Ecole ICAR 2008 Intergiciels pour les applications...

Ecole ICAR 2008

Intergiciels pour les applications RFID

Didier Donsez

Université Joseph Fourier

PolyTech’ Grenoble - LIG / Adèle

[email protected]

http://www-adele.imag.fr/users/Didier.Donsez/cours

Version 25/08/2008

2Didier Donsez, 2005-2008, Vers des intergiciels RFID

Sommaire

� Technologies RFID et NFC (Near Field Communication),

applications et enjeux.

� Efforts de standardisations des « piles » logicielles

� Panorama des principaux intergiciels RFID commerciaux et

open-sources

� Démonstration de l'intergiciel open-source AspireRFID

� application logistique

� application de détection de contrefaçon avec un téléphone NFC.


Contexte : l’Internet des choses

� Chaque objet peut communiquer avec les autres

� Identifiants, mesures environnementales, …

� Les buzzwords

� Informatique ambiante, diffuse, ubiquitaire, omniprésente …

� SAN(iz)ETs, VANETs, MANETs …

� Réseaux capillaires

� Machine-to-Machine (M2M)

� RFID, NFC

� La RFID représente les prémices


La RFID (Radio Frequency Identification)ou étiquette électronique (ou tag)

� Mémoire persistante lue et écrite à distance (radio fréquence)� Stockage d’un identiant globalement unique (GUID)

� + autre (données biométriques, données de production, …)

� « Remplacant » des codes barres� Lecture « en vrac », insensible (direction, salissure, moulage, …), sécurisée

� Volume d’information, information hors ligne

� Réutilisable (si RW)

� Coût (plutôt pour les unités logistiques réutilisables)

� Facteur Forme


Une étiquette passive à la loupe

Quelles dizaines d’octets

•Read,

•Write once/many,

•Lock

•Sleep, Kill


RFID PassiveDeux phases de communication

Energie

Données

EtiquetteLecteur

Energie

EtiquetteDonnées

Lecteur


Les standards RFiD

� Standards physiques

� ISO 18000-*, ISO 14443 A/B, ISO 15693, ISO 11784/85, TI TagIt™, MiFare™, FeliCa™ …

� Fréquence, Distance, Vitesse/Débit lecture/écriture, Milieu/Matériaux (métal, eau), …

� Beaucoup de brevets US derrière certains standards

� Standards applicatifs (par domaine)

� Conteneurs, animaux, financiers, transports, produits, …

ExtendedRangeLong

RangeShortRangeClose

Range

0 cms 5 cms 20 cms 1 m 10 m

13.56 Mhz UHF (800 Mhz – 2.4 Ghz)

125 Khz


� Dans l’entrepôt, dans le magasin, sur un chariot mobile, …

� Manuel

L’acquisition : les lecteurs

RFID glove

RFID tunnel

On-board RFID reader

Nabztag/tag(ISO14443 Type-B)

http://fr.youtube.com/watch?v=w0HNGl0BnYk

Portal antenna

LegoMS1048

Nokia3220 & 6131 NFC phones


� De l’entrepôt au marché de masse

Tendances

NFC phones

RFID handset

RFID tunnel

Nabztag/tag

10^6 10^9


RFID passive vs RFID active

� RFID Passive

� Energie apportée par le champ EM du lecteur

� Pas de communication sans un lecteur

� RFID Semi-passive

� Embarque une source d’énergie pour journaliser un capteur (température, …)

� RFID Semi-active

� Embarque une source d’énergie pour accroitre

la portée de la communication RF (mais pas systématiquement)

� RFID Active (~réseau de capteurs SANET)

� Embarque sa source d’énergie (1 à 5 ans)

� Emission et Réception de données autonomes

� Voir routage (Réseaux maillés multi-saut)

� La tendance : Zigbee (IEEE 802.15.4)


Technologies concurrentes

� Codes barres : 1D, 2D (Data Matrix)

� Coût du code barre �� unité produit

� Imprimable/gravable

� sur l’emballage ou sur le produit

� ~ Quantité d’information limitée

� Texte, URL, SMS

� Lecture directionnel

� Pas de lecture en masse (bulk)

� Requière souvent un opérateur humain

� Pas d’écriture

� Vitesse de lecture (Oui et Non)

� Environnement dur (souillure, …)

� En définitive, codes 2D et RFID sont complémentaires


Applications

� Billettique et péage (transport)

� Autoroutes, NaviGO, …

� Tickets taggés pour les JO 2008 Pékin (14 millions)

� Logistique (Supply Chain)

