Che cosa è l'RFID? - Eprojetech SRL

Che cosa è l’RFID?

CHE COS’È L’RFID?

Informazioni generali:

    • Che cos’è l’RFID?
    • Come funziona tecnicamente l’RFID?
    • Quali vantaggi offre l’RFID rispetto all’identificazione tradizionale con codice a barre?
    • Le prospettive applicative dell’RFID
    o Tracciabilità dei beni e loro gestione
    o Gestione della Supply Chain
    o Controllo accessi
    o Gestione eventi
    o Gestione di biblioteche ed accademie
    o Controllo dei parcheggi
    o Industria
    o Raffinerie ed industria petrolifera
    o Sanità
    o Identificazione e tracciabilità degli animali

Approfondimenti tecnici:
• Che cos’è un TAG RFID?
• Come funziona un TAG RFID?
• Quali sono le frequenze utilizzate nell’RFID?
• Distanza ed angoli di lettura
• Sui TAG possono essere scritte o cancellate le informazioni?
• Quanti TAG si possono leggere contemporaneamente?
• Quanto tempo resistono i dati memorizzati nei TAG?

L’RFID è un’innovativa tecnica per l’identificazione di oggetti, animali e persone che sta cambiando profondamente l’operatività del mondo dell’industria e del commercio e che presto sarà presente in molti aspetti della vita quotidiana di ognuno di noi.

Che cos’è l’RFID?
RFID è l’acronimo di Radio Frequency IDentification ed indica in generale una tecnica di identificazione automatica che si basa sull’impiego della radiofrequenza e che non necessità né di contatto fisico né di linea di vista tra l’elemento che si vuole identificare ed il dispositivo di lettura utilizzato per questa operazione.
Il modo più intuitivo per immaginare l’RFID è quello di pensare ad una etichetta che sia capace via radio di scambiare e/o modificare nel tempo le informazioni in essa riportate, utilizzando per questi scopi l’adeguato dispositivo di lettura.
In virtù di questa sua capacità, l’RFID è vista come tecnologia abilitante de “l’Internet delle Cose”, ovvero di quella grande rete di informazione e comunicazione in cui non soltanto le persone, ma anche gli oggetti saranno collegati fra di loro.
Le potenzialità di questo concetto sono state per il momento soltanto sfiorate e ci si aspetta nei prossimi anni un gran numero di applicazioni innovative legate ad un impiego estensivo della tecnologia RFID.

Come funziona tecnicamente l’RFID?
L’identificazione avviene usando un dispositivo di lettura (Reader) dotato di apposita antenna per leggere un chip digitale (Tag o Transponder), anch’esso dotato della propria antenna, che sia stato applicato su un oggetto, un animale o una persona.
Il dispositivo di lettura può eventualmente essere collegato ad un PC su cui sia istallato un applicativo software per la raccolta e la gestione dei dati acquisiti.
Il Tag è caratterizzato dal proprio codice identificativo e può contenere anche un certo numero di informazioni aggiuntive relative all’oggetto su cui è applicato (come ad esempio la data di produzione dell’oggetto, il produttore, etc.). Tali informazioni possono essere statiche oppure essere modificate nel corso del tempo mediante operazione di scrittura effettuata sempre attraverso il dispositivo Reader.
Il Tag non ha bisogno di fonti di alimentazione (elettricità) per funzionare: quando viene “illuminato” dal campo elettromagnetico generato dall’antenna del dispositivo di lettura, esso è infatti in grado di accumulare quella poca energia che gli serve per trasmettere, a breve distanza, il proprio codice identificativo e le informazioni che eventualmente contiene. Questo tipo di Tag viene chiamato “passivo”.
Se invece è necessaria una potenza maggiore, ad esempio per trasmettere a lunga distanza, il Tag dev’essere alimentato da una sorgente di elettricità, come una batteria. In questo secondo caso il Tag viene chiamato “attivo”.

Quali vantaggi offre l’RFID rispetto all’identificazione tradizionale con codice a barre?

