Códigos Bidi

El código Bidi, nacido a mediados de la década de los noventa, es un código de barras moderno. Sirve para registrar, almacenar y acceder a una información y se ha hecho muy popular gracias a los smartphone. La cámara de fotos de estos dispositivos es capaz de leer los píxeles y redirigirte a una dirección web. Los píxeles que componen los códigos Bidi pueden almacenar miles de caracteres cifrados en forma de bytes.

Los códigos Bidi se pueden situar en múltiples soportes: anuncios en prensa escrita, folletos, vallas y carteles publicitarios, catálogos, páginas Web,… y permiten enlazar el mundo físico con el digital.

2.6.2 Códigos QR

Un código QR es un módulo para almacenar información en una matriz de puntos o en un código de barras bidimensional (figura 2.2). Fue creado en 1994 por la compañía japonesa Denso Wave. Presenta tres cuadrados en las esquinas que permiten detectar la posición del código al lector. El objetivo de los creadores (un equipo de dos personas en Denso Wave, dirigido por Masahiro Hara) fue que el código permitiera que su contenido se leyera a alta velocidad. Los códigos QR son muy comunes en Japón, donde es el código bidimensional más popular.

Si bien esta nueva tecnología acumula ya 18 años desde su aparición, ha sido la irrupción de los smartphones y la mejora de la calidad de las redes telefónicas lo que ha permitido una experiencia de usuario útil y valiosa, de forma que su implantación en mercados fuera de Japón (país donde está sobradamente extendido y goza de bastante popularidad) se ha empezado a notar en los últimos años (Arribas et al., 2014).

De hecho, el escaneo de códigos bidimensionales y de barras se ha convertido en una de las tendencias cada vez más consolidadas en Europa y Estados Unidos en los últimos tres años.

Figura 2.2.Ejemplos de códigos QR (Ledesma et al., 2010).

Aunque inicialmente se usó para registrar repuestos en el área de la fabricación de vehículos, hoy los códigos QR se usan para la administración de inventarios en una gran variedad de industrias. La inclusión de software que lee códigos QR en teléfonos móviles ha permitido nuevos usos orientados a los usuarios, que se manifiestan en comodidades como el dejar de tener que introducir datos de forma manual en los teléfonos. Las direcciones y los URL se están volviendo cada vez más comunes en revistas y anuncios. El agregado de códigos QR en tarjetas de presentación también se está haciendo común, y permite simplificar en gran medida la tarea de introducir detalles individuales del nuevo cliente en la agenda de un teléfono móvil. Los códigos QR también pueden leerse desde computadores personales, teléfonos inteligentes o tabletas, mediante dispositivos de captura de imagen como escáner o cámaras de fotos, programas que lean los datos QR y una conexión a Internet para las direcciones web.

Dentro de las principales características de los códigos QR se encuentran:

• Alta capacidad de codificación de datos: hasta 7.089 caracteres numéricos o 2.953 bytes.

• Decodificación sencilla y a alta velocidad: desde lectores hardware o aplicaciones software.

• Mayor densidad de datos y poco espacio necesario para impresión del código: en torno a 1/10 respecto al código de barras tradicional (Arribas et al., 2014).

• Adaptabilidad del código a los datos: tamaño en puntos de la matriz según contenido almacenado.

• Soporte de múltiples lenguajes y códigos de caracteres: numéricos, alfanuméricos, binarios, escrituras Kanji, Kana, Hiragana, o cualquier formato de datos mediante la definición de extensiones.

• Permite otras variantes como Micro QR o hasta 16 estructuras añadidas.

• Capacidad de corrección de errores: restauración de hasta un 30% de los datos.

La representación bidimensional de un código QR se denomina símbolo. Cada símbolo está formado por cuadros negros o blancos llamados módulos, que representan el 0 y el 1 binario respectivamente. Los módulos están ubicados en una estructura cuadrada, que contiene dos grandes bloques de módulos: los patrones de función y la región de codificación. En cada símbolo existen un conjunto de módulos que no contienen datos codificados, sino información necesaria para su decodificación. Son los denominados patrones de función, y existen varios tipos:

• Patrón de localización: patrón de función que existe por triplicado en el símbolo, situado en las esquinas superiores y la inferior izquierda. Sirven para calcular la orientación rotacional del símbolo.

• Patrón de alineamiento: secuencia alternada de módulos blancos y negros que ayuda a calcular las coordenadas de los módulos del símbolo.

• Patrón temporizador: patrón de función que permite resincronizar las coordenadas de mapeo del símbolo ante posibles distorsiones moderadas.

• Separador: patrón de función formado por módulos blancos, cuyo ancho es de un módulo y que separa los patrones localizadores del resto del símbolo (Arribas et al., 2014).

