Estudio de la configuración óptima de longitud de ciclo en sistemas RFID

Transcripción

1 VII Jornadas de Ingeniería Telemátia. JITEL Estudio de la onfiguraión óptima de longitud de ilo en sistemas RFID Mª Vitoria Bueno Delgado, Jaier Vales Alonso, Esteban Egea López, Joan Garía Haro Departamento de Tenologías de la Informaión y las Comuniaiones, Uniersad Politénia de Cartagena, ETSI Teleomuniaión, Plaza del Hospital nº 1, 30202, Cartagena (Muria) {mitoria.bueno, jaier.ales, esteban.egea, joang.haro}@upt.es % Resumen La tenología RFID permite marar items on etiquetas que pueden ser leídas a distania mediante radioomuniaión. Los estándares de sistemas RFID espeifian el uso de Aloha Ranurado por Trama (FSA) omo protoolo de entifiaión. En este protoolo el tiempo se die en ilos subdios en slots. El letor india al omienzo de ada ilo su longitud y las etiquetas seleionan uno de los slots para transmitir. Si el número de slots omparado on el de etiquetas está desequilibrado se produe una inefiienia ya que aumenta el tiempo de letura. En este trabajo analizamos uál es la longitud de ilo óptimo para los diersos tipos de letores presentes en el merado. Asimismo, ontrastamos nuestro resultado en un alador experimental ompuesto por letores Alien Palabras lae RFID (Radio Frequeny IDentifiation), tags pasios, EPCglobal Class1-Gen2. L I. INTRODUCCIÓN A tenología de entifiaión por radiofreuenia RFID (Radio Frequeny IDentifiation) permite la omuniaión bireional entre etiquetas (tags) adheras a diersos produtos y dispositios letores. La omuniaión se realiza de forma remota por radiofreuenia y sin la neesad de isión direta por parte del letor. Un tag se ompone de una antena de reduas dimensiones, un iruito eletrónio simple y una pequeña memoria donde almaena informaión releante sobre el objeto al ual se enuentra adhero (p. ej. preio del produto, ódigo del proeedor, histório de entifiaiones, et.) [1]. Una instalaión de RFID está formada por uno o más letores situados en zonas estratégias y una poblaión (potenialmente grande) de tags que entran y salen de la zona de obertura del letor. Los tags en obertura deben entifiarse y eniar su informaión. El letor reoge diha informaión y la proesa de auerdo a neesades de la Este trabajo ha so finaniado por los proyetos DEP C03-03/EQUI del Ministerio de Eduaión y Cienia y TEC /TCM (CON-PARTE-1) del Ministerio de Industria, Turismo y Comerio. Asimismo, se ha desarrollado en el ontexto del Programa de Ayudas a Grupos e Exelenia de la Región de Muria, de la Fundaión Sénea, Agenia de Cienia y Tenología de la Región de Muria (Plan Regional de Cienia y Tenología 2007/2010). apliaión onreta. Los sistemas RFID se utilizan, mayoritariamente, en apliaiones industriales (p. ej. gestión de stoks de almaenes, trazabilad de produtos) y suelen instalarse en entornos donde hay un gran número de items. Si por ada ítem es neesario un tag, el oste de un sistema RFID puede llegar a ser muy eleado. El oste final depende prinipalmente del tipo de tag que se utilie. Los tags se lasifian prinipalmente en dos tipos: - Atios: poseen una fuente autónoma de abasteimiento de energía, reemplazable en la mayoría de asos. Inorporan miroproesadores y memorias de gran apaad que, por un lado, permiten realizar tareas de letura/esritura y proesar gran antad de datos, pero enareen notablemente su oste. El alane de estos dispositios puede superar los 100 metros. - Pasios: son dispositios muy simples sin batería propia, lo que redue drástiamente su oste. La energía que alimenta el iruito impreso se obtiene del ampo eletromagnétio generado por el letor que ine en el tag y genera una orriente que alimenta al iruito durante el tiempo que el tag está en obertura. El rango de obertura de estos dispositios aría desde los poos entímetros hasta el par de metros. Dependiendo del tipo de apliaión y el olumen de items las empresas elegirán sistemas RFID atios o pasios, siendo estos últimos la opión mayoritaria atualmente, además de la más extenda y estudiada [2][3][4]. Por ello, este trabajo se entra en los sistemas RFID on tags pasios. En los sistemas RFID pasios, la omuniaión entre el letor y los tags se realiza mediante aeso a un anal de omuniaión omparto. Por ello, uando hay un número eleado de tags en la zona de obertura es neesario un meanismo de aeso al medio (MAC) para minimizar el impato de las olisiones que se produen por las transmisiones simultáneas. La simpliad del hardware en los tags pasios obliga a trasladar la omplejad del protoolo o meanismo de antiolisión al letor (p. ej., la sinronizaión).

