Faq RFID – Domande e Risposte Frequenti in tema RFID
Il questa sezione vengono proposte le domande più frequenti e le relative risposte sul tema RFID.
Se sei invece interessato ad approfondire i termini più utilizzati della tecnologia RFID puoi consultare il Glossario.
Il metallo, il carbonio e tutti i materiali conduttori che non sono “radiotrasparenti” possono creare l’effetto Gabbia di Faraday.
In particolare, le frequenze UHF sono attenuate soprattutto dai liquidi (esistono però dei transponder che possono essere applicati ai liquidi con opportuni materiali isolanti), mentre per i materiali metallici sono stati progettati dei transponder (in-metal oppure on-metal) che garantiscono una lettura pressoché paritetica a quella ottenuta in aria libera.
Il controllo accessi involontario, detto anche hand-free, prevede il passaggio attraverso un gate / varco RFID, in cui la rilevazione del transito avviene senza che l’utente debba eseguire alcuna operazione (non esporre il badge vicino al lettore preposto alla rilevazione del transponder).
Entrambe le bande di frequenza, HF ed UHF, sono confacenti al controllo accessi di tipo involontario con alcune peculiarità distinte:
Sistema di controllo accessi involontario HF 13,56MHz ISO15693
- il sistema consente una luce massima di passaggio di 150cm,
- nessuna attenuazione generata dai liquidi,
- nessun vincolo sul posizionamento del badge, che viene quindi rilevato in 3D,
- la dimensione delle antenne è importante (1700x740mm).
Sistema di controllo accessi involontario UHF 868MHz
- il sistema consente la copertura di varchi anche molto grandi (5/7metri),
- attenuazione dettata dai liquidi,
- è necessario vincolare il posizionamento del badge al collo oppure con speciali porta-badge,
- la dimensione delle antenne è contenuta (160x160mm oppure 270x270mm).
I dispositivi RFID emettono onde radio, onde elettromagnetiche a frequenza molto bassa, innocue per il nostro corpo. Viviamo comunque in un mondo, nel quale siamo continuamente circondati da oggetti che emettono onde elettromagnetiche; si pensi ai recenti sistemi GPRS piuttosto che ai comuni telefoni cellulari, ma non solamente ad oggetti così moderni: un normale televisore e persino una vecchia radio, emettono onde elettromagnetiche.
E’ quindi più di mezzo secolo che i nostri corpi “convivono” con le onde elettromagnetiche senza che esse causino loro problemi di alcun tipo.
Un’antenna “a polarizzazione lineare” è un dispositivo che focalizza l’energia radio proveniente dal reader in un unico orientamento (o polarità). Questo permette di aumentare la distanza di lettura, riuscendo ad incrementare la capacità di penetrazione dell’onda radio emessa; le antenne “Circular-polarized” emettono invece onde radio in maniera circolare (come si può intuire dal nome): in questo caso il raggio d’azione del reader è minore ma vi sono più possibilità di “colpire” il tag; infatti quest’ultimo tipo di antenna viene utilizzato in situazioni nelle quali i tag applicati sui prodotti non possono essere controllati, mentre invece in caso di reader dotati di antenna “Linear-polarized, le etichette dovranno essere allineate con molta precisione in direzione dell’antenna stessa.
Cosa sono e come funzionano i sistemi anti-collisione?
I sistemi anti-collisione sono delle procedure che vengono utilizzate per gestire la lettura di più tag contemporaneamente; tecnicamente questi sistemi prevengono l’episodio fastidioso della sovrapposizione di onde radio, emesse da tag diversi, che finiscono col disturbano vicendevolmente. All’interno di un unico campo elettromagnetico generato da una singola antenna di un reader, è possibile gestire la lettura di tag diversi grazie ad algoritmi detti appunto anti-collisione, che regolano gli intervalli di tempo nei quali devono essere letti i tag: in questo modo non si verificano interferenze e non si corre il rischio di ricevere informazioni errate od imprecise.
La tecnologia UHF permette di identificare in anti-collisione un numero molto elevato di transponder (anche oltre i 500pcs.): il numero massimo dipende dalla velocità di transito, dalla tipologia di informazioni da rilevare per ciascun transponder e dal tipo di controller RFID che viene utilizzato (buffer di memoria disponibile).
Le interfacce disponibili lato host sono le più comuni e comprendono: Ethernet RJ45, USB, RS232, RS485, TTL, Wi-Fi, GPRS, TTL/RS232.
