant être utiles

  • Initié par le Ministère de l'Economie, des Finances et de l'Industrie, le Centre National de Référence RFID (CNRFID) favorise le déploiement de la technologie RFID Radio Frequency IDentification.
  • rfidfr.org: le portail francophone de la technologie RFID
  • Wikipedia : RFID, en anglais nettement plus achalandé que la version française d'où est tirée la définition.