RFID : quelques éclaircissements sur les normes et standards

22/04/2014 12:18

La RFID utilise les ondes radio pour communiquer entre étiquettes et lecteurs. Or les différentes fréquences sont attribuées par des organismes de régulation qui fixent des règles très précises d'utilisation de chacune des fréquences. La RFID ne peut donc s'affranchir de ces règlements qui font partie de son environnement.

Les instances de régulation et les règlements internationaux

Les fréquences propres à la RFID

En fonction de fréquences déjà attribuées et largement utilisées par une multitude d'utilisateurs, Radios, Télévision, Armée, Défense civile, etc., la RFID s'est vue attribuée un certain nombre de fréquences classées en quatre groupes:

1-les "basses fréquences" inférieures à 135 KHz: deux fréquences sont utilisées, le 125 KHz et le 134 KHz ;

2-les "hautes fréquences": une fréquence est utilisée, le 13.56 MHz ;

3-les "Ultra Hautes Fréquences" dites UHF: deux fréquences sont utilisées, le 433 MHz et la bande allant de 860 à 960 MHz ;

4-les "micro-ondes": deux fréquences étaient initialement réservées, le 2.45 GHz et le 5.8 GHz. Cette dernière a finalement été abandonnée faute de demande mais reste à la disposition de la RFID.

Il faut préciser que chaque fréquence possède en propre des caractéristiques différentes, tant du point de vue des paramètres de communication (distance, vitesse d'échange) que vis à vis de l'environnement dans lequel elle fonctionne (présence de métal et de liquide, activité électromagnétique...) Il est donc impossible d'envisager une seule fréquence qui pourrait résoudre tous les problèmes de traçabilité par RFID. Concrètement chaque fréquence aura son propre domaine d'application préférentiel. A contrario, certains domaines d'applications pourront être couverts par plusieurs fréquences.

Les instances de régulation

Il n'existe pas d'instance internationale mondiale capable d'imposer ces décisions, car l'attribution et la régulation des fréquences radio relève de la souveraineté nationale. Il est donc nécessaire que chaque utilisateur vérifie que les produits utilisés sont compatibles avec les règlements en vigueur dans son propre pays. Pour simplifier, on dira que les instances de régulation fixent la fréquence ou la bande exacte de fréquence (dans le cas de l'UHF), la puissance d'émission, et le temps maximum de communication entre étiquettes et lecteurs.

Remarque importante: Pour ce qui concerne la puissance, il convient de préciser que ce terme peut prêter à confusion: en effet le couplage entre étiquettes et lecteur est différent suivant les fréquences. Pour les basses et les hautes fréquences jusqu'à 13.56 MHz, il s'agit de couplage inductif et on dit que le système fonctionne en "champ proche". On parlera alors d'intensité maximum du champ. Cette intensité s'exprime en dBµA/m (decibel-microampère par mètre).

Pour les autres fréquences, le couplage est électromagnétique. On dit qu'on fonctionne en "champ lointain". On parlera alors de puissance maximum d'émission. Cette puissance s'exprime en Watts. Mais attention, l'unité diffère suivant les zones géographiques. En Europe, l'unité est le Watt calculé en ERP (Effective Radiated Power), en Amérique l'unité est toujours le Watt mais cette fois calculée en EIRP (Equivalent Isotropic Radiated Power). Le rapport entre les deux unités est le suivant: 1W ERP = 1.62 W EIRP. Ainsi lorsque l'on compare les maximums autorisés dans les deux zones citées plus haut, faut-il utiliser la même unité. Ainsi la norme européenne autorisant 2 Watts ERP correspond-t-elle en réalité à 2x1.62 = 3.24 Watts EIRP, à comparer aux 4 Watts EIRP admissibles aux USA par exemple. Le lecteur avisé devra faire attention aux unités utilisées dans chacun des pays.

Au niveau européen, c'est le CEPT et son organisme associé l'ETSI (Europeant- Telecommunications Standard Institute) qui sont chargé de proposer des règlements que les pays européens auront le libre choix d'appliquer ou non selon les cas. Aux yeux de ces organismes, la RFID se classe dans ce qu'on appelle les "Short Range Device" Un certain nombre de textes existent, et en particulier le CEPT/ERC 70-03. En septembre 2004, l'ETSI a publié la norme EN 302-208 qui concerne spécifiquement l' UHF et qui autorise une puissance de 2 Watts ERP dans la bande de fréquence 865.6 - 867.6 MHz.