� Flamme olympique pour Atlanta 1996, …

� Conteneurs, Courrier rapide, Flotte de véhicule, Force commerciale

� Traçabilité

� Qualité

� Documents ISO9002 de suivi de lots, chaîne du froid, …

� Sécurité des biens

� vol de véhicule, de conteneurs, des jetons de casino …

� Identification

� Passeports, Enfants, US GIs, Night-clubbers espagnols, …http://fr.youtube.com/watch?v=GgjVWaLxoL4

� Justice

� …


Applications

� Contrefaçon (marché gris)� Produits de luxe, billets de banque (étude BCE), bouteilles de vin, pièces automobiles,

pièces avion, médicaments (Viagra, …) …

� Santé� Produits sanguins, greffes d’organes …

� « Clienteling », Marketing, CRM� Suivi du parcours d’un chariot dans un supermarché, …

� Profil de consommation en temps réel

� Inventaire (bibliothèque, …)

� Collecte des déchets� « Pay what you trash »

� Compétitions sportives …� Marseille – Cassis, …

� Laverie collective (hôpitaux, hôtellerie, …)

� Ventes, Garantie, Inspection/Contrôle/Maintenance, Cheptel, Routage, Tournée d’agent

� …

� Et la liste s’allonge de jour en jour


Exemple : Grande distributionMetro Future Store Initiative

http://streaming.mgi.de/metro/5_Jahre_RFID_dsl.asxhttp://www.youtube.com/watch?v=fMGSs7KJHek


Exemple : chaine logistiquePublicité grande audience d’IBM

Video de la Pub IBM

http://fr.youtube.com/watch?v=-ZYY85IyDNM

http://fr.youtube.com/watch?v=llnUJkH0Mlc


Exemple: Lutte contre la contrefaçon

� Marché gris (grey market)

� 8-10% du commerce mondiale

� Tout objet est concerné !

� Pièces automobiles, pièces avions, bouteilles de vin, …

� Cas de médicaments

� La contrefaçon des médicaments, c’est 40 milliard d'euros/an

� Ceux-ci peuvent être des faux (sans principe actif, voir empoisonné). Des faux vaccins

utilisés pour une campagne de vaccination en Afrique contenaient de l'eau croupi : Plusieurs

enfants sont décédés !

� 1 médicament sur 2 vendu sur le Web est faux

� RFID sur le Pfizer’ Viagra


Exemple : Téléphones NFC (Near Field Communication)

� Communications sans contact très courte distance

� Telephone-Tag, Telephone-Telephone (peer à peer)

� Le téléphone peut être étient ou déchargé

� La SIM peut intervenir dans les opérations NFC

� Applications

� Paiement, Chargement de billets, Collecte de points fidélité, …

� Récupération d’information sur des « Smart Posters »

� Cartes, horaires, offres speciales, …

� Contrôle d’accès à un batiment/pièce

� …


Nature des applications

� Boucle ouverte versus boucle fermée (semi-fermée)

� Intra-entreprise ou multi-partenaire

� Besoin d’interopérabilité

� Online versus Offline

� « GUID only »

� Information stockée dans le tag


Le marché autour de la RFID

� Projections sur le marché de la RFID

Source: IDTechEx 02/2008 RFID Forecasts, Players & Opportunities 2008-2018http://www.idtechex.com/products/en/view.asp?productcategoryid=151

(Battery Assisted Passive tags)


Le marché autour de la RFID

Source: IDTechEx 02/2008 RFID Forecasts, Players & Opportunities 2008-2018http://www.idtechex.com/products/en/view.asp?productcategoryid=151


Le marché de la NFC

� Les faits

� Succès des cartes et des téléphones (20M mi-2007, 40M mi-2008) FeliCa au Japon

� Peu de téléphones NFC ailleurs

� Les promesses

� “One third of all mobile phones will be NFC-equipped in a span of

three to five years”

� - Frost & Sullivan, 3/07

� “Mobile phone-based contactless payments will facilitate over $36

billion of worldwide consumer spending by 2011”

� - Strategy Analytics, 9/06


Freins et risques sociétaux

� Clients� Les tags restent «vivants » et « furtives » après leurs sorties du magasin

� Le produit devient un proxy de votre identité

� Problème d’attente à la vie privée

� Big Brother is watching you …

� « Brûleurs » de RFID

� Fabricants

� Intelligence économique

� lecteur « longue portée » à la sortie de vos usines

� informations de production laissées sur des produits destinés aux clients du

sous-traitant

� Distributeurs� Falsification des étiquettes

� Brand new �� Sales

� Video X �� Video K(ids)

� Corruption du contenu

� « Best before »

� Groupes� CASPIAN, Boycott de Benetton et Gillette, …


Syndrome de l’atteinte à la vie privée

[Ari Juels 05]Big brother is scanning you !Image http://desencyclopedie.wikia.com/wiki/Image:BigBrother.jpg


The privacy-friendly society :Fundamentals

Privacy-friendly software

Object data

Personal data

Consumerawareness

Certification programmes

Privacy-friendly

Privacy-friendly tags

From Humberto Moran

OSS is auditable/certifiable

Commandes KILL et SLEEPAuthentification

Efforts de standardisations des « piles » logicielles

(EPC Global, NFC Forum ...)


