R.F.ID. Radio-Frequency Identification...

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R.F.ID.Radio-Frequency Identification (Data)

&Evolutions Futures

Minatec : www.minatec.com

IMEP-UMR 5130 CNRS-INPG-UJF –

Institut de Microélectronique,Electromagnétisme et Photonique

ENSERG, GrenobleMINATEC (2006)

IMEP : 110 personnes 45 Chercheurs et Enseignants-chercheurs (9 CNRS) 15 ITA/IATOS (4 CNRS), 45 Doctorantscollaborations internationales : Japon, USA, Chine,Suède, Grèce, Corée, Roumanie, Algérie …

Directeur : F. Balestra

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RFID & EVOLUTIONS

Evolutions technologiques de la RFID

Evolution des usages de la RFID

Evolution de la lecture de masse par la RFID

Photo Lascau

ToileLaurence

Maron

hier

Aujourd’huiTout évolue


RFID & TECHNOLOGIESEvolution technologique de l’électronique : cas du transistor

Composants discrets« électronique »

Composants intégrés« microélectronique »

Wafers Si, SOI

Tubes électroniques

Transistor

(amplification – aiguillage)

Toute reproduction, même partielle, interdite Joël DANSOU-ELOY page 4/30

RFID & TECHNOLOGIES Le Transistor : élément basique en électronique (aparté)

Le courant passe : 1 logique Le courant ne passe pas : 0 logique

Commande :Base (B)Gate (G)

Emetteur (E)Source (S)

Collecteur (C)Drain (D)

aiguillage

RFID & TECHNOLOGIES

Transistor = « Intelligence » de l’électronique


RFID & TECHNOLOGIESLa puce RFID (1/9)

La puce RFID suit l’évolution technologique du transistor


= 5000 T, puce RFID simple

MINIATURISATIONmicroélectronique – nanoélectronique

[électronique moléculaire (physique quantique) !]

A surface égale :plus d’intelligence

A intelligence égale :surface plus petite

nanotube

UHF HF


* Matériau Si au SOI

Accroissement de la vitesseRéduction de la consommationRayonnements e.m. réduitsFaible puissance / faible voltage

- Augmentation des débits de données(cryptage, > stockage info,…)- Augmentation portées de communication- Meilleure isolation pour manipulation



Contactless chip corePhoto CEA/LETI

Securitypower

management

3 générations « futures » de puces RFID (à l’instar carte à puce) :- faible coût : pas de crypto, ni security & power management- sécurisée : crypto + security management- active : puce sécurisée + sensors / actuators (MEMS)

SensorsactuatorsPhoto

CEA/LETI

Intégrés ouexternes(hybride)




Energie embarquée sur la puce :

PhotoCEA/LETI

RFID en milieuxdifficiles : fortes atténuations

(eau – métal)

PhotoPowerpaper

30 cts $

PhotoCEA/LETI

Nanoaccu



RFID + MEMS (Micro Electro Mechanical Systems)

recueillir l'information,la traiter, déterminer lecours d'une action, agirensuite comme déclen-cheur en communiquantpar une interface électr.

Puce RFID

Tableau Memscap

Hybride(2 puces)

Intégré(1 puce)



Amélioration des logiciels anti-collision

Passage C1G1 à C1G2 (EPC)Philips = ~ 200 puces / s. à 1700 puces / s.

(lecture par tirage aléatoire, CSMA – Ethernet : non déterministe)

Lecture par tirage déterministe : Timer dans l’entête du code de la puce pourdéterminer la plus ancienne dans le champ du lecteur, lecture prioritaire

PhotoCEA/LETI



Amélioration du couplage e.m. Lecteur / Tag

Géométrie des antennes & matériauxAugmentation sensibilité lecteur

Handheld reader(Checkpoint)


Augmentation portée, robustesse, rapidité des systèmes, etc.

Optimisation des normes existantes (nlles fréquences, codages, modulations ?)

Etc.

Environnementsdifficiles !



Encres polymères : Post silicium (diffusion RFID de masse !)

Moins polluants (RoHS) Dépose possible sur tout support(conformation à souhait)

Moins cher / siliciumÉcran souple

Puce RFID

Fonctionélectronique

imprimée

Electronique souple


Middlewares (& couches hautes) :


RFIDTagAir interfaceApplication protocolData

content

APPLICATION

PhotoPraxis Consultants

On parle beaucoup : ISO 18000-xx (couches basses) !

ISO 15962ISO 15961+ Middlewares non propriétaires(initiative : OpenSource, codes libres de droits)

Applications


RFID & USAGES

?

RFID & USAGES (1/6)


Autres usages : Anti-contrefaçon / anti-diversion !

Verrouillage des circuits de distributionContrôle temps réels de la véracité des produits

(efficacité, rapidité des autorités de contrôle,preuve juridique)

Au-delà de la traçabilité (« trace » en anglais),Tracking des produits

Photo Calvin Klein

PhotoMusée

contrefaçon

fauxvraiSécurité humaine

RFID & USAGES (2/6)


Objets communicants : RFID = couche réactive des O.C.

Tracer les documents« Smart-paper »

(Avocats, Notaires, etc.)

Déjà notre PDA, nous indique le chemin dans une ville inconnue, notremobile fait la liste des cinq restaurants les plus proches et appelleautomatiquement pour réserver. Dans quelques années, voire quelquesmois, notre imprimante nous signalera sur notre mobile ou notre PDAqu’elle va bientôt manquer d’encre, un container listera les marchandisesqu’il contient, le jouet perdu signalera sa présence sous le lit…

Document France-Télécom

Sacs / vêtementscommunicants

Photo France-Télécom

Etc.