Les normes techniques

Par normes "techniques" nous entendons toutes les normes qui concernent la communication entre lecteurs et étiquettes ainsi que la gestion des données contenues dans ces étiquettes. Les normes "applicatives" sont des normes fixées par des catégories d'utilisateurs qui utiliseront ou non ces normes techniques. Pour être précis et complet, il faut distinguer les normes concernant la traçabilité des personnes et des transactions financières qui sont dérivées de l'utilisation des cartes à puces sans contact, et les normes qui concernent exclusivement la traçabilité des objets.

Précisons qu'en ce qui concerne ces normes techniques, l'instance normative n'est pas l'ISO mais un Joint Technical Committee (JTC) constitué à partir de l'ISO et de l'IEC. Il s'agit du ISO/IEC/JTC1. Au sein de ce JTC, deux sub-committees se répartissent les tâches: Le Sub-committe SC17 gère les premières (traçabilité des personnes) et le Sub-Committee SC31 gère les secondes (traçabilité des objets). Pour ce qui concerne la traçabilité des objets par RFID, le Sub-Commitee 31 a réparti les tâches entre quatre Working Groups:

- Le WG2: Work Group on Data Structure

- Le WG3: Work Group on Conformance

- Le WG4: Work Group on RFID Item Management

- Le WG5: Il s'occupe de géolocalisation en temps réel, ou Real time Locating System (RTLS)

La traçabilité des personnes est gérée au niveau International par le sub-commitee ISO/IEC/JTC1/SC17. En France au niveau de la CN17 de l'AFNOR. Deux normes produites par le ISO/IEC/SC17/WG8 (Working Group n°8) existent depuis plusieurs années et concernent les cartes à puce dites "sans contact": La 14443 pour les lectures à quelques mm "vicinity" et la 15693 pour les lectures à quelques centimètres "proximity" Toutes deux utilisent la fréquence 13.56 MHz et les étiquettes ont le format "standard" des cartes à puces.

La traçabilité des objets est gérée au niveau International par le sub-commitee ISO/IEC/JTC1/SC31 (JTC1/SC31/WG2 - data; JTC1/SC31/WG3 - tests ; JTC1/SC31/WG4 - protocoles ; JTC1/SC31/WG5 - RTLS). En France au niveau de la CN31 de l'AFNOR. La CN31 regroupe 25 membres qui représentent des offreurs, des représentants d'utilisateurs, des laboratoires, des organismes spécialisés et des experts indépendants.

Les normes 18000

Présentées comme LA solution au problème d'interopérabilité, elles ne suffisent pas en réalité à elles seules à atteindre cet objectif. Deux conditions doivent en effet être remplis, d'une part utiliser un protocole de communication entre lecteur et étiquette commun, c'est le rôle des normes 18000 mais aussi organiser de façon unique la structure des données contenues dans les puces. Les normes 18000 font donc partie d'un groupe de normes aujourd'hui publiées et qui, prises dans leur ensemble, permettent d'obtenir l'inter opérabilité. Voici donc l'ensemble des normes qui sont aujourd'hui publiées

1 - Protocoles de communication

Définition: Le protocole de communication est le langage utilisé par les lecteurs et les étiquettes pour se comprendre. Comme tout langage il comprend un vocabulaire et une syntaxe couvrant les commandes et les données contenues dans les étiquettes.

On distingue trois couches principales : l’application, c'est à dire les données et les messages concernant le processus de l'utilisateur ; la communication, c'est à dire comment étiquettes et lecteurs se comprennent ; le transport, c'est à dire la gestion de l'interface air, autrement dit la gestion de la propagation des ondes dans l'air

La couche "application" comprend : le processus métier qui est du seul ressort de l'entreprise ; le traitement informatique correspondant qui est lié aux logiciels utilisés, au système d'exploitation et au réseau de communication ; les données échangées avec l'étiquette qui peuvent être individuelles ou codifiées dans des applications en boucle fermée ou ouverte (transport ou commerce).

