RFid - Gli sviluppi della tecnologia - I problemi di implementazione

RFid - Gli sviluppi della tecnologia - I problemi di implementazione
primo standard IEEE 802.11, che non fu accolto con eccessivo entusiasmo
dal grande mercato. Lo scenario è cambiato radicalmente quando la Wireless
Ethernet  Compatibility  Alliance  (Weca)  ha  lanciato  il  programma  di
certificazione  Wi-Fi,  che  doveva  garantire  la  compatibilità  ed
interoperabilità dei dispositivi di produttori diversi.
1.1.1 W-Lan
L'introduzione  di  nuovi  standard  e  la  riduzione  dei  costi  agevolano  una
rapida diffusione delle reti "senza fili”. Per alcuni anni le reti locali wireless
(W-Lan),  sono state  utilizzate solamente in condizioni particolari  come la
gestione di grandi magazzini e in ambienti ospedalieri.
Ciò si è verificato principalmente a causa degli elevati costi dei dispositivi
necessari  che  le  hanno  fatte  preferire  alle  soluzioni  tradizionali  solo  in
applicazioni  verticali  o  in  casi  particolari  come in  edifici  storici  ove era
impossibile la posa di nuovi cavi.  La riduzione dei costi  e una maggiore
standardizzazione  consentono  oggi  alle  imprese,  anche  di  piccola
dimensione, di valutare seriamente l’introduzione delle tecnologie wireless
per connettere fra loro computer, stampanti e altre periferiche.
Dal  1999  in  poi  si  sono  susseguiti  diversi  standard:  802.11b,  802.11a,
802.11g esi parla gia di un futuro 802.11n in arrivo dal 2006. Lo standard
attualmente leader del mercato (802.11g) è identificato con il marchio Wi-Fi.
Esso permette trasmissioni alla velocità di circa 54 Mbps in un raggio di 30-
50 metri dal concentratore (Access Point) che instrada via radio i segnali ai
computer e alle  periferiche connesse alla rete.  Esso sta avendo un ottimo
successo  perchè  integra  la  potenza  dello  standard  di  tipo  "a”,  con  la
compatibilità dello standard "b” che dal 1999 ha venduto più di 40 milioni di
dispositivi che quindi possono tranquillamente interagire con quelli di tipo
"g”, tanto che si parla di dipositivi 802.11b/g o addirittura a triplo standard.
Per ampliare la superficie coperta, si può ricorrere a più Access Point. Come
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per  le  trasmissioni  radiofoniche  l’ambiente  circostante  influenza
enormemente  la  qualità  del  segnale.  I  metri  di  raggio  dati  dai  produttori
rappresentano una distanza minima garantita, ma al variare delle condizioni
circostanti, per esempio in zone immerse in forti campi elettromagnetici o in
spazi aperti, la distanza utile può variare di molto.
Al fine di valutare i vantaggi dell’introduzione delle tecnologie wireless, in
sostituzione  o  in  combinazione  con  le  reti  locali  tradizionali  a  cavi,  è
necessario comprendere le principali differenze fra i due tipi di connessioni,
così come sono percepite dall’utente della rete. Prima fra tutte la velocità di
trasmissione: le reti locali cablate sono in grado di trasmettere alla velocità
di 100 Mbs contro gli 54 Mbs delle reti wireless (teorici). Se i 100Mbs sono
più che sufficienti per il passaggio dei normali file di dati, possono essere
indispensabili  per  trasmissioni  multimediali  come la  videoconferenza.  La
tipologia di applicazioni utilizzate e quindi la quantità di dati rappresentano
un elemento discriminante per l’introduzione delle reti wireless in completa
sostituzione di quelle fisiche. Contemporaneamente si dovrebbero risolvere
anche i problemi di sicurezza che al momento affliggono lo standard Wi-Fi.
A questo proposito è necessario ricorrere ad una configurazione meticolosa
delle  apparecchiature  di  rete per  evitare  che un utente  ‘fuori  dalla  porta’
dell’ufficio si connetta alla rete con il suo portatile e acceda ai dati aziendali.
