Rfid Technology and Standards

 




The RFID technology belongs to the Auto-ID tecniques.

RFID stays for Radio Frequency IDentification, i.e. the identification carried on by using a wireless communication.

A RFID system is made up usually by two main parts:

  • The transponder, that's placed on the object to be identified;
  • The reader, which is able to interrogate one or more transponder per cycle, that could operate as a simple reader or - in some case - as a writer.








The reader is usually equipped with a RF transceiver, an external/internal antenna able to transmit and receive energy & data to the transponder(s).

In addition, the reading system are to be connected with external device such as PC, PDA, PLC, SERVER or general purpose control unit, thru many different communication standards (RS 232, RS 485, Ethernet, Wi-Fi..). 

On the other side, the transponder, represents the data storage device,  and it's build with a very small microchip that's connected to a small form factor antenna, placed on the same layer of the chip.

We are considering only passive transponders, i.e. such devices that are completely without battery and that are powered on only by the  electromagnetic field received from the reader's antenna.

It means that if a transponder is placed outside the range of the reader's antenna, it's completely powered off.

The transponder is powered only when it is inside the reader's reading range, that's named coverage area.

The power - supplied only by the electromagnetic field sent by the reader antenna - is converted in electric energy that's used to power on the chip, receive the RF carrier, the Clock impulse and to read/write data from/to the transponder.





Passive tags work on standard frequencies band, such as:

  • LF (Low Frequency Band) @ 125-134 KHz
  • HF (High Frequency Band) @ 13,56 MHz
  • UHF (Ultra High Frequency Band) @ 865-868, 915, 902 MHz (EU, USA, JP)





 
EPC Class1/Gen2
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LA TECNOLOGIA UHF: GLI STANDARD "DE FACTO" - NUOVI CHIP RFID UHF


 

Dal maggio 2007, anno in cui l'allora Ministro per le Telecomunicazioni Gentiloni ha provveduto alla liberalizzazione delle frequenze Rfid Uhf ad oggi, gli sviluppi in termini di tecnologia rfid al servizio delle applicazioni, hanno subito un rapido quanto finalmente atteso deciso incremento.

 

La "maschera" spettrale di potenza del segnale rfid uhf in Europa (linea rossa)

Confronto con quella per la banda rfid uhf in Italia, ante 07/2007 (linea bianca)


Ricordiamo che, i primi tag rfid uhf che vennero distribuiti in Italia, venivano comunemente descritti come EPC Class0 e di seguito EPC Class1/G1.
Essi furono i primi ad avere a disposizione il banco di memoria EPC (di 64bit) impiegabile per applicazioni di tracciabilità, logistica e anticontraffazione.

In seguito alla diffusione dello standard EPC Class1/Gen1, venne a farsi strada un nuovo standard, comunemente chiamato EPC Class1/Gen2 (dove Gen 2 sta appunto per Generation 2). Tali chip, dotati di memoria supplementare incrementata fino a 96 bit, hanno concesso di gestire ancora maggiori funzionalità, in termini di capacità di memorizzazione, funzioni di crittazione, password e possibilità di "eliminare" il tag, per questioni di privacy.

 





inlay rfid uhf epc c1/g2


Sulla scia dell'introduzione dello standard EPC Class1/G2, l'Impinj (SEATTLE - U.S.A.), produttore di chip rfid uhf, per applicazioni su etichette rfid, cominciò lo sviluppo della propria serie "MONZA", il cui nome preso a prestito dal circuito più veloce del circus della Formula 1, sta a significare le eccezionali prestazioni di suddetti chip, che vennero abbinate da Impinj stessa (ma successivamente anche da altri produttori di tag ed etichette rfid) su ad antenne rfid (inlay) realizzati per ottenere il massimo dal chip Impinj in termini di distanza di lettura e capacità di anticollisione.

MONZA 2
Nel giro di pochissimi mesi, Impinj uscì sul mercato con un'evoluzione del chip Monza, denominato appunto MONZA 2.

I vantaggi dell'impiego di tale chip, contribuirono a
  • Ridurre le dimensioni di antenna
  • Migliorare la distanza di lettura (+20%)
  • Rendere maggiormente insensibile il tag all'orientamento rispetto al lettore
MONZA 3
Ma questo ovviamente non fu sufficiente, e così nel 2009 Impinj lanciò la nuova serie MONZA 3, le cui caratteristiche consentirono di ottimizzare
  • Miglioramento delle prestazioni per applicazione di etichette rfid su metallo
  • Maggiore insensibilità alla presenza di liquidi - Migliorata distanza di lettura
  • Anticollisione evoluta MONZA 4 Lo stato dell'arte (Gennaio 2010), prevede l'uscita sul mercato del
MONZA 4
Per la prima volta consente di disporre di un microchip (da montare su etichette rfid) con due porte per due antenne separate.
Ciò si traduce nella possibilità di creare inlay (e quindi tag ed etichette rfid) con un reale effetto 3D, ovvero di estrema insensibilità all'orientamento.
Per molte applicazioni, l'orientamento del tag rispetto all'antenna del lettore rappresenta una sfida difficile da vincere.
Ciò è ben rappresentato dal grafico di sotto, che illustra il diagramma di radiazione di un antenna a dipolo, di un tag rfid con una antenna non omnidirezionale.