Sono inoltre disponibili vari modelli di controller con Input, Output e relè, microcontrolli integrati per sviluppo di applicazioni embedded.
Sì, si tratta degli standard ISO 11784 e ISO 11785, applicati solo per l’identificazione degli animali da compagnia e d’allevamento (ovini e caprini).
I tag RFID si suddividono principalmente in tag passivi e tag attivi.
I tag passivi ricevono l’energia necessaria ad operare esclusivamente dal campo RF fornito dal sistema; la comunicazione tra tag e reader avviene solo all’interno di questo campo elettro-magnetico.
I tag attivi invece hanno un’alimentazione propria, normalmente costituita da una batteria a lunga durata: quando interrogati dal “sistema di lettura”, questi tag emettono una propria energia a RF che può propagarsi su distanze molto più consistenti.
All’interno delle due classi principali descritte si trovano ulteriori suddivisioni:
– tag semi-passivi comunicano con il reader quando sono all’interno del campo RF in banda HF o UHF (nei rispettivi standard di comunicazione) e sono dotati di una micro-batteria (in carta o materiale organico) utilizzata per sostenere la comunicazione con dei sensori (ad es. di temperatura, umidità, etc),
– tag semi-attivi comunicano con il reader quando sono sollecitati dal campo RF (HF o UHF), sono dotati di una micro-batteria utilizzata per sostenere la comunicazione con il reader e comunicano anche al di fuori del campo RF.
La capacità di memoria (user memory) di un tag / transponder UHF è attualmente di 512 bit (64 caratteri) o 1024 bit (128 caratteri).
Sono da poco stati annunciati chip con capacità di 8 Kbyte, i cui costi però risultano essere ancora molto elevati.
Nei tag HF, a seconda dello standard di riferimento, la memoria può essere di 1024/16.000 bit nello standard ISO 15693 e può arrivare fino a 72 Kbyte nello standard ISO 14443 (vedi passaporto elettronico).
Normalmente i tag / transponder in banda LF sono invece privi di memoria.
L’NFC opera alla frequenza HF 13,56 MHz: in particolare, le specifiche tecniche della tecnologia NFC si basano sugli standard ISO 15693, 18092 e 21481, ECMA 340, 352 e 356 ed ETSI TS 102 190.
L’NFC è inoltre compatibile con la diffusa architettura delle smart card contactless, basate su ISO 14443 A/B, NXP (ex Philips Semiconductors) MIFARE e Sony FeliCa.
La distanza di comunicazione della tecnologia UHF è maggiore rispetto alle altre tecnologie e varia in funzione dei controller e dei tag utilizzati. I palmari mobili dotati di tecnologia RFID UHF consentono di comunicare con i tag a distanze di 4-6 mt, mentre i controller di tipo Long Range UHF rilevano i tag a 10/15 mt.
Con specifici tag passivi di tipo on metal sono possibili distanze di comunicazione addirittura fino a 30/35 mt.
Le tecnologie LF sono tipicamente di prossimità da 5 a 10 cm; utilizzando controller Long Range si possono raggiungere anche distanze superiori: es. 80 cm.
Le tecnologie HF offrono invece distanze di comunicazioni variabili in funzione dello standard di riferimento: ISO14443 A/B ed NFC la distanza di lettura è di circa 10 cm, mentre ISO 15693 la distanza è variabile da 5 a 120 cm (in base al controller utilizzato).
La proposta tecnologica RFID attiva si ramifica in sei diverse soluzioni, che sfruttano differenti principi di funzionamento:
- tecnologia RFID attiva di tipo “Response” (simile al Telepass),
- tecnologia RFID attiva di tipo “Broadcast” (il tag è un radio trasmettitore)
- tecnologia RFID attiva di tipo “Wake Up” (il tag viene risvegliato da un campo elettromagnetico passivo di tipo low frequency, ma risponde/trasmette utilizzando l’energia fornita dalla batteria a frequenza UHF 868 MHz)
- RTLS (Real Time Location System)
- WIFI Location System
- Wireless Sensor Network
Eccole nel dettaglio:
Response
Il tag / transponder attivo contiene al suo interno, anziché un condensatore che per induzione assume energia dal campo elettro-magnetico, una piccola batteria che alimenta la comunicazione.
Il campo elettro-magnetico emesso dal reader e dall’antenna consente infatti di “risvegliare” il tag che, grazie all’energia fornita dalla batteria, inizia a trasmettere anche al di fuori dello stesso campo, offrendo elevate distanze di comunicazione (anche oltre i 100 mt).