Rispetto al codice a barre e ad altre tecnologie di identificazione tradizionali, la tecnologia a radiofrequenza offre numerosi vantaggi. In particolare l’operazione di lettura non richiede contatto diretto e linea di vista ottica e non c’è bisogno quindi dell’orientazione del codice verso lo scanner.
Più Tag possono essere letti contemporaneamente, possono lavorare in ambienti sporchi o contaminati e resistere anche a condizioni (agenti ambientali, sollecitazioni termiche, chimiche, meccaniche) molto difficili. Sono quindi più durevoli. Contengono più dati rispetto al barcode e possono essere riscritti e aggiornati con nuove informazioni. Operano anche immersi in un fluido, dentro l’oggetto che si vuole identificare o all’interno di un contenitore. Inoltre il codice a barre identifica solo il lotto di un prodotto, ma non il singolo oggetto.
Il Tag RFID, invece, contiene un numero di serie unico e univoco che identifica ogni singolo prodotti fabbricato nel mondo.
I Tag RFID sono più costosi rispetto ai codici a barre, ma il rapporto costi/benefici è generalmente vantaggioso. Sarebbe comunque sbagliato pensare che la tecnologia RFID soppianterà il codice a barre: molto più verosimilmente le due coesisteranno.

CODICE A BARRE RFID
EFFICACIA Legge un codice alla volta e richiede linea di vista per la lettura. Legge i tag simultaneamente (fino a 200/sec) e non richiede contatto o linea di vista per la lettura.
RESISTENZA Le etichette si danneggiano facilmente. Sporco ed altri agenti possono impedire la lettura. Molto resistente. Non è suscettibile ad agenti che ne impediscono la lettura.
CAPACITA’ Vi si possono assegnare un quantitativo di dati molto limitato. Sono dotati di memoria interna e vi si possono associare maggiori quantità di dati.
FLESSIBILITA’ Le informazioni sono statiche. Non modificabili. I dati sui tag possono essere sia scritti che letti. I tag sono riutilizzabili e consentono un accesso dinamico alle informazioni.

Le prospettive applicative dell’RFID
I settori in cui la tecnologia RFID può essere applicata sono tantissimi. I Tag si stanno diffondendo molto nei settori della produzione industriale, della logistica e del controllo della supply chain, ma anche nella sanità, nelle pubbliche amministrazioni, o nel controllo degli accessi ad aree sportive e ricreative.
Per i ricercatori privati e le Università, l’RFID è una sfida tecnologica, perché nei prossimi anni ci sarà bisogno di progettare tag e lettori sempre più intelligenti ed in grado di offrire maggiori prestazioni.
Per chi opera negli ospedali, nelle pubbliche amministrazioni, nelle biblioteche, nella protezione civile, nell’esercito, l’RFID è uno strumento che può garantire più controllo, più sicurezza, più accuratezza nella gestione dell’operatività ordinaria e delle situazioni di crisi.
Per i professionisti della supply chain, cioè per chi gestisce le merci, l’RFID è uno strumento utile oggi e indispensabile per il domani perché, insieme ad altre tecnologie di automazione e controllo può fornire un controllo straordinario sui colli e i singoli prodotti, consentendo di ottimizzarne la movimentazione e la gestione. Con l’RFID si possono infatti ridurre notevolmente i costi di gestione, aumentare l’efficienza dei magazzini e migliorare l’operatività dell’intera filiera.
Per il mondo della distribuzione e della vendita al consumatore finale, l’RFID è un’opportunità commerciale importante: entro pochi anni questa tecnologia permetterà di ridurre i furti nei punti vendita, ma soprattutto di migliorare la “shop experience”, ovvero il modo in cui i consumatori interagiscono con i prodotti che intendono acquistare.
Infine, per chi produce, integra e vende tecnologia, l’RFID è uno dei mercati più promettenti del prossimo futuro, perché i tag, i lettori/scrittori e le antenne, che sono gli elementi fondamentali di un sistema di identificazione a radiofrequenza, si stanno diffondendo in tutto il mondo con una rapidità sorprendente.
Troverete di seguito alcune impieghi esemplificative della tecnologia RFID in svariate applicazioni e per diversi settori industriali:
• Tracciabilità dei beni e loro gestione
• Gestione della Supply Chain
• Controllo accessi
• Gestione eventi
• Gestione di biblioteche ed accademie
• Controllo dei parcheggi
• Industria
• Raffinerie ed industria petrolifera
• Sanità
• Identificazione e tracciabilità degli animali

