Radio-étiquettes et avenir des technologies RFID

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1 CONSERVATOIRE NATIONAL DES ARTS ET MÉTIERS CENTRE REGIONAL DE MONTPELLIER Examen probatoire du cycle ingénieur C.N.A.M. Filière : Informatique présenté par Frédéric Gomez Radio-étiquettes et avenir des technologies RFID Membres du Jury : Mme. Jocelyne Nanard M. Marc Nanard (Professeur principal) M. Jean Ranchin Dernière Modification du Document : 04/04/2005

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3 Introduction 4 1/ Généralités sur la RFID Les différents types d identifications Historique de l identification par radio-fréquence 7 2/ Description technique des Radio-étiquettes Le principe général Communication sans contact Les fréquences Détails sur les différents éléments Le terminal de lecture/écriture L étiquette radio Les antennes L air Le système d information La transmission Transfert d énergie Communication entre lecteur et transpondeur Mode de communication Les codages bit utilisés pour la communication Les types de modulation Protocole de communication Les collisions Sécurité de la communication et des données Choix des éléments 31 3/ Aspects économiques et sociaux de la RFID Normalisation et standardisation La normalisation ISO La standardisation EPC Exemples d applications Actualités de la RFID Le marché Que peut apporter la technologie RFID aux entreprises et aux consommateurs? Les barrières au développement de la RFID 42 4/ Avenir des technologies RFID Projets à base de petits modules RF intelligents Solution innovante dans les technologies RFID UHF 47 Conclusion 51 Table des illustrations 52 Bibliographie 53 3

4 Introduction Imaginez, où que l on aille, nos moindres faits et gestes soient épiés, car chaque coin et recoin serait truffé de petits capteurs capables de nous suivre à la trace en se passant le relais. Ils actionneraient notre environnement pour nous assister dans les tâches de tous les jours et rendraient les objets autonomes, capables d accomplir ce qu on leur demanderait ou ne leur demanderait pas, puisqu ils auraient connaissance, avant nous, de nos besoins. Ce monde utopique de la machine comme maître de l humanité alimente depuis très longtemps la thématique des films de science fiction et l imagination des populations. Parallèlement les scientifiques font des recherches pour développer ces nouvelles technologies et font paraître de nombreux articles sur le sujet. Toutes ces avancées font rêver, mais qu en sera-t-il quand cette réalité sera prête à rentrer dans notre quotidien? On peut considérer comme faisant partie des prémisses de cette avancée technologique l élaboration de la technologie des radio-étiquettes, plus connue sous l appellation RFID Tags. Qu est-ce que cette nouvelle technologie et comment en est-on arrivé là? Comment fonctionne-t-elle? Toutes ces avancées font rêver, mais cette inquisition dans nos vies soulève de nombreux problèmes sociaux, économiques et moraux. Quel sera l avenir des applications radiofréquences et des projets en cours de développement? 4

