¡Buenas! En este artículo vamos a responder a la pregunta:

¿Por qué los sistemas de cronometraje UHF GEN2 funcionan tan bien en las salidas?

En este otro post hablábamos acerca del campo lejano y el campo cercano; por qué el cronometraje con chip había viajado de la zapatilla al dorsal y, en un punto del mismo, comenté que los sistemas en la banda UHF funcionan muy bien en las salidas. Explicaré por qué y, para ello, empecemos por ver qué es un sistema GEN 2 UHF. GEN 2 es el nombre corto del estándar y viene de segunda generación.

http://www.ti.com/lit/sg/spab089/spab089.pdf

UHF hace referencia a la frecuencia de la señal. La frecuencia de una señal delimita la velocidad con la que se transmite una respuesta.

Sistemas de cronometraje como el de ChampionChip o el HDD de Rfid Race Timing Systems transmiten en baja frecuencia. Los software de cronometraje con el antiguo de Dag System transmiten en alta frecuencia y el sistema de Ipico, es dual, las alfombras lectoras transmiten en baja frecuencia, el chip se carga y responde en alta frecuencia, completando lo que se denomina un camino full duplex; el equipo de cronometraje y el chip pueden hablar a la vez.

Timing Sense, Chronotrack y Mylaps transmiten en banda UHF.

Esto significa que las preguntas del lector y las respuestas de los chips, son mucho más rápidas en UHF. El lector emite en un canal y el chip responde en otro.

Podría pensarse que, siendo así, podría ser una comunicación full duplex ya que hablan en canales distintos, algo parecido a lo que pasa en un móvil y sus interlocutores, pero lo cierto es que el chip devuelve parte de la señal que recibe. Mientras el chip está devolviendo la señal, el lector solo escucha. En un artículo futuro trataremos este tema.

¿Por qué los sistemas de baja frecuencia tenían problemas con el cronometraje de ciclismo en ruta?

Como explicamos más arriba, la gran mayoría de sistemas de cronometraje de baja frecuencia están basados en TIRIS de Texas Instruments.

Cuando un chip de cronometraje pasa por una de las alfombras, las antenas dentro de esta cargan el chip. El chip lleva un circuito resonante que se carga en periodos de 15 a 50 milisegundos, dependiendo de la aplicación. Nunca pude medir con un osciloscopio durante cuánto tiempo carga ChampionChip o el HDD, pero me inclino a pensar que durante 50 ms ambos. Durante ese tiempo o menos, el chip se carga a 134,2 Khz a la que resuena hasta que el emisor, se calla de golpe. En ese momento, el chip deja de recibir energía y, por inercia, descarga la que ha almacenado en su condensador interno a través de su helicoidal utilizando FSK. El chip tarda menos de 20 milisegundos en descargarse, dependiendo del número de 1 y 0 del código. Solo descarga 128 bits donde mete su código único. Ese es todo el protocolo.

Este cálculo no es 100% porque depende de la configuración que cada fabricante en su día diseñara en sus equipos de cronometraje. Si sus alfombras miden 1 metro de largo y escogieron períodos de carga de 50ms, si el chip tarda 20ms en descargarse, implica que la velocidad máxima a la que pueden leer un participante por encima de una alfombra ronda los 50 kms/hora según esta fórmula:

1 metro x 3600 segundos /((50 + 20) msegundos x 1000 metros) km/hora  = 50 Kms/hora

Y eso siempre que haya un solo chip sobre cada alfombra. En el sistema de cronometraje HDD y en Ipico es peor que en Championchip. Además, el sistema HDD tiene la peculiaridad que el emisor no está tan conseguido como en ChampionChip y muchas veces es difícil o imposible conseguir la corriente óptima para obtener la mayor altura de lectura. Y aun estando al máximo, no lee tan alto. Ipico, con un buen suelo y una buena configuración de alfombras puede leer a una altura de metro y medio. Pero no siempre pasa. No significa que sean malos, es que la tecnología evoluciona y Texas sacó al mercado esta tecnología hace más de 20 años. ¿Cómo eran los móviles entonces?