APPROFONDIMENTI TECNICI

Che cos’è un TAG RFID?
Un Tag è costituito da un chip nel quale è memorizzato un codice identificativo (eventualmente univoco) e da una piccola antenna, assemblati su un supporto di dimensioni ridotte.
Mentre il chip incorpora memorie di diversi tipi e si occupa di gestire tutte le attività del tag, l’antenna permette di comunicare con i dispositivi di lettura RFID, i quali possono essere di vario tipo: fissi (varchi, tunnel) e portatili.
Le antenne integrate nei Tag possono essere di due tipi: a spira e lineari, con geometrie variabili in funzione della frequenza operativa del Tag.

I tag possono essere di 3 tipi:
TAG PASSIVI
° Non hanno energia propria
° Breve distanza di lettura
° Impossibilità di integrare sensori ausiliari TAG ATTIVI
° Hanno energia propria
° Lunga distanza di lettura
° Possono integrare sensori ausiliari TAG SEMIPASSIVI
° Sono aiutati a “risvegliarsi” di energia propria
° Lunga distanza di lettura
° Possono integrare sensori ausiliari
BASSO COSTO COSTO ELEVATO MEDIO COSTO

Come funziona un Tag RFID?
Tag Passivi
Il principio grazie a cui il Tag RFID è in grado di energizzarsi e ricevere o trasmettere le informazioni contenute nel chip è di natura fisica e basato sulla propagazione del campo elettromagnetico, dove le componenti di campo magnetico e di campo elettromagnetico hanno un peso più o meno maggiore nel sostenere la funzionalità del Tag in funzione della frequenza operativa a cui esso lavora.
Quando entra il Tag nel campo di azione di un Reader (da pochi centimetri ad alcuni metri) il Tag raccoglie attraverso la propria antenna l’energia del campo elettromagnetico generato dal Reader, si sveglia e gli risponde “riflettendone”, modulato, il segnale.
Il segnale modulato di risposta viene quindi ricevuto dal dispositivo di lettura, che lo decodifica.
Questo tipo di Tag, detto passivo, è il più diffuso sul mercato grazie soprattutto al prezzo che lo rende utilizzabile in molte applicazioni.
Alcuni tipi di tag passivi, se specificatamente progettati, offrono particolari capacità di robustezza e resistenza a condizioni industriali estreme.
Il limite prestazionale dei tag passivi è la distanza di lettura e l’impossibilità di integrare sensori ausiliari. Inoltre, il fatto che si attivino solamente quando si trovano nel campo di azione di un reader, non li rende adatti ad applicazioni di localizzazione in tempo reale (RTLS).
Tag Attivi
I tag RFID possono integrare un vero e proprio sistema ricetrasmittente, esattamente come i reader: è questo il caso dei tag attivi, che necessitano però di una batteria di alimentazione per la generazione del segnale.
Grazie all’alimentazione integrata, i tag attivi possano attivarsi indipendentemente dalla presenza di un reader nelle vicinanze e raggiungere distanze di lettura anche molto superiori rispetto a quelle ottenute con i tag passivi.
Per il fatto che sono sempre accesi, i tag attivi sono utilizzati ad esempio quando c’è la necessità di realizzare dei sistemi di localizzazione in tempo reale (RTLS).
Il loro funzionamento può essere continuo o ad intervalli di tempo, impostabili in genere da utente, nell’ottica di ottimizzare i consumi e quindi la durata della batteria. La presenza della stessa permette ai tag attivi di montare ed alimentare anche dei sensori aggiuntivi, per esempio per la rilevazione di parametri fisici, quali la temperatura o la pressione.
Tra gli svantaggi dei tag attivi sono da segnalare le dimensioni usualmente più ingombranti rispetto a quelle dei tag passivi, i costi di acquisto maggiori rispetto ai tag passivi, i costi di manutenzione o sostituzione della batteria, le difficoltà di utilizzo in situazioni ambientali difficili come quelli caratterizzati da temperature molte alte, proprio per la presenza della batteria.
Tag semi-passivi
Esiste anche una terza categoria di tag detti semi-passivi o BAP (Battery-Assisted Passive).
Si tratta di tag passivi ma assistiti da batteria. Sostanzialmente, non usano l’energia fornita dalla batteria per trasmettere il segnale ma, come i tag passivi, “riflettono”, modulato, il segnale generato dal reader.
La batteria ha due utilizzi: alimentare sensori aggiuntivi se il tag ne è provvisto, oppure aiutare il chip a “svegliarsi” tenendolo in uno stato di “stand by”, inattivo ma “acceso”.
Essendo la distanza di lettura dei tag passivi molto spesso limitata dalla difficoltà del chip a “svegliarsi” se non sufficientemente stimolato dall’energia del campo del reader, l’aiuto della batteria nei tag BAP, permette a questi ultimi di offrire distanze di lettura ben superiori.
A livello di prezzi, i tag BAP si collocano in linea di massima tra i tag passivi e quelli attivi. Come nel caso dei tag attivi, la necessità di preservare la batteria può limitare l’utilizzo dei tag BAP negli ambienti più difficili.