5 1 ère partie Généralités sur la RFID 5

6 Jusqu'à présent l identification d objets et de personnes était toujours réalisée sur du support papier à l aide de codes écrits ou imprimés et le traitement des données nécessitait soit le contact avec le papier, soit la vision directe pour la lecture des données. Avec les progrès techniques, les industriels se sont orientés vers des méthodes d identification sans contact ou d identification par radio-fréquence qui, au fur et à mesure, remplaceront les anciennes techniques. Les radio-étiquettes ou RFID (Radio-Frequency Identification) Tags pour étiquettes identifiées par radio-fréquence se rangent dans la catégorie des technologies d identification automatique au même titre que le code à barres, la reconnaissance de caractères ou de formes ou encore les cartes à piste magnétique. On peut comparer une radio-étiquette à un super code à barres, car comme lui, elle peut identifier des objets en leur faisant correspondre un numéro individuel, mais là où le code à barres est limité avec ses 13 chiffres à milliards de possibilités de numéros différents, la radio-étiquette, elle, avec ces 96 bits peut stocker un nombre allant jusqu'à 80 milliards de milliards de milliards de possibilités. 1.1 Les différents types d identifications Depuis plusieurs années, des spécialistes se penchent sur les améliorations de l identification, en essayant d optimiser les méthodes, la sécurité et les coûts que pourrait engendrer une industrialisation à grande échelle suite à de très fortes demandes. L identification peut se diviser en deux branches : L identification électronique à contact, et celle sans contact. Identification à contact : Ce type d identification est réalisé avec des dispositifs permettant l échange de données grâce à des contacts électriques. L utilisation de ce type de méthode et très répandue, avec comme meilleur exemple la carte à puce, utilisée à très grande échelle pour les applications bancaires, retraits de devises et les contrôles d accès. Identification sans contact : L identification sans contact peut se décomposer en plusieurs sous-branches. Vision optique : Cette vision nécessite la présence d un détecteur fonctionnant en vision directe sur l identifiant à l aide d un lecteur (laser, etc.), ou d une camera CCD. Nous pouvons trouver comme exemples : les étiquettes de type codes à barres, les codes 2D et la technologie OCR (Optical Character Recognition) pour la reconnaissance de caractères, utilisée par exemple dans le trie automatique du courrier ou le traitement des chèques. Ce système de vision nécessite une lecture en vision directe, avec l obligation de la part de l étiquette de ne pas être détériorée (tache, déchirure, etc.). Une fois l étiquette imprimée, il 6

7 n est pas possible de la modifier aisément. En revanche le grand avantage de ce procédé est son faible coût. Liaison radiofréquence : Cette méthode permet des échanges de données sans besoin de vision directe ou optique de l identifiant, avec des distances plus importantes. On peut réaliser des lectures en volume, c est à dire qu il peut y avoir plusieurs identifiants dans le champ radio-fréquence du lecteur. Avec cette méthode on peut implémenter des systèmes de sécurité protégeant les données sensibles (cryptage, etc.). Les fréquences utilisées vont de quelques kilohertz à quelques dizaines et centaines de mégahertz (UHF). Liaison infrarouge : Exemple de la télécommande de la télévision. Dispositifs passifs ou actifs : Toutes les familles de produits évoqués précédemment sont encore une fois divisées en deux classes dites d identifiants : les dispositifs passifs et les dispositifs actifs. Dispositifs passifs : Les identifiants dits passifs ne comportent pas de source d alimentation autonome à leur bord, donc pour fonctionner ils doivent être télé-alimentés par de l énergie fournie par le lecteur (champ magnétique par exemple). Dispositifs actifs : Les identifiants dits actifs comportent à leur bord une source locale d alimentation indépendante (pile, batterie, etc.), ce qui peut leur donner des possibilités fonctionnelles plus importantes, notamment en ce qui concerne la portée de la communication. Le souci restant l autonomie de cette énergie. 1.2 Historique de l identification par radiofréquence 1864 : James Clerk Maxwell décrit la nature des champs électromagnétiques dans l espace et le temps, faisant suite aux découvertes de Faraday : Apparition des premiers systèmes d identification par radio-fréquences. En effet le principe nommé, «Friend or Foe» (pour ami ou ennemi), était utilisé dans l aviation militaire américaine et permettait, grâce à des transpondeurs placés dans les avions, de distinguer les avions amis des avions ennemis : la technologie RFID apparaît dans des laboratoires nucléaires afin de protéger les équipements en les étiquetant. 7

