Who counterfeited my Viagra? probabilistic item removal detection via RFID tag cooperation

We leverage RFID tag cooperation to enforce tampering detection. That is, we provide a set of probabilistic protocols that detect the absence of a tag from a system composed of a set of tags and a reader. Our proposals are able to detect which tag and for how long it has been taken away from the system. The grain of the detection can be tuned with respect to the resources available on the tags. Another merit of our solutions is to provide a proof-of-concept that a small level of cooperation among tags can further extend the range of applications RFID can support, possibly opening new veins of research. The proposed protocols fit the resource constraints of the several classes of RFID available on the market. In particular, the memory requirement ranges from few memory slots to a number of memory slots that is proportional to the number of rounds the presence of a tag is going to be checked. Computation is just one hash per round. This fully fledged set of protocols is thought to trade off the detection grain with the resources on the tag: the finer the item removal detection grain, the more resources a protocol requires. A thorough analysis for the removal detection probability is provided. Finally, extensive simulations support the analytical results, showing the viability of the proposed solutions

Trade-off between maximum cardinality of collision sets and accuracy of RFID reader-to-reader collision detection

As the adoption of the radio-frequency identification (RFID) technology is increasing, many applications require a dense reader deployment. In such environments, reader-to-reader interference becomes a critical problem, so the proposal of effective anti-collision algorithms and their analysis are particularly important. Existing reader-to-reader anti-collision algorithms are typically analyzed using single interference models that consider only direct collisions. The additive interference models, which consider the sum of interferences, are more accurate but require more computational effort. The goal of this paper is to find the difference in accuracy between single and additive interference models and how many interference components should be considered in additive models. An in-depth analysis evaluates to which extent the number of the additive components in a possible collision affects the accuracy of collision detection. The results of the investigation shows that an analysis limited to direct collisions cannot reach a satisfactory accuracy, but the collisions generated by the addition of the interferences from a large number of readers do not affect significantly the detection of RFID reader-to-reader collisions

Stratégies technologiques pour améliorer la gestion des médicaments dans la chaîne d'approvisionnement pharmaceutique et le circuit hospitalier : le cas des codes-barres et du RFID

RÉSUMÉ Cette thèse par cumul d’articles tente de mieux comprendre l’évolution des technologies, la compétition entre deux régimes technologiques et l’émergence d’un design dominant. Elle a été conduite dans le contexte spécifique du secteur de la santé et s’est intéressée aux stratégies technologiques pour améliorer la gestion des médicaments. En effet, si un consensus existe quant aux bienfaits des médicaments sur la santé, la gestion des médicaments n’est pas nécessairement optimale et différents enjeux et problèmes peuvent être identifiés. Premièrement, la gestion des médicaments requiert du personnel spécialisé, des technologies sophistiquées, et des procédures de contrôle et de sécurité. Ceci représente des dépenses majeures pour le système de santé. Au Canada, 32 milliards de dollars auraient été assignés pour l’approvisionnement et la gestion des médicaments en 2011, ce qui constitue la deuxième dépense la plus importante pour le système de santé juste après celle des centres hospitaliers. Deuxièmement, les erreurs de médication représentent la huitième cause de décès au monde et entraînent des coûts substantiels. Les États-Unis, par exemple, dépensent par année 2 milliards de dollars pour mitiger les conséquences des erreurs liées aux médicaments. Troisièmement, la présence croissante des médicaments contrefaits est préoccupante puisqu’ils représentent au niveau mondial près de 10% du volume total des médicaments, ce qui est estimé pour 2010 à près de 75 milliards de dollars, soit une augmentation de 92% par rapport à 2005. Enfin, les médicaments représentent une part non négligeable des déchets médicaux, soit approximativement 15% de ces déchets dans les hôpitaux, et ne sont pas nécessairement traités de façon adéquate. Les systèmes d’identification et de suivi des médicaments sont considérés comme la stratégie privilégiée pour assurer une gestion plus optimale des médicaments et contrer les problèmes et les enjeux mentionnés précédemment. Cependant, il existe une compétition entre deux porteurs de données nécessaires pour ces systèmes, soit les codes-barres, technologie mature et bien établie depuis plusieurs décennies (ancien régime technologique) et RFID (Radio Frequence Identification), technologie émergente et considérée par certains comme disruptive (nouveau régime technologique). Le passage d’un