Besoins communs aux applications utilisant la RFID

RFIDData

Warehouse

Reporting

Activation

ExportStandard

representation

RFIDEvent[ObjectId],

[timestamp]

RFIDEvent

Mediation

©Didier DonsezBar Codes

RFID

Smart Cardcontact,contactlessIdentification,

authentication,

tracking

Buttons, Keys…

ONS

Intergiciel RFID

~ 1 TeraHitper day


Evolution des besoins : RFID + Capteurs environnementaux

SensorData

Warehouse

Reporting

Activation(WMS, MES, …)

Export(ALE, …)

GPS[timestamp],[position]

Measurement[position],

[temperature],

[humidity],[pressure],

[weight] …

Time

Measure

SensorEvent[ObjectId],

[timestamp],

measurements

SensorEvent

Mediation

©Didier DonsezBar Codes

RFID

Smart Cardcontact,contactlessId

entification,

authentication,

tracking

Buttons, Keys…

ONS

Intergiciel M2M

~ 1 TeraHitper day


Les efforts de standardisation

� Boucle ouverte

� Interopérabilité des Information et des Services

� Réutilisation

� Patterns architecturaux

� Quelque soit le domaine d’application

� Efforts notables

� EPC Global

� NFC Forum

� JSR 257

� Mais aussi GSMA, …


EPC Global

� Projet EPC

� démarré en 2003 par l'AutoID Center

� puis repris par EPCGlobal Inc.

� Objectifs

� Interopérabilité en boucle ouverte (chaîne d'approvisionnement)

�Chaque objet de la chaîne d'approvisionnement est muni d'un tag RFID,

identifié par un code unique : Electronic Product Code (EPC)

� Spécifications d’API

� pour inter-connecter un ensemble de composants matériels et logiciels

et d'offrir des services aux différents composants au travers

d'interfaces.

� Orientation “en ligne”

� Le réseau EPC permet aux membres EPCGlobal de consulter les données

associées à un code via Internet.


EPC GlobalArchitecture générale

Application

d’accès à l’EPCIS

Application

d’accès à l’EPCIS

Répertoire EPCIS Répertoire EPCIS

Application

de capture EPCIS

Application

de capture EPCIS

Application de collection

et filtrage RFID

Application de collection

et filtrage RFID

lecteur RFID lecteur RFID Administration

du lecteur RFID

Administration

du lecteur RFID

Protocole de lecture

Protocoles Air interface (UHF)

Interface ALE (filtrage)

Interface de capture EPCIS

Interface de requête EPCIS

logiciels logiciels

Standards EPC

Option

pour le

« temps

réel »

Projets de Standards EPC


EPC GlobalSpecifications

31

Discovery Service (DS)

Object Name Service (ONS)

EPC Information Services (EPC IS)

Application Level Events (ALE)

Capture

Tag

Echanges /

Communications

Capture /

Filtrage

Données


EPC GlobalALE (Application Level Event)

� Objectifs

� Réduire le volume des données entre les lecteurs et les applications

� Isoler les applications des spécificités des lecteurs

� Partager les données entre plusieurs applications

� Utiliser des événements haut niveau pour les applications

� 2 fonctions principales

� Agrégation & Filtrage

� des données générées par les lecteurs RFID pour les transformer en

événements, utilisés par les applications métier.

� Rapport ALE

� Format XML

� Contient les informations concernant les tags RFID

détectés durant un cycle de lecture.

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EPC GlobalALE - Exemple

ALE = couche d'abstraction

Exemple : avec le même ensemble de lecteurs :

Application 1 est notifiée seulement quand un objet entre ou sort d'une pièce.

Application 2 est notifiée toutes les 10 secondes pour maintenir un inventaire.

Application 3 est notifiée de chaque lecture de tag, où qu'elle se situe.


Entrepôt

EPC GlobalALE - Communications Internes

34


EPC GlobalALE – Exemple

� Sur quel lieu lire ?� Sur la porte n°3 de l'entrepôt

� Accumuler les données combien de temps ?� Temps absolu

� Utilisation de triggers

� Comment filtrer les données ?� Seulement les tags des palettes, seulement les tags des produits,...