8 1969 : Mario Cardullo dépose aux Etats-Unis le premier brevet lié à la technologie RFID, afin de développer des outils d identification pour les locomotives : on l a utilisé pour reconnaître le bétail, puis dans l industrie, la distribution et les services : utilisé pour le télé-péage autoroutier ou encore le marché des «immobiliseurs» (dispositifs d anti-démarrage pour véhicules automobiles). IBM intègre l ensemble des composants nécessaires au fonctionnement d un badge RFID sur une seule puce. Depuis ces 15 dernières années, beaucoup de projets utilisant cette technologie ont vu le jour comme par exemple le marquage de produits, à l instar du code à barres. Beaucoup de sociétés de part le monde s intéressent depuis un moment à cette technologie et forment des regroupements internationaux pour l élaboration de produits standards et la mise en place de normes afin que les systèmes du monde entier puissent être inter-opérables et qu on puisse ainsi s échanger des données sans souci. Ainsi l année 2003 aura vu naître l EPC (Electronic Product Code) grâce à un regroupement international comprenant de nombreuses entreprises ainsi que l implication de certaines grandes universités mondiales. Ce système EPC a pour vocation de devenir l architecture mondiale permettant l harmonisation des échanges de données. L année 2004 verra la norme ISO apparaître et concernera l ensemble du monde de la RFID. Dans le chapitre qui suit nous verrons plus en détail l aspect technique de la technologie RFID et tout particulièrement les radio-étiquettes ou RFID Tags. 8

9 2 ème partie Description technique des radio-étiquettes 9

10 La description des étiquettes radio et la façon dont elles fonctionnent fait appel à plusieurs domaines technologiques comme la physique ou l électronique. 2.1 Le principe général L identification par radio-fréquence est réalisée grâce à une radio-étiquette appelée aussi transpondeur, composée d une puce, d une antenne et d un élément ou terminal réalisant des lectures et des écritures ainsi que de l alimentation du transpondeur si celui-ci est passif. La communication et l alimentation se font donc par radio-fréquence via l air, sur différentes gammes de fréquences avec des distances définies en fonction de l application et des normes en vigueur. En résumé, le lecteur envoie une requête à l étiquette qui se trouve dans le champ de lecture et celle-ci répond immédiatement, le tout se faisant selon un protocole de communication prédéfini Communication sans contact Dans la communication sans contact il y a plusieurs notions qui entrent en jeu. Notion de distance : Suivant les capacités des éléments (étiquette, lecteur, fréquence de communication utilisée), on est soumis à des distances de communication, pour permettre l échange de données allant de très courtes distances (quelques millimètres) à de très longues distances (quelques dizaines, centaines de mètres). Notion d alimentation : Pour réaliser une communication entre les éléments étiquette et lecteur, il faut que chacun soit alimenté ; Concernant le lecteur, celui-ci est en général alimenté par pile, accu ou directement branché sur le secteur. Pour l étiquette, celle-ci est soit alimentée par le champ magnétique du lecteur prévu à cet effet, soit elle bénéficie d une alimentation avec ou sans dispositif de recharge par pile ou batterie, ce qui augmente les contraintes de taille, d autonomie, de durée de vie de l élément énergétique et mécanique (contacts, vibrations, etc.). Notion de mode de fonctionnement : On peut classer les radio-étiquettes selon leur mode de fonctionnement et de communication, dont les trois modes principaux sont : Lecture seule : ce mode consiste à lire uniquement le contenu de l étiquette. L étiquette a été préalablement écrite par le fabricant du composant (silicium) et par la suite les données ne peuvent être ni complétées, ni modifiées. Malgré des fonctions réduites, ce type de fonctionnement est promis à un grand avenir, car les étiquettes fonctionnant selon ce mode opératoire bénéficient d un coût faible par rapport à ses consœurs offrant des fonctions plus complexes. Dans de nombreuses applications, un numéro d identification unique peut suffire à tracer un objet. Les données 10