E’ quindi opportuno rivolgersi a società specializzate nella realizzazione di
reti wireless e assicurarsi che siano in grado di mettere in atto tutte le cautele
necessarie per rendere sicure le connessioni.
1.1.2 Telefonia Wi-Fi
Una  delle  ultime  frontiere  nell'ambito  dello  sviluppo  e  della
commercializzazione dei prodotti wireless è la combinazione delle W-Lan e
del voice-over-IP (VOIP), cioè il sistema di trasmissione e commutazione
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della voce su reti locali e su Internet. In questo modo è possibile creare veri
e propri telefoni wireless, in grado di sfruttare il Wi-Fi per la comunicazione,
invece che le tradizionali linee GSM.
In sostanza i  telefoni Wi-Fi sono veri e propri telefoni cellulari,  in grado
anche di sfruttare le reti Wi-Fi per la comunicazione. Quando un utente si
trova all'interno dell'area di copertura di una W-Lan connessa ad Internet, ha
la possibilità  di  compiere  una chiamata  telefonica via  Internet  con il  suo
telefono,  invece  che  utilizzare  la  classica  comunicazione  cellulare.
Dall'autunno 2003 sono stati  commercializzati  i primi modelli di telefono
ibrido GSM/Wi-Fi. Sono usciti da poco (Giugno 2004) nuovi modelli dotati
di  compatibilità  802.11b.  Unico  difetto  di  telefoni  Wi-Fi  è  l'autonomia:
malapena  2  ore  in  conversazione  e  24  ore  in  standby.  Il  Wi-Fi,  infatti,
consuma molta energia rispetto ad altre forme di comunicazione wireless.
1.1.3 Bluetooth
Nel maggio del 1998, Intel, Eriksson, Nokia, IBM e Toshiba formarono la
SIG, cioè un Special Interest Group il cui obiettivo era quello di realizzare
una  tecnologia  wireless  a  corto  raggio,  poi,  appunto  conosciuta
commercialmente come Bluetooth. Dal giugno del 1999 i membri de SIG
sono aumentati  a  751,  tra  i  quali  sono presenti  Compaq,  Dell,  Motorola,
3Com, HP, Lucent e Samsung accordatesi tutti per un "royalty free standard”
al fine di diminuire i  costi  tecnici  di produzione e compatibilità  con altri
prodotti di marche diverse. 
La  tecnologia  Bluetooth  permette  una  comunicazione  wireless  via  onde
radio  tra  "desktop”  (tastiera,  mouse,  speekers...)  e  PC,  PDAs,  cellulari,
stampanti,  scanners,  fotocamere digitali  e perfino con gli  elettrodomestici
casalinghi.  Il  Bluetooth  (ci  si  riferisce  al  chipset  in  tal  caso)  si  basa  sul
trasferimento di informazioni e voce alle frequenze della banda ISM (2,45
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Ghz frequenza assegnata per utilizzo industriale, la stessa delle W- Lan). 
Chi  si  avvicina  al  mondo  wireless  per  la  prima  volta  solitamente  resta
incuriosito  dal  nome  del  protocollo  Bluetooth,  visto  che  si  distanzia
notevolmente dalla  solita noiosa pletora  di  sigle,  acronimi e bisillabi  che
caratterizzano il gergo hi-tech. In effetti il  nome del protocollo wireless a
corto raggio ha un'origine curiosa, visto che prende origine dal soprannome
del re della Danimarca Harald Baatand II, vissuto intorno all'anno 1000 e
unifcatore  del  regno.  La  sua  fama  di  costruttore  di  ponti  e  vie  di
comunicazione gli  è  valsa  l'intitolazione  di  uno dei  più  diffusi  protocolli
wireless presenti sul mercato.
