Conceptos básicos de RFID-Activa/Pasiva y BLE

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Conceptos básicos de RFID-Activa/Pasiva y BLE Imagen: Wiliot
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Cuando investigue las redes IoT, normalmente se encontrará con etiquetas que utilizan tecnología RFID o Bluetooth. Ambas pueden servir para fines similares, pero funcionan de formas totalmente distintas. La terminología también es importante, por lo que antes de examinar las ventajas de las tecnologías, es importante entender con precisión los términos que se utilizan.

Ventajas de la RFID

Como describiremos a continuación, las tecnologías RFID pasivas y activas pueden automatizar muchos procesos reduciendo el trabajo manual de supervisión o inspección. Esto libera a los equipos para que puedan ocuparse de otras tareas y centrarse en esfuerzos más productivos. También ahorra dinero, ya que reduce los gastos generales de los empleados dedicados al seguimiento de activos.

Tipos de RFID: activa y pasiva

RFID (identificación por radiofrecuencia) es un término genérico utilizado para un sistema que se comunica mediante ondas de radio entre un lector y una etiqueta electrónica o baliza. En el nivel más alto de clasificación, el mundo de la RFID puede dividirse en "RFID pasiva" y "RFID activa". Normalmente, el término "RFID" se utiliza como abreviatura de RFID pasiva, pero a efectos de comprensión, es bueno distinguir entre las dos.

Tanto la RFID pasiva como la activa pueden comunicarse a distintas radiofrecuencias; en el mundo de la RFID pasiva, estas frecuencias se distinguen por acrónimos (LF, (Low Frequency) VHF (Very High Frequency), y UHF (Ultra High Frequency). Se han formado algunas alianzas entre los miembros del ecosistema (etiquetas pasivas, lectores de etiquetas pasivas, proveedores de software, etc.) para ampliar su mercado y simplificar las implantaciones. La más notable de ellas es la RAIN Alliance formada en 2014, que ha sido una alianza muy exitosa de más de 150 proveedores que se ocupan de sistemas pasivos UHF.

En el mundo de la RFID activa, las tecnologías se describen a veces por frecuencia (900 MHz) o por acrónimos -Wi-Fi, LoRa, BLE, etc.- para describir la frecuencia y/o el protocolo utilizados para la comunicación inalámbrica.

Con esta explicación, es más fácil entender parte de la nomenclatura utilizada en este campo y algunas de las características de cada una de las tecnologías.

Ejemplos típicos de etiquetas RFID pasivas se encuentran en el sector minorista, donde las etiquetas RFID pasivas se adhieren al inventario y pueden utilizarse para la identificación automática (Auto-ID) de un activo mediante dispositivos especializados diseñados para Auto-ID. Esto suele requerir una acción manual para "escanear" o "pasar por encima" de las etiquetas RFID pasivas; también pueden utilizarse para la seguridad de la mercancía: al pasar por un portal (normalmente cerca de una salida/puerta) pueden activar una alerta inmediata si no se han retirado/desarmado correctamente. Una de las principales ventajas de las etiquetas pasivas es su coste: pueden ser muy baratas (5 céntimos o menos para los tipos más sencillos de etiquetas de venta al por menor descritos anteriormente) hasta más de 1 dólar para etiquetas pasivas complejas que son resistentes o que funcionan cuando se fijan a metal u otras superficies difíciles. A diferencia de las etiquetas RFID activas, las pasivas suelen estar especializadas para las superficies a las que se adhieren; una etiqueta adecuada para cartón no funcionaría correctamente sobre metal.

Las etiquetas RFID activas (identificación por radiofrecuencia) suelen comunicarse continuamente o enviar una señal a un intervalo de tiempo fijo. Esta comunicación suele requerir una batería (u otra fuente de alimentación externa) y con frecuencia también contiene datos de sensores alimentados por batería (temperatura, humedad, etc.) que también se envían con el identificador único de la etiqueta. El dispositivo receptor procesa la intensidad de la señal recibida por la etiqueta, así como los datos del sensor, para hacerse una idea de la ubicación y el estado del activo al que se ha colocado la etiqueta.