11 complémentaires dont on pourrait avoir besoin peuvent être stockées ailleurs dans des bases de données les rendant disponibles à qui en aurait besoin et y aurait droit. Ecriture une fois, lecture plusieurs fois (WORM) : le transpondeur à été livré vierge par le fabricant, et a été écrit de façon unique par l utilisateur selon ses besoins. Une fois l écriture effectuée, le transpondeur tombe en lecture seule (WORM pour Write Once, Read Multiple : écriture unique, lecture multiple). Lecture et écriture multiples : l étiquette est fournie vierge dans les mêmes conditions que les WORM mais elle pourra être écrite plusieurs fois, modifiée, effacée, complétée et lue. Dans les limites technologiques du silicium en ce qui concerne les possibilités d écriture de l EEPROM (soit un ordre de grandeur de 100 à fois). Les autres modes : - mode programmable/lecture - mode lecture/écriture - lecture et écriture protégées - lecture protégée - écriture protégée - lecture et écriture sécurisées - lecture et écriture cryptées Notion d ordre de communication : Qui parle en premier : le transpondeur ou le lecteur? Les fréquences La communication entre le transpondeur et le lecteur peut se faire sur des plages fréquences différentes et en fonction de trois choses importantes : la distance entre le lecteur et l étiquette, les normalisations internationales (chaque pays gère ses plages d ondes radio) et les lieux d utilisations (hôpitaux, usines, centrales nucléaires, autres lieux à caractéristiques particulières). En France c est l ART (Autorité de Régulation des Télécommunications) en accord avec l ETSI (European Telecommunication Standards Institute) qui fixe leur utilisation. Des plages libres dans certains pays ne le sont pas forcément dans d autres, c est ce qui empêche, en plus du prix élevé des étiquettes, aux applications RFID d exploser. En effet les produits de consommation circulent dans le monde avec grande facilité grâce aux transports, mais si les normes des différents pays font que nous n utilisons pas les mêmes plages de fréquence, alors les problèmes de lecture et d écriture des identifiants radio se feront fortement sentir. 11

12 Tableau 1 - Récapitulatif des fréquences et de leurs caractéristiques Caractéristiques/ Fréquences Khz Mhz Mhz 2.45 & 5.8 Ghz Types Fréquence Basse Haute UHF Hyper Distances Europe <2m +/- 50 cm < 1m D utilisation USA <5m < 1 à 10 m Débits 10 Kb/s >100 Kb/s >100 Kb/s >200 Kb/s Métal (A) Métal (P) Métal (A) Perturbations/ Eau/liquide (P) Métal (P) Eau/liquide (A) Eau/liquide (A) Atténuations Corps humain Corps humain (A) Corps humain (A) (P) Légende : P = Perturbation A = Atténuation Figure 1 - Répartition des fréquences 12

13 2.2 Détails sur les différents éléments Une application RFID se compose de plusieurs éléments Le terminal de lecture/écriture Le terminal de Lecture/Ecriture (que l on peut encore nommer coupleur, base station ou interrogateur et que je nommerai lecteur pour faire simple), est l interface entre la partie informatique (traitement et base de données) et l étiquette. Il interroge les étiquettes ou transpondeurs qui sont dans son champ de lecture et leur fourni l alimentation nécessaire à leurs réponses. Il comprend une partie analogique ayant pour but d assurer les réceptions et transmissions des signaux RF, les circuits de gestion du protocole de communication avec l étiquette, la gestion de la communication (anticollision, authentification, cryptographie) et une interface assurant le dialogue avec le système host. Le lecteur peut se diviser en deux parties : - la partie analogique, incluant la commande de l antenne, l émission et la réception du signal, le filtrage, et la démodulation du signal. - la partie numérique avec la présence d un microcontrôleur qui a pour fonction d assurer la gestion logicielle du protocole de communication entre les antennes du lecteur et celle du transpondeur, la gestion des collisions, le cryptage/décryptage, en bref la gestion des couches basses et selon le besoin on verra la gestion de l application elle-même embarquée à bord du lecteur. Il y a des cas où la partie analogique reliée près de l antenne est, pour des raisons mécaniques, distante de la partie numérique, on parlera alors «d antenne active», ce type de structure étant sensible au niveau sécuritaire (possibilité de cryptage) et aux parasites. Remarque : il est possible de trouver plusieurs antennes actives reliées à un même microcontrôleur et travaillant de manière multiplexée temporellement (par tranche de temps). Pour citer deux exemples, prenons premièrement le cas de l application des portiques de sorties de caisses ou de magasins pour lesquels il est nécessaire de disposer de 2 ou 3 antennes selon qu il y a 2 ou 3 axes x, y ou x, y, z, fonctionnant en mode multiplexé afin d assurer une lecture dans un volume déterminé; Deuxièmement nous avons le cas des dispositifs antidémarrage dans les véhicules automobiles où la partie calculateur électronique se trouve sous le capot et l antenne (active) très proche du volant. On peut classer les lecteurs en différentes catégories en fonction des distances d utilisation (courte distance, proximité, longue distance, très longue distance). Les lecteurs peuvent avoir différentes tailles selon leur domaine d application : - lecteur de poche pour porte-monnaie électronique - lecteur de dispositif «d immobiliseurs» - lecteur pour contrôle d accès 13