2.6.3 Códigos RFID

Los sistemas de identificación por radiofrecuencia (figura 2.3) o RFID son una nueva tecnología para la identificación de objetos a distancia sin necesidad de contacto, ni siquiera visual. Se requiere lo que se conoce como etiqueta o tag RFID que consiste en un microchip que va adjunto a una antena de radio y que va a servir para identificar unívocamente al elemento portador de la etiqueta. Con esto se pueden almacenar hasta 2

También se va a necesitar un lector que sea capaz de leer los datos almacenados en la etiqueta. Lo más normal es tener un dispositivo que tenga una o más antenas que emitan ondas de radio y que reciban las señales devueltas por la etiqueta RFID. Una vez hecho esto se puede trabajar con un ordenador sobre los datos que se han leído. Los microchips en las etiquetas RFID pueden ser o bien de lectura o bien regrabables, teniendo estos, más posibilidades ya que puede variarse su información o aumentarse la misma, lo cual es muy útil para realizar seguimiento de los objetos que portan la etiqueta.

Figura 2.3.Funcionamiento de un sistema RFID (Caisachana and Elizabeth, 2010).

Las bandas de frecuencia en las que trabajan los sistemas RFID son 125 o 134 KHz. para baja frecuencia y 13,56 KHz para alta frecuencia, aunque pueden trabajar en muchos otros rangos de frecuencia (Arribas et al., 2014).

Para el uso del espectro UHF los distintos países no consiguen llegar a un estándar ya que en Europa se trabaja en 868 MHz., en Estados Unidos 915 MHz. y en Japón se empieza a trabajar en 960 MHz. El problema que se genera en el empleo de la banda UHF es que hay distintos dispositivos que operan sobre la misma, y generan ruidos sobre los sistemas RFID y viceversa, con lo cual los gobiernos tienen que realizar detallados estudios para

determinar y minimizar los trastornos que puedan suceder como consecuencia de cambiar las bandas de trabajo de los dispositivos RFID(Arribas et al., 2014).

El origen de los códigos RFID está relacionado con la guerra, concretamente con la II Guerra Mundial, en la que el uso del radar permitía la detección de aviones a kilómetros de distancia, pero no su identificación. El ejército alemán descubrió que si los pilotos balanceaban sus aviones al volver a la base cambiaría la señal de radio reflejada de vuelta. Este método hacía así distinguir a los aviones alemanes de los aliados y se convirtió en el primer dispositivo de RFID pasiva.

Los sistemas de radar y de comunicaciones por radiofrecuencia avanzaron en las décadas de los 50 y los 60 en que los científicos de los países más avanzados trabajaban para explicar cómo identificar objetos remotamente. Las compañías pronto comenzaron a trabajar con sistemas antirrobo que usando ondas de radio determinaban si un objeto había sido pagado o no a la salida de las tiendas. Se utiliza con una etiqueta en la que 1 único bit decide si se ha pagado o no por el objeto en cuestión. La etiqueta pitará en los sensores colocados a la salida si el objeto no se ha pagado.

Han ido llegando mejoras en la capacidad de emisión y recepción, así como en la distancia, lo cual ha llevado a extender su uso en ámbitos tanto domésticos como de seguridad nacional. Las etiquetas pueden ser de tres tipos distintos dependiendo del lugar del que provenga la energía que utilizan para tramitar la respuesta. Pueden ser pasivas si no tienen fuente de alimentación propia, semi-pasivas si utilizan una pequeña batería asociada y activas si tienen su propia fuente de alimentación.

Las etiquetas RFID pasivas no llevan fuente de alimentación propia y utilizan para responder la energía inducida en la antena por la señal de escaneo de radiofrecuencia. Debido a esto la señal respuesta tiene un tiempo de vida bastante corto y su radio de transmisión puede llegar como máximo a 6 metros, pero tiene la ventaja de poder ser mucho más pequeña que las etiquetas activas.

Generalmente las etiquetas RFID operan en una frecuencia de 124, 125o 135 KHz., aunque hay sistemas que pueden llegara operar en 2.45 GHz. La forma de la etiqueta dependerá del

uso que se vaya a hacer de las mismas, aunque lo normal es que vaya montada sobre una pegatina o una tarjeta.

Las etiquetas semi-pasivas son muy similares a las pasivas, pero con la diferencia de que incluyen una pequeña batería que permite que el circuito integrado de la etiqueta esté siempre alimentado. Esto da lugar a que las antenas no requieran capturar la potencia de la señal entrante para devolver la señal saliente, sino que las antenas son mejoradas para la emisión de la respuesta.