Las etiquetas RFID activas se han utilizado históricamente para el seguimiento de activos caros o de personal en entornos peligrosos (trabajadores del petróleo y el gas, minas subterráneas, etc.). Debido a que las etiquetas activas suelen requerir una batería y circuitos adicionales, suelen ser más caras que las pasivas, lo que limita el número y los tipos de casos de uso para los que son económicamente viables. Las etiquetas activas son mucho más flexibles en cuanto a los elementos a los que se adhieren: la misma etiqueta puede utilizarse en metal, madera, cartón, etc.

Cómo funciona la tecnología RFID

Como se ha descrito anteriormente, la RFID pasiva y activa funcionan de forma diferente y, por tanto, se adaptan bien a distintos tipos de casos de uso/soluciones.

- Activa - Las etiquetas RFID activas suelen utilizar una batería integrada que alimenta la etiqueta. Esto les permite detectar y registrar datos cuando no están siendo interrogadas o transmitir datos continuamente y tener rangos de lectura más largos. Las etiquetas RFID activas suelen ser más grandes y caras.

- Pasiva - La RFID pasiva requiere que un lector envíe una señal que active la etiqueta y refleje la energía de vuelta al lector con su ID de etiqueta y cualquier información codificada. Las etiquetas pasivas no necesitan una fuente de alimentación y, por tanto, son más baratas y de menor tamaño; sin embargo, los lectores suelen ser más caros, grandes y difíciles de instalar debido a su orientación y, en muchos casos, a que se necesitan varios lectores para cubrir un portal.

Los sistemas RFID suelen constar de tres componentes:
- Etiqueta o baliza (transpondedor)
- Receptor (antena/lector/interrogador)
- Sistema informático

En un sistema pasivo, un lector envía señales de radio para activar la etiqueta, la etiqueta responde y el resultado es "leído" por el lector y transmitido a través de una conexión de red Wi-Fi o por cable a algún sistema de software, ya sea en las instalaciones o (en algunos casos) basado en la nube.

En un sistema activo, la etiqueta envía datos periódicamente (gracias a su batería) a un lector/receptor, que a su vez los envía a un sistema informático, a veces directamente, a veces a través de una pasarela. El intervalo de tiempo debe elegirse juiciosamente para proporcionar datos con la latencia adecuada sin sacrificar la duración de la batería.

Cómo funcionan las balizas Bluetooth y la tecnología Bluetooth

Como se ha descrito anteriormente, Bluetooth es un tipo de RFID activa. Sin embargo, algunas de las características clave de Bluetooth proporcionan ventajas únicas sobre la mayoría de las demás tecnologías RFID activas. Bluetooth es una tecnología de comunicación inalámbrica de corto alcance que permite la comunicación entre dos dispositivos compatibles con Bluetooth. Fue creada en 1994 por un consorcio de empresas entre las que se encontraban Nokia, Toshiba y muchas otras, y actualmente es mantenida por el Bluetooth Special Interest Group (SIG), creado en 1998. En su forma más básica, Bluetooth no es más que una especificación para utilizar ondas de radio de baja potencia con el fin de conectar de forma inalámbrica diversos dispositivos, como ordenadores, teléfonos e incluso reproductores de música.

Los dispositivos Bluetooth se comunican mediante ondas de radio de baja potencia en la banda de frecuencia de 2,4 GHz. Esta banda de frecuencia está reservada a dispositivos médicos, industriales y científicos a escala mundial. Las etiquetas Bluetooth suelen denominarse balizas Bluetooth o balizas Bluetooth Low Energy o BLE, para abreviar.

Dado que la frecuencia de Bluetooth es superior a la de la RFID UHF, las señales tienden a ser más propensas a la reflexión o a la multidifusión que la RFID. Esto puede ser una ventaja para que las señales eviten los bloqueos a su progreso y permitan que los activos sean más visibles.

Bluetooth Low Energy es un protocolo adicional en la pila Bluetooth introducido como parte de Bluetooth 4.0. Es una tecnología más reciente que se ha desarrollado para el espacio IoT y permite un uso más eficiente de baterías más pequeñas (a menudo del tamaño de una pila de botón) y otras fuentes de energía. Bluetooth Low Energy funciona básicamente igual que el protocolo Bluetooth clásico, diseñado originalmente para conectar dispositivos de audio, pero consume menos energía.

