Tecnologia RFid: analisi e caratterizzazione di un sistema HF passivo

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CAPITOLO 1 
 
 
In questa prima parte del nostro lavoro si trova una presentazione della 
tecnologia RFId. Si parte da una visione generale di questo tipo di tecnologia, 
che parte dai cenni storici che riguardano la nascita e lo sviluppo, per poi 
descrivere come siano composti i sistemi RFId e da come questi siano 
classificati. Abbiamo  poi posto attenzione sul tipo di sistema sul quale 
abbiamo svolto il nostro lavoro, la tecnologia HF passiva, descrivendo i 
principi di funzionamento e le caratteristiche. Il capitolo si conclude con una 
presentazione delle possibili applicazioni di questo tipo di tecnologia. 
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1.1  INTRODUZIONE 
 
Negli ultimi anni i sistemi d’identificazione automatica (Auto-ID) sono diventati di uso 
comune in molti settori terziari: logistica di distribuzione e di acquisto, industria, aziende 
manifatturiere e sistemi di flusso di materiale. Il sistema di identificazione automatica serve 
per ottenere informazioni su persone, animali, beni e prodotti di passaggio.  
Uno dei primi sistemi di identificazione automatica è stato il codice a barra (barcode label), 
che scatenò una vera e propria rivoluzione nei sistemi di identificazione automatica. 
Questo ultimo, negli ultimi tempi, però, sta diventando inadeguato per moltissime 
applicazioni, pur essendo estremamente economico. Il limite principale è nella scarsa 
capacità di memorizzazione dei dati e nella impossibilità di essere riutilizzati. La soluzione 
tecnicamente più vantaggiosa sarebbe la memorizzazione dei dati in un chip di silicio. Le 
forme più comuni di dispositivi che memorizzano dei dati, nell’uso di tutti i giorni, sono le 
smart card. Ad ogni modo, il contatto fisico usato dalle smart card per lo scambio dei dati 
risulta il più delle volte scomodo. Un trasferimento dati tra il dispositivo che li memorizza e 
il suo lettore, senza contatto, è sicuramente più flessibile. Nel caso ideale, l'alimentazione 
richiesta per far funzionare il dispositivo di memorizzazione dati dovrebbe essere fornita 
dal lettore, senza avere necessariamente un contatto fisico con esso. Il sistema per 
trasferire sia l’alimentazione che i dati, senza il bisogno di contatto, in un sistema di 
identificazione automatica, è chiamato RFID.  
E’ un sistema d’identificazione automatica basato sulla trasmissione a radio frequenza. 
Questo tipo di sistema è molto simile alle smart card, e come queste i dati dell’oggetto da 
identificare (numero di serie unico ID, data di fabbricazione, composizione del prodotto). 
Iniziamo dalla definizione stessa dell'acronimo RFID: "Radio Frequency IDentification ", 
cioè Identificazione a radiofrequenza. Lo stesso acronimo ci permette di dare una 
direzione alla stessa tecnologia (precisandola e limitandola): 
• è una tecnologia che permette l'identificazione (si intende per identificazione il 
riconoscimento univoco di un oggetto) 
• è una tecnologia che sfrutta la radiofrequenza. 
 
Da queste precisazioni è possibile già dare limiti e corpo a questa tecnologia, perché lo 
scopo primario è l'identificazione (certa di un oggetto) e lo scopo secondario è lo 
sfruttamento di un sistema wireless a radiofrequenza.  
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Attualmente molte riviste parlano di questa tecnologia, definendola come onde radio che 
"accendono" un’etichetta e ne leggono o ne aggiornano il contenuto. 
L’uso di questa tecnologia presenta uno scenario di applicazioni estese a numerose 
categorie di prodotti e processi che fanno pensare ai più fantasiosi di arrivare alla “internet 
delle cose”, ma gli impatti potenziali più importanti dell’RFID riguardano soprattutto la 
struttura dei sistemi informativi, la gestione della Supply Chain dei prodotti e la gestione 
dell’identità delle persone. 
 