Por último las etiquetas activas llevan su propia fuente de alimentación y tienen rangos mayores de uso, tanto a nivel de frecuencias, siendo las normales de uso 455 MHz, 2,45 o 5,8 GHz., como las distancias a las que pueden ser detectadas y leídas, 100 metros. Su tamaño es lógicamente mayor que los otros dos tipos de etiquetas, aunque no superan el tamaño de una moneda. Además portan una pequeña memoria, debido a lo cual pueden almacenar un mayor número de datos. Se puede usar como un transponedor o como una baliza.

En el primer caso puede ejemplificarse como un tele peaje o bien otros puestos de control en los que se requiera la apertura de puertas de seguridad. Su segundo uso es utilizado para sistemas de localización en tiempo real. En este caso la etiqueta está lanzando una señal cada cierto intervalo de tiempo, por ejemplo 3 segundos, hasta que el lector consiga identificar el lugar del que proviene la señal.

La tecnología RFID tiene una gran cantidad de aplicaciones y ámbitos de uso. La sencillez que presenta en el manejo, así como los múltiples campos de aplicación hacen de esta tecnología una de las de mayor potencial en un futuro no muy lejano. La tecnología RFID es utilizada por gobiernos en aplicaciones civiles y militares, en asuntos de seguridad nacional (pasaportes o billetes con tecnologíaRFID). También hacen uso de esta tecnología las grandes empresas para el seguimiento de sus productos, desde el inicio de su manufacturación hasta su destino final en los almacenes y tiendas (Arribas et al., 2014).

2.6.4 El GPS

El Sistema de Posicionamiento Global o GPS, es un sistema global de navegación por satélite que permite determinar en todo el mundo la posición de un objeto, una persona, un

vehículo o una nave. Se puede alcanzar una precisión hasta de centímetros, usando el GPS diferencial, pero lo habitual son unos pocos metros.

Aunque su invención se atribuye a los gobiernos de Francia y Bélgica, el sistema fue desarrollado e instalado por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos, del que actualmente se encarga.

El GPS funciona mediante una red de 27 satélites (24 operativos y 3 de respaldo) en órbita a 20200 km sobre el globo terráqueo, con trayectorias sincronizadas para cubrir toda la superficie de la Tierra. Cuando se desea determinar una posición, el receptor que se utiliza para ello localiza automáticamente como mínimo tres satélites de la red, de los que recibe unas señales indicando la posición y el reloj de cada uno de ellos (Kaplan and Hegarty, 2005).

Con base en estas señales, el aparato sincroniza el reloj del Sistema de Posicionamiento y calcula el retraso de las señales; es decir, la distancia al satélite. Por "triangulación" los tres satélites calculan la posición en que el GPS se encuentra. La triangulación en el caso del Sistema de Posicionamiento Global se basa en determinar la distancia de cada satélite respecto al punto de medición.

Conocidas las distancias, se determina fácilmente la propia posición relativa respecto a los tres satélites. Conociendo además las coordenadas o posición de cada uno de ellos por la señal que emiten, se obtiene las posiciones absolutas o coordenadas reales del punto de medición. También se consigue una exactitud extrema en el reloj del GPS, similar a la de los relojes atómicos que llevan a bordo cada uno de los satélites.

Cada satélite GPS emite continuamente un mensaje de navegación a 50 bits por segundo en la frecuencia transportadora de microondas de aproximadamente 1.600 MHz. La radio FM, en comparación, se emite a entre 87,5 y 108,0 MHz y las redes Wi-Fi funcionan a alrededor de 5000 MHz y 2400 MHz. Todos los satélites emiten a 1575,42 MHz (señal L1) y 1227,6 MHz (señal L2).

La señal GPS proporciona la “hora de la semana” precisa de acuerdo con el reloj atómico a bordo del satélite, el número de semana GPS y un informe de estado para el satélite de manera que puede deducirse si es defectuoso. Cada transmisión dura 30 segundos y lleva

1500 bits de datos codificados. Esta pequeña cantidad de datos está codificada con una secuencia pseudoaleatoria (PRN) de alta velocidad que es diferente para cada satélite. Los receptores GPS conocen los códigos PRN de cada satélite y por ello no sólo pueden decodificar la señal sino que la pueden distinguir entre diferentes satélites (Caisachana and Elizabeth, 2010).

Las transmisiones son cronometradas para empezar de forma precisa en el minuto y en el medio minuto tal como indique el reloj atómico del satélite. La primera parte de la señal GPS indica al receptor la relación entre el reloj del satélite y la hora GPS. La siguiente serie de datos proporciona al receptor información de órbita precisa del satélite. Para la determinación de posiciones sobre la superficie de la tierra se tienen dos formas de posicionamiento: el autónomo y el diferencial (Caisachana and Elizabeth, 2010).

