RFID: un pò di tecnologia - 4

Un sistema RFID è costituito dal lettore, da uno o più transponder, da uno strato software e middleware e dall’interfaccia per la connettività in rete. Il dispositivo di lettura consente di leggere contemporaneamente decine di tag con velocità dell’ordine di 100 millisecondi (ossia, 100 millesimi di secondo). Un meccanismo di anti-collisione consente al lettore di rilevare e identificare tutti i transponder nel loro intervallo operativo e di accederli singolarmente attraverso il loro numero identificativo.

Il software raccoglie e filtra i dati letti dai tag e li elabora per renderli disponibili al sistema informativo aziendale e fruibili all’utente finale. Integra meccanismi di protezione dei dati, per evitare che essi vengano intercettati e manipolati da persone non autorizzate e per rispettare le leggi vigenti sulla privacy.

Il sistema RFID è dotato anche di interfacce per la connettività e per la sua integrazione con l’infrastruttura informatica esistente, di gestione verso la rete dell’operatore di rete oppure verso una rete LAN, a sua volta connessa attraverso un gateway alla rete di distribuzione telecom. Le interfacce di rete più comuni sono quelle di tipo Ethernet 10/100 Mbit e IEEE 802.11 (WiFi).

Il lettore RFID può essere integrato in un terminale portatile, ad esempio un PDA connesso in rete attraverso un’interfaccia WiFi. Il trasferimento dati dai PC palmari al centro di raccolta dati avviene grazie all’installazione di access point opportunamente posizionati.

La tendenza che si osserva è verso l’integrazione della tecnologia RFID con le altre appartenenti al mondo wireless . Una rete wireless consente di ridurre notevolmente i costi di installazione: appena 3 dollari al piede (un piede equivale a circa 30 centimetri) contro 20 - 30 dollari richiesti per la posa dei cavi. L’RFID non è più visto come un insieme di tecnologie a sé stanti, ma come parte di un sistema di rilevazione dati e di collegamento di sensori “senza fili”. Il terminale mobile si sta quindi trasformando in un gateway che assicura servizi pervasivi e fa convivere il modulo RFID con altri di tipo WiFi , la sua evoluzione WiMax o con altre tecnologie emergenti quali ZigBee, Bluetooth, Near Field Communication (NFC) o UltraWideband .

ZigBee trova applicazione in particolare nel monitoraggio medicale e nel controllo la catena del freddo.  
Rispetto ad altre tecnologie nate per reti del tipo PAN (Personal Area Network), come ad esempio Bluetooth, ZigBee è stata studiata proprio per rispondere alle esigenze di una rete costituita da un gran numero di microdispositivi intelligenti (fino a 65.000), a basso consumo (con un’autonomia della batteria di qualche anno), e in grado di funzionare in ambienti sia interni che esterni. Il costo ridotto dei dispositivi consente di utilizzare la ridondanza per assicurare un’affidabilità maggiore o per compiere percorsi tortuosi che permettono di raggiungere zone che sarebbero altrimenti schermate, ad esempio, edifici con pareti in grado di attenuare le frequenze a cui operano i tag (è il caso delle stanze di un ospedale).

Il protocollo ZigBee è stato sviluppato a partire dallo standard IEEE 802.15.4 per lo strato fisico e opera in bande non soggette a licenze attorno a 2.4GHz (a livello globale), 915MHz (nel continente americano) e 868MHz (in Europa). Il throughput da 250 Kbs può essere raggiunto a 2.4GHz (con 16 canali), mentre a 915MHz con (10 canali) si arriva a 40Kbs e a 868MHz la velocità è di 20Kbs su 1 canale. Le distanze di trasmissione variano da 10 a 100 metri, a seconda della potenza di uscita e dalle caratteristiche ambientali. Si possono coprire anche zone molto ampie dell’ordine del chilometro, con una configurazione a salti multipli (multi-hop).

Zigbee opera secondo uno schema a spettro espanso a frequenza diretta che consente ai dispositivi di rimanere in fase di sleep senza bisogno di sincronizzazioni; i sistemi ZigBee sono infatti pensati per reti di sensori a basso duty cycle, che rimangono attivi per meno dell’1 % del tempo. I nodi ZigBee sono caratterizzati da dimensioni ridotte: la scelta della banda di frequenza attorno a 2,4 GHz consente di usare antenne di dimensioni molto piccole. Anche la potenza emessa è molto bassa (dell’ordine delle decine di mW), per cui non esiste nessun pericolo di danno biologico.

Un’altra caratteristica importante è costituita dalle funzioni per la sicurezza, che sono implementate ai livelli MAC, Network e Application della pila protocollare ZigBee.

Un sistema ZigBee si può facilmente integrare, assieme a un modulo RFID, in terminali mobili, set top box, schede PCMCIA o multi media card di tipo SDIO. In occasione del CeBit 2005 (Hannover, Germania) la società C-Guys ha presentato la prima ZigBee SDIO card, progettata per il controllo in case, uffici ed ospedali. In occasione della Zigbee Alliance Conference, tenutasi a Seul nel Dicembre del 2004, la società coreana Pantech&Curitel ha presentato il proprio cellulare P1, il primo al mondo con sistema ZigBee integrato. Il cellulare consente applicazioni sia indoor (come il controllo di luci, allarmi, temperatura all’interno delle abitazioni), sia outdoor. Ad esempio l’utente camminando per strada può ricevere segnalazioni su ristoranti, cinema o teatri.

L’integrazione dei sistemi RFID e ZigBee dal terminale mobile alla SIM card comporterebbe sensibili vantaggi per gli operatori e per l’utente finale, come la possibilità di aggiornare in tempo reale i sistemi, un aumento della sicurezza dei servizi e una maggiore portabilità dei sistemi RFID e ZigBee da un terminale all’altro.

Un altro esempio commerciale in cui un lettore di tag RFID a 13,56 MHz (conforme allo standard ISO-14443A) è integrato sul cellulare, è rappresentato dal modello Nokia 5140, uscito nel primo trimestre 2004 e in grado di leggere le etichette RFID. In questo terminale mobile la parte GSM e la parte relativa al lettore di RFID sono separate e indipendenti. Basta toccare un oggetto intelligente, dotato di un tag RFID, per avviare le funzioni di lettura del contenuto dell’oggetto intelligente, di accesso a un database o di inserimento di nuovi dati. Il cellulare RFID può essere usato anche per la lettura dei contatori di luce e gas e per effettuare micro-pagamenti in un raggio che non supera i 2-3 centimetri, minimizzando così anche l’inquinamento elettromagnetico.

La tecnologia wireless a corto raggio NFC (Near Field Communication), sviluppata congiuntamente da Sony e Philips e operante anch’essa a 13,56 MHz, costituisce una combinazione delle tecnologie RFID e di identificazione contactless. Assicura una velocità di trasferimento massima di 212 KB/s ed è compatibile con le smart card Mifare di Philips e Felica di Sony. Nel quarto trimestre 2004 la casa giapponese NTT DoCoMo ha introdotto sul mercato il cellulare P506iC, il quale include al proprio interno uno chip RFID di Felica. Questo consente di usare il terminale anche come borsellino elettronico per i pagamenti mobili e come collettore di dati personali.

La tecnologia Bluetooth, che è a noi familiare e perchè è usata comunemente nelle cuffie wireless e nei sistemi viva-voce a bordo delle auto, opera a corto raggio (fino a 10 metri di distanza, anche se alcune versioni ad alta potenza arriovano anche fino a 100 metri), ed è stata progettata per essere molòto robusta e sicura. 

Un’altra tecnologia wireless molto promettente per le applicazioni ospedaliere è Ultrawideband. La tecnologia è stata sviluppata per realizzare reti private personali wireless (WPAN) con un raggio operativo di circa 1 metro e una velocità di trasferimento dati di 252 Mbps. È spesso usata in combinazione con una rete WiFi (802.11). Mentre gli standard 802.11b/g e 802.11a operano rispettivamente a 2,4 GHz e a 5 GHz, una rete UWB usa una banda larga almeno 500 MHz attorno alla frequenza centrale. UWB assicura bassi consumi, elevato throughput e l’assenza di interferenze con le reti 802.11 esistenti: per questi motivi è ideale per applicazioni negli ambienti ospedalieri.