Quali sono le frequenze utilizzate nell’RFID?
I sistemi RFID utilizzano varie frequenze, che possono essere classificate come:
Basse frequenze LF, tra 125 e 134 kHz
Alte frequenze HF, 13,56 MHz
Altissime frequenze UHF, tra 860 e 960 MHz
Micro-onde >2,45 GHz
Le diverse bande di frequenza presentano caratteristiche tecniche e funzionali diverse e sono quindi indicate per applicazioni differenti.
In generale, al crescere della frequenza crescono la distanza di lettura e la quantità di informazioni che si possono trasferire nell’unità di tempo, diminuiscono la capacità di resistenza alle condizioni operative e i costi.
I tag a bassa frequenza sono capaci di attraversare materiali non metallici e liquidi, ma il segnale per la lettura non supera i 30-40 centimetri, dipendentemente dalla dimensione dell’antenna del tag, dalla geometria e dimensione dell’antenna di lettura e dalla potenza in uscita alla sezione RF del lettore.
Le etichette ad alta frequenza lavorano meglio con oggetti metallici e arrivano a coprire una distanza di circa un metro.
Le altissime frequenze offrono range di lettura ancora più ampi e permettono di trasferire i dati velocemente, ma non attraversano facilmente i materiali.
Le soluzioni con tag a 2,45 GHz o superiori sono impiegate ad esempio nei telepass, nei sistemi di controllo accesso interporti e simili.

Distanza ed angoli di lettura
Quale copertura spaziale di lettura è realmente ottenibile con i dispositivi RFID?
Le distanze di lettura variano sensibilmente al variare del tipo di alimentazione dei tag (passivi/attivi) e delle frequenze operative.
Esprimendo dei valori indicativi, per le tecnologie passive si va dai pochi mm alle decine di centimetri nel caso di frequenze LF, dai 10 ai 20 cm per le HF e fino ai 4-7 m per le UHF; questi valori sono fortemente dipendenti dalle dimensioni del tag e della sua antenna.
Ad esempio un tag HF sotto forma di bottone da 14 mm di diametro ha una distanza di lettura non superiore ai 25 cm, mentre sempre un tag HF in formato tessera 80×50 mm può essere letto con antenne appropriate anche a 100 cm di distanza. Per i tag attivi le distanze crescono, arrivando oltre la decina di metri.
Con riferimento agli angoli di lettura, la situazione che si ripropone è esattamente quella dell’orientazione già discussa in precedenza: in sintesi, i tag passivi LF e HF sono molto sensibili all’angolo di esposizione rispetto al campo dell’antenna, poiché si riduce l’area della spira capace di concatenare il campo magnetico generato dall’unità di lettura.
Come riferimento, una inclinazione di 45° rispetto all’angolo ideale può già compromettere la funzionalità del tag in termini di affidabilità della lettura.
Per i tag UHF, invece, questo dipende dalla polarizzazione del campo generato dal reader e dalla forma dell’antenna (dipolo lineare o tripolare su un piano): mentre i primi non sono in grado di funzionare oltre angoli di 60° tra la propria orientazione e quella del fronte d’onda incidente, per i secondi non si riscontrano problematiche degne di nota.
Ovviamente, il costo dei due tipi di tag è molto diverso, con un rapporto che può anche essere di 4 a 1.