Volviendo al ciclismo o al cronometraje en general, si hay más de un chip sobre la misma alfombra, los dos chips intentan hablar al mismo tiempo y se generan ruido mutuamente. Existen una serie de sistemas de filtrado de la señal más potente, seguramente el chip más cercano a la alfombras, y algunos sistemas de anticolisión. Aún así, la transmisión es tan lenta que no son realmente efectivos. Por ejemplo, el sistema HDD hace un filtrado bastante peor, ya que necesitas unos 8 cms de diferencia de altura para que sea capaz de distinguir entre dos chips sobre una misma alfombra y no creo que tenga implementado ningún algoritmo de anticolisión. Entonces, ¿por qué ChampionChip funciona tan bien, un 95% de lecturas en salida con una sola línea, sabiendo todo esto? La razón principal es porque dividían las alfombras en segmentos mucho más pequeños donde colocaban antenas receptoras y donde no cabían más de una persona. Con estas soluciones consiguieron hacer un sistema que con doble línea sacaba una salida de forma muy respetable.

Estos sistemas de cronometraje deportivo en baja frecuencia no son buenos para ciclismo a mi entender. Puede que para MTB funcionen con un buen suelo de tierra, pero las alfombras no están preparadas para una bici de carretera ni su velocidad en una llegada al sprint. En 2013 cronometramos la Quebrantahuesos y la llegada estaba en una bajada recta. Con nuestro sistema UHF, Timing Sense, no tuvimos mayor problema, pero creo que si lo hubiésemos cronometrado con un sistema de baja frecuencia, habríamos tenido muchos problemas. La gente entraba muy rápido y en grandes pelotones.

¿Qué ventajas tiene un sistema de cronometraje GEN2 UHF?

En un sistema de cronometraje GEN2 UHF la tasa de transferencia de información, por el mero hecho de trabajar a una frecuencia del orden de 6575 veces aproximadamente más alta, le permite transferir información a mucha más velocidad. Eso también ha permitido crear un protocolo muchísimo más completo. El chip de cronometraje no solo se carga y luego descarga con su código, de hecho nunca se descarga hasta que sale del campo. Hace muchas más cosas y muy interesantes.

Para que veáis un ejemplo os dejo este vídeo que os gustará:

Por supuesto hay que tener en cuenta las condiciones ideales de la prueba, pero nos da una idea de lo rápido y alto que puede leer un chip en la tija o en la placa delantera de una bici.

Ya sabemos que lee muy rápido el chip pero, ¿no se produce colisión cuando el lector pregunta qué chips hay por ahí alimentados? Sí, pero si se genera colisión al responder dos o más chips al mismo tiempo, eso se detecta y se utiliza un algoritmo de anticolisión llamado slotted aloha protocol. Lo explico muy brevemente porque tiene su miga. Esto significa que los tiempos se dividen en slots y los chips sólo pueden contestar al principio de un slot. Según el tiempo que lleva encendido, genera un número aleatorio entre 1 y lo que le indiquemos por programación y se esperará ese número de slots para contestar. El que tenga un número inferior, contestará antes. De esta forma, se evitan nuevas colisiones y van pasando uno a uno todos los chips. Es importante elegir un buen número de slots posibles porque, si son muchos slots libres para los chips que hay, habrá muchos huecos vacíos donde nadie transmitirá. Si pasa lo contrario, habrán demasiadas colisiones. Recordad que el chip elige un número al azar entre varios. Cuantas menos posibilidades tenga para elegir y más chips haya, más colisionará. Aunque que no os preocupe en exceso porque los nuevos lectores, como el de Impinj, reajustan este valor por ellos mismos.

El primer protocolo Aloha se implementó en la universidad de Hawai y es una historia curiosa que os contaré en un próximo post.