2 314 VII Jornadas de Ingeniería Telemátia. JITEL 2008 La meanismos antiolisión para sistemas RFID pasios, inluyendo los estándares atuales, son ariaiones de Aloha o Aloha ranurado por trama (FSA, Frame Slotted Aloha) [5], una ariaión de Aloha ranurado donde los slots están onfinados en tramas onseutias llamadas ilos. En el proeso de entifiaión de un sistema RFID pasio el letor iniia un ilo de entifiaión anuniando el tamaño (en número de slots) de ese ilo. Todos los tags en obertura reiben esa informaión y esogen aleatoriamente un slot de ese ilo donde transmitir su entifiador. Es eente que el prinipal objetio de los protoolos antiolisión es minimizar el tiempo de entifiaión de los tags. P. ej., en un almaén de una empresa industrial hay una inta transportadora (Fig.1) on un sistema RFID en un punto intermedio de la inta. Conforme la inta se muee, las ajas etiquetadas on tags an entrando a la zona de obertura para olar los datos del produto. El letor está onfigurado de forma que, mientras haya olisiones, la inta transportadora no aanza. Este meanismo eita que un tag salga de la zona de obertura sin haber eniado la informaión pero a osta de parar la inta y ralentizar el sistema. La apaad de aane de la inta dependerá de las prestaiones del protoolo antiolisión de letura. Fig. 1. Cinta transportadora on sistema RFID pasio. La inta se para hasta onseguir la entifiaión de todos los tags. El prinipal parámetro de ajuste en los protoolos FSA es la longitud del ilo. Las prestaiones dependerán de la relaión existente entre el número de tags a entifiarse y la longitud del ilo. Si el número de tags presentes en la zona de obertura del letor es muho mayor que el número de slots de ontienda, el tiempo de entifiaión se inrementa onserablemente ya que se produen muhas olisiones y se neesitan muhos ilos de entifiaión para que todos los tags eníen su informaión orretamente. Por otro lado, si el número de tags es bajo pero la longitud del ilo es eleada, se sueden muhos slots aíos, lo que también inrementa el tiempo de entifiaión. Las mejores prestaiones requieren trabajar siempre on el número de slots óptimo por ilo de tal modo que se minimie el tiempo total de entifiaión. Los letores existentes en el merado se puede lasifiar según el grado de onfiguraión por el usuario del protoolo antiolisión que implementan: a- Letores de ilo estátio fijo, no onfigurable [6-10]. Los ilos de entifiaión son de longitud fija, estableo en fábria y no modifiable. En este tipo de letores no es posible optimizar de ningún modo la longitud de ilo puesto que está preestableo. b- Letores de ilo estátio fijo, onfigurable [10-12]. Los ilos de entifiaión son de longitud fija, pero el administrador del letor puede onfigurar diha longitud antes de poner en funionamiento el letor pudiendo esoger entre diferentes alores. - Letores de ilo dinámio [10-12]. En estos equipos la longitud de ada ilo de entifiaión puede ariar, de tal modo que la longitud de ilo se adapte en todo momento al mejor alor posible. El objetio de nuestro trabajo ha so inestigar uál es el alor óptimo de la longitud de ilo. Diho riterio de optimizaión debe expresarse de modo diferente según el tipo de letor: & & Para letores de ilo estátio onfigurable, debe seleionarse la longitud de ilo que minimie el tiempo de letura para una poblaión de N tags. En un aso general serán neesarios S ilos de letura, ada uno de ellos ompuesto del mismo número K de slots. El tiempo de letura será proporional a S K. El objetio es minimizar diha funión, seleionando el K óptimo. Para letores de ilo dinámio debe esogerse la mejor longitud en ada ilo. Es deir, debe maximizarse la tasa de entifiaión por ilo, expresado de otro modo, el ratio entre el número de tags entifiados N Id y el número K de slots del N ilo: Id. K En este artíulo se abordan ambos problemas mediante un estudio analítio y de simulaión entrado en el protoolo EPCglobal Class-1 Gen-2 [13]. Los resultados obtenos han permito alular el alor óptimo de la longitud de ilo en letores de ilo estátio onfigurable y dinámio omo funión de la poblaión de tags presentes en la zona de letura. Adiionalmente, para alar los resultados obtenos por análisis y simulaión, éstos se han utilizado para onfigurar un sistema RFID pasio real: un kit de desarrollo Alien 8800 [8], onfigurado omo letor de ilo estátio onfigurable. En este sistema se han onfigurado distintos alores de número de slots por ilo y se han obteno tiempos medios de entifiaión para distintas poblaiones de tags. Los resultados de estas medas experimentales demuestran que los resultados del análisis y simulaión son orretos y que maximizan el número de entifiaiones, minimizando el tiempo de entifiaión.

