GENESI BELLICA DELLA TECNOLOGIA RFID

L’acronimo RFId, Radio Frequency Identification, nasce dall’insieme delle tecnologie in grado di consentire l’identificazione automatica a distanza di un oggetto attraverso l’utilizzo delle onde radio.

Contrariamente a quanto comunemente si ritiene, l’RFId ha una storia tecnologicamente “antica” e consolidata. Nasce infatti nella seconda guerra mondiale quale sistema di ausilio ai radar (“radio detecting and ranging”, rilevamento radio e misurazione di distanze), già presenti sulle coste inglesi e tedesche nei primi anni del conflitto. Tale sistema, nelle sue prime realizzazioni, non era in grado di distinguere gli aerei amici da quelli nemici. Venne pertanto dato grande impulso alla progettazione di un sistema IFF – Identification Friend or Foe (Identificazione amico o nemico), progenitore dell’attuale RFID. Gli ingegneri decisero di installare a bordo dei velivoli una scatola contenente una ricetrasmittente, denominata successivamente “transponder”, che all’atto dell’illuminazione radar rispondesse sulla stessa frequenza con un “bip”, permettendo al radar stesso l’identificazione degli aerei.

In una seconda fase evolutiva, permise non solo l’identificazione IFF ma anche quella univoca mediante un identificativo (“ID”) assegnato ad ogni velivolo. Questo importante obiettivo che consentiva di distinguere con precisione ciascun aeromobile dagli altri, fu reso possibile modulando l’emissione del transponder (primi esperimenti di onde radio FM) a bordo dell’aereo, che non inviava più un semplice “bip”, ma una serie di dati opportunamente codificati.

Questa innovazione permise di “numerare” ogni aereo e conoscerne la posizione univoca sul radar.

LE TECNOLOGIE RFId

L’RFId è spesso descritto come l’insieme delle tecnologie in grado di consentire l’identificazione univoca e a distanza di oggetti di qualunque natura, attraverso specifici sistemi che utilizzano le onde radio. Il sistema infatti è composto essenzialmente da un ricetrasmettitore (transmitter + responder = transponder o TAG RFId) che, interrogato via radio, risponde e identifica univocamente l’oggetto su cui è posto.

Basato sui sistemi sviluppati durante la seconda guerra mondiale, ha subito nel tempo numerose evoluzioni, le ultime delle quali legate principalmente ai livelli di miniaturizzazione dei sistemi che ne hanno permesso la grande diffusione attuale, cominciata negli anni ‘90.

In funzione della destinazione d’uso principale, i sistemi RFId risultano essere utilizzati per

• Identificazione di oggetti, automaticamente ed in modo univoco. Questa funzione rappresenta una naturale estensione di tutti i sistemi tradizionali di codifica e identificazione, tra cui il codice a barre.

• Identificazione di persone, per consentire un acceso a un’area o un pagamento di prodotti o servizi. Spesso i sistemi sono maggiormente riconosciuti per via della dizione anglosassone di un componente: la contactless card.

• Misura di grandezze fisiche. I TAG impiegabili sono in grado di collegarsi con un sensore, che può essere anche integrato nel TAG stesso, per acquisire una misura associata a una grandezza fenomenologica e di memorizzare i dati rilevati. Sono sistemi ideali nella catena del freddo dei prodotti di largo consumo, alimentari e farmaceutici.

• Localizzazione della posizione fisica di un oggetto o di una persona. La prima accezione prevede il rilevamento del passaggio di un oggetto con TAG attraverso un varco, per esempio il caricamento di un pallet su di un veicolo o l’uscita di un bene (documento, notebook, dipinto etc) da un’area circoscritta (locale, edificio, etc). La seconda accezione è molto più complessa e implica la conoscenza continua della posizione di un TAG nel tempo e nello spazio con una adeguata precisione.