régime technologique à un autre est qualifié de chaotique, est caractérisé par des niveaux d’incertitudes élevés et correspond à une ère de fermentation (era of ferment) ou « interrègne ». Or, cette ère de fermentation qui donne naissance au design dominant reste très peu explorée dans la littérature. La thèse tente donc d’explorer l’ère de fermentation. Plus spécifiquement, cette thèse poursuit trois objectifs généraux.Le premier objectif vise à analyser les stratégies technologiques et les dynamiques observées pendant l’ère de fermentation ou «interrègne » entre les codes-barres et RFID en tant que porteurs de données pour les systèmes d’identification et de suivi des médicaments. Quelles sont les plateformes technologiques mises en œuvre ou envisagées pour améliorer la gestion des médicaments tout au long de la chaîne d’approvisionnement pharmaceutique et dans les hôpitaux? Quels sont les mérites relatifs des deux technologies qui s’affrontent? Quel sera le design dominant qui permettrait d’améliorer la gestion des médicaments? Comment le progrès technologique peut-il permettre l’identification des médicaments? Le deuxième objectif tente d’évaluer l’importance relative des divers facteurs (technologiques, organisationnels, inter-organisationnels et ceux liés à l’environnement externe) qui prolongent ou raccourcissent l’ère de fermentation ou « interrègne » entre les codes-barres et RFID en tant que porteurs de données pour les systèmes d’identification et de suivi des médicaments. Quels sont les principaux facteurs qui favorisent la fin de l’ère de fermentation et l’émergence du design dominant? Quels sont les principaux facteurs qui prolongent l’ère de fermentation et qui entravent l’émergence du design dominant? Le troisième objectif cherche à cerner les principaux impacts (perçus ou réels) de l’adoption des codes-barres et de la technologie RFID en tant que porteurs de données pour les systèmes d’identification et de suivi des médicaments. Quels sont ces impacts et quelle est leur importance relative? Est-ce que ces impacts diffèrent selon les acteurs de la chaîne de valeur des médicaments? Est-ce que ces impacts contribuent au prolongement de l’ère de fermentation ou à l’émergence du design? L’étude sur le terrain examine les systèmes d’identification et de suivi des médicaments qui permettent d’améliorer la gestion des médicaments à deux niveaux : au niveau de la chaîne d’approvisionnement pharmaceutique et au niveau de leur parcours dans les hôpitaux, ce qui inclut la fonction logistique de la pharmacie hospitalière et les processus de médication. Au total, 132 organisations et 178 individus ont participé à cette recherche exploratoire qui mise sur des données quantitatives et qualitatives et sur plusieurs méthodes de collectes de données telles que l’analyse de documents, les observations, la modélisation et la simulation des processus, les entrevues semi-structurées, les discussions de groupe (focus groups) et l’enquête. Les principaux résultats ont été structurés en trois différents articles de thèse. Le premier article porte sur la chaîne d’approvisionnement pharmaceutique et démontre que le consensus entre les acteurs de cette chaîne pour déterminer la meilleure stratégie technologique pour identifier et suivre les médicaments et, ainsi, éviter la contrefaçon est loin d’être atteint. RFID est considérée comme une technologie supérieure aux codes-barres sur le plan logistique. Cependant, la popularité de l’ancienne technologie et les problèmes techniques associés à la nouvelle technologie s’avèrent être les principaux obstacles pour son adoption. Les solutions hybrides combinant les codes-barres et le RFID présentent aussi des avantages importants pour la gestion de la chaîne d’approvisionnement. Le deuxième article est centré sur les processus de la fonction logistique de la pharmacie hospitalière et démontre l’importance d’analyser les niveaux d’emballage des médicaments et les inefficiences des processus logistiques afin de déterminer la solution la plus adéquate pour l’identification et le suivi des médicaments. Une configuration hydride combinant la technologie RFID pour identifier les boîtes et les cassettes des médicaments et les codes-barres pour identifier les emballages primaires semble être la configuration qui répond le mieux aux caractéristiques organisationnelles et aux exigences du secteur de la santé. Cette solution hybride pointe vers une coexistence entre les codes-barres et la technologie RFID comme stratégie privilégiée pour les systèmes d’identification et de suivi des médicaments. De plus, cet article analyse les impacts (réels ou perçus) de cette coexistence, tels que les bénéfices relatifs à la gestion des médicaments, les enjeux d’implantation et le développement de nouvelles relations inter-organisationnelles entre les acteurs de la chaîne de valeur de médicaments. Le troisième article analyse quatre chemins d’adoption pour améliorer les processus de médication dans un service d'urgence, soit l’adoption des barres-codes seulement, l’adoption de RFID seulement, la migration des barres-codes vers RFID et l’adoption simultanée des barres-codes et de RFID. En tenant compte des caractéristiques des processus de médicaments, des avantages relatifs des deux porteurs données, des