14 - lecteur de supermarché Le lecteur peut être fixe ou mobile, il est généralement connecté à un ordinateur de gestion ; Liaison filaire si le lecteur est fixe, liaison hertzienne si le lecteur est portable. Figure 2 - Photo d un lecteur RFID/Code à barres Les fabricants : Sur le marché l on trouve de nombreux fabricants de terminaux de Lecture/Ecriture comme par exemple : Elmos, Mietec, Motorola, Philips-Semiconductors, Siemens, STMicroelectronic, Témic, etc L étiquette radio L étiquette pouvant être aussi appelée, suivant l application, transpondeur, puce, smart label ou encore tag peut être de structure et de complexité variées. L étiquette est composée de deux parties, un transpondeur relié à une antenne, comme sur un terminal de lecture/écriture. Les caractéristiques comme le poids, la résistance, la durée de vie, la taille et la température sont des éléments importants à prendre en compte pour intégrer l étiquette dans les différentes applications qui nous entourent. Les étiquettes passives utilisent des plages de fréquences allant du kilo-hertz au mégahertz. Pour les étiquettes actives cette plage se situerait plutôt dans les giga-hertz permettant une communication à plus longue distance. Le transpondeur : Un transpondeur est composé de plusieurs parties : - Partie logique - zone mémoire - logique de contrôle et commande de la mémoire - traitement du signal (cryptage, décryptage) - partie analogique - réception, démodulation et modulation du signal 14

15 - alimentation - antenne. L intérêt du transpondeur est de mettre à la disposition de l utilisateur un contenu mémoire déporté et accessible sous condition. Figure 3 - Schéma synoptique de l architecture interne d un transpondeur Zone mémoire : La zone mémoire est généralement constituée d une mémoire de données de type EEPROM; certains transpondeurs très simples n en contiennent pas dans la mesure où ils se contentent uniquement d un identificateur fixe. Cette mémoire possède une taille de stockage qui varie selon les modèles de quelques bits à quelques kilo-octets. Certaines zones de la mémoire sont réservées à la gestion des accès et le reste est disponible pour l utilisateur. L accès aux données ne s effectue pas au niveau bit ou octet mais plutôt au niveau page (plusieurs octets simultanément) ou au niveau bloc (plusieurs pages simultanément). Une mémoire EEPROM doit être alimentée pour fonctionner et ainsi lire et écrire à l intérieur, en sachant que l écriture est beaucoup plus consommatrice au niveau tension que la lecture (après une écriture, l on fait toujours une lecture de vérification, donc plus de cycles que la simple lecture). 15