La couche "communication" devra gérer: la reconnaissance et l'identification d'une ou plusieurs étiquettes entrant dans le champ du lecteur ; l'algorithme d'anticollision permettant de dialoguer avec plusieurs étiquettes dans le même champ. Elle comprend: la présentation des données dans l'étiquette ; la taille mémoire de l'étiquette ; la lecture de tout ou partie du contenu ; l'écriture sur l'étiquette ; la sécurité de l'échange ; l'intégrité des données échangées ; l'autorisation de lecture et/ou écriture ; la protection des données contenues ; la protection lors du transfert des données ; la fin du dialogue.

Enfin pour la couche "transport", les caractéristiques des étiquettes et des lecteurs devant être identiques pour permettre le dialogue, elle couvrira: la fréquence ; la modulation (fréquence ou amplitude) ; la vitesse de transmission (kbps).

De toutes ces caractéristiques dépendent: la distance de lecture ; le volume du champ de lecture ; le volume d'information échangées ; la pollution électromagnétique des équipements environnant (en particulier d'autres étiquettes et lecteurs).

ISO/IEC 18000: Information Technology - Automatic Identification and Data Capture Techniques - RFID for item Management - Air Interface.

Elles sont déclinées par fréquence. On distinguera donc:

ISO/IEC 18000-1 Part 1 - Generic Parameters for Air Interface - Communication for Globally Accepted Frequencies

ISO/IEC 18000-2 Part2 - Parameters for Air Interface Communications below 135 KHz

Note: 2 types de produits sont utilisés: le type A dit "Full Duplex" ou FDX en 125 KHz, et le type B dit "Half Duplex" ou HDX en 134.2 KHz. Les deux différent par la couche physique mais utilisent le même protocole

ISO/IEC 18000-3 Part3 - Parameters for Air Interface Communications at 13,56 MHz

Note: 2 modes sont utilises: le mode 1 dérivé de la norme 15693 pour les cartes sans contact, et le mode 2 dérivé de la technologie développée par la société Magellan (Australie) et dont la caractéristique est de permettre une vitesse d'échange des données beaucoup plus rapide, (jusqu'à 40 fois). Il faut noter que ces deux modes ne sont pas inter opérables entre eux.

ISO/IEC 18000-4 Part4 - Parameters for Air Interface Communications at 2,45 GHz

Note: Là encore deux modes sont utilises et correspondent à deux systèmes développés par deux sociétés (Intermec et Siemens/Nedap)

ISO/IEC 18000-6 Part6 - Parameters for Air Interface Communications at UHF (from 860 to 960 MHz)

Note: Tois types sont utilisés. Le type A: utilise le système "Pulse Interval Encoding (PIE) with slotted ALOHA collision arbitration protocol". Le type B utilise le système "Manchester Encoding with Binary Tree collision arbitration protocol". Le type C est basé sur la proposition de EPC Global Class1 Gen2. Les trois types ne sont pas inter opérables entre eux

ISO/IEC 18000-7 Part7 - Parameters for Air Interface Communications at 433 MHz (Technologie développée par le fabricant américain SAVI).

2 - Tests de conformité

La publication de ces normes 18000 ne suffit pas à garantir l'inter opérabilité, encore faut-il mettre en place des tests visant à vérifier la conformité des produits mis sur le marché. L'ISO a donc produit à cet effet les normes 18047 qui se déclinent comme les normes de base, c'est à dire par fréquence.

ISO/IEC 18047: Information Technology - Automatic Identification and Data Capture Techniques - RFID Conformance Test Methods

ISO/IEC 18047-2 Part2 - Parameters for Air Interface Communications below 135 KHz

ISO/IEC 18047-3 Part3 - Parameters for Air Interface Communications at 13.56 MHz

ISO/IEC 18047-4 Part4 - Parameters for Air Interface Communications at 2.45 GHz

ISO/IEC 18000-6 Part6 - Parameters for Air Interface Communications at UHF (from 860 to 960 MHz)

ISO/IEC 18000-7 Part7 - Parameters for Air Interface Communications at 433 MHz

3 - Gestion des données

Trois normes assurent la cohérence des commandes de lecture et de la gestion des données:

ISO/IEC 15961: Information Technology - Automatic Identification and Data Capture Techniques - RFID for item Management - Host Interrogator - Tag functional commands and other syntax features

ISO/IEC 15962: Information Technology - Automatic Identification and Data Capture Techniques - RFID for item Management - Data Syntax

ISO/IEC 15963: Information Technology - Automatic Identification and Data Capture Techniques - RFID for item Management - Unique identification of RF Tags and Registration Authority to manage the Uniqueness

Cette dernière norme: s'assure que toute puce constitutive d'une étiquette radiofréquence aura un numéro unique, et crée un organisme chargé de gérer cette unicité. Cette unicité permet une identification et une traçabilité de chacune des étiquettes.