caractéristiques organisationnelles, de l’influence des acteurs externes et des impacts perçus ou réels, la coexistence entre les codes-barres et la technologie RFID s’avère la solution la plus efficace et la plus compatible. Cette thèse de doctorat présente plusieurs contributions. Sur le plan théorique, les contributions principales portent sur l’étude de l’ère de fermentation et sur l’émergence de standards technologiques, et plus particulièrement sur le modèle de la coexistence de deux technologies rivales. Nos résultats supportent le modèle de Tushman et Anderson sur le cycle évolutif des technologies et confirme la présence de l’ère de fermentation entre les codes-barres et le RFID. Les résultats obtenus suggèrent que de multiples configurations technologiques peuvent coexister. La coexistence peut se réaliser selon trois modèles, un modèle de convergence, un modèle de migration (des barres-codes vers RFID) et un modèle hybride capitalisant sur les avantages respectifs des deux porteurs de données. Sur le plan méthodologique, les contributions correspondent à l’originalité de la stratégie de recherche déployée permettant de capter la complexité de la problématique dans un seul système de recherche. La démarche méthodologique empruntée préconise en effet l’étude de plusieurs cas multiples et le recours à différentes méthodes de collectes de données à la fois qualitatives et quantitatives. Sur le plan pratique, les résultats obtenus à partir de cette thèse peuvent être utilisés par les décideurs publics, les gestionnaires, les développeurs de solutions technologiques pour résoudre les enjeux liés à l’utilisation des médicaments. Cette thèse présente des cartographies détaillées de différents processus relatifs à la gestion des médicaments. Cet outil peut être pris comme référence pour élaborer leurs plans d’action et améliorer les processus actuels. L’analyse des mérites relatifs à chaque configuration technologique peut être utilisée pour diminuer l’incertitude technologique expérimentée par les acteurs du secteur de la santé. Mots clés : Évolution technologique, codes-barres, RFID, gestion des médicaments, circuit hospitalier et chaîne d’approvisionnement pharmaceutique.-----------ABSTRACT The main objective of this thesis by articles is to gain a better understanding of the technological progress, the competition between two technological regimes and the emergence of a dominant design in the specific context of the healthcare sector. This thesis focuses on the technological strategies to improve medicines management. Such a focus is motivated by different reasons. First, medicines management requires specialized medical and non-medical personnel, sophisticated technologies as well as safety and quality procedures, triggering major expenditures for the healthcare system. In Canada, 32 billion dollars have been allocated for the procurement and management of medicines in 2011, representing the second largest expense for the Canadian healthcare system. Second, medication errors are the eighth leading cause of death worldwide and generate substantial costs. For instance, these errors cost annually more than 2 billion dollars for the U.S. healthcare sector. Third, counterfeit medicines represent a serious public health challenge as they account almost 10% of the worldwide pharmaceutical market and represent in 2010 nearly $75 billion, a 92% increase over 2005. Finally, a significant portion of medical wastes, for instance approximately 15% of hospital wastes, comes from discarded medicines and their disposal may not be adequately addressed. Track and trace systems, or traceability systems, are considered as the preferred technological strategy to improve the medicines management and counteract the problems and issues mentioned above. However the choice of the data carrier that enables the tracking and tracing of medicines is not clear yet as a competition between two technologies can be observed, namely between the mature and well-established barcodes (the old technological system) and the emerging and disruptive Radio Frequency Identification or RFID (the new technological regime). The transition from one technological regime to the other is described as chaotic, is characterized by high levels of uncertainty and corresponds to an era of ferment or "interregnum." However, this era of fermentation that gives rise to the dominant design remains largely unexplored in the literature. The thesis therefore attempts to explore the era of fermentation. More specifically, this thesis has three general objectives. The first objective is to analyze the technological strategies and the dynamics observed during the era of ferment or "interregnum" between barcodes and RFID as the data carrier for tracking and tracing medicines. Which technological platforms are developed to improve medicines management throughout the pharmaceutical supply chain and the hospital processes? What are the relative merits of these two data carriers? What will be the dominant design for tracking and tracing medicines? How does technological progress evolve? The second objective attempts to assess the relative importance of several factors, namely the technological, organizational, inter-organizational and environment related factors that