16 Logique de contrôle : En dehors de la pure gestion du protocole de communication entre lecteur et transpondeur, la logique interne de contrôle a pour but de vérifier, par exemple, si les mots de passe prévus et ceux qui sont réellement transmis concordent, ainsi qu une foule d opérations logiques de service telles que les conformités de format des trames, de CRC, etc. Réception du signal montant et de l énergie d alimentation : Cette partie, principalement analogique, est l un des éléments clés du transpondeur. Elle a plusieurs fonctions principales : - récupération du signal reçu ; - fourniture d une alimentation continue et stable au circuit intégré du transpondeur ; - pour les systèmes synchrones : récupération, régénération et fourniture d un signal d horloge à la logique interne du circuit pour assurer son fonctionnement ; - démodulation du signal incident ; - modulation de la charge pour assurer la transmission des signaux du transpondeur vers le lecteur ; - circuit de protection de surcharge ; - etc. Récupération d énergie : La récupération d énergie se fait au travers de la bobine qui constitue l antenne du transpondeur mettant à disposition par induction une tension alternative induite à ses bornes qui devra être redressée, filtrée et réglée pour alimenter le reste du circuit intégré. Pour avoir une idée, la tension est de l ordre du volt (entre 3 et 9 Volts selon le fabricant). Récupération d horloge : Il est possible de se servir de la fréquence porteuse pour obtenir un signal d horloge servant au fonctionnement du transpondeur, dans ce cas on parlera de fonctionnement synchrone, ce qui a l avantage de définir des timings précis entre les signaux des lecteurs et ceux des transpondeurs et de favoriser la qualité des communications sur des distances beaucoup plus grandes. La majorité des transpondeurs (90%) sur le marché ont un fonctionnement synchrone. Pour le fonctionnement asynchrone, le transpondeur est piloté par une horloge locale, asynchrone de la fréquence porteuse, qui dans ce cas ne sert seulement qu à télé-alimenter le transpondeur. Consommation d énergie : Concernant la consommation d énergie du transpondeur, si la distance est grande entre le lecteur et le transpondeur, l énergie fournie par le lecteur sera faible. Il faut donc que les concepteurs de circuits intégrés fassent en sorte que le transpondeur puisse fonctionner avec une énergie aussi faible que possible, pour un ordre d idée 10 à 100 mw. La puce doit donc être dimensionnée pour que sa consommation soit la plus faible possible. En revanche le transpondeur peut aussi bien se trouver très proche du lecteur, on a donc un champ magnétique plus important, ce qui provoque une tension induite plus importante, et donc il 16

17 faut que le circuit intégré soit capable de réguler et d absorber ce surplus d énergie ou alors être capable de se déconnecter et d assurer sa protection. La puce : Le substrat de la puce est en silicium, à l heure actuelle des chercheurs travaillent sur la conception de substrats en plastique ou encore réalisés avec de l encre, ce qui permettra une réduction des coûts non négligeable. Les fabricants : Comme pour les lecteurs, l on trouve de nombreux fabricants de transpondeurs comme : Atmel, Hitachi, Motorola, NEC, Philips Semi-conducteurs, Sony, STMicroElectronics, TI, et beaucoup d autres encore Les antennes Elles sont connectées au lecteur et au transpondeur, pour un lecteur on peut trouver de une à plusieurs antennes et pour la puce une antenne. Elles peuvent être de taille et de structure diverses, selon la distance de communication requise pour un système donné. L antenne active l étiquette RFID et transmet les données à distance en émettant des ondes. Les antennes peuvent être bobinées ou imprimées, celles-ci, souvent composées de cuivre, sont déposées sur l étiquette par ultrason (système de vibration). La pose d une antenne par impression réduit le coût de l étiquette ; On utilise des encres conductrices qui permettent d assurer la connexion entre la puce et l antenne ; Ces encres contiennent un métal précieux comme de l argent ou du graphite à l intérieur d un film polymère épais. La dimension de l antenne dépend de la fréquence à laquelle elle doit fonctionner. Une antenne qui fonctionne à 125 KHz sera de dimension plus importante qu une antenne à MHz, au niveau du nombre de tours. Plus la fréquence porteuse est basse et plus le nombre de tours de l antenne de la puce doit être important pour créer un voltage suffisant pour alimenter la puce. L antenne peut être fabriquée avec du cuivre ou de l aluminium ou bien être imprimée sur son support à l aide d une encre sérigraphiée. Figure 4 - A gauche une antenne de lecteur RFID et à droite 3 étiquettes RFID avec chacune leur antenne 17