Un esempio di tag attivo molto noto ed abbastanza simile alla tecnologia Response è il Telepass; la durata della batteria dipende dal numero di sollecitazioni/comunicazioni (durata media di circa 5 anni).
I tag attivi di tipo Response sono tipicamente Read/Write con capacità di memoria variabile da 64 byte a 32Kbyte; possono avere un led luminoso che si accende quando viene attivata la comunicazione e possono essere “interrogati”, per verificare lo “stato di carica ” della batteria.
Esistono tag di tipo Response con integrati dei sensori (o con collegate delle sonde esterne) adatti per rilevare la temperatura e/o una variazione di stato.
Broadcast
Il tag attivo Broadcast è di fatto un “radio-trasmettitore: la trasmissione del codice UID può avvenire ad intervalli regolari, variabili da 0,5 msec a 20 sec (impostazione che deve essere definita all’origine, chiamata anche ping-rate).
A differenza della precedente tecnologia, il tag non deve essere sollecitato per attivare la comunicazione: questo agevola il suo utilizzo nel caso in cui ci siano particolari “barriere” (es. lastre di metallo, griglie di metallo, acqua, etc) che si sovrappongono alla possibile comunicazione tra tag e ricevitore.
I Tag di tipo Broadcast, a parità di distanza di trasmissione, sono più economici dei tag di tipo Response però, per contro sono di tipo Read Only (hanno la possibilità di memorizzare 9 byte solo la prima volta), non hanno led luminoso e non possono trasmettere informazioni relative allo stato della batteria.
La durata della batteria dipende dal ping-rate, ossia la frequenza temporale di invio messaggio.
Wake Up
La tecnologia di tipo Wake Up consente di determinare la posizione esatta del tag (e quindi dell’oggetto, della persona o del mezzo a cui esso si riferisce) nel momento in cui questo viene rilevato da un Position Marker (risvegliatore).
Il tag possiede una doppia tecnologia: UHF attiva 868 Mhz ed LF passiva 125 Khz: quando il tag transita vicino al Position Marker (da 0,50 mt a 5 mt), il codice identificativo di quest’ultimo viene “memorizzato” nel Tag ed inviato ad un ricevitore in modalità Response o Broadcast secondo necessità e tipologia di tag.
RTLS (Real Time Location System)
Il sistema RTLS opera normalmente su Ultra Wide Band e consente di individuare in tempo reale lo spostamento di oggetti e/o di soggetti dotati di tag attivi, rilevando la loro esatta ubicazione.
La localizzazione può essere effettuata anche se gli oggetti/soggetti sono in movimento con un alta velocità di spostamento e la distanza di comunicazione può essere molto elevata (da 180 m a 500 m).
La precisione della rilevazione dipendente molto dall’ambiente.
WIFI Location System
La WiFi Location System permette di gestire le attività di localizzazione e di monitoraggio di dispositivi WiFi (devices e/o tag transponder) sfruttando eventuali infrastrutture di comunicazione esistenti (Access Point).
L’accuratezza della localizzazione può arrivare a scarti variabili (dipendenti dall’ambiente) da 2 a 10 mt.
Alcune WiFi Location System integrano nativamente l’interfaccia verso la tecnologia GPS: questa funzione diventa fondamentale per superare i limiti di utilizzo della tecnologia WiFi, soprattutto quando impiegata in spazi aperti (es.piazzali) laddove le condizioni atmosferiche avverse (pioggia, neve, nebbia, etc) possono compromettere l’accuratezza della localizzazione.
Wireless Sensor Network
Le Wireless Sensor Network sono reti composte da piccoli dispositivi elettronici che raccolgono e trasmettono dati fra di loro, al fine di localizzare la loro posizione in tempo reale e/o di misurare dati fisici in determinate aree e/o ambienti.
Nella maggior parte dei casi una WSN può essere facilmente spostata da una locazione ad un’ altra e non sono richiesti costi di cablaggi.
Le reti di sensori wireless operano tipicamente su frequenze di 868 Mhz e/o 2,4 GHz e consentono la localizzazione in tempo reale (indoor/outdoor) delle persone dotate di tag, nonché, se richiesto, anche il monitoraggio della loro attività (cinematica) con rilevazioni di tipo 3D (multipiano).
Lo standard maggiormente utilizzato per questa tecnologia è Zigbee.
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