3 VII Jornadas de Ingeniería Telemátia. JITEL Por último, es neesario destaar que los resultados obtenos en este trabajo también se pueden apliar en los sistemas RFID pasios on letores tipo estátio no onfigurable. En este aso, si el número de slots por ilo es un alor fijo, y onoo, pero no onfigurable, se pueden modifiar otros parámetros relatios al entorno donde el sistema RFID está instalado para maximizar el número de entifiaiones. Tomando el ejemplo de la Fig.1, la tabla V de resultados permite obtener el número máximo de tags en obertura que maximiza el número de entifiaiones on el número de slots por ilo estableo de fábria. Por tanto, bastará on modifiar la eload de la inta para onseguir el número de tags en obertura que se india. El resto del artíulo está organizado en las siguientes seiones: La seión II introdue una bree desripión de los trabajos relaionados. La seión III desribe el estándar EPCglobal Class-1 Gen-2. En la seión IV se presenta el estudio analítio del estándar orientado a letores de ilo estátio. En la seión V se desriben los esenarios simulados y los resultados obtenos tanto para letores de ilo estátio omo dinámio. La seión VI detalla los resultados experimentales obtenos on un sistema RFID real. Por último la seión VII resume las prinipales onlusiones extraídas de este trabajo II. TRABAJOS RELACIONADOS En la literatura ientífia se pueden enontrar numerosos trabajos relaionados on los sistemas RFID pasios [14-22] donde se proponen mejoras y algoritmos de adaptaión de ilo para el estándar EPCglobal Class-1 Gen-2. En uanto a los trabajos de sistemas RFID pasios on letores de ilo estátio, la mayoría de éstos presenta sus resultados de forma analítia o de simulaión, sin llear a la prátia mediante alaión experimental dihos resultados. Además muhas de las mejoras que se proponen en estos trabajos implian modifiaiones hardware y software que no son realizables en los sistemas RFID que se omerializan hoy en día: & & En [16] se propone que, fijado un número de slots por ilo y un número de tags en obertura, si se modifian iertos parámetros del estándar se pueden obtener mejores tiempos de entifiaión. Sin embargo on los letores que hoy en día hay en el merado, el administrador no tiene aeso a la onfiguraión de los parámetros que se proponen. En [17,18] se proponen protoolos antiolisión uya implementaión supone añadir hardware extra en los tags, lo que inrementa onserablemente el oste de los sistemas RFID, y por tanto, deja de ser un produto atratio. En uanto a los letores de ilo dinámio, existen numerosos trabajos donde se proponen mejoras del algoritmo de adaptaión de ilo del estándar donde el letor estima el número de tags que ompiten en ada ilo para obtener el número de slots óptimo por ilo. [19-22]. Sin embargo, no se tiene en uenta que, al implementar los algoritmos que proponen en el estándar EPCglobal Class-1 Gen-2, el número de slots óptimo que se obtiene para ada ilo debe ajustarse a los alores que el estándar permite, por tanto, los resultados que ofreen estos trabajos no se orresponderían on el funionamiento real del letor. III. PROTOCOLO EPCGLOBAL CLASS-1 GEN2 EPCglobal Class-1 Gen-2 [13] es el estándar de EPCglobal basado en FSA [5]. EPCglobal es una instituión entrada en el desarrollo de estándares industriales para EPC (Eletroni Produt Code) mediante entifiaión por radiofreuenia. Este trabajo se entra en el estándar para sistemas RFID pasios Class-1 Gen-2, en la banda UHF (860MHz-930MHz). Inluye un onjunto de espeifiaiones hardware para tags pasios y el hardware y software del sistema letor (en el ual rese toda la omplejad del sistema). Después de su publiaión en el año 2005, este protoolo ha so ampliamente adoptado por los fabriantes de sistemas RFID, siendo hoy día el protoolo mayoritario [6-12]. El proeso de entifiaión que define el estándar EPCglobal Class-1 Gen-2 para un sistema RFID pasio se iniia en el instante en el que el letor monitoriza el entorno, transmitiendo paquetes Broadast on el fin de detetar los tags en su rango de obertura. Si apareen tags en la zona de obertura, éstos se atian por la señal eletromagnétia del paquete Broadast y responden todos a la ez, prooando una olisión múltiple. El letor deteta diha olisión y omienza un ilo de entifiaión. En ada proeso de entifiaión el tiempo se distribuye en ilos. A su ez los ilos se subdien en ranuras temporales, llamadas slots (Fig.2). Un ilo de entifiaión omienza uando el letor enía un paquete tipo Query, inluyendo en uno de sus ampos uatro bits, que indian el alor de Q ' [0,..., 15] indiando que el tamaño del ilo será de 2 Q slots. Los tags en obertura que reiben el paquete generan un número aleatorio r dentro del interalo [0, 2 Q -1]. El alor r representa el slot del ilo atual en el que el tag transmitirá su entifiador ID=r. En ada ilo, el omienzo de un nueo slot lo india el letor por medio del paquete QueryRep, exeptuando el slot 0, el ual se iniia automátiamente tras el enío del paquete Query 1. Los tags que ompiten para entifiarse utilizan un ontador interno (ounter=r) para ontabilizar los slots que les quedan hasta alanzar el elego y eniar su entifiador. Para ello, ada ez que les llega un paquete QueryRep, derementan el ontador y si éste alanza el alor 0, enían su entifiador ID, que orresponde al alor obteno r, es deir, el slot elego en el ilo. Después de que un tag transmita su entifiador puede ourrir: 1 Los paquetes Query y QueryRep permiten la sinronizaión entre el letor y los tags.