El posicionamiento autónomo está caracterizado por 5 elementos fundamentales:

1. Trilateración desde satélites: La coordenada exacta de un punto sobre la tierra se calcula midiendo la distancia desde un grupo de satélites hacia la posición de la antena. Asumiendo que la distancia hacia un satélite es conocida, la posición de la antena puede estar sobre cualquier punto sobre la superficie de la esfera generada. Si se incorpora la distancia hacia un segundo satélite se generan dos esferas cuya intersección genera un círculo. La posición de la antena estará en algún punto sobre este círculo. Si se incorpora la distancia a un tercer satélite, la esfera generada se intercepta sobre dos puntos en el círculo. Uno de éstos es una posición degradada producida por una respuesta indeseada. Se necesitan 4 satélites como mínimo para determinar la solución de las cuatro incógnitas: coordenadas X, Y, Z y Tiempo.

2. Distancia hacia los satélites: La distancia desde un satélite a la antena del receptor es establecida midiendo el tiempo de viaje de la señal de radio desde el satélite al receptor. Tanto el satélite como el receptor generan un código PRN, idénticos sincronizados entre si. Así, el receptor compara el código recibido con el generado determinando la diferencia de tiempo entre las partes iguales del código. Esta diferencia es multiplicada por la velocidad de la luz para determinar la distancia.

3. Precisión en el tiempo: Los cálculos dependen de cuan precisos sean los relojes. En los satélites los relojes son de cesio, atómicos, altamente estables, a nivel de nanosegundos.

Mientras que en los receptores son de menor precisión. Por lo tanto, se debe corregir la posición por errores de sincronización de los relojes.

4. Posición de los satélites: Conocer la posición de los satélites es vital para la determinación de la posición del receptor.Los satélites son monitoreados por cinco estaciones de control distribuidas en el mundo determinando sus trayectorias y los coeficientes de corrección de los relojes.

5. Corrección de errores: Algunas fuentes de error de los GPS son difíciles de eliminar. Los cálculos asumen que la señal viaja a una velocidad constante, la velocidad de la luz, sin embargo esto es posible sólo en el vacío. Al ingresar la señal en la ionósfera y luego a la tropósfera sufre retardos de velocidad de propagación. Cuando la señal de un satélite se ve reflejada sobre algún objeto se produce un efecto de multipaso. Todos los receptores GPS realizan algunas correcciones para los retardos de señal (Caisachana and Elizabeth, 2010).

El posicionamiento diferencial, conocido como DGPS(Differential GPS), o GPS diferencial, es un sistema que proporciona a los receptores de GPS correcciones de los datos recibidos de los satélites GPS, con el fin de proporcionar una mayor precisión en la posición calculada. Se concibió fundamentalmente debido a la introducción de la disponibilidad selectiva .

El fundamento radica en el hecho de que los errores producidos por el sistema GPS afectan por igual (o de forma muy similar) a los receptores situados próximos entre sí. Los errores están fuertemente correlacionados en los receptores próximos.

Un receptor GPS fijo en tierra (referencia) que conoce exactamente su posición basándose en otras técnicas, recibe la posición dada por el sistema GPS, y puede calcular los errores producidos por el sistema GPS, comparándola con la suya, conocida de antemano. Este receptor transmite la corrección de errores a los receptores próximos a él, y así estos pueden, a su vez, corregir también los errores producidos por el sistema dentro del área de cobertura de transmisión de señales del equipo GPS de referencia.

2.6.5 La Brújula

La brújula fue inventada en China aproximadamente en el siglo IX con el fin de determinar las direcciones en mar abierto, e inicialmente consistía en una aguja imantada flotando en una vasija llena de agua. Más adelante fue mejorada para reducir su tamaño y facilitar el uso, cambiándose la vasija de agua por un eje rotatorio, y añadiéndose una rosa de los vientos que sirve de guía para calcular dirección.

Las brújulas funcionandetectando los campos magnéticos naturales de la Tierra. El planeta tiene un núcleo de hierro que es parte líquido y parte cristal sólido por su presión gravitacional. Se cree que el movimiento en el líquido del núcleo es lo que produce el campo magnético de la Tierra. Como todos los campos magnéticos, el campo magnético de la Tierra tiene dos polos principales, un polo norte y uno sur.

Estos polos magnéticos están un poco fuera del eje de la rotación de la Tierra, el cual es utilizado como las bases de los polos geográficos, pero están lo suficientemente cerca como para que las direcciones generales con ajustes para la diferencia polar, llamadas declinación, puedan ser utilizadas para la navegación (ALDANA SALINAS et al., 2008). Esencialmente, una brújula es un imán liviano, generalmente una aguja magnetizada, en un eje central de rotación libre. Esto le permite a la aguja reaccionar de la mejor manera ante los campos magnéticos cercanos. Como los opuestos se atraen, el polo sur de la aguja es atraído por el polo norte de la Tierra. Esta es la manera por la cual los navegadores son capaces de saber cuál es el norte.