Ventajas de Bluetooth Low Energy

Bluetooth Low Energy es una tecnología barata y, como ocurre con Bluetooth clásico, casi no hay problemas de compatibilidad con dispositivos de distintos fabricantes. Bluetooth Low Energy utiliza saltos de frecuencia a través de la banda de 2,4 GHz, lo que permite que la señal resista las interferencias. Los fundamentos de este algoritmo fueron ideados y patentados originalmente por Hedy Lamarr, la actriz de Hollywood más famosa por su aspecto que por sus inventos.

Como se puede adivinar por el nombre, Bluetooth Low Energy ofrece una tasa de consumo de energía drásticamente inferior. Esto significa que el dispositivo puede permanecer activo durante mucho más tiempo sin necesidad de cargar o sustituir la batería, en comparación con las versiones anteriores de Bluetooth u otras tecnologías Wi-Fi activas mencionadas anteriormente.

Ventajas y desventajas de las etiquetas RFID pasivas frente a las etiquetas Bluetooth para el seguimiento de activos

Dada la distinción anterior entre etiquetas Bluetooth y etiquetas RFID pasivas, ambas pueden utilizarse para el seguimiento de activos, pero ¿qué enfoque da mejores resultados?

Los sistemas Bluetooth pueden proporcionar información de forma más automatizada que las etiquetas RFID (no se requiere intervención humana) y también tienen la eficiencia de su lado:
- Se reciben pequeñas cantidades de datos a intervalos regulares de forma automática
- Seguimiento de activos en grandes áreas sin un gran número de lectores complejos y caros.
- Benefíciese del seguimiento de activos en tiempo real, NO sólo cuando un activo etiquetado pasa junto a un lector.
- Fácil de configurar y de implantar, ya que todos los dispositivos son compatibles, independientemente de quién los haya fabricado.

Las etiquetas Bluetooth Low Energy (también llamadas balizas o Bluetooth Beacons) son también extremadamente rentables, ya que utilizan chips semiconductores baratos y tienen un índice de consumo de energía muy bajo. Además, las balizas Bluetooth son viables para muchos tipos diferentes de materiales a los que se pueden adherir (vis a vis las etiquetas pasivas). Sin embargo, las etiquetas RFID pasivas (por sí solas) suelen ser menos caras que las balizas Bluetooth.

Pero aunque las etiquetas RFID pasivas le ayudan a ahorrar en gastos generales, ese ahorro de costes se produce a expensas de otras ventajas útiles. A saber, los sistemas RFID pasivos pueden ser difíciles de montar, ya que la integración de etiquetas requiere los tres componentes separados que hemos mencionado antes, a menudo de 2 ó 3 proveedores diferentes con interoperabilidad limitada. Además, siempre hay que tener en cuenta el gasto del lector RFID, que suele ser más caro que el equipo Bluetooth necesario.

Elegir Wiliot Pixels para su sistema de seguimiento de activos

¿Por qué elegir entre las ventajas de la RFID pasiva y las etiquetas Bluetooth para su sistema de seguimiento?

Los píxeles IoT de Wiliot pueden ofrecer algunas de las mejores ventajas de ambos tipos de sistemas, sin comprometer el coste. Los píxeles Wiliot son etiquetas flexibles de bajo coste y pequeño tamaño, del tamaño de un sello de correos, que contienen un ordenador y la tecnología para captar energía de las ondas de radio. La sencillez de las etiquetas las hace mucho más baratas que otras balizas Bluetooth o etiquetas Bluetooth Low Energy, porque ofrecen la posibilidad de ser comunicadores Bluetooth sin pilas. Su capacidad de recolectar energía significa que pueden comportarse como una etiqueta BLE activa, emitiendo un paquete de datos sin tener que ser energizadas por un lector caro, y como están basadas en Bluetooth Low Energy pueden utilizar la infraestructura de lectores Bluetooth Low Energy de bajo coste. Además, el sistema de software Wiliot está basado en la nube, lo que simplifica la configuración y la integración. (Wiliot)

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