4 316 VII Jornadas de Ingeniería Telemátia. JITEL 2008 (i) Si hay más de un tag que ha elego el mismo slot para transmitir su entifiador se produirá una olisión que el letor detetará y reaionará eniando un nueo paquete QueryRep (slot 0 de la Fig.2). Al reibir el paquete, los tags que han transmito su entifiador asumen que ha habo una olisión y atualizan su ontador ounter=2 Q 1, prooando que estos tags no uelan a ompetir para entifiarse en ese ilo. (ii) Si el letor reibe un ID orreto, responde on un paquete Ak. Todos los tags en obertura reibirán el paquete, pero sólo el tag que enió su ID debe ontestar eniando un paquete Data, p. ej. un paquete EPC. Si el letor reibe el paquete orretamente responde on un nueo paquete QueryRep omenzando un nueo slot. El tag entifiado finaliza su proeso (slot 1 de la Fig.2). Si el letor no reibe el paquete Data orretamente o en un tiempo estableo, eniará un paquete Nak. Todos los tags en obertura reibirán el paquete pero solo el tag que enió los datos reaionará estableiendo su ontador ounter=2 Q 1. De esta manera el tag no olerá a ompetir por entifiarse en ese ilo (slot 3 de la Fig.2). Tras el paquete Nak el letor enía de nueo un paquete QueryRep indiando un nueo slot. Cuando un ilo finaliza, el letor uele a eniar un paquete Query. Aquellos tags que en el ilo anterior no lograron entifiarse olerán a ompetir en el nueo ilo eligiendo un nueo slot de ontienda. El meanismo antiolisión desrito permite que el letor ontrole, por un lado, el número de slots por ilo a traés del alor Q. Por otro lado, tiene el ontrol para deir si omenzar un nueo ilo en un instante determinado, eniando un nueo paquete Query on el mismo o un nueo alor de Q. La modifiaión del alor de Q puede afetar negatiamente en el tiempo de entifiaión de una poblaión de tags en obertura on el letor. Si se utilizan alores altos de Q y hay muy poos tags en obertura se sueden muhos slots aíos por ilo. Por otro lado, si Q se establee on un alor muy bajo y el número de tags en obertura es muy alto, implia muhos slots on olisión por ilo. Ambas situaiones se deben eitar ya que inrementan onserablemente el tiempo de entifiaión. Para ello, el estándar presenta dos alternatias de onfiguraión en el letor. A. Configuraión Q estátia Todos los ilos de entifiaión se estableen on el mismo alor de Q y este alor no ambia. Todos los sistemas RFID pasios del merado que implementan EPCglobal Class- 1 Gen-2 presentan la onfiguraión Q estátia, la ual puede enir onfigurada de fábria y no onfigurable, lo que puede prooar altos tiempos de entifiaión. Otros sistemas RFID pasios del merado si permiten la onfiguraión por parte de un administrador del alor Q. Sin embargo, estos letores no se ajustan al estándar propuesto, ya que permiten trabajar en un rango muy limitado de Q, p. ej, en [12] donde Q ' [0,...,7]. Fig. 2. Algoritmo antiolisión EPCglobal Class-1 Gen-2 B. Configuraión Q dinámia. El alor de Q se modifia ilo a ilo. La mayoría de los letores siguen el meanismo de adaptaión de ilo propuesto en el estándar y que se muestra en la Fig. 3. En ada ilo de entifiaión el letor ontabiliza el número de slots on olisión, aíos y on entifiaión. Al finalizar un ilo, de auerdo a los alores obtenos inrementa, derementa o mantiene el alor de Q en el siguiente ilo. Para ello se utiliza la ariable C ' (0.1, 0.5). El estándar no define los alores exatos de C a utilizar en ada aso. Sólamente reomienda utilizar alores altos de C en situaiones donde Q tenga un alor bajo y ieersa. Hoy en día esta onfiguraión no se enuentra implementada en la mayoría de los sistemas RFID pasios del merado y en aquéllos donde sí lo está (p. ej. en [12]) no se india el alor de C que se establee ni hay opión de que el usuario pueda onfigurarlo. Fig. 3. Algoritmo antiolisión EPCglobal Class-1 Gen-2 El meanismo para obtener el número de slots por ilo de este algoritmo se aleja del alor óptimo de tasa de

5 VII Jornadas de Ingeniería Telemátia. JITEL entifiaión, es deir, el ratio entre el número de tags entifiados N Id y el número de slots del ilo defino para FSA [5]. EPCglobal Class-1 Gen-2 es un protoolo basado en FSA y por tanto la tasa de entifiaión óptima se alanza uando el número de tags N que ompiten en un ilo i oine on el número de slots K en ese ilo (N i =K i ), obteniendo una tasa de entifiaión de e -1 (0.36 para alores grandes de N. Si se onoe el número de tags que an a ompetir en un ilo determinado se puede obtener el número de slots para ese ilo que maximiza la tasa de entifiaión. Los letores de ilo dinámio que hoy en día hay en el merado no implementan ningún meanismo que estime el número de tags que ompiten en ada ilo. IV. ESTUDIO ANALÍTICO EPCGLOBAL CLASS1-GEN2 En primer lugar se a a estudiar la onfiguraión para letores de ilo estátio y omo parámetros del problema suponemos que el letor debe entifiar una poblaión de N tags y se desea busar el número óptimo de slots K que minimiza el tiempo total de letura. Un proeso de entifiaión omienza uando la poblaión de N tags reibe la orden de iniio de entifiaión (Query) por parte del letor. Como muestra la Fig. 2, los tags seleionan, siguiendo una distribuión uniforme, un slot k, 1 ) k ) K, para transmitir su entifiador ID. En [3], se explia omo un proeso de entifiaión se puede modelar omo un proeso (homogéneo) de Marko {X s }, donde {X s } es el número de tags no entifiados en el ilo s. El espaio de estados del proeso Marko es {N, N-1,..., 0}. La distribuión de probabilad de la ariable * r que india el número de slots que se oupan on exatamente r tags es: K N ir m 1, / 2 / G( K + m, N + mr, r) 0 - i" m. 1 r. P K, N (* r " m) " N (1) K donde m=0,...,k y: = ; 1 + (,, )! ( 1), + + > < i 2l j l i / G M l " M $ + " 5 50 i 1 j" 0 i! En [3] todos los tags ompiten en todos los ilos para ser entifiados. Para adaptar lo propuesto en [3] al protoolo EPCglobal Class-1 Gen-2, se utiliza la modifiaión propuesta en [23]. De esta forma, los tags que se entifian en un ilo se retiran de la ontienda, terminando para ellos su proeso de entifiaión. La matriz de transiión H y las probabilades de transiión se denotan omo: h i 6 3 P K, N + i (* " 1 i$ K, j " 51 +! k " i $ 1 h j, k 3 4 0, = l ; 6 4, 6 41 j + i), resto i " j l i 1 8M + j9 ( M + i) : (2) i 7 j ) i $ K donde i =0,,N. Como se asume un esenario donde no entran nueos tags para entifiarse, la adena de Marko es. A? (3) absorbente. Suponiendo que el proeso omienza en el estado no absorbente i (ningún tag entifiado), el número de pasos hasta la absorión (número medio de ilos de entifiaión) D es igual a la suma de las entradas de la fila i-ésima de la matriz D que se denota omo: + 1 D " ( I + F ) (4) D es la matriz fundamental de la adena absorbente, I es la matriz entad y F es una submatriz de H, on los estados no absorbentes de la matriz de transiión H (er [24]). En la tabla I se muestran los resultados analítios para distintos alores de número de slots por ilo (K=2 Q ) y de tags. La omputaión de este análisis se ha realizado on la herramienta Matlab [25]. TABLA I NÚMERO MEDIO DE CICLOS DE IDENTIFICACIÓN Número de slots (K) = 2 Q Tags(N) Ealuando el protoolo úniamente en número medio de ilos de entifiaión se dedue de la tabla I que onforme aumenta el número de slots por ilo se obtienen mejores resultados. Sin embargo, este riterio de ealuaión no es orreto, ya que ada ilo de entifiaión tiene una duraión temporal distinta, que depende del número de slots en ada ilo. En la tabla II se muestran los mismos resultados obtenos en el análisis pero en número medio de slots para la entifiaión de todos los tags. Se obsera omo, dependiendo del número de tags a entifiar, el número de slots utilizados para la entifiaión es menor on unos determinados alores de slot por ilo, omo se destaa en los uadros marados. TABLA II NÚMERO MEDIO SLOTS PARA LA IDENTIFICACIÓN Número de slots (K)=2 Q Tags(N) Hay que tener en uenta que en EPCglobal Class-1 Gen-2 todos los slots de un ilo no tienen la misma duraión. En la Fig. 2 se obsera que un slot aío o on olisión no tiene la misma duraión que un slot on entifiaión/datos. Para omprobar si el riterio de ealuaión por número de slots

6 318 VII Jornadas de Ingeniería Telemátia. JITEL 2008 para la entifiaión es orreto, es neesario obtener los resultados en tiempo medio de entifiaión que, para EPCglobal Class-1 Gen-2 se alula omo: T total ( D D Bk D T $ k D T $ k D T C (5) k, k y k orresponden al numero medio de slots aíos, on olisión y on entifiaión de un tag. T orresponde a la duraión temporal de un slot aío y T a la de un slot on olisión. T orresponde a la duraión de un slot temporal on una transmisión de datos. Como el tamaño de este slot depende de la longitud de los datos que el tag enía, se asumirá su duraión máxima, es deir, que todos los tags siempre transmiten un ódigo ompleto EPC de 96 bits. Los tiempos de ada slot dependerán de los parámetros de los dispositios que se asuman. P. ej., en este trabajo se han utilizado los parámetros de los dispositios que se indian en la tabla IV. Utilizando estos parámetros y las espeifiaiones del estándar [13], se obtiene las siguientes duraiones de slot: T i = ms y T = T =0.575 ms. Como un slot aío y on olisión tienen la misma duraión temporal, la euaión (5) se simplifia: T total ( D D B( k $ k ) D T $ k D T C (6) donde, D ( ks + ns ) k $ k "! (7) s" 1 s k s es el número de slots de ontienda en el ilo s y n s, 0 ) n s ) N, es el número de tags entifiados en ada ilo s antes de la absorión ( D ). Los resultados en tiempo medio de entifiaión se muestran en la tabla III. Comparando la tabla II y tabla III se omprueba que el riterio de ealuaión por número de slots para la entifiaión es orreto ya que los resultados son análogos TABLA III TIEMPO MEDIO PARA LA IDENTIFICACIÓN Número de slots (K) = 2 Q Tags(N) V. RESULTADOS DE SIMULACIÓN El alane del análisis desarrollado en la seión anterior está supeditado a la fatibilad de los álulos indiados en las fórmulas (3) y (4). Las operaiones inoluradas en el álulo de estas fórmulas ree de forma exponenial on el número de tags. Por lo tanto, su utilizaión está restringa a alores de N bajos, es deir, a pequeñas poblaiones de tags. Por ello, on el fin de extender los resultados obtenos en diho análisis, se ha desarrollado un simulador de sistemas RFID pasios uyo objetio es obtener el número medio de slots de entifiaión para poblaiones grandes de tags en entornos donde se utilizan letores de ilo estátio (onfigurables o no). Asimismo este simulador puede utilizarse para el álulo de la longitud óptima de ilo para letores de tipo dinámio. Ambos resultados se muestran en esta seión. El simulador se ha desarrollado mediante el entorno de simulaión de redes de libre distribuión OMNeT++ (Objetie Modular Network Testbed in C++) [26]. OMNeT++ es un entorno de simulaión por eentos disretos, modular y orientado a objetos. Para obtener resultados realistas en el simulador se han implementado los parámetros hardware de los dispositios del kit de desarrollo Alien 8800 que se muestran en la tabla IV (el mismo hardware empleado en el alador experimental disuto en la seión VI). El simulador reoleta estadístios del omportamiento del protoolo estándar EPCglobal Class-1 Gen-2: probabilad de pérda de paquete, tiempo medio de entifiaión, utilizaión del anal, número medio de ilos de entifiaión, número medio de slots de entifiaión, et. TABLA IV PARÁMETROS ESTABLECIDOS EN EL KIT DE DESARROLLO ALIEN 8800 Y EN LAS SIMULACIONES REALIZADAS Parámetros Tags pasios Letor/antena Freuenia de trabajo UHF MHz UHF MHz Rango de obertura 10m-3m Hasta 10m Memoria disponible bits -- Modulaión ASK ASK/PSK Tasa Tx/Rx 40 Kbps 80Kbps Potenia máxima de la W antena Ganania antenas -- 6dBi Máxima potenia RF del letor -- 4W A. Esenario 1: Letor ilo estátio. En un primer esenario se ha simulado un sistema RFID pasio on un letor de ilo estátio que permite estableer el número de slots por ilo on alores de Q ' 0,...,15. Se ha simulado la llegada de distintas poblaiones de tags a la zona de obertura para su entifiaión. Los resultados obtenos de la simulaión se muestran en la Fig. 4. En el eje X se representan los tags que en un determinado momento entran en la zona de obertura para entifiarse. El eje Y representa el numero medio de slots por ilo. La ura asoiada a ada Q define un interalo donde el número de slots para la entifiaión es mínimo on respeto a las otras uras. Para la onfiguraión óptima, los extremos de estos interalos se orresponden on los distintos puntos de interseión de estas uras (mostradas en la Fig. 4). De la Fig. 4 se obtiene la tabla V de donde se dedue el alor óptimo de Q para minimizar el tiempo de letura (numero de slots) de una poblaión de N tags.

7 VII Jornadas de Ingeniería Telemátia. JITEL realizadas se extrae la Fig. 5 donde se omprueba que la máxima tasa de entifiaión para los distintos alores de Q es 0.36, que oine on el mejor alor teório de FSA. Solo se muestran los alores de Q ' [2,..., 7] para tener una mejor isibilad de los resultados. De la Fig. 5 se extrae la tabla VI, donde se establee el alor óptimo de Q que maximiza el número de entifiaiones en un ilo. Los límites estableos para ada alor de Q se han obteno de la interseión entre dos uras onseutias de Q. Fig. 4. Numero medio de slots s número de tags para distintos alores de Q. TABLA V Q ÓPTIMA QUE MINIMIZA EL NÚMERO MEDIO DE SLOTS PARA LA IDENTIFICACIÓN Q óptima Nº de slots Tags en obertura (N) (K)= 2 Q 1 2 N ) ) N < ) N < ) N < ) N < ) N < ) N < ) N < ) N < ) N < ) N < ) N < ) N < ) N < ) N B. Esenario 2: Letor de ilo dinámio. Los letores atuales on el algoritmo de adaptaión de Q reomendado en el estándar EPCglobal [13]. Este algoritmo no establee un meanismo onreto para obtener el alor de Q que maximiza la tasa de entifiaión, es deir, el número de tags entifiados por slot. Conoer diha longitud es útil en esenarios donde el letor pueda onoer a priori el número de tags que ompiten en ada ilo. En este artíulo no entramos en la problemátia de obtener el número de tags que ompiten en ada ilo de entifiaión sino que se supone onoa diha poblaión y este trabajo se entra úniamente en el problema de la determinaión de la longitud óptima de ilo. Se ha reutilizado el simulador del esenario preio, pero, en este aso, el número de tags ontendientes es éntio ilo a ilo. Como resultado se ha obteno el alor de Q óptima la tasa media de entifiaión (tags entifiados/número de slots) para distintas longitudes de ilo. De las simulaiones Fig. 5. Tasa de entifiaión s número de tags para distintos alores de Q. TABLA VI Q ÓPTIMA QUE MAXIMIZA DE LA TASA DE IDENTIFICACIÓN EN UN CICLO Q óptima Nº de slots Tags en obertura (N) (K)= 2 Q 1 2 N ) ) N < ) N < ) N < ) N < ) N < ) N < ) N < ) N < ) N < ) N < ) N < ) N < ) N < ) N VI. RESULTADOS EXPERIMENTALES: LECTOR ALIEN 8800 Para ontrastar los resultados obtenos en el análisis y la simulaión, se han realizado unos experimentos on el sistema RFID pasio Alien 8800 onfigurado omo letor de ilo estátio, en la banda UHF a 868 Mhz on dos antenas de polarizaión irular, instaladas una frente a otra a una distania de 2 metros, y atuando una omo transmisor y otra omo reeptor. Los parámetros de onfiguraión que se han estableo se muestran en la tabla IV. El protoolo de omuniaiones empleado en este sistema es EPCglobal Class-1 Gen-2 on Q estátia modifiable por el usuario. Este letor solo permite estableer los alores de Q ' [1,..., 7].

8 320 VII Jornadas de Ingeniería Telemátia. JITEL 2008 Se ha realizado el experimento on los distintos alores de Q onfigurables en el letor y distintas poblaiones de tags. Se han obteno resultados del tiempo de entifiaión ya que el software del letor no permite obtener el número medio de slots para la entifiaión. Cada uno de los experimentos se ha repeto 100 ees y el alor de los resultados obtenos se muestra en la tabla VII. Se obsera omo los resultados son similares a los obtenos en el análisis de la seión IV y en la simulaión de sistemas on letor de ilo estátio de la seión V. Se obsera una mínima desiaión de los resultados en el uadro marado. Hay que tener en uenta que al realizar medas on un sistema RFID real las ondiiones ambientales, el entorno, la propagaión de la señal, et. afeta en los resultados. TABLA VII TIEMPO MEDIO DE IDENTIFICACIÓN EN RESULTADOS EXPERIMENTALES Número de slots (K) = 2 Q Tags(N) VII. CONCLUSIONES En este trabajo hemos analizado la onfiguraión óptima de ilo para letores RFID, atendiendo a la poblaión de tags a entifiar. Se han analizado dos modos de funionamiento, que se orresponden on los tipos de letores disponibles: - Letores de ilo estátio, donde la longitud de ilo no puede ariarse en el proeso de letura. Para esta onfiguraión hemos determinado la mejor longitud de ilo para minimizar el tiempo esperado de letura. - Letores de ilo dinámio, donde la longitud de ilo puede ariarse en ada ilo. En este aso hemos obteno el mejor alor de la longitud de ilo que podemos estableer al omienzo de un ilo donde el número de tags a entifiar sea onoo. En este esenario maximizamos el ratio esperado de entifiaiones por slot. A la ista de los resultados (tablas V y VI), pueden obserarse diferenias notables según el riterio esogo. Por ejemplo, en el aso estátio el alor de Q=5 ha de emplearse para un número de tags entre 20 y 42. En ambio para el aso dinámio, Q=5 se esogerá si la poblaión está entre 38 y 85 tags. Como trabajos futuros pretendemos implementar riterios que permitan a los letores estimar ilo a ilo la poblaión de etiquetas. Junto on el riterio de seleión de longitud de ilo presentado en este trabajo, estos estimadores nos permitirán implementar letores de ilo dinámio on un funionamiento erano al óptimo. REFERENCIAS [1] Finkenzeller, K. RFID Handbook: Radio-Frequeny Identifiation Fundamentals and Appliations, John Wiley, New York, [2] Shih, D., Sun, P., Yen, D., Huang, S., Taxonomy and surey of RFID anti-ollision protools, Elseier Computer Communiations, ol. 29, pp , [3] Vogt, H., Effiient Objet Identifiation with Passie RFID Tags, Leture Notes in Computer Siene, ol. 2414, pp , [4] Zhou, F., Chen, C., Jin, D., Huang, C., Min, H., Ealuating and Optimizing Power Consumption for Anti-Collision Protools for Appliations in RFID Systems, en Pro. Int. Symposium on Low Power Eletronis and Design 2004, pp , [5] Wieselthier, J. E., Ephremes, A., Mihaels, L. A., An exat analysis and performane ealuation of framed ALOHA with apture, IEEE Transations on Communiations, ol. 37(2), pp , [6] Symbol: [7] ThingMagi Merury4: [8] Caen: [9] Aw: [10] Samsys: [11] Interme Reader: psfiles.interme.om/eps_files/eps_brohure/rfidreader_brohure_we b.pdf [12] Alien Reader: [13] EPCglobal: Class 1 Generation 2 UHF Air Interfae Protool Standard Version 1.0.9: Gen 2. Online: [14] Kawakita, Y., Mitsugi, J. Anti-ollision performane of Gen 2 Air Protool in Random Error Communiation Link, Pro. Int. Symposium on Appliations on Internet Workshops, pp , [15] Mitsugi, J., Yumoto, Y., Hada, H., Murai, J. Auto-ID Labs. Atiities and ollaborations in wireless tehnology for the harmonized deplyment of UHF RFID system, Auto-ID Labs Researh Workshop, Zurih, [16] Joe. I, Lee, J. A noel Anti-Collision Algorithm with Optimal Frame Size for RFID System, Fifth International Conferene on Software Engineering Researh, Management and Appliations, [17] Jaomet, M., Ehrsam, A., Gehring, U. Contatless Identifiation deie with antiollision algorithm, en Pro. of IEEE Conferene on Ciruits, Systems, Computers and Communiations, pp Athens, Greee, July [18] Jihoon Myung, Wonjun Lee. Adaptatie Binary Spliiting: A RFID tag Collision Arbitration Protool for tag Identifiation. Mobile Networks and Appliations Journal, ol. 11, pp May [19] G. Khandelwal, L. Kyounghwan, A. Yener, S. Serbetli, ASAP: A MAC Protool for dense and Time Constrained RFID Systems, EURASIP Journal on Wireless Communiations and Networking, ol. 2007, Artile ID 18730, [20] J. Cha, J. Kim, Noel Anti-ollision Algorithms for Fast Objet Identifiation RFID System, en Pro. of the 11th Conferene on Parallel and Dsitributed Systems, ol. 2, pp , [21] C. Floerkemeier, Transmission ontrol sheme for fast RFID objet entifiaion, en Pro. of the Fourth Annual IEEE International Conferene on Perasie Computing and Communiations Workshops (PERCOMW'06), pp , Pisa, Italia, Marzo [22] C. Floerkemeier, M. Wille, Comparison of Transmission shemed for framed ALOHA based RFID protools, in International Symposium on Appliations and the Internet Workshops (SAINT'06)}, pp , Phoenix, Ariz, USA, Enero [23] Egea-Lopez, E., Vales-Alonso, J., Martinez-Sala, A. S., Bueno- Delgado, M. V., Garia-Haro, J. Performane Ealuation of nonpersistent CSMA as anti-ollision proedure for atie RFID tags, 5th International Conferene on Wired/Wireless Internet Communiations (WWIC2007), Coimbra, Portugal, Mayo [24] Norris, J. R., Marko Chains, Cambrge Uniersity Press, [25] Matlab on line: [26] A. Vargas, The OMNeT++ Disrete Eent Simulation System, European Simulation Multionferene ESM 2001, Prague (Czeh Republi), Junio 2001.