Estudio de mecanismos de convivencia de lectores en sistemas RFID pasivos Maria Victoria Bueno Delgado y Javier Vales Alonso Sesión "RFID Middleware y Software (1)"

1. Estudio de mecanismos de convivencia de lectores en Sistemas RFID pasivos María Victoria Bueno Delgado, Javier Vales Alonso III Jornadas RFID-SETRA Noviembre 2009

2. Introducción Colisiones en los sistemas RFID pasivos Soluciones propuestas en la literatura científica Evaluación de las soluciones propuestas Mejora de distribución de recursos (minimización de interferencias) desde nuestro punto de vista Conclusiones y líneas futuras 2 Contenidos

3. Hasta ahora: Estudio y mejora del rendimiento de Sistemas RFID Pasivos 1 lector, múltiples tags (nº potencialmente elevado) UHF (Ultra HighFrequency, 868MHz), EPCglobal Resultados: Estudio y modelado del proceso de identificación (EPCglobal Class-1 Gen-2, cadenas de markov) Estudio de los protocolos anticolisión en capa MAC Propuesta de protocolos anti-colisión mejorados (estimador MFML-DFSA) Probabilidad de pérdida de tag (Tag Loss Ratio, TLR) Estudio del impacto de tráfico de tags (determinista, Poisson, Pareto, etc.) en el proceso de identificación http://www.ait.upct.es/~mvbueno Introducción

4. 4 Introducción RFID pasivo cada vez más extendido en el mundo de la logística y la trazabilidad. Tags se mueven por grandes naves industriales, cintas transportadoras, etc. Cada vez más escenarios con varios lectores conectados a un mismo sistema RFID. L3 Sistema central (BBDD) L1 L2

5. Colisiones tag-tag Un lector Múltiples tags 5 Colisiones en RFID con múltiples lectores Tag RFID ¿Hay alguien ahí? Lector

6. 6 Colisiones en RFID con múltiples lectores yo! yo! yo! yo! yo! yo! Colisiones tag-tag Un lector Múltiples tags Tag RFID Lector

7. 7 Colisiones en RFID con múltiples lectores yo! yo! yo! yo! yo! yo! Colisiones tag-tag Un lector Múltiples tags Tag RFID Lector COLISION MÚLTIPLE!!! EPCGlobal Class 1 Gen 2 Standard

8. Colisiones (interferencias) lector-tag (RTI) 8 Colisiones en RFID con múltiples lectores Distancia máxima para energizar tags Distancia máx. interferencia lector-lector

9. Colisiones lector-tag Depende de la potencia configurada en los lectores En Europa (EPCglobal) max. 2Watt. Distancia máx. para energizar tags 10 m. Distancia máx. de interferencia entre lectores 1000m. RESEARCH ACTIVITIES OVERVIEW 9 Colisiones en RFID Colisión Lector-tag (RTI) Soy un tag pasivo, no tengo el Hw específico para para seleccionar lector/frecuencia!!!

10. Colisiones lector-tag (RTI) Depende de la potencia configurada en los lectores En Europa (EPCglobal) max. 2 Watt. Distancia máx. para energizar tags 10 m. Distancia máx. de interferencia entre lectores (entornos cerrados) 1000m [2]. Independiente de si los lectores trabajan en la misma o distinta frecuencia 10 Colisiones en RFID con múltiples lectores Colisión Lector-tag (RTI) Soy un tag pasivo, no tengo el Hw específico para para seleccionar lector/frecuencia!!!

11. Colisiones (interferencias) lector-lector (RRI) RESEARCH ACTIVITIES OVERVIEW 11 Colisiones en RFID con múltiples lectores Colisión Lector-Lector (RRI) Recibo la señal débil del tag y la señal de otro lector que está provocando interferencias!!

12. Colisiones (interferencias) lector-lector (RRI) Dos o más lectores trabajando en la misma frecuencia En entornos cerrados, a 2 Watt., un lector puede provocar interferencias a otros hasta 1000m distancia. 12 Colisiones en RFID con múltiples lectores Colisión Lector-Lector (RRI) Recibo la señal débil del tag y la señal de otro lector que está provocando interferencias!!