4 -Vocabulaire

Il convient d'ajouter pour la bonne forme une dernière norme qui concerne le vocabulaire utilisé dans toutes les normes ISO traitant de RFID, et qui constitue donc avec les normes déjà listées, la base complète des normes ISO pour assurer l'inter opérabilité

ISO/IEC 19762: Information Technology - Automatic Identification and Data Capture Techniques - Harmonized Vocabulary

ISO/IEC 19762-1 Part1 - General Terms Relating to AIDC

ISO/IEC 19762-2 Part2 - Radio-Fréquency Identification (RFID)

On ne peut pas faire le point des normes techniques ISO pour la RFID sans mentionner quatre autres normes dont l'importance est évidente et qui vont compléter la panoplie.

5 -Tests de performances

Un "Technical Report" a été publié en Février 2005. Il permet aux "intégrateurs de solutions RFID" de trouver les systèmes adaptés aux besoins de leurs clients sur la base de performances vérifiées et qui peuvent constituer un référentiel même si les tests ne sont pas pratiqués in situ. Il permettra également aux utilisateurs de choisir parmi plusieurs solutions. En effet l'inter opérabilité permet d'affirmer que tout lecteur conforme à la norme 18000 pourra lire toute étiquette RFID également conforme à la même norme. Mais cette inter opérabilité ne signifie nullement que tous les systèmes disponibles sur le marché auront les mêmes performances toutes chose égales par ailleurs. Dans tous les cas la capture de l'information sera certes garantie... mais... pas la distance et la rapidité de lecture par exemple... ou pas le même taux de lecture dans un environnement électro-magnétique donné.

Le TR actuel définit les procédures de tests d'un système. Un nouveau projet a été lancé sur proposition de la France pour transformer ce TR en IS. La future "norme" intégrera également les tests des étiquettes et des lecteurs, puis des systèmes complets. CE TR et à fortiori la future norme IS sont des outils indispensables pour une bonne vision des performances des systèmes RFID et donc pour la sauvegarde des intérêts des utilisateurs. Comme il a été dit plus haut, la RFID est soumise aux lois physiques de la transmission par ondes radio électriques. Il est donc nécessaire de vérifier que les performances sont bien celles attendues...

ISO/IEC 18046: Information Technology - Automatic Identification and Data Capture Techniques - RFID Performance Test Methods

6 - Autres normes

Une première concerne la publication d'une sorte de guide de mise en œuvre de la RFID, tant pour ce qui concerne les étiquettes, que le "recyclage" des puces, ou l'installation des antennes. Elle vise à aider les utilisateurs à prendre en compte le monde réel dans lequel ils évoluent:

ISO/IEC 24729: Information Technology - Automatic Identification and Data Capture Techniques - Radio frequency for item management - Implementation Guidelines

ISO/IEC 24729-1 Part1 - RFID - Enabled Labels.

ISO/IEC 24729-2 Part2 - Recyclability of RF Tags.

ISO/IEC 24729-3 Part3 - RFID Interrogator Antenna Installation.

Une deuxième norme à signaler est celle qui concerne la géo-localisation en temps réel et qui constitue un axe de développement très fort en logistique dans des systèmes qui utilisent plusieurs technologies associées à la RFID (GSM par exemple).

ISO/IEC 24730: Information Technology - Automatic Identification and Data Capture Techniques - Real Time Locating Systems (RTLS)

ISO/IEC 24730-1 Part1 - Application Programming Interface (API).

ISO/IEC 24730-2 Part2 - 2.45 GHz.

ISO/IEC 24730-3 Part3 - 433 MHz.