Pur trattandosi di uno standard per la comunicazione wireless, il Bluetooth
non  è  adatto  alla  creazione  di  reti  wireless,  ma  è  ottimo  per  la
comunicazione a corto raggio tra dispositivi tecnologici.  I sistemi Bluetooh
possono supportare fino ad 8 dispositivi (piconet).
La sua portata massima di circa 10 metri  ed il throughput è di 1 MBs ma i
veri vantaggi derivano oltre che da un miglioramento sotto l'aspetto logistico
anche dal fatto che il segnale può essere criptato, quindi sicuro da possibili
infiltrazioni, e non viene facilmente influenzato da campi elettromagnetici
preesistenti nell'ambiente. Però la tecnologia Bluetooth non ha avuto subito
un  grande  impatto  sul  mercato  soprattutto  per  le  incompatibilità  tra
periferiche  di  diversi  produttori  ma  ora  il  suo  bassissimo  costo  di
implementazione  lo  rendono  ideale  come  sostituto  wireless  dei  cavi  di
collegamento  tra  dispositivi.  Tuttora  la  tecnologia  sta  prendendo  piede
soppiantando  la  comunicazione  tramite  IR  (infrarossi)  legata  quest'ultima
alla conformazione dell'ambiente di  lavoro in qunto non può oltrepassare
ostacoli fisici.
Il  Bluetooth,  insomma,  è  un  protocollo  di  comunicazione  macchina-
macchina e può avere un grande numero di possibilità di utilizzo. Una delle
più recenti è la creazione di cuffie Bluetooth per telefoni cellulari. Si tratta di
ordinarie  cuffie  auricolari  con  microfono  che  permettono  l'utilizzo  di  un
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telefonino  (dotato  anch'esso  di  Bluetooth)  senza  l'ausilio  delle  mani.
Trattandosi  di  un  prodotto  Bluetooth  non  dispongono  del  cavo  di
collegamento  al  telefono,  pur  garantendo  un  pieno  funzionamento.  Un
telefono Bluetooth, inoltre, può interfacciarsi rapidamente con computer o
palmari,  senza  alcuna  interfaccia,  sincronizzando  la  rubrica,  gli
appuntamenti  o,  addirittura,  funzionando  come  modem  esterno.  La
possibilità  di  eliminare i  cavi  grazie  al  Bluetooth  ha fatto  sue che anche
tecnologie più tradizionalmente ...wired..., come le stampanti, i mouse e le
tastiere, acquisissero una dimensione wireless. Il risultato è che attualmente
è possibile, grazie al protocollo wireless, avere un computer dotato di sole
periferiche wireless, in grado di funzionare senza interferenze e, soprattutto,
di convivere senza problemi. Il guadagno dato dall'eliminazione dei cavi in
termini di praticità è palese.
Il  Bluetooth  si  è  ormai  stabilito  come  standard  per  la  connettività  tra
dispositivi portatili e ormai è diffcile trovare in commercio un palmare o un
telefono  cellulare  di  fabbricazione  recente  che  non  ne  dispongano.  Sul
mercato,  inoltre,  sono  presenti  navigatori  satellitari,  autoradio,  lettori  di
codici a barre, lettori mp3 dotati di compatibilità con lo standard wireless.
Fig. 1.1 – Sistema Bluetooth
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1.2 Percezione dell'RFid
La  tecnologia  innovativa  che  dovrebbe  in  tempi  più  o  meno  brevi
rimpiazzare  la  "vecchia”  identificazione  ottica,  dovrebbe  essere  quella
dell'RFid, acronimo che sta per Radio Frequency Identification. L'RFid è un
modo generico di definire quel gruppo di tecnologie che sfruttano le onde
radio per identificare automaticamente oggetti. 