Si intuisce che un tag di questo tipo ha più punti ciechi, rappresentati dagli orientamenti dell'antenna trasmittente, perpendicolari ai suoi lobi di radiazione. Per questa ragione, con l'impiego dei "vecchi" MONZA 1-2-3, i produttori di inlay si inventarono strani quanto poco efficienti sistemi di allargamento dei lobi di radiazione, con disegni di antenna alquanto bizzarri.

un bizzarro disegno di antenna...

 

Comparando due diagrammi di radiazione, rispettivamente di un tag dotato di MONZA 4 e uno di MONZA 3, di nota come la risposta del primo sia totalmente priva di "buchi" di lettura, poichè il suo diagramma è quasi omnidirezionale. Ciò consente ai progettisti di antenne per inlay rfid uhf, di mantenere comunque piccoli fattori di forma per le antenna, concedendo di risparmiare alluminio per l'antenna, riducendo i costi.

 


 
RFID - UHF EPC - ISO180006b
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La tecnologia Rfid UHF opera a 865-868 MHz nelle zone UE, e a 915-902 MHz in Nord America e Giappone.

In Italia, l'utilizzo della tecnologia avviene soltanto dalla metà del 2007, a causa di un lento processo di normalizzazione e liberalizzazione delle frequenze, in passato attribuite per l'utilizzo delle radio PMR in dotazione alle Forze dell'Ordine e ai Vigili del Fuoco, per comunicazioni radio riservate.

I sistemi Rfid UHF (EPC Class1/Gen2, ISO-18000-6b), operano tramite antenne che trasferiscono energia elettromagnetica ad un microchip (solitamente un'etichetta o un transponder rfid), il quale in risposta invia all'antenna del lettore i dati memorizzati nel chip stesso.

Come già anticipato, in Europa (e conseguentemente in Italia) Le frequenze ammesse per le onde elettromagnetiche sono armonizzate nello specifico intorno ad una frequenza di 865-868 MHz.

 


 

La "maschera" spettrale di potenza del segnale rfid uhf in Europa (linea rossa)

Confronto con quella per la banda rfid uhf in Italia, anteriore al 07/2007 (linea bianca)

Nel campo dei sistemi Rfid UHF, gli standard più diffusi a livello globale sono

- EPC Class1/Gen2

- ISO 18000-6c

Le caratteristiche che rendono la tecnologia Rfid Uhf applicabile a molteplici e differenti settori, sono le seguenti:

  • Etichette/Tag di dimensioni minime
  • Distanze di lettura da 5-10cm fino a 7-10 metri
  • Sistemi robusti, affidabili e standardizzati a livello globale
  • Elevato numero di tag leggibili contemporaneamente (oltre 500 in meno di 1 secondo)

Le caratteristiche di questi sistemi, consentono l'utilizzo di apparati per applicazioni di:

Applicazione Rfid Uhf per logistica di abbigliamento

 

 

  • Automazione della logistica
  • Automazione di processo
  • Magazzini automatizzati (carrelli elevatori, nastri trasportatori dotati di lettore rfid)
  • Tracciabilità alimentare

 

 

Dal 2007, anno di liberalizzazione della banda, in Italia si è evidenziato un rapido incremento degli impianti realizzati con tecnologia Rfid Uhf, poichè in generale rispetto alla tecnologia HF è

  • Più economica (in genere 20-30% inferiore al costo di un tag a 13,56Mhz)
  • Più veloce (rapidità di letture, a grande distanza e in presenza di gran numero di tag)
  • Più economica
  • Più potente (maggiore distanza di lettura)
  • Più Item Oriented (ovvero orientata all'applicazione su singolo oggetto)
  • Scalabile
La rapida affermazione di questi sistemi, ha contribuito ad accrescere la conoscenza della tecnologia Rfid a livello globale

Applicazione Rfid Uhf per controllo veicolare


 
RFID - ISO 15693
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La tecnologia Rfid a 13,56 MHz basa il proprio funzionamento sulla propagazione del campo magnetico.


Della famiglia degli standard a 13,56 MHz fa parte l'ISO 15693.

 


I sistemi Rfid ISO15693 dialogano tramite antenne che trasferiscono energia ad un tag (solitamente un'etichetta o un transponder), il quale in risposta invia al lettore i dati richiesti, che sono memorizzati nel chip stesso.

Le frequenze ammesse sono armonizzate a livello mondiale nella banda di radiofrequenza ISM, destinata ad applicazioni industriali, scientifiche, mediche, nello specifico intorno ad una frequenza di 13,56 MHz.

 

Per l'ISO 15693 (Vicinity Card) - la distanza massima di lettura consentita è dell'ordine degli 80-100 cm e le applicazioni per le quali si fa uso di questa tecnologia sono

 

  • Sistemi antitaccheggio
  • Controllo accessi di prossimità
  • Controllo accessi a mani libere
  • Sistemi di autoprestito bibliotecari
  • Automazione della produzione (Controllo di produzione)
  • Tracciabilità alimentare
  • Anticontraffazione

Un nuovo sistema di esazione pedaggio



La rapida affermazione di questi sistemi dall'inizio degli anni '90, ha contribuito ad accrescerne la diffusione a livello globale, anche se la recente introduzione e liberalizzazione della nuova banda di frequenza (UHF - 866-915Mhz), ha permesso di realizzare soluzioni innovative e di ancor più ampio utilizzo.

 


 


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