Modelos e técnicas para simulação de sistemas UHF de identificação por rádio frequência (RFID)

Abstract

This thesis presents the Radio Frequency Identification (RFID) technology, and its main goal is to define the models which allow the simulation of environments that use this technology. For the development of these simulation models, it is extensively discussed some of the main challenges faced by RFID systems: (i) the signal collision generated by the tags; (ii) the typical Radio Frequency (RF) signal interference according with each RFID use environment; (iii) the relationship between the RF interference problem with the minimum needed power to the activation and communication between tags and reader equipment (the maximum possible distance between tags and reader‘s antenna); (iv) the relationship between the time demanded to the standardized protocols resolve the collision problem and the RF interferences according with the physical environment characteristics where the systems will be installed. Several prediction models for traditional RF based systems were already developed; however, none of them consider the RFID systems characteristics and variables here approached. Due to the fact that each RF system to be installed have its own environment characteristics, it is impossible the definition of one single mathematic equation or model that defines every RF system. Thus, there are different models for different radio communication types in each different condition. The main contribution of this thesis is the presentation of techniques for the model definition that allow the estimation about the RFID system operation, considering problems (i), (ii), (iii) and (iv) previously enumerated. A RFID environment simulation tool that uses the developed models is presented. The validation results are promising, and were obtained through the practical rehearsal simulations comparison, and also through the available results in literature comparison.

Este trabalho apresenta a tecnologia de Identificação por Rádio Frequência (RFID), e tem como principal objetivo a definição de modelos que permitam a simulação de ambientes que utilizem esta tecnologia. Para o desenvolvimento destes modelos de simulação, são extensamente abordados alguns dos principais desafios enfrentados por sistemas RFID: (i) a colisão dos sinais provenientes das etiquetas; (ii) interferências típicas de sinais de rádio frequência (RF) de acordo com cada tipo de ambiente de uso de sistemas RFID; (iii) o relacionamento entre o problema das interferências de RF com a potência mínima necessária para a ativação e comunicação das etiquetas e dos equipamentos leitores (as distâncias máximas possíveis entre etiquetas e antenas dos leitores); (iv) o relacionamento entre o tempo necessário para os protocolos padronizados resolverem o problema das colisões e as interferências de RF de acordo com as características físicas dos ambientes onde os sistemas estarão instalados. Muitos modelos para predição de sistemas tradicionais baseados em RF já foram desenvolvidos, mas nenhum que considere as características e variáveis específicas de sistemas RFID aqui abordadas. Devido ao fato de cada sistema de RF a ser instalado possuir características próprias de ambiente, é inviável a definição de uma única equação matemática ou modelo que defina todos os sistemas de RF. Sendo assim, existem diferentes modelos para diferentes tipos de comunicação de rádio em diferentes condições. A contribuição principal desta tese é a apresentação de técnicas para a definição de modelos que permitam a estimação sobre o funcionamento de sistemas RFID, considerando os problemas (i), (ii), (iii) e (iv) citados. Uma ferramenta de simulação de ambientes RFID que utiliza os modelos desenvolvidos é apresentada. Os resultados de validação são promissores, e foram obtidos através da comparação das simulações com ensaios práticos, bem como através de comparações com resultados disponíveis na literatura.