 

COMPONENTI DEL SISTEMA

La tecnologia RFId si compone di tre elementi fondamentali:

• TAG – un transponder a radiofrequenza di piccole dimensioni costituito da un circuito integrato (chip) con funzioni di semplice logica di controllo, dotato di memoria, connesso ad un’antenna ed inserito in un contenitore o incorporato in una etichetta di carta, una Smart Card o ancora in una chiave come quelle di avviamento delle vetture. Il TAG permette la trasmissione di dati a corto raggio senza contatto fisico. I dati contenuti nella memoria del TAG sono limitati ad un codice univoco non modificabile, chiamato anche Identificativo, al quale in certi TAG si aggiunge una spazio di memoria sul quale possono essere aggiunte ulteriori informazioni. Ne esistono di centinaia di tipologie, forme, dimensioni, caratteristiche tecniche, per gli usi più diversi.
  

• Reader / Writer – un ricetrasmettitore controllato da un microprocessore ed usato per interrogare e ricevere le informazioni in risposta dai TAG. Utilizzato anche per scrivere, per quest’ultima funzione può essere incorporata anche in speciali stampanti, che mentre stampano una descrizione sul tag adesivo, vi memorizzano informazioni aggiuntive sulla memoria.

• Sistema di Gestione – un sistema informativo (piattaforma software) che, quando esiste, è connesso in rete con i Reader. Tale sistema consente, a partire dai codici identificativi provenienti dai TAG, di ricavare tutte le informazioni disponibili associate agli oggetti e di gestire tali informazioni per gli scopi dell’applicazione.

 

SUDDIVISIONE IN BASE ALLE FONTI ENERGETICHE UTILIZZATE

In base a questa suddivisione, i TAG si possono così classificare:

• Passivi: ricavano l’energia di cui hanno bisogno per il funzionamento dal segnale proveniente dal Reader. Non possiedono un vero e proprio trasmettitore, ma irradiano, modulando, il segnale trasmesso dal Reader e riflesso dalla propria antenna. Le distanze a cui possono operare sono, al massimo, dell’ordine di alcuni metri o di alcuni centimetri a seconda della frequenza operativa.

• Attivi: sono alimentati da batterie. Incorporano ricevitore e trasmettitore come i Reader. Possiedono memoria di dimensioni notevoli (centinaia e a volte migliaia di byte), spesso riscrivibili e possono contenere sensori. Le distanze a cui possono operare dipendono da trasmettitore e batterie, in genere sono al massimo dell’ordine dei 200 metri.

• Battery-Assisted Passive (BAP): usano una fonte di energia per alimentare solo alcuni componenti del TAG. Si suddividono ulteriormente in

  • Semi-passivi, dotati di batteria utilizzata solo per alimentare il microchip o apparati ausiliari quali sensori, ma non per alimentare un trasmettitore in quanto in trasmissione si comportano come i TAG passivi. Le distanze operative sono al massimo dell’ordine di qualche decina di metri.

  • Semi-attivi, sono dotati di batteria che alimenta microchip e trasmettitore, ma a differenza dei tag attivi, normalmente sono disattivati per non consumare energia. L’attivazione si ottiene tramite un ricevitore che opera con la tecnologia dei TAG passivi. In assenza di interrogazioni, la durata della batteria può essere estremamente lunga.

FREQUENZE OPERATIVE E TECNOLOGIE

TAG induttivi LF (Low Frequencies) – 120÷145 KHz

 L’accoppiamento Reader – TAG avviene per via induttiva. Nel caso di TAG passivi la distanza operativa e all’incirca pari al diametro dell’antenna del Reader e varia dai 30 ai 100 cm. Le frequenze più diffuse sono due:

• 125,5 KHz nel settore automotive, per realizzare per esempio gli immobilizer.

• 134,2 KHz nella tracciabilità animale per via della bassissima influenza che l’acqua ed i tessuti biologici hanno sulla trasmissione.