Pour terminer ce tour d'horizon, citons deux normes la ISO/IEC 24752 et la ISO/IEC 24753. Cette dernière concerne l'addition d'une part d'énergie embarquée (pour augmenter les performances des étiquettes passives) et d'autre part de microcapteurs dans les puces; soit les deux. Les étiquettes radiofréquence ne seront plus seulement communicantes mais deviendront "intelligentes". On pourra contrôler une chaîne du froid, détecter les chocs survenus en cours de transport etc...

ISO/IEC 24752: Information Technology - Automatic Identification and Data Capture Techniques - Radio Frequency Identification (RFID) for Item Management - System Management Protocol

ISO/IEC 24753: Information Technology - Automatic Identification and Data Capture Techniques - Radio Frequency Identification (RFID) for Item Management - Air Interface Commands for Battery assist and Sensors Functionnality.

EPC, l'Internet des objets

Né en Amérique, au sein du Massachusetts Institute of Technology de Boston et parrainé par les plus importantes multinationales de la production et de la distribution - et depuis peu par EAN/UCC - ce système RFID particulier se distingue des autres types de système par la simplicité absolue du contenu du tag: rien d'autre que pointeur, qui tire sa force vitale d'une architecture réseau complexe et qui conserve de substantielles affinités avec le code à barres.

Par EPC, Electronic Product Code, on entend un tag RFID en mesure d'identifier avec un code univoque au plan mondial, tout objet produit ou commercialisé. Selon une première approche, on peut le considérer comme l'équivalent d'un code à barres, en version électronique à capacité de transmission radio. Le système ne définit pas uniquement le type de véhicule d'identification mais également les technologies de réseau nécessaires, semblables à celles de l'Internet, pour garantir la traçabilité de ces produits tout le long de la supply chain. Ce produit est né il y a quelques années grâce à des études menées par un groupe de recherche du Massachussetts Institute of Technology de Boston, dénommé Auto-ID Center, qui a bénéficié de la contribution de près de cent entreprises comptant parmi les plus importantes du monde de la production de biens de consommation, de leur distribution et naturellement de la production de technologies RFID.

Parmi les noms les plus couramment associés à cette initiative, citons Wal-Mart, Unilever, Procter & Gamble, Gillette, même si elle n'a jamais cessé d'attirer de plus en plus de nouvelles adhésions depuis sa naissance.

Au cours de 2003, le projet a franchi deux étapes particulièrement significatives qui ont pratiquement changé le "status" en le promouvant de facto au rang de standard pour la grande consommation: d'abord l'annonce officielle de la part de Wal-Mart, la plus grande chaîne de GDO du monde, qui a demandé à tous ses fournisseurs d'appliquer des tags EPC sur leurs palettes dans un délai relativement court, ensuite, et surtout, l'acquisition de la propriété intellectuelle d'EPC de par EAN International et UCC, et la naissance d'une nouvelle société, EPC Global, fruit d'une joint venture entre EAN International et Uniform Code Council, participant en égale mesure.Suite à la niassance du système unifié GS1,EPC est devenu le système RFID que le monde GS1 se propose d'utiliser pour le transport des informations.

Les caractéristiques du système

Le projet EPC définit un type de tag à faible coût et une infrastructure de réseau comprenant des lecteurs de tags et des serveurs. L'objectif est celui de former une sorte "d'Internet des objets", l'Internet de tous les objets produits et commercialisés dans le monde. Doté de cet identifiant univoque, chaque objet est en effet tracé par un réseau de lecteurs qui fait remonter les informations vers des serveurs spécialisés où résident les bases de données correspondant aux produits et constamment mises à jour.

La particularité du système, et sa différence fondamentale par rapport aux autres systèmes d'identification par transpondeur, est que le concept EPC est celui d'un circuit réduit à l'essentiel, dans lequel ne réside fondamentalement rien d'autre qu'une "adresse Internet" du produit, et qui s'appuie sur un réseau et un système de bases de données en ligne (technologie serveur Savant et serveur PML). Les tags à norme ISO sont en revanche généralement conçus pour supporter de nombreuses options. Leur plus grand avantage est celui d'offrir un système d'information distribué, car les informations utiles résident princtpalement dans le tag même, et non à l'extérieur (sur le réseau). Le bilan des coûts et bénéfices est donc différent, tant au niveau des coûts, notamment en ce qui concerne le transfert des informations, qu'au niveau de la traçabilité.