18 Les fabricants : De nombreuses sociétés (bobiniers) peuvent proposer des antennes standard ainsi que des réalisations sur demande pouvant aller de la simple bobine d antenne à la plus étrange, et sur tous supports : film de cuivre, circuit imprimé, sérigraphié, dépôt d encre conductrice. Citons par exemple : Cléo, Micro-spire, Metget, Vogt, etc L air L air est le médium de communication. Pour sa part, l onde électromagnétique RF effectue le transport des informations. L air réalise également le couplage (magnétique) entre les antennes du transpondeur et celles du lecteur Le système d informations Le système d informations (ou système host) assure la gestion de l application à plus haut niveau. C est-à-dire que c est lui qui va gérer et stocker toutes les données de traçabilité renforcée par le principe RFID. Citons par exemple les ERP (Entreprise Ressources Planning) qui sont des progiciels de gestion intégrée, qui gèrent toutes les activités de l entreprise (RH, finance, relation client, logistique, comptabilité) et qui sont là pour enregistrer toutes les données de l entreprise. Du coup tout est tracé et permet donc de remonter, lors de problèmes ou bien quand on veut avoir des renseignements, à certaines informations concernant un ou plusieurs produits en particulier. Dans le système EPC (Electronic Product Code), que l on verra un peu plus loin, on a le «réseau de données» qui est basé sur Internet et qui regroupe des bases de données relatives aux objets identifiés. Il permet de gérer l identification et la codification des objets mais également la diffusion de l information. 2.3 La transmission Transfert d énergie Pour que le transpondeur (ou étiquette radio) puisse fonctionner il faut qu il soit alimenté et cela est possible grâce à la télé alimentation. Le transpondeur reçoit une énergie alternative qui est redressée, filtrée et réglée pour obtenir une tension continue ; La qualité et la quantité du transfert d énergie dépendent des fréquences sur lesquelles sont accordées les deux circuits d antennes (lecteur et transpondeur) et de quelques autres paramètres physiques. Pour assurer l intégralité de la communication, il est impératif que le transpondeur reste dans le champ magnétique du lecteur pendant toute la durée de la transaction et que l énergie minimum nécessaire à l application soit maintenue. 18

19 Le transfert d énergie et l échange de données peuvent s effectuer de deux manières : - mode non simultané : la première phase consiste à charger en énergie, via les ondes envoyées par le lecteur, la capacité d alimentation présente dans le transpondeur, permettant ainsi l alimentation de l ensemble du transpondeur ; Après cette première phase, le transpondeur est apte à recevoir les ordres de commande et à communiquer ; Puis il est à nouveau nécessaire de lui fournir de l énergie pour continuer la communication et ainsi de suite. - mode simultané : dans ce mode, les ondes venant du lecteur sont capables d assurer simultanément, la fourniture d énergie et la communication Communication entre lecteur et transpondeur Dans le sens lecteur vers transpondeur, le lecteur va employer un codage binaire et un système de modulation de la porteuse (ex FSK : modulation de fréquence ou modulation d amplitude ASK) tout en assurant la télé-alimentation du transpondeur. Dans le sens transpondeur vers lecteur, le transpondeur, qui n est pas un émetteur, va devoir être capable de se faire comprendre du lecteur, pour cela il va utiliser la technique de la modulation de charge, technique mise en œuvre dans la plupart des transpondeurs du marché. Technique de la modulation de charge : Le lecteur va fournir une porteuse non modulée au transpondeur, de façon à ce qu il soit toujours télé-alimenté ; Le transpondeur va à son rythme moduler en tout ou rien la charge résistive électrique équivalente qu il représente. En faisant cela, il va modifier la consommation d énergie qu il représente dans le champ magnétique et, du fait du couplage magnétique existant entre le transpondeur et le lecteur, il va y avoir modification de la valeur de courant circulant dans le circuit de l antenne du lecteur. Dans ce cas là, le transpondeur n émet pas de signal à proprement parlé. Autre technique : Le transpondeur va être chargé par une porteuse émise par le lecteur et une fois chargé le transpondeur va émettre un signal modulé en fréquence pour communiquer Mode de communication Half (Semi) duplex : dans ce mode, on communique de façon alternée. Les communications dans un sens et dans l autre ne sont pas simultanées et par conséquent les messages envoyés par le transpondeur ou le lecteur ne se télescopent pas. Environ 99% des systèmes sans contact en place à ce jour utilisent ce mode de communication. Full (Intégral) duplex : dans ce mode, les communications vont simultanément dans les deux sens. L avantage de ce mode est d obtenir des temps de transaction plus rapides, mais l inconvénient est l augmentation de la complexité du lecteur devant traiter en temps réel simultanément les protocoles de communication dans les deux sens ainsi que les erreurs de transmission pouvant apparaître. 19

