Contribucion a los protocolos anticolisión y técnicas de dimensionamiento para sistemas de identificación por radiofrecuencia

Resumen

Desde la aprobación en el año 2005 del estándar EPC Global Class 1 Gen 2, la tecnología RFID ha experimentado un gran auge, sustituyendo, en ciertos sectores, a otros sistemas de identificación automática como el código de barras. Asimismo, se ha despertado un mayor interés de investigadores y de la comunidad científica en la tecnología RFID. El futuro es prometedor, con un amplio abanico de ámbitos de uso, por ejemplo, en domótica, sistemas de control y pago, sanidad, transporte publico, etc. Actualmente se están llevando a cabo desarrollos en diversas áreas de RFID: diseño físico, desarrollo de middleware, algoritmos anti-colisión, planificación óptima de la red, etc. Estas investigaciones persiguen mejorar el desempeño de RFID y reducir los costes de despliegue y operación. Esta tesis aporta contribuciones en dos campos de la tecnología RFID. En primer lugar, los mecanismos de control de acceso al medio han sido estudiados en profundidad, proponiendo nuevas soluciones tanto en RFID activa como pasiva. En segundo lugar, la coexistencia de varios lectores en un entorno es también abordada en este trabajo. A continuación se describen en mayor detalle los resultados fundamentales obtenidos. Uno de los principales objetivos de esta tesis ha sido analizar el funcionamiento de los mecanismos anti-colisión en sistemas RFID pasivos. Éstos, tanto en el estándar como en las propuestas afines, se basan en Frame Slotted Aloha (FSA) y se pueden modelar mediante cadenas de Markov de tiempo discreto (Discrete Time Markov Chain, DTMC). A partir de estos modelos se calculan las métricas de rendimiento más importantes del proceso de identificación. A saber, el tiempo medio de identificación (y el throughput) en los escenarios estáticos, y el ratio de pérdida de etiquetas para escenaros semi-estáticos y dinámicos. En base a dichos resultados, se proporcionan criterios de configuración óptima. Por otra parte, los algoritmos FSA no son eficientes si el número de etiquetas en el proceso de lectura varía. En este caso los sistemas FSA dinámicos (DFSA) son considerados como una buena solución para hacer frente a este problema. En este trabajo presentamos un estudio detallado de los mecanismos DFSA existentes, incluyendo una caracterización mediante DTMC del mecanismo de DFSA óptimo, y una comparativa de las propuestas actuales realizada mediante simulación. Además, se propone un nuevo algoritmo anticolisión DFSA llamado Multi-Frame Maximum-Likelihood (MFML-DFSA), que supera a los anteriores y tiene un coste computacional reducido. Por tanto su implementación en los lectores actuales es viable. En el ámbito del RFID activo, el objetivo de reducir al mínimo el consumo de energía se añade a las restricciones de diseño de los protocolos anti-colisión. En RFID activo se ha empleado FSA convencional hasta la fecha, a pesar de que las capacidades de las etiquetas activas son mucho mayores. Dado que los dispositivos activos ya integran mecanismos de detección de portadora, se han propuesto en este trabajo dos nuevos algoritmos anticolisión. El primero está basado en Carrier Sense Multiple Access (CSMA) no persistente unido a la distribución quasi-óptima Sift. Así, se consigue minimizar el tiempo de identificación y reducir los períodos de actividad de las etiquetas. El segundo mecanismo es un CSMA p-persistente, que es capaz de reducir al mínimo el gasto de energía apagando la mayoría de las etiquetas en las ranuras de contienda. Por último, los entornos con múltiples lectores de RFID son estudiados en esta tesis doctoral. En algunas instalaciones un único lector no es suficiente para cubrir una gran área de identificación, o es posible que existan varias puertas de identificación. Por lo tanto, varios lectores pueden ser necesarios, y el rendimiento global del sistema se ve afectado negativamente al aparecer dos nuevos tipos de colisiones: colisiones Lector- Etiqueta (Reader to Tag Collisions, RTC) y Lector-Lector (Reader to Reader Collisions, RRC). Las soluciones destinadas a minimizar estos tipos de colisiones han sido revisadas, y su rendimiento se ha comparado en términos de eficacia y de uso de la red. De este estudio se han extraido las características claves que ha de tener un planificador eficiente. http://repositorio.bib.upct.es/dspace/