13. Se basan en FDMA (FrequencyDivisionMultiplexing Access): A cada lector se le asigna una frecuencia de forma aleatoria durante un tiempo determinado Solo minimizan las interferencias lector-lector (RRI) Interferencia lector-tag (RTI): dependerá de la disposición de los lectores así como de la Ptx configurada. En Europa: EPCglobal Class-1 Gen-2 ETSI-EN 302 208 13 Soluciones propuestas en los estándares actuales

14. EPCglobal Class-1 Gen-2 5 frecuencias a asignar entre lectores Los lectores cambian de frecuencia aleatoriamente (FHSS) Problemas: Nº lectores <=5, hay cierta Prob. de que 2 o más lectores elijan la misma frecuencia (RRI) Nº lectores > 5 Prob. mayor 2 o más lectores en la misma frecuencia, (RRI) 14 Soluciones propuestas en los estándares actuales

15. ETSI EN 302 208 En Europa 10 frecuencias a asignar Los lectores escuchan el canal antes de transmitir (CSMA) Cada 4 s, el canal libre y reasignación aleatoria. Problemas: Nº lectores <=10, hay cierta Prob. de que 2 o más lectores elijan la misma frecuencia  RRI (prob. Interferir es menor que EPCglobal) Nº lectores > 10 Prob. mayor de 2 o más lectores en la misma frecuencia  RRI (prob. Interferir es menor que EPCglobal) 15 Soluciones propuestas en los estándares actuales

16. Mecanismos centralizados: unidad centralizada reparte los recursos, monitoriza el entorno, coordina la comunicación entre lectores. 16 Soluciones propuestas en la literatura científica [4] Hw no comercial + Hw adicional para com. entre lectores. Min. solo RRI [5] FDMA para min. RRI, asignación según distancia entre lectores. Reducir Ptx disminuye distancia cobertura. [6] Control de las zonas de solapamiento y desconexión de lectores minimizar RRI

17. Mecanismos distribuidos: lectores se comunican entre ellos para asignarse los recursos. lectores mantienen sincronización de la red 17 Soluciones propuestas en la literatura científica Basados en CSMA (1 canal control y 1 canal datos): [8][9][10]: - Algunos implica una red de sensores para el canal de control - Ajuste (potencia) del canal de control para minimizar energía Basados en TDMA (1 canal de datos dividido en time-slots): [11] Basados en FDMA (sin límite de frecuencias a repartir): [13] Basados en redes neuronales (utilizando patrones de colision): [12]

18. 18 Soluciones propuestas en la literatura científica

19. Consideraciones Ptx = 2 Watt, R=[5,…,50], F=[5,10] Reconf. 4 s, Slot 0.25ms Cada frec. (1600 slots) Parám. Medido: Eficiencia 19 Comparativa de soluciones estudiadas

20. Consideraciones Minimizar interferencias maximizar eficiencia!! Recursos que necesita mi red: suponemos cada lector necesita 1600 slots (1 frec)  nº lectoresx1600 slots Recursos cubiertos (lectores alojados en frecuencias/slots sin interferencia) Eficiencia = Recursos Cubiertos/Recursos necesita la red Ej: Si tengo 5 Lectores y 1600 slots/f Recursos necesita la red: 5x1600= 8000 slots Recursos cubiertos  depende del mecanismo 20 Comparativa de soluciones estudiadas

21. 21 Comparativa de soluciones estudiadas Para 5 Frecuencias disponibles Eficiencia

22. 22 Comparativa de soluciones estudiadas Para 10 Frecuencias disponibles Eficiencia

23. Mejora de la distribución d recursos (minimización de interferencias) Nuestro punto de vista: Antes de diseñar un scheduler para sistemas RFID con múltiples lectores… ¿Mecanismo centralizado o distribuido? Potencia de transmisión, límite de las interferencias Control de interferencias-zonas de solapamiento… Lectores fijos/móviles… ¿FDMA, TDMA, CSMA…? Solución: Distribución de recursos: problema de optimización: Diferentes recursos (frecuencias, slots) se distribuyen entre X lectores minimizando las interferencias Problema de Programación Lineal Entera (ILP problem) 23

24. Las soluciones propuestas por los estándares: No eliminan el problema de colisión entre lectores, sobre todo cuando el número de lectores en el sistema es elevado. ETSI-EN 302 8 presenta la mejor eficiencia, al proporcionar más frecuencias de trabajo, pero es muy baja en entornos con nº lectores > 15 Las soluciones propuestas en la literatura científica: La mayoría solo se centran en minimizar un tipo de colisión. No hacen un uso eficiente de los recursos (p.e. TDMA) Swtich-Off : La desconexión de lectores para minimizar interferencias no es una práctica lógica en ciertos entornos. Algunas soluciones implican hardware extra La eficiencia es baja con un numero elevado de lectores, aunque FDMA y Swtich-Off presentan mejor eficiencia que EPCglobal Class-1 Gen-2 24 Conclusiones

25. Distribución de recursos como problema de optimización: Trabajo en desarrollo (GAMS/CPLEX) Resultados preliminares muy positivos 25 Líneas futuras

26. 26 Líneas futuras

27. Muchas gracias por su atención ¿Preguntas? 27 mvictoria.bueno@upct.es http://www.ait.upct.es/~mvbueno