Sui tag possono essere sovrascritte o cancellate le informazioni?
Esistono tag RFID di vario tipo, relativamente alla possibilità di poter scrivere su di essi le informazioni:
• “read only” (sola lettura),
• “write once & read many” WORM (una scrittura, tante letture),
• “read & write” (lettura e scrittura)
Nelle prime due forme, il tag RFID rappresenta un’evoluzione tecnologica del codice a barre, in quanto le informazioni immagazzinate sul microchip, una volta scritte, non possono essere modificate. Nella modalità read & write, invece, quella più flessibile, il tag può essere utilizzato come una memoria dinamica, in quanto le informazioni sul chip possono essere aggiornate in ogni momento, per esempio lungo i passaggi della filiera produttiva. In genere questi sono poco più costosi dei tag di sola lettura.

Quanti tag si possono leggere contemporaneamente?
Questa problematica si presenta in modo più marcato per applicazioni con tag passivi, che sono strutturalmente pensati per essere applicati in grandi volumi e quindi in contesti in cui si debbano leggere molti tag in poco tempo.
Questo tipo di prestazione dipende dalla frequenza di funzionamento del tag, dal numero di canali che il particolare protocollo riserva alla comunicazione tag/reader e dal tipo di algoritmo dl anticollisione utilizzato, oltre ovviamente dalla corretta orientazione dei tag nel campo. TAG UHF 25 al secondo
TAG HF 10 al secondo
TAG LF 3 al secondo

Si puo affermare che per tag UHF, con una configurazione a tunnel con 4 o piu antenne, é possibile arrivare a leggere fino a 200/300 tag in meno di 8 secondi. Al contrario le applicazioni HF, e soprattutto le LF, sono limitate da questo punto di vista, con possibilità di leggere rispettivamente non più di (circa) 10 e 3 tag per secondo.

Quanto tempo resistono i dati memorizzati nei tag?
La capacità di memorizzazione all’interno di un tag può essere assicurata facendo ricorso a memorie di tre diversi tipi:
• Memorie a sole lettura (ROM), utilizzate per memorizzare il codice identificativo unico del tag che viene scritto al momento della fabbricazione del tag stesso secondo lo standard ISO di riferimento per la specifica frequenza operativa;
• Memorie scrivibili una volta sola e quindi solamente leggibili;
• Memorie riscrivibili più volte (Flash Memory).
Le memorie a sola lettura hanno una vita paragonabile a quella degli altri dispositivi elettronici dotati di ROM, verosimilmente alcune decine di anni.
Tutte le memorie riscrivibili, in funzione della tecnologia utilizzata, hanno vite che sono sempre di almeno 10 anni nella condizione limite di non esser mai “rinfrescate”.
Questi valori sono ampiamente soddisfacenti per la stragrande maggioranza delle applicazioni di identificazione: problemi potrebbero nascere per applicazioni particolari di asset management o di identificazione di lungo periodo (ad esempio nelle biblioteche di conservazione).
Come è facile intuire, per queste applicazioni non si dispone ad oggi di dati empirici sulla reale durata dei dati scritti nelle memorie riscrivibili del tag.
Similmente a quanto discusso in precedenza, anche relativamente alle memorie va considerato il possibile impatto del contesto operativo, in quanto l’esposizione del tag a forti campi magnetici o ad altre fonti di irradiazione potrebbe portare alla cancellazione del dati memorizzati.

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