20 Le déclenchement de l échange entre lecteur et transpondeur requiert une certaine discipline permettant d ordonner les moments de parole : Transpondeur (Tag) Talks First (TTF) : dès qu un transpondeur de ce type entre dans le champ d action du lecteur et qu il est alimenté, celui-ci commence immédiatement à communiquer pour signaler sa présence, l onde porteuse ayant servie de requête. Ce type fonctionne bien à condition qu il n y ait pas plus d un transpondeur à la fois dans le champ d action du lecteur, sinon on risque des conflits de signaux. Lecteur (Reader) Talks First (RTF) : dès qu un ou plusieurs transpondeurs entrent dans le champ d action du lecteur, ceux-ci sont alimentés et se mettent en attente d un ordre particulier venant du lecteur (commande de requête) pour y répondre et signifier leur présence à ce dernier (Transpondeur : Talk After Request) Les codages bit utilisés pour la communication Le codage du bit ou bande de base a une très grande importance dans les systèmes sans contact. Le choix du principe de codage du bit a une grande incidence sur la qualité du transfert d énergie, sur la récupération de synchronisation, les problèmes de bruit, etc. Pour des raisons d efficacité de traitement du signal, il est fréquent que le codage bit soit adapté aux différentes phases de fonctionnement du transpondeur. Pendant la phase de communication : Lecteur vers transpondeur : dans ce cas là, le codage du bit doit être choisi afin que le signal de la fréquence porteuse soit présent le plus longtemps possible et donc permette une bonne télé alimentation du transpondeur (NRZ, Miller par exemple). Transpondeur vers lecteur : ici le lecteur est à l écoute des signaux provenant du transpondeur, et suivant la distance, le signal reçu est bruité, on utilisera donc dans ce cas un codage comprenant une transition pendant la durée du bit (Manchester par exemple), afin de pouvoir repérer facilement celle-ci dans le bruit au niveau de la réception. Ce codage doit aussi être en mesure de détecter et gérer les problèmes de collision ainsi que de minimiser la consommation du transpondeur. Pendant la phase de test de présence de transpondeurs multiples et d anticollision : Lors de la présence simultanée de plusieurs transpondeurs dans le champ magnétique, il est nécessaire au lecteur de les distinguer. Pour cela il faut que pendant cette phase de communication, le codage du bit puisse aussi signaler qu une collision vient de se produire sur un bit déterminé. Ceci amène à introduire au sein du bit lui-même un «sous-codage» qui, au niveau de la modulation de porteuse de transport, entraînera l apparition d un nouveau signal, par exemple sous forme d une ou plusieurs nouvelles autres fréquences nommées généralement sous-porteuses. Nous verrons plus bas un exemple avec le codage bit «Manchester codé sous-porteuse». Fréquemment, la technique employée pour le codage bit reste la même pendant la phase d anticollision et la phase de communication car justement certaines techniques, comme par 20

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