Contributions to the development of active RFID systems at the 433 MHz band

Abstract

Donat el potencial de la tecnologia RFID activa, aquesta tesi contribueix al seu desenvolupament centrant-se en les capes més baixes de la pila de protocols, és a dir, la capa física i la capa d'enllaç de dades. Aquestes capes determinen l'abast de la comunicació entre l'interrogador i les etiquetes, el nombre d'etiquetes que un interrogador pot llegir per segon i el consum d'energia que utilitzen les etiquetes en el procés, que en són els paràmetres de rendiment clau. A la capa física la tesi avalua els aspectes de propagació de la banda 433 MHz en diferents entorns i els compara amb la banda 2.4 GHz. Els resultats demostren que, per a la mateixa potència de transmissió, els sistemes RFID actius que funcionen a la banda 433 MHz aconsegueixen un millor abast de comunicació gràcies a unes millors característiques de propagació. A la capa d'enllaç de dades la tesi proposa LPDQ (Low-Power Distributed Queuing), un nou protocol d'accés al medi, i el compara amb FSA (Frame Slotted ALOHA). LPDQ combina LPL (Low-Power Listening) per a la sincronització de xarxa i DQ (Distributed Queuing) per a la transmissió de dades. En comparació amb el cas òptim de FSA, LPDQ aconsegueix un rendiment proper al màxim teòric (99.5%) independentment del nombre d'etiquetes i redueix el consum d'energia de les etiquetes en més d'un 10%.

Dado el potencial de la tecnología RFID activa, esta tesis contribuye a su desarrollo centrándose en las capas más bajas de la pila de protocolos, es decir, la capa física y la capa de enlace de datos. Estas capas determinan el alcance de la comunicación entre el interrogador y las etiquetas, el número de etiquetas que un interrogador puede leer por segundo y el consumo de energía que utilizan las etiquetas en el proceso, que son los parámetros de rendimiento clave. En la capa física la tesis evalúa los aspectos de propagación de la banda 433 MHz en diferentes entornos y los compara con la banda 2.4 GHz. Los resultados demuestran que, para la misma potencia de transmisión, los sistemas RFID activos que funcionan en la banda 433 MHz consiguen un mejor alcance de comunicación gracias a unas mejores características de propagación. En la capa de enlace de datos la tesis propone LPDQ (Low-Power Distributed Queuing), un nuevo protocolo de acceso al medio, y lo compara con FSA (Frame Slotted ALOHA). LPDQ combina LPL (Low-Power Listening) para la sincronización de red y DQ (Distributed Queuing) para la transmisión de datos. En comparación con el caso óptimo de FSA, LPDQ consigue un rendimiento cercano al máximo teórico (99.5%) independientemente del número de etiquetas y reduce el consumo de energía de las etiquetas en más de un 10%.

Given the potential of active RFID technology, this thesis contributes to its development by focusing on the lowest layers of the stack, that is, the physical and data-link layers. These layers determine the tag communication range, packet throughput and energy consumption, which are key performance parameters. At the physical layer, the thesis studies propagation aspects of the 433 MHz band in different environments and compares it to the 2.4 GHz band, which is also used in active RFID systems. The results demonstrate that active RFID systems operating at the 433 MHz band can achieve a better communication range at the same transmit power due to better propagation characteristics. At the data-link layer, the thesis proposes LPDQ (Low-Power Distributed Queuing), a new MAC (media access control) protocol, and compares it to FSA (Frame Slotted ALOHA). LPDQ combines LPL (Low-Power Listening) for network synchronization and DQ (Distributed Queuing) for data transmission. Compared to the optimal FSA case, LPDQ can achieve a performance close to the theoretical maximum (99.5%), regardless of the number of tags, and reduces tag energy consumption by more than 10%.