� Comment grouper les produits ?� Par entreprise, par produit, par tag, ...

� Quels tags m'intéressent ?� Tous, les nouveaux, les disparus

� Ai-je besoin de tous les tags ou juste le nombre de tags lus ?

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EPC Information System (EPC IS)

� système à la base de l'échange des données.

� Possibilité de filtrage des données.

� Controle d’accès (sécurité)

� Les partenaires externes accèdent aux données d'un EPC spécifique via l'EPC IS

qui détient l'objet.


EPC GlobalObject Naming Service

� Fait le lien entre l'EPC et l'EPC IS de manière à récupérer des

données logistiques sur l'objet muni d'un tag EPC.

Usine de productionEPCIS : V

Société de transportEPCIS : Y

Object Naming Service (ONS) / Discovery Services (DS)

CommerçantEPCIS : Z

EntrepôtEPCIS : X


EPC Global – Limitations

� Boucle ouverte

� Requiert un accès réseau permanent

� Pas d’identification propriétaire

� Pas d’écriture d’information

� Capteurs non supportés

� Autre


NFC Forum

� Consortium industriel promouvoir la technologie NFC

� Fondé par Sony et NXP, 130 membres en 2007

� Plusieurs spécifications

� Type d’étiquettes ISO 14443, MiFare, FeliCa, …

� Focalisé sur la relation Lecteur��étiquette

� ou lecteur �� lecteur+SIM

� Format de messages « stockés » dans l’étiquette

� NDEF, RTD, SmartPoster


JSR257 Contactless Communication API

� NFC applications

� Sharing data (images, business cards etc.) with a friend just by

touching the other mobile phone,

� Or connecting to a web page by scanning RFID or visual tag (bar

code) at the corner of a movie poster are some of the use cases

Contactless Communication API enables.

� API for RFID, visual tags (bar codes)

� NFC phones (Nokia 3220 & 6131 NFC)

� Based on Generic Connection Framework (GCF) CLDC 1.1

� J2ME Optional Package


Exemple : JSR257 snippet

import javax.microedition.contactless.*;

class NFCDetectorMIDLet implements

javax.microedition.midlet.MIDlet,

javax.microedition.contactless.TargetListener {

public RFIDDetectorMIDLet() { … }

protected void startApp() throws MIDletStateChangeException {

...

DiscoveryManager dm=DiscoveryManager.getInstance();

dm.addTargetListener(this,TargetType.ISO14443_CARD);

dm.addTargetListener(this,TargetType.NDEF_TAG);

dm.addTargetListener(this,TargetType.RFID_TAG);

…

}

public void targetDetected(TargetProperties[] properties) {

displayOnUI(properties);

}

...

}


Offres

� Industrielles

� Editeurs logiciels spécialisés

� GlobeRanger, ConnecTerra, OATSystems, iPico, Winmec (UCLA)

� Editeurs logiciels généralistes

� IBM, Sun, Oracle/BEA, Sybase, MicroSoft, webMethods, Cisco

� Editeurs ERP

� SAP, …

� Editeurs Supply chain execution (SCE)

� Manhattan, RedPrairie, …

� Equipementiers (lecteurs)

� Siemens, TagSys (e-connectware), …

� Open-source

� Une cinquantaine de projets rien que sur sf.net

� Accada

� Aspire RFID

� …


L’intergiciel RFID IBM

� Architecture Edge – Premise – Server

� Technologies: JavaEE, OSGi, JMS, JMX, …


Aspire RFID

� Edge-Premise-Server Architecture � Compliance to EPC Global and NFC Forum

� ALE events and filters

� ONS (Object Naming Service)

� Overtakes limitations (tag writing, tag data, sensors, offline …)

� Platforms� OSGi (Felix) for edges and premises

� JavaEE (JOnAS, JBoss) for EPCIS servers

� JavaEE for the ONS server

� Event Driven Application� Composition of ALE Events « filters »

� Collect environmental measurements for sensors to extend ALE reports

� Geolocation (GPS), Temperature, Humidity, …� Web 2.0 user console

� Communications (event oriented)� JMS, Web Services, SMTP/POP/IMAP, XMPP

� End-to-End Deployment and Management� Based on JMX


CorporateHeadquarter


JMS SOAPHTTP SOAPSMTP SOAPXMPP SOAPRMIIIOP…

WarehouseWarehouse

Premise(OSGi, JavaEE)

Edge

Edge(OSGi,MIDLet)

JMS SOAP,HTTP SOAP,SMTP SOAP,XMPP SOAP,RMI, IIOP,Bluetooth, UPnP,…

RFID Readers

Web

2.0

EPC IS(JavaEE)