Anticipiamo  in  sintesi  ciò  che  vedremo in  seguito  per  quanto  riguarda  i
principi  di  funzionamento dell'RFid.  Ci  sono diversi  modi  di  identificare
oggetti tramite RFid, ma il più diffuso è sicuramente quello di memorizzare
un serial number che determini il prodotto, e quindi delle informazioni ad
esso  associate,  in  un  microchip  che  viene  congiunto  ad  un'antenna  (che
insieme formano il cosiddetto RFid tag o trasponder). L'antenna permette al
chip di trasmettere le informazioni di identificazione (serial number o altri
tipi di codifica) a un "lettore” che converte le onde radio di ritorno dal tag in
modo da essere interpretate da periferiche adatte a passare i dati al computer.
Oggi l'RFid rappresenta il segmento con la crescita  più alta nell'industria
dell'identificazione automatica.  Ora grazie  alla  tecnologia  ILR (Intelligent
Long Range) la tecnologia RFid è pienamente sfruttata. Infatti si sono potuti
sviluppare molteplici tag, che possono lavorare in parallelo in quanto si sono
evoluti  i  sistemi  anticollisione  e  i  sistemi  informatici  sono  in  grado  di
ricevere quantità enormi di dati nello stesso istante.
Non  meno  importante  è  il  fatto  che  tale  tecnologia  oltre  a  sfruttare  le
peculiarità  delle  reti  wireless  (assenza  di  impedimenti  dovuti  alla
conformazione fisica  del  territorio,  soluzione di  molti  problemi logistici),
associ tecnologie in grado di programmare i tag in modo da trasmettere in
tempi  prestabiliti  e  inoltre  implementi  controllori  di  temperatura  nei  tag
stessi (solo per fare qualche esempio). Inoltre i tag con memoria espansibile
rendono facile anche la raccolta dati più impegnativa. In tal modo si crea una
vera e propria "intelligenza diffusa” agevolata oltre che dai futuri sviluppi
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tecnologici  da  un  abbassamento  ulteriore  dei  prezzi  per  singolo  tag,  che
bisogna sottolineare, sono già bassi.
1.2.1 Dal "pionierismo” alla maturità
L'RFid  è  una  nuova  tecnologia  per  l'auto  identificazione  che  in  questo
periodo  sta  calamitando  l'attenzione  di  molte  aziende  che  credono  possa
migliorare i processi aziendali; e ,in effetti, il suo utilizzo si sta diffondendo
ampiamente. In realtà, alcune aziende "pionieristiche”, che hanno adottato
l'RFid  a  livello  di  imballaggio  (case  level)  nei  casi  di  merci  miste  per
facilitare  inventari  e  liste  di  spedizioni,  hanno  scoperto  una  inaspettata
opportunità  per  migliorare  l'efficienza  dei  processi  di  maneggiamento  e
immagazzinamento dei beni. RFid offre grandi performance (in fase di test)
e funzionalità, sebbene vi debba essere una considerazione dell'aumento del
costo dei tags rispetto a quello delle semplici etichette. Il costo aggiuntivo
dell'RFid, aggravato dalla diffusione massiccia dei codici a barre e dal loro
indubbio  valore  fin'ora  dimostrato  e  dalle  infrastrutture  supportate  da
standard  internazionali,  ci  spinge  a  pensare  che  le  due  tecnologie
coesisteranno per lungo tempo. Basti  pensare alle  nostre strade nazionali,
comunque trafficate da mezzi commerciali malgrado la diffusione di mezzi
alternativi come il commercio aereo sviluppatosi negli ultimi 50 anni.
Per il fatto che i tags RFid siano riutilizzabili, non necessitino di una "line-
of-sight” per essere letti e scritti, permettano una lettura istantanea e offrano
la possibilità di contenere tanti dati sul prodotto, essi potrebbero migliorare
l'efficienza  in  molteplici  processi  aziendali  riducendo  tempi  e  costi.
Ovviamente i potenziali utilizzatori dovranno attentamente valutare l'impatto
a  lungo  termine  e  i  costi  per  installare  un sistema RFid  e  non rifiutarsi
prematuramente di adottarlo in quanto necessita di un investimento iniziale
di dubbio rischio.
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1.2.2 Implementazioni odierne e future
Come  vedremo  in  seguito  la  tecnologia  RFