Lecture et écriture du tag RFID
Le lecteur/enregistreur est constitué d’un circuit qui émet une énergie électromagnétique à travers une antenne, et d’une électronique qui reçoit et décode les informations envoyées par le transpondeur et les envoie au dispositif de collecte des données. Non contents de lire les étiquettes RFID, il est à même d’écrire leur contenu. Ce n’est toutefois qu’un premier pas, puisqu’il intervient aussi plus ou moins au niveau du filtrage indispensable des données réalisé par l’injecteur du middleware, d’où une certaine intelligence embarquée.
Le lecteur RFID est l’élément responsable de la lecture des étiquettes radiofréquence et de la transmission des informations qu’elles contiennent (code EPC ou autre, informations d’état, clé cryptographique…) vers le niveau suivant du système (middleware). Cette communication entre le lecteur et l’étiquette s’effectue en quatre temps :
a) Le lecteur transmet par radio l’énergie nécessaire à l’activation du tag
b) Il lance alors une requête interrogeant les étiquettes à proximité
c) Il écoute les réponses et élimine les doublons ou les collisions entre réponses
d) Enfin, il transmet les résultats obtenus aux applications concernées
La communication entre le lecteur et l’étiquette s’effectue via les antennes qui équipent l’un et l’autre, ces éléments étant responsables du rayonnement radiofréquence.
Les antennes dont dispose le lecteur sont plus ou moins standardisées, mais offrent les mêmes différences que les haut-parleurs d’une chaîne stéréo d’un modèle à l'autre. Pour continuer ce paradigme, la logique de la chaîne stéréo s’applique tout aussi bien ici puisque la lecture ne sera bonne que si l’antenne est de bonne facture. D’où l’importance de ce composant dans le choix de la solution. De même, si le lecteur s’avère de qualité insuffisante, le traitement des données en souffrira. Il y a donc là un équilibre à trouver entre ces deux composants.
La puissance du lecteur est donc à combiner avec l’antenne adéquate, ceci permettant de déterminer la portée optimale de la lecture. Généralement, on distingue quatre modalités :
Lecture de proximité : entre 10 et 25 cm
Lecture de voisinage : jusqu'à 1 mètre
Lecture à moyenne distance : de 1 à 9 mètres
Lecture longue portée : jusqu'à plusieurs centaines de mètres
Par ailleurs, il ne faut pas oublier que le terme de lecteur RFID est en fait une impropriété, puisque ce dernier est également capable d’écrire des informations sur l’étiquette. Car, si bon nombre d’étiquettes sont en lecture seule (le code qu’elles contiennent ayant été « imprimé » en même temps que l’étiquette elle-même, d'autres contiennent, au-delà du code de base, une zone mémoire pouvant contenir des données variables. C'est pourquoi nous adopterons pour la suite de cet article le terme de contrôleur pour désigner les lecteurs RFID, terme indéniablement plus approprié à leur mode de fonctionnement.
Clarifions aussi un autre point concernant le mode de fonctionnement de la RFID. Celle-ci se fonde sur deux principes fondamentaux: le couplage par induction et le couplage électromagnétique par réflexion d’onde.
Le premier concerne les basses fréquences (LF : de 9 à 150 KHz ; la fréquence la plus utilisée étant celle de 125 KHz) ainsi que les hautes fréquences (HF, et plus particulièrement la bande des 13,56 MHz), le second concernant les très hautes fréquences (UHF : de 300 à 1200 MHz). Signalons encore que certains fabricants se dédient à une bande particulière, tandis que d'autres « ratissent large ». Quoi qu'il en soit, pour des raisons de cohérence, nous laisserons de côté la bande basse fréquence, surtout utilisée pour le marquage du bétail (et qui mériterait un dossier à elle toute seule) et nous nous préoccuperons uniquement des bandes HF et UHF.
Indépendamment de la fréquence, certaines caractéristiques sont communes à tous les types de contrôleurs. C’est tout d'abord la présence (ou non) d’une antenne interne, cette dernière étant surtout adoptée par les modèles de faible envergure lesquels ont une puissance et une portée plus limitée. En ce qui concerne les liaisons exploitant des antennes externes, les solutions sont extrêmement variées, les constructeurs ayant donné libre cours non pas à leur imagination mais aux développements résultant de leurs recherches. Dans le cadre des tunnels de lecture, le dispositif dispose généralement de quatre antennes.
Qui plus est, ces antennes peuvent être à polarisation linéaire ou circulaire. De fait, le type d’antenne est fonction du type de lecture que l’on souhaite mener, des conditions de lecture, du type d’étiquette, de l’environnement du contrôleur…
Généralement, on emploie les antennes circulaires lorsque l’orientation de lecture varie ainsi que dans les milieux soumis à de nombreuses réflexions du signal RF. Les antennes linéaires, quant à elles, sont utilisées lorsque les tags présentent toujours la même orientation. Enfin, les antennes peuvent fonctionner en lecture seule, ou en écriture ou en mode mixte.