1.2  VANTAGGI DELLA TECNOLOGIA RFId 
 
L’utilizzo della tecnologia RFId potrebbe sostituire completamente l’utilizzo dei bar code, 
questo è dovuto a svariate motivazioni. I sistemi RIfid sono sistemi di lettura/scrittura 
mentre quelli bar-code  sono esclusivamente di lettura, questo implica che i tag RFId 
possono essere utilizzati più volte e con scopi differenti tra loro avendo al possibilità di 
immagazzinare svariati tipi di informazione. I sistemi RFId non necessitano un tipo di 
contatto visivo, necessario invece per leggere un codice a barre, questo può essere utile 
per identificare oggetti all’interno di scatole o imballaggi, il che ha una doppia valenza sia 
dal punto di vista della tracciabilità dell’oggetto sia dal punto di vista della sicurezza 
(sistemi antitaccheggio). I tag sono decisamente meno sensibili a fattori atmosferici, 
sporcizia, e sollecitazioni di tipo meccanico. È possibile inoltre leggere/scrivere i tag anche 
quando questi sono in movimento, nei sistemi bar-code la possibilità di leggere in 
movimento richiede l’utilizzo di  macchinari costosi. Un ulteriore vantaggio per i sistemi 
RFId è rappresentato dal fatto che è possibile leggere fino a 30/40 tag 
contemporaneamente, cosa del tutto impossibile per i codici a barre. Un punto a favore dei 
bar-code è però rappresentato dal costo, un codice a barre ha un costo irrisorio rispetto a 
un tag (specie se di tipo attivo), anche se con lo sviluppo di questa tecnologia si assisterà 
quasi sicuramente all’abbattimento dei costi di produzione di questi. 
 
 
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 Tabella1.1: confronto tecnologia RFId e codice a barre 
 
 
1.3  NASCITA DELLA TECNOLOGIA RFId 
 
L’acronimo inglese RFID, Radio Frequency Identification nasce dall’utilizzo della 
tecnologia radio e dalla funzione di identificazione automatica. Gli eventi storici hanno 
dimostrato che i principi funzionali della tecnologia RFID derivano direttamente dallo 
sviluppo e dall’utilizzo dell’IFF (Identification Friend or Foe, Identificazione Amico o 
Nemico), del radar e del transponder. Infatti in Inghilterra l’IFF (con transponder) era un 
sistema già sviluppato prima della seconda Guerra Mondiale. Il dispositivo era installato 
all’interno dell’abitacolo e trasmetteva un segnale all’operatore del Chain Home Radar (il 
primo sistema radar inglese,funzionante già nel 1939). 
Contrariamente a quanto si pensa, questa tecnologia non è recente ma è nata durante la 
seconda guerra mondiale, insieme all’utilizzo dei primi radar (“radio detecting and 
ranging”, rilevamento radio e misurazione di distanze). 
Questi apparecchi non erano sofisticati e tecnologici come i moderni radar ma erano 
costituiti da: 
• Un' antenna di trasmissione fortemente direzionale, di forma paraboloide, che emetteva 
una serie di impulsi radio, 
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• un impianto di ricezione (che sfruttava la stessa antenna) montato su un piano rotante 
• un sistema di amplificazione 
• un primitivo schermo 
Il principio di funzionamento del radar consiste nell'inviare radioonde generalmente 
modulate a impulsi verso l'oggetto cercato e nel ricevere le onde riflesse dall'oggetto 
stesso (echi radar). Calcolando il tempo di eco, ossia il rimbalzo dell'impulso sulla carlinga 
dell'aereo, e conoscendo la posizione istantanea della rotazione dell'antenna ricevente, il 
sistema di amplificazione permetteva la visualizzazione di un punto sullo schermo che 
schematizzava la posizione dell'aereo. 
Il Ministero della Difesa britannico non ritenne del tutto soddisfacenti i primi sistemi radar 
poiché non distinguevano gli aerei amici dai nemici così da ottenere la situazione in tempo 
reale della situazione aerea e commissionò la progettazione di un sistema IFF - 
Identification Friend or Foe (Identificazione amico o nemico). Gli ingegneri decisero di 
implementare sugli aviogetti inglesi e alleati una scatola contenente una ricetrasmittente, 
denominata successivamente “transponder”, che all'atto dell'illuminazione radar 
rispondesse sulla stessa frequenza con un “bip”, permettendo al radar stesso 
l'identificazione degli aviogetti. 
L'evoluzione successiva fu non solo l'identificazione IFF ma anche quella univoca 
mediante un identificativo (“ID”) assegnato ad ogni aviogetto. Questo fu possibile 
modulando l'emissione del transponder (primi esperimenti di onde radio FM) a bordo 
dell'aereo, che non inviava più un semplice “bip”, ma una serie opportunamente codificata. 
Questa innovazione permise di “numerare” gli aviogetti e conoscerne la posizione univoca. 
Un sistema più evoluto fu il MKIII realizzato da Watson-Watt nel 1940. Questo sistema fu 
l’antesignano dei moderni tipi IFF, poiché operava a più bande di frequenza e permetteva 
l’identificazione sia degli aerei sia di navi. Il primo documento che descrive compiutamente 
questo modo di utilizzo fu scritto da Hanry Stockman. I principi anche se erano conosciuti 
e condivisi, la tecnologia elettronica non era ancora in grado di offrire gli elementi 
costitutivi adeguati ad un costo accettabile. Non esistevano ancora componenti integrati di 
piccole dimensioni: il transistor, il circuito integrato e il microprocessore dovevano ancora 
apparire. Gli anni cinquanta furono dedicati al perfezionamento di tutte le tecnologie 
conosciute a beneficio della loro integrazione per formare l’RFID. 
 