ONS(WS-basedRESTfulDNS)

OW2 Aspire RFIDArchitecture Generale

� Architecture

sensors

$100 Linux ARM$200 JavaPhone

$1000Linux/Win32 x86

$1000000Linux/OpenSolaris/Win32

x86/itanium/ultrasparc cluster

Edge(MIDLet)

CustomerCustomer

Other

EPC ISs

(Accada, …)


OW2 Aspire RFIDConsole


OW2 Aspire RFIDObject geo-tracking


OW2 Aspire RFIDCold chain management


Conclusion


Bibliographie

� International Telecommunication Union, “The Internet of Things, Executive Summary”, ITU Internet Reports 2005, November 2005

� http://www.itu.int/osg/spu/publications/internetofthings/InternetofThings_summary.pdf

� Etude MINEFI/DGEsur « Infrastructures logicielles et RFID »

� https://wiki.objectweb.org/attach?page=CWPRFID%2FDGE-RFID-GT-Middleware-v1.0.pdf

� Also in http://www.telecom.gouv.fr/fonds_documentaire/rapports/07/livrevert.pdf

� Institute for Prospective Technological Studies RFID Technologies: Emerging Issues, Challenges and Policy Options, 2007, EUR 22770 EN

� http://ftp.jrc.es/eur22770en.pdf

� Article RFID de Wikipedia� Très polémique

� http://en.wikipedia.org/RFID

� Sandip Lahiri, RFID Sourcebook, IBM Press, August 2005; Pages: 304, ISBN 0131851373.

� Patrick J. Sweeney II, RFID For Dummies, 2005, ISBN 978-0764579103� YouTube

� http://fr.youtube.com/results?search_query=RFID&search=Rechercher


Demonstrations del'intergiciel open-source AspireRFID

� http://wiki.aspire.objectweb.org

� Demo 1: Application logistique

� Demo 2: Application de « picking » de produits

avec un téléphone NFC.


Démonstration 1:Application logistique

� Chaîne logistique

� Les objets (briques Lego) sont transportés par des charriots

� Les charriots sont tirés par des tracteurs conduits par des conducteurs

� Objets, charriots, tracteurs, conducteurs sont tous étiquettés

� Les lecteurs sont géolocalisés


CorporateHeadquarter(Grenoble)

CorporateHeadquarter(Grenoble)

JMS SOAP

Warehouse(Nice)

Warehouse(Nice)

Edge

Web

2.0

EPC IS(JavaEE)

Démonstration 1: Application logistiqueArchitecture

� Architecture

� 1 edge �� 1 server


Démonstration 1:Les applications metier

� Applications métier principales

� Suivre des objets (briques Lego) dans un circuit (ouvert ou fermé)

logistique

� « Just-in-time », Performance, Géolocalisation …

� Alerte sur la disparition d’objets (vol, perte)

� Alerte sur la présence d’objets contrefaits

� Alerte sur des objets à retirer du marché

� Applications métier secondaires

� Respects des règles (pairing)

� Compatibilité des charriots avec les produits

� Compatibilité des conducteurs avec les tracteurs


Démonstration 1:Compatibilité des conducteurs avec les tracteurs


Démonstration 1:Compatibilité des charriots avec les produits


Reproduire cette démonstrationchez vous

� Logiciel

� Aspire RFID – section Demonstrations


� Matériel

� 1 « starter train set » lego kit (5608 or 5609)

� 1 Lego® Mindstorms® NXT (B8527 or 9841)

� 1 RF ID Sensor (MS1048)

� 10 Keyfob Transponder (MS1049)

� Sur http://shop.lego.com


Demonstration 2:Application d’information produit avec un téléphone NFC.

� Les produits sont étiquetés (Tag ISO 14443 + code DataMatrix)

� Information consommateur (contrefaçon, notice, …)



EPC IS(JavaEE)

ONS(WS-basedRESTfulDNS)Edge

(Nokia 6131 NFC)

CustomerCustomer

HTTP SOAPHTTP HTMLRMIBlueTooth

HTTP SOAP


Démonstration 3:Collecte (picking) d’objets avec un téléphone NFC.

� Les produits sont étiquetés (Tag ISO 14443 + code DataMatrix)

� Collection d’une liste d’objets identifiés (intervalles d’ID)



SCE(JavaEE)

ONS(WS-basedRESTfulDNS)Edge

(Nokia 6131 NFC)

OperatorOperator

HTTP SOAPRMIBlueTooth

HTTP SOAP


&


Merci pour votre attention

� Utilisez Aspire RFID


� Et contribuez

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