extend or shorten the era of ferment or "interregnum" between barcodes and RFID as the data carrier for tracking and tracing medicines. Which factors contribute to the end of the era of ferment and to the emergence of the dominant design? Which factors prolong the era of fermentation and slow down the emergence of the dominant design? The third objective corresponds to the evaluation of the main impacts (perceived or real) generated by the adoption of barcodes and RFID technology as the data carrier for tracking and tracing medicines. What are these impacts? Do these impacts differ between the actors of the healthcare sector? Do these impacts prolong the era of ferment and slow down the emergence of the dominant design? This thesis presents a field study that assesses the technological solution for tracking and tracing medicines at two levels, at the pharmaceutical supply chain level and within the hospitals. The latter includes the logistics activities of the hospital pharmacy and the medication processes. A total of 132 organizations and 178 individuals have participated to this exploratory research. Empirical evidence is based on quantitative and qualitative data and relied on multiple data collection methods such as document analysis, observations, process model and simulation, semi-structured interviews, focus groups and survey. The main findings are discussed in three articles. The first article analyses the technological anti-counterfeiting strategies as they are envisioned in Europe and North America and evaluates their respective potential in improving the integrity of the pharmaceutical supply chains. It shows that the consensus among the pharmaceutical actors to determine the best technological strategy for tracking and tracing medicines is far from being reached. Although RFID technology holds a strong potential to improve logistics, the popularity of the barcodes (old technology) and the technical problems associated with the new technology proved to be the main obstacles for the RFID adoption. Hybrid solutions combining barcodes and RFID entail significant advantages for improving medicines management. The second article focuses on the processes of the logistics function of the hospital pharmacy and demonstrates the importance of analyzing the levels of drug packaging and inefficiencies of logistics processes to determine the most appropriate solution for tracing and tracking medicines. The hybrid configuration, combining RFID technology for tracking cases, bundles and bins, and barcodes for identifying primary packages, seems to be, taking into account the contextual constraints, the most promising solution. This hybrid solution points to a coexistence between the barcode and RFID technology as a preferred strategy for automatic identification and tracking of medicines. Moreover, this paper analyzes the impacts (real or perceived) of this coexistence, such as the benefits for medication management, the implementation issues and the development of new inter-organizational relationships between the actors in the value chain drug. The third article explores four different adoption paths for improving the medication process of an emergency department, namely full barcode implementation, full RFID implementation, migration and hybridization. Taking into account the characteristics of the medication processes, the relative merits of the two data carriers, the characteristics of healthcare organizations, and the perceived or real impacts, the coexistence of barcode and RFID technology seems to be the most effective and most compatible adoption path. This thesis makes several contributions. At the theoretical level, it improves our collective understanding of the era of ferment in general and the coexistence of two competing technologies in particular. Our results support to some extent the previous work on technological progress as proposed by Tushman and Anderson and confirm the presence of an era of ferment between barcodes and RFID. However, our research suggests that a dominant design may not be reached and, consequently, multiple technological configurations could coexist. Coexistence between RFID and barcode can lead to three models, a convergence model, a migration model (from barcodes to RFID) and a hybrid model that capitalizes on the advantages of both data carriers. Another contribution arises from the research design that could be termed as original. Indeed, it attempts to capture the complexity of the problem in one single research relying on both qualitative and quantitative data and on multiple data collection methods. As for practical contributions, results may be useful to policy makers, managers and technological developers for counteracting the issues and problems related to the medicine management. The detailed process maps presented in this document may be used as a reference for assessing existing processes and for elaborating action plans. Finally, our research assesses the relative merits of the different technological configurations. This analysis can be used to reduce some of the technological uncertainty experienced by the healthcare sector. Key words: Technological progress, barcodes, RFID, medicines management, hospital medicines processes and pharmaceutical supply chain