Gli anni sessanta furono la premessa per le esplosione RFID degli anni '70, furono fondate 
le prime attività che commercializzavano prodotti RFID. Sensormatic, Checkpoint, Knogo 
ed altre svilupparono sistemi di sorveglianza elettronica, Electronic Article Surveillance 
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EAS per contrastare i furti. Gli EAS spesso utilizzavano tag a 1 bit per identificare la 
presenza o l'assenza del transponder, questo li rendeva economici ed efficienti come 
misura anti–taccheggio. Questi tipi di sistemi utilizzavano sia microonde sia tecnologie 
induttive.  
Negli anni settanta sviluppatori, ricercatori, società, università e laboratori governativi 
lavorarono attivamente allo sviluppo dell'RFID, e notevoli progressi iniziarono a 
realizzarsi nei laboratori di ricerca e negli istituti accademici. L'autorità del porto di New 
York e New Jersey stava testando un sistema costruito dalla General Electric, 
Westinghouse, Philips e Glenayre. I risultati erano favorevoli, ma la prima applicazione 
commerciale dell'RFID di successo fu il pagamento elettronico dei pedaggi, che, però, non 
era ancora pronta ad una diffusione di massa. Questi anni furono caratterizzati 
prevalentemente da lavori di sviluppo. Le applicazioni svolte furono la tracciabilità degli 
animali, dei veicoli e l'automazione industriale. 
Le prime soluzioni degli anni 80, che prevedevano l'uso di codici visuali (ad esempio, i 
primi codici a barre), mostrarono subito i loro limiti: distanze di lettura inferiori ai 5 cm, 
impossibilità di lettura in ambienti con polveri sospese, frequente necessità di pulizia delle 
apparecchiature; avevano un solo pregio: i bassi costi. La loro evoluzione è costituita dai 
codici a 13 cifre che troviamo normalmente sui prodotti. I codici a barre però non si 
legavano all'identificazione o localizzazione di apparecchiature in movimento (ad esempio 
i muletti automatici): per risolvere il problema furono utilizzati dei transponder a potenza 
ridotta con un limite di lettura di una decina di metri. Per ridurre ulteriormente i costi fu 
separata la funzionalità di identificazione da quella del radar, identificando quindi nel 
raggio d'azione dell'antenna la presenza dell’oggetto senza individuarne la posizione. Alla 
riduzione delle potenze e delle distanze aumenta enormemente la difficoltà nella 
progettazione di un sistema radar, poiché le onde radio si propagano alla velocità della 
luce e l'eco di ritorno è così veloce da non poter essere elaborato. Così è nato il primo 
sistema di identificazione a radiofrequenza, che permetteva di identificare la posizione di 
un oggetto vicino all'antenna: dato che la provenienza di questa tecnologia era 
prevalentemente di origine aeronautica, all'inizio furono utilizzati gli stessi standard, poi 
convertiti in standard ISO sulla base della diffusione della tecnologia. Gli anni ottanta 
furono il decennio della piena implementazione dell'RFID, attraverso interessanti sviluppi 
anche se non omogenei nelle varie parti del mondo. 
 
Negli Stati Uniti il 1990 fu un decennio rilevante per l'RFID, in quanto permise lo sviluppo 
su larga scala dei sistemi di pagamento elettronico. Gli interessi per le applicazioni RFID in