Figura 2.1
il tag (o transponder), che è situato sull’oggetto da identificare, è il supporto dati reale nel sistema; il reader (lettore, scanner o transceiver), interroga il tag, leggendo o scrivendo dati in memoria. Il sistema di elaborazione dati (PC), il quale elabora i dati nel modo più utile. Il transponder consiste normalmente di un microchip che immagazzina i dati ed un elemento d’accoppiamento (antenna), figura 2.2.
Un lettore contiene tipicamente: un modulo a radio frequenza (trasmettitore e ricevitore), un’unità di controllo ed elementi di accoppiamento per il transponder. Inoltre, è dotato di una interfaccia supplementare (RS 232, RS485, USB, Ethernet, etc.) per trasmettere i dati ricevuti al sistema di elaborazione (PC, sistema di controllo, etc.). Quando il transponder, che generalmente non possiede un’alimentazione propria (batteria), non è all'interno della zona di interrogazione del lettore, questo è completamente spento. Il transponder viene attivato, e quindi trasmette i dati, soltanto quando è all'interno di suddetta zona. L'alimentazione richiesta per attivare il transponder è fornita dall’onda a radiofrequenza attraverso l'unità d’accoppiamento (antenna), come lo sono l'impulso di sincronizzazione e i dati.
Un tag RFId deve essere attaccato fisicamente ad un oggetto, ogni tag ha un meccanismo interno che consente di immagazzinare un dato e possiede un sistema che ne consente la comunicazione di tale dato.
Due operazioni base caratterizzano tutti i tag RFId:
Il collegamento del tag: il sistema che consente al tag di essere attaccato fisicamente all'oggetto.
La lettura del tag: il tag deve poter comunicare l'informazione attraverso radio frequenza.
Molti altri tag offrono ulteriori caratteristiche:
Kill/disable: Alcuni tag permettono un comando particolare "Kill" inviato dal lettore che permette la disabilitazione permanente del tag. Infatti dopo che un lettore invia un comando kill il tag cessa ogni comunicazione.
Write once: Molti tag sono prodotti con il loro dato permanentemente settato dalla fabbrica. Solo un utente può settare un tale tag dopo di che il dato contenuto non può essere più cambiato ma soltanto disabilitato.
Write many: il dato nel tag può essere scritto e sovrascritto più volte.
Anti-collision: quando molti tag sono nelle vicinanze un lettore può avere delle difficoltà ad immagazzinare tutte le informazioni che i tag inviano, queste difficoltà sono dovute all'assenza di sincronizzazione delle risposte. Quindi un tag anti collisione conosce il proprio turno ed aspetta che rispondono gli altri dopo di che emette il suo segnale.
Security and encryption: Alcuni tag possono partecipare solo a comunicazioni criptate, quindi possono rispondere solo a lettori che hanno una password segreta.
Standards compliance: un tag può essere conforme ad uno o più standard abilitando questa features il tag parla solo con lettori che sono conformi allo stesso standard.
Il processo di assemblaggio base, figura 2.1, consiste in primo luogo di un materiale di substrato (carta, PVC, etc.), su cui viene depositata un'antenna fatta da uno dei materiali conduttivi: inchiostro d’argento, d’alluminio e di rame. Segue il collegamento del microchip del tag con l'antenna. Infine uno strato sottile protettivo fatto di materiale PVC, resina epossidica o carta adesiva, viene sovrapposta facoltativamente per permettere che il tag regga ad alcune delle circostanze fisiche, che esistono in molte applicazioni, come abrasione, urto e corrosione.
figura 2.1.1 Assemblaggio di un tag
Di seguito sono riportati alcuni esempi delle diverse forme dei transponder:
flessibili con forma di carta di credito
forma di disco e moneta
tag dedicati - modellati in supporti di plastica usati da contenitori
tag duri con cassa di resina epossidica
tag a forma di chiave
Esistono tre tipi di tag: attivi, semi-passivi e passivi.
I tag passivi possono essere letti fino ad una distanza di 4-5m. usando una frequenza nella banda UHF, mentre gli altri possono arrivare a distanze più elevate, nell’ordine dei 100m. Questa grande differenza nelle prestazioni di comunicazione può essere spiegata da quanto segue:
I transponder passivi figura 2.1.2 utilizzano l’onda a radio frequenza, generata dal lettore, sia come fonte di energia per alimentare il circuito integrato che per trasmettere e ricevere dati. La distanza, di questi tipi di tag, è limitata sia perché la potenza di trasmissione si attenua velocemente con l’aumentare della distanza, ma soprattutto perchè la normativa non ammette la generazione di campi elettromagnetici con potenze molto elevate, con conseguente distanza di comunicazione limitata ai 4 - 5m, quando si usano frequenze nella banda UHF (860 MHz-930 MHz);
I transponder semi-passivi (backscatter assistito da batteria) hanno batterie incorporate e quindi non necessitano di alcuna energia proveniente dal campo del lettore per alimentare il circuito integrato. Questo gli permette di funzionare con livelli più bassi di potenza del segnale, con conseguenti distanze più grandi, fino all’ordine di 15 m. La distanza è principalmente limitata dal fatto che questi transponder non hanno un trasmettitore integrato, quindi sono ancora obbligati ad usare il campo del lettore per trasmettere dati (backscatter).
I tag attivi vedi Fig 2.1.3 sono dispositivi autoalimentati da batteria e possiedono un trasmettitore attivo a bordo. Al contrario dei tag passivi e semi-passivi, i tag attivi generano l'energia a radio frequenza trasmettendo autonomamente i dati. Per questo motivo possono comunicare con il lettore a distanze di gran lunga superiori ai tag semi-passivi.
Figura 2.1.2 Tag Passivi Figura 2.1.3 Tag Attivo alimentato da batteria
La seguente tabella riepiloga i tipi di tag precedentemente descritti con i relativi vantaggi e svantaggi.
Il lettore deve comunicare con i tag utilizzando radio frequenza (RF), ogni lettore RFId può avere una o più antenne poichè il lettore deve comunicare da un lato con i tag e dall'altro con uno o più server o altri dispositivi. Un lettore RFId possiede inoltre delle interfacce di rete ad esempio RS232, RS485, qualcun'altro possiede una interfaccia wireless o Bluetooth, quindi per controllare queste interfacce ogni lettore deve avere una sorta di microcomputer che implementa il protocollo di comunicazione. La figura seguente mostra i componenti fisici di un tipico lettore RFId.
Figura 2.2.1
L'Antenna: sebbene l'antenna è un concetto semplice, gli ingegneri stanno continuando a lavorare su di essa per migliorare le prestazioni, in particolare per una ricezione migliore di segnali poco potenti e quindi di adattare l'antenna alle speciali circostanze. Alcuni lettori possiedono due antenne una per ricevere RX ed una per trasmettere TX.
vedi figura 2.2.2.
Figura 2.2.2
Il Controller: è il dispositivo di calcolo, esso può essere di diversa complessità da una semplice macchina a stati ad un vero e proprio microprocessore che controlla da un lato la comunicazione con i tag dall'altro il protocollo di comunicazione con un interfaccia di rete tipo wireless, bluetooth ecc. Il controller può essere dotato anche di hard disk per accumulare l'ammontare dei dati raccolti.
Network interface: Come accennato in precedenza il lettore può comunicare con altri dispositivi tramite interfacce che vanno dalla RS 232 o RS 422 alle attuali wireless Ethernet, Bluetooth.
Componenti logiche di un lettore RFId
All'interno di un controller del lettore RFId possiamo immaginare quattro sottosistemi con differenti responsabilità come illustrato dalla figura 2.2.3.
Reader API: Ogni lettore
presenta un API che permette ad altre applicazioni di eseguire operazioni con il
lettore sottostante ad esempio inventario dei tag, lo stato del lettore.
Communications: Questo sottosistema gestisce i dettagli riguardanti la comunicazione su qualsiasi protocollo di trasporto ad esempio per la comunicazione con il middleware questo è il componente che implementa il protocollo Bluetooth, Ethernet.
Event management: Quando il lettore "vede" un tag, possiamo chiamare questo evento "osservazione". Un osservazione che differisce dalla precedente viene chiamata "evento", la separazione degli eventi viene chiamata " filtraggio degli eventi". Il sottosistema Event management definisce quali osservazioni sono da considerarsi eventi, e quali eventi sono da considerarsi interessanti.
Figura 2.2.3
Antenna subsystem: Il sottosistema antenna consiste di interfacce e logica che permettono al lettore RFId di interrogare i tag, gestisce inoltre i controlli fisici delle antenne.