L'information unique transportée par le tag n'est donc qu'une référence, un "pointeur". Même si le projet prévoit des variantes "lecture-écriture" permettant une mise à jour dynamique des informations enregistrées sur le circuit, toutes les informations relatives au produit et les variations des données sont substantiellement enregistrées uniquement sur les bases de données résidant sur les serveurs dédiés, accessibles via réseau. D'où l'analogie avec Internet, et l'idée de constituer un "Internet des objets".

De quelle manière les informations sont-elles acquises et mises en relation avec les codes EPC ? A ce sujet, le projet comprend également les technologies de réseau nécessaires. Avec "Savant", on entend donc des technologies de dispatching développées sur des réseaux nationaux, régionaux et locaux, dont les "terminaisons" sont constituées par les lecteurs RFID utilisés dans les entrepôts, les magasins, les dépôts. Cette technologie est donc constituée de trois modules : EMS, pour Event Management System, RIED, pour Real-Time In Memory Data Capture, et TMS, pour Task Management System. Ces modules assurent des fonctions et des tâches d'acquisition d'informations, de dispatching, de filtrage, de classification et d'enregistrement.

Dans l'infrastructure de réseau, les identifiants EPC et les informations respectives sont associés et gérés grâce à un ONS (Object Name Service), l'équivalent du DNS (Domain Name Service) d'Internet, qui traduit les références EPC en adresses IP: c'est là que se trouvent les informations auxquelles les identifiants font référence. Celles-ci sont écrites dans un langage dénommé PML (Physical Markup Language), basé sur XML (autre standard d'Internet) et qui sont hébergées par des serveurs spécialisés (PML) différents des serveurs Savant. Le langage PML permet de disposer d'un vocabulaire approprié (PML Core et PML extensions) pour représenter les objets EPC et les faire communiquer.

L'architecture de réseau EPC

Object Name Service (ONS)

Du moment que le code EPC est la seule information contenue sur le tag, les ordinateurs auxquels les lecteurs sont connectés nécessitent un système permettant de faire le lien entre ce code et toutes les informations relatives à l'objet mémorisées dans les bases de données externes. C'est la tâche de l'Object Name Service (ONS), un service automatique de networking semblable au Domain Name Service (DNS), qui associe les ordinateurs aux sites sur Internet.

Physical Markup Language (PML)

Le Physical Markup Language (PML) est un nouveau langage standard destiné à la description des objets physiques basé sur l'eXtensible Markup Language (XML). Avec le code EPC et l'ONS, le PML complète la série des composantes fondamentales nécessaires pour associer automatiquement les informations aux objets physiques. Le code EPC identifie les produits, le PML les décrit, l'ONS fait le lien entre les deux. La standardisation de ces composantes permettra de générer une "connectivité universelle" entre tous les objets du monde.

Savant

Savant est la technologie logicielle utilisée pour la gestion et le transfert des informations de manière telle à ne pas surcharger les réseaux professionnels et particuliers existants. Savant utilise une architecture distribuée, c'est-à-dire qu'elle peut fonctionner sur un seul ordinateur central ou sur plusieurs ordinateurs d'une même organisation. Savant constitue "le système nerveux" du réseau EPC car c'est lui qui gère le flux des informations.

La lecture des tags par les lecteurs ou les capteurs engendre des données. Les lecteurs sont connectés à des ordinateurs dotés du système Savant qui gère les lecteurs, regroupe et filtre les données. A ce stade, l'EPC Information Server rend disponibles les données au format PML, tandis que l'ONS permet de transformer EPC en un pointeur vers les services PML

La structure de réseau sur laquelle les tags EPC opèrent a de nombreuses affinités avec celle de l'Internet. Le code EPC, comme identifiant univoque des objets, est l'équivalent de l'adresse IP comme adresse univoque pour les ordinateurs du réseau. L'ONS transforme EPC en URL du serveur avec des informations sur l'objet, à l'instar du DNS qui transforme une adresse Web en adresse IP du serveur. Le PML, dans le système EPC, est le langage utilisé pour décrire les objets et les données, au même titre que l'HTML est le langage utilisé pour décrire les contenus Web. Enfin, l'EPC Information Server renvoie les informations sur les objets et les produits comme le serveur Web renvoie les informations formatées en HTML.