Ce qui explique pourquoi les configurations tunnel en mode mixte possèdent 8 antennes. Mais il est également possible de relier les antennes à un multiplexeur, ce qui permet d’augmenter le nombre d’entre elles connectées à un contrôleur. Toutefois, certaines antennes peuvent perturber leurs voisines ou être perturbées par celles-ci. C'est pourquoi des fonctionnalités sont intégrées dans les contrôleurs pour pallier ce problème de collision (dans le cas du standard EPC, on parle ici de lecture selon densité). On dispose ainsi notamment d’un variateur de puissance qui corrige et ajuste la puissance des antennes et dans le cadre de la HF, d’un ASIC de couplage inductif donnant un peu plus d’intelligence au contrôleur. C'est d'ailleurs au niveau de cette intelligence que se fait toute la différence entre produits. Certains disposent en effet de fonctions middleware intégrées (injecteurs Edge principalement) qui leur permettent d’expédier directement des données assimilables par l’ERP de l'entreprise. D'autres sont seulement programmables en langage machine, tandis que d'autres encore disposent d’un système d’exploitation dédié.
Au niveau le plus bas, on peut opérer la classification suivante à propos de la lecture de l’étiquette :
- lecture seule : dans ce cas, le lecteur prélève le code du tag émettant le signal le plus fort (généralement, celui qui est le plus proche de l’antenne)
- lecture multiple : le lecteur explore le champ de lecture pour prélever les codes de toutes les étiquettes en émission RF
En ce qui concerne en revanche le fonctionnement du lecteur, celui-ci opère selon deux modes :
Autonome : le lecteur active le signal RF après avoir reçu une entrée ou une commande du logiciel
Interactif : le lecteur lit lorsqu’il reçoit une requête d’une autre application à un autre niveau (middleware ou ERP)
Un autre paramètre à considérer concerne le taux de lecture (i.e. le nombre de fois que le lecteur est capable de lire un seul et même tag en une seconde, un peu à la manière d’un scanner code barres).
Mais, au-delà des principes électroniques, à quoi ressemblent ces lecteurs ?
En premier lieu, tout est ici question de robustesse du produit, du fait du type d’environnement dans lequel ils sont placés. La plage des températures de fonctionnement constitue un autre point essentiel, notamment pour les industries de la chaîne du froid.
Le mieux est d'ailleurs de jeter un coup d’œil sur la référence IP qui caractérise le produit. Quant à la puissance, c’est ici que tout se complique. Alors que dans le cas des codes-barres tout dépend de la puissance du scanner dans un système multicomposant comme la RFID chaque élément compte. Toutefois, comme l’utilisation se doit d’être la plus transparente possible pour l’utilisateur final, disons simplement que l’on recherchera le meilleur ratio puissance taille d’antenne et que l’on prendra aussi en compte la facilité de pilotage du système.
Car, toutes choses étant égales par ailleurs (mêmes antennes, puissance similaire) on s’aperçoit qu’en fonction du nombre de lecteurs implantés les portées de lecture peuvent considérablement varier. L’intelligence du lecteur y est d'ailleurs pour beaucoup, puisqu’il est possible de programmer par logiciel la puissance de l’appareil, voire même, pour les produits les plus sophistiqués, de disposer de fonctionnalités d’auto adaptation à l’environnement pour fonctionner dans des conditions optimales.
Rappelons encore que la puissance est aussi sujette aux réglementations nationales et internationales et qu’il est préférable de pouvoir homogénéiser celle-ci sur l'ensemble des pays concernés par l’application RFID que de devoir tout reparamétrer pays par pays, avec les risques de fiabilité de lecture que cela suppose.
Enfin, cette puissance est surtout synonyme de distance de lecture et dépend aussi de la taille de l’antenne que l’on utilisera.
Il n’en est pas de même avec la fréquence, laquelle est universellement standardisée pour la basse fréquence (125 KHz) et pour la haute fréquence (13,56 MHz).
Quant à l’UHF, les choses se compliquent un peu du fait des différentes réglementations implantées pays par pays. De ce fait, on se retrouve avec trois gammes de fréquences, utilisables chacune dans une zone donnée, à savoir :
Zone 1 : principalement en Europe : 869 MHz
Zone 2 : principalement aux USA : 915 MHz
Zone 3 : principalement au Japon et en Asie : 950 MHz
Fort heureusement, désormais bon nombre de lecteurs offrent une compatibilité multifréquence qui résout ce problème.