 

TAG induttivi HF (High Frequencies) – 13,56 MHz

Si tratta della frequenza universalmente riconosciuta e più utilizzata in tutto il mondo. L’accoppiamento Reader – TAG avviene per via induttiva come per i TAG LF.

Questa banda di frequenze è la più usata per le cosiddette etichette intelligenti (Smart TAG) impiegate nella logistica e nella gestione degli oggetti. Sono inoltre presenti le Smart TAG contactless, ossia quelle carte usate per erogazioni di servizi polivalenti, dotate di notevole capacità di memoria (da pochi Kbyte fino al Mbyte) e algoritmi crittografici per effettuare transazioni finanziarie sicure.

Quasi esclusivamente di tipo passivo, le smart tag contactless sono coperte dallo standard ISO/IEC 14443 detto di “proximity” che copre da 10 a 30 cm e dallo standard ISO/IEC 15693 di “vicinity” per una distanza operativa da 30 a 90 cm. Sono molto diffuse nel settore del ticketing, del controllo degli accessi del personale, della tracciabilità dei bagagli nei sistemi aeroportuali, stanno diventando comuni sostitutivi intelligenti ed inviolabili delle schede magnetiche per le transazioni bancarie (bancomat) e come carte di credito

TAG elettromagnetici UHF(Ultra High Frequencies), media 860÷950 MHz

L’evoluzione tecnologica dei semiconduttori, che ha portato alla realizzazione di chip particolarmente parsimoniosi nel consumo energetico, ha consentito la realizzazione di etichette RFId operanti con distanze operative decisamente più estese di quanto fosse consentito con le etichette LF e HF, arrivando tra i 3 e i 5 metri, con soluzioni passive,+ per giungere anche a 100 metri e più con quelle attive. L’accoppiamento Reader – TAG avviene per via elettromagnetica, come nei tradizionali sistemi di radiocomunicazione.

Tali TAG, molto importanti nella logistica (si può leggere quasi istantaneamente il contenuto di un’intero pallet facendolo semplicemente transitare in un varco dotato di reader), risentono però, molto più degli altri TAG, di riflessioni delle onde EM dovute a strutture metalliche, nonché del loro assorbimento da parte di tutti i materiali contenenti liquidi.

I sistemi attuali sono in grado di gestire letture multiple contemporanee (anticollisione) arrivando alla lettura di più di 100 TAG al secondo. In teoria, i TAG conformi alle specifiche EPC/ISO Class1/Gen2, possono consentire la lettura di 600 TAG che si presentino contemporaneamente al lettore (reader).

TAG elettromagnetici UHF (Ultra High Frequencies) ALTA e SHF (Super High Frequencies) – Banda 2,4 GHz

In questa banda operano già altre tecnologie (Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee) con le quali si deve convivere. Il comportamento e le caratteristiche dei TAG che operano in queste frequenze sono simili a quelle dei TAG della UHF Media. La lunghezza d’onda inferiore consente una riduzione della grandezza dell’antenna, anche se a scapito dell’energia captata del campo EM incidente. Per contro il campo può essere più facilmente direzionabile anche con antenne molto compatte ottenendo aree di lettura molto ristrette e direzionali.

Questo è un estratto del mio articolo pubblicato sul n. 111 della rivista Informazione dell’Ordine degli Ingegneri di Cagliari.

 

Bibliografia

RFId – Identificazione automatica a radiofrequenza, Luigi Battezzati e Jean-Louis Hygounet, HOEPLI editore

RFId – Fondamenti di una tecnologia silenziosamente pervasiva, Paolo Talone e Giuseppe Russo, Fondazione Ugo Bordoni editore

Ridisegnare i processi con l’RFId, Luigi Battezzati Alessandro Perego Andrea Sianesi, Il Sole 24 Ore editore

Innovare e competere con le ICT, Raffaele Balocco Stefano Mainetti Andrea Rangone, Il Sole 24 Ore editore

IDTechEx (www.IDTechEx.com)

Deutsche Bank Research (www.dbresearch.com)