Maisoncommunicante


Nouveaux services aux clients (sécurité, marketing, etc.)

Photo Epson

RFID & USAGES (3/6)


Environnement où lesobjets communicantsse reconnaissent, selocalisentautomatiquemententre eux et interagissententre eux sans actionparticulière del’utilisateur.

Environnement pervasif(ou ubiquiste)

Applicationsprofessionnelles

Applicationsdomestiques


Photo INPG



RFID & USAGES (4/6)

RFID & USAGES (5/6)


Nouvelle norme : NFC (Near Field Communication)(+ normes de com. : bluetooth, HomeAPI, IEEE1394,Wifi-max, WAP, CPL, etc.)


E-commerce(P2P communication,

paiement sécurisé, etc.)

Interopérabilité

des systèmes

communication

Informationen ligne

Centraleréservation

billets

Internet

Publicité spectacle

Photo PalmolivePhoto Philips

[40 compagnies : Sony, Philips, Samsung, Nokia (2009), etc.]

Site web

RFID & USAGES (6/6)


Services aux personnes :- surveillance de la personne âgée- surveillance des enfants- surveillance humaine (accident…)

Smart-Dust (poussière intelligente-Mars):- complément d'Internet- mise en place réseau de capteurs surveillantsla planète (capteurs, mems, caméras, etc.)

Etc., Etc., Etc.

Aide à lapersonne

inconsciente

Aide aux soins

Traçabilitéactes médicaux

Suivi courbesactivités patients

Photo CEA/LETI

Surveillanceterritoireennemi Surveillance

feu de forêt

Photo Automates Intelligents

MotesRFID

Surveillancestructuresbâtiments

1$ / 5 ans

Marcher, voler, nager,…Surveillancesites naturels(pollution,…)

Photo T.I.

RFID & LECTURE en MASSE(logistique 1/9)


So we have to scanthese one by one?So we have to scanthese one by one?



Situation actuelle (2004-2005) :

Stationary reader andantenna (Alien)

Stationary reader andantenna (Alien)

OK

OK

?

Problème !"eau"

OK"neutre"

Palettelectureunitaire

Cartonlectureunitaire

Problème !"métal"

Palettelecture

en masse



Cas de l'eau :atténuation "sévère"

13,56MHz

900 MHz

Plus Fréq. , plus A

Travailleren HF

(13,56 MHz)

UHF +compenserpar apport

énergie(RFID + batterie)



Pallet tag, UHF (Matrics)Pallet tag, UHF (Matrics)



2 W

Lecteur palette = OKLes puces sont alimentées

Produits "atténuants"

Énergie transmis suffisantcouplage

UHF

HF



Énergie transmis insuffisantcouplage


UHF

HF

qq p,µW

Palette lecteur = KO

Le problème = le retour



La problématique e.m. du Retour (cas de l'eau) :

•Favoriser la transmission

•Limiter/compenser l'atténuation

•Favoriser la réflexion



Cas du métal :




2 W

Lecteur palette = KOLes puces ne sont pas alimentéesLe retour n'existe pas !

Énergie Rien ne passeCouplage Réflexion totale

UHF

HF

Sauf en très basses fréquences,pour des sources magnétiques(traversent le métal), mais énergieimportante et antennes très grandes(+sieurs kms de ?) ! Ok en médical(télé-alim. des implants) mais géné-ralisation impossible à la lecture demasse (interaction antennes, etc.)



Conclusion :•Métal : mettre à profit la réflexion totale•Eau : mettre à profit la transmission, la réflexion, limiter l'atténuation

Métal & Réflexion : théorie des guides d'ondes

L'insertion des produitsménage inévitablementdes zones d'espace libre

= guides d'ondes(simulations

d'optimisation)

=

Fonctionnera d'autant mieux que :-Fréquences élevées (plusieurs diz. GHz)

-Effet de peau faible (faible pénétration ondes)-Apport énergie par accu / piles (evt.)

EPC UHF, 5.48 GHz et au-delà !Pallet tag, UHF (Matrics)Pallet tag, UHF (Matrics)

+ Tête RF> qq. diz. GHz

OK



Eau & Transmission : compensation atténuation

Techno faible consommation (à moyen terme !)- Modulation faible consommation (ex. Zigbee…)- Modulations plus "robustes" (PSK au lieu ASK) : démodulationsynchrone, récupération information noyée dans le bruit par TdS)- Technologie SOI au lieu SI

Apport d'énergie (à court terme !)- Piles / accu intégrés ( coûts)- Réhabilitation énergie ambiante(antennes large bande = puissances envir.)-Télé-alim en TBF ( transfert énergie)(communication en HF ou UHF)

Améliorer la sensibilité des systèmes(long terme !)- nanotechnologies, …

NON Exhaustif, A suivre …



Utiliser de la méthode : très court terme !



Saisie des réf. Produits parlecture unitaire des puces articles

Mise en carton des produitsécriture sur puce carton del'ensemble des réf. produits

Doorway antenna(Checkpoint)

Doorway antenna(Checkpoint)

Saisie des réf. cartonspar lecture unitairedes puces cartons

Palettisation des cartons

écriture sur puce palettede l'ensemble des réf.

cartons

Puce contenant l'ensemble :- des informations cartons- des informations articles

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