RFID

Ciao ragazzi ! Scusate la mia assenza… Vediamo se mi perdonerete dopo quest’articolo :P.

Innanzitutto RFID è un acronimo di Radio Frequency IDentification. Consiste in un metodo automatico di identificazione basato sul ricevere dati da un dispositivo detto RFID Tag o Trasponders. Un RFID Tag è l’oggetto vero e proprio che può essere attaccato o incorporato in cose, animali, persone con lo scopo di riconoscerle univocamente attraverso le onde radio. Il dispositivo può essere letto a diversi metri di distanza e non necessariamente deve essere in linea con il ricevitore. Principalmente questi dispositivi vengono utilizzati nelle aziende con grandi magazzini (dove accelerano notevolmente il procedimento dell’inventario che spiegherò in seguito) oppure nelle grandi biblioteche (come quella vaticana) per tenere traccia dei libri antichi. Molti si chiederanno “Beh ma le biblioteche esistono da anni e mai nessuno ha trovato problemi senza questi cosi”: io rispondo che avete torto. In una biblioteca grande come quella vaticana succede infatti che la gente prenda un libro, lo consulti, lo metta poi in un posto diverso rispetto a quello di partenza: il risultato è che il libro risulta perduto, dato che è pressoché impossibile ritrovarlo fra migliaia e miglia di libri (il tempo che ci vorrebbe per trovarlo sarebbe immenso, richiederebbe infatti una ricerca su tutti gli scaffali). Grazie agli RFID è possibile dare ad un gruppo di persone un dispositivo in grado di produrre onde elettromagnetiche e di intercettare i segnali provenienti dagli RFID (tipo un palmare); questo dispositivo emetterà un segnale se il libro non è al suo posto, accelerando di molto i tempi (non occorre più leggere la copertina, toglierlo dallo scaffale, sfogliarlo). In questo modo una persona può scorrere il dispositivo tra gli scaffali e rendersi conto immediatamente se qualcosa è fuori posto. Naturalmente alla base di tutto deve esserci un software con inseriti i diversi titoli dei libri (e gli RFID) e il posto nel quale il libro deve essere riposto.

Fatta questa parentesi sugli inventari (che tuttavia è uno dei tanti possibili utilizzi degli RFID), passiamo a spiegare meglio come sono realizzati.

Di solito tutti questi dispositivi sono costituiti da due parti: una è l’antenna che serve ad alimentare il circuito e a trasmettere le informazioni, e l’altro ovvero il circuito con il compito di mantenere ed elaborare le informazioni. Esistono anche i chipless RFID, che sono sprovvisti del chip programmabile. Essi nascono già con un codice univoco che non si può cambiare; il loro pregio è il basso costo data la mancanza di diverse parti di circuito di elaborazione.

Esistono tre tipi di questi dispositivi:

  1. Attivi
  2. Passivi
  3. Semi-Passivi (assistiti da batteria)

Passivi

Questi dispositivi non hanno un’alimentazione interna. L’energia fornita dall’antenna è sufficiente ad alimentare il circuito CMOS posto al suo interno ed a ritrasmettere il codice univoco di identificazione (questo modo di ritrasmettere ovvero ritrasmettere il segnale da dove è arrivato viene detto Backscattering). Non necessariamente l’unico dato ritrasmesso deve essere il codice: il dispositivo è fornito anche di una EEprom (ovvero una memoria che consente di essere cancellata elettricamente – Electricaly Erasable Read Only Memory) non volatile che consente di a contenere alcuni dati aggiuntivi. Ovviamente l’antenna deve essere generata con un certo criterio per non creare disturbi durante alimentazione e ritrasmissione.

Possono essere letti da 10cm a qualche metro a seconda della frequenza dell’onda elettromagnetica e della grandezza dell’antenna. Sono relativamente piccoli. Citiamo qualche modello… ne sono stati creati di 0.15 * 0.15 mm tramite la tecnologia SOI – Silicon on Insulator leggibili circa a 30 cm con la prima generazione oppure dei modelli di seconda generazione di 0.05 *0.05 mm leggibili fino a decine di metri. Purtroppo il guaio di questi oggetti è l’antenna che deve essere circa 80 volte le dimensioni del microchip (nella versione più compatta)…

La tecnologia RFID è utilizzata in modo EPC compliant ovvero viene usata per tracciare univocamente un dispositivo elettronico (ad esempio una smartcard). Tale tecnologia viene utilizzata con successo già in diversi enti come Wal-Mart, DoD, Target,Tesco inUK e Metro AG in Germania.

Data la ricerca nel campo e la classica legge della VLSI si crede che il costo di queste “trappole” sarà presto molto conveniente.

Attivi

Al contrario di quelli passivi, questi dispositivi hanno una propria sorgente di energia, che serve al funzionamento del circuito integrato e alla trasmissione broadcast del segnale. Tipicamente sono più affidabili rispetto a quelli passivi: la sorgente di energia rende il circuito più potente e meno vulnerabile alle onde emesse da altri dispositivi. Altra caratteristica degli RFID attivi è quella di condurre una sorta di sessione con il chiamante, in modo da non confondere la comunicazione in corso con un’altra…

Per far capire meglio il concetto di sessione, immaginiamo che una persona ci stia parlando. All’improvviso arriva un nostro amico che urla a squarciagola un suo discorso strampalato, rendendoci impossibilitati a finire il discorso con il nostro amico iniziale. Questo è quello che accade quando un’onda elettromagnetica più potente di quella del nostro RFID “copre” il segnale di quest’ultimo. In questo caso deve esserci una ri-sincronizzazione del dispositivo (analogamente sarebbe come se noi chiedessimo al nostro amico di continuare il discorso dal punto d’interruzione). Per capire chi ci sta parlando analizziamo il timbro della voce: analogamente il dispositivo confronta l’identificativo dell’RFID. In realtà i metodi di ritrasmissione sono molteplici, così come lo sono i metodi di riconoscimento degli errori sulle trasmissioni.

Data la loro potenza, questi dispositivi sono adatti a lunghe distanze (500 m), oppure a comunicazioni ostacolate da oggetti, muri, acqua ecc. La durata della batteria dei modelli più recenti si aggira intorno ai dieci anni. Possiedono inoltre un maggior quantitativo di memoria di quelli passivi e consentono di registrare molti più tipi d’informazioni (anzi che solo l’ID).

Questi tipi di trasmettitori vengono impiegati nel monitoraggio delle temperature (nei prodotti freschi oppure per farmaci a facile deperibilità), dell’umidità, delle vibrazioni/shock, del livello di luce, radiazioni (per esempio negli ospedali per misurare il livello di radiazioni assorbite durante trattamenti dal personale medico), livelli di sostanza nell’aria (per esempio etilene).

Il dipartimento della difesa degli Stati Uniti ha già usato con successo questa tecnologia riducendo i costi logistici e burocratici.

Semi-Passivi

Sono in sostanza uguali a quelli attivi tranne che la batteria interna ha il solo scopo di alimentare il circuito integrato (anzi che anche quello di alimentare anche l’antenna per la trasmissione del segnale).

Tipi di antenna

L’antenna usata per gli RFID dipende molto dall’applicazione e dalla frequenza di funzionamento. I dispositivi passivi a bassa frequenza chiamati anche LF (low frequency) hanno un’antenna accoppiata di tipo induttivo. Siccome il voltaggio generato da una di queste antenne è proporzionale al numero di spire, per generare una tensione sufficiente è necessario avere un’antenna di una certa lunghezza… I dispositivi per il riconoscimento di animali o persone sono di questo tipo: di solito sono incapsulati nel vetro con più strati di spire (di solito tre strati da 100-150 spire ognuno).

A 13.56 MHz abbiamo i dispositivi HF (High Frequency). Tali dispositivi con circa 5-7 spire su uno stesso piano possono essere usati a distanza di dieci centimetri e sono grandi all’incirca come una carta di credito. Sono meno costosi rispetto agli LF, poiché possono essere costruiti con la tecnica litografica anziché con l’avvolgimento dei fili. Purtroppo questo tipo di soluzione ha bisogno di molti strati di isolante (per permettere più connessioni a più livelli del circuito integrato) e due di metallo per collegare la parte esterna con il circuito e l’apparato di risonanza.

Abbiamo poi gli UHF (ultra high frequency) e le microonde, accoppiati a circuiti di tipo radioattivo o a dipolo. Solo uno strato conduttore è necessario, riducendo i costi di fabbricazione. Purtroppo le antenne a dipolo non sono di solito un buon accoppiamento all’alta impedenza dei circuiti integrati, per tanto vengono usati degli accorgimenti induttivi come ad esempio dei piccoli loop (giri). I dipoli a semi onda sono piuttosto grandi (16 cm a 900MHz) infatti, si preferisce stare entro dispositivi di lunghezza 10 cm. L’antenna perciò può essere ricurva o fatta a greca.

Le antenne possono essere di tipo orientabile o no (le seconde hanno un costo nettamente maggiore data la loro indifferenza per l’orientamento). Naturalmente entra in gioco la robustezza e quindi lo spessore, e con esso anche l’aumento dei costi. Di solito le antenne per HF e UHF sono di rame o alluminio. Vi sono circuiti realizzati con piste a inchiostri conduttori, tuttavia codesti sono circuiti piuttosto instabili e che non hanno una buona adesione al circuito integrato e per questo sono utili solamente in casi particolari.

Usi degli RFID

Si hanno utilizzi nei passaporti, nei pagamenti di pedaggi e trasporti, nella rintracciabilità dei prodotti (al posto dei codici a barre), nel riconoscimento dei codici fra chiave e autoveicoli, nell’identificazione degli animali, nelle gomme (sempre per la rintracciabilità), generazione di inventari, impianti di riconoscimento umano (fase sperimentale 😛 ), biblioteche, patenti (ovviamente non in Italia 😛 ).

Lo scopo è riempire il mondo si questi aggeggi ma i problemi sono molti:

1. Standardizzazione (ogni azienda pensa per se)

2. Sicurezza (sembra che siano già nati i virus per gli RFID con buffer overflow… immaginatevi su un passaporto :P)

3. Privacy (indubbiamente violata in ogni situazione)

4. Schermatura (gli RFID sono delicati perciò non adatti a certi tipi di usi)

5. Intercettazione (da parte di terzi per usi personali)

Esiste anche un intero gruppo nato con lo scopo di togliere gli RFID dalla nostra vita comune… IL COMITATO ANTI-RFID.

Di tutto un po’ insomma… Con questo ho concluso, appuntamento al mio prossimo articolo bye !

by Hochwart

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~ di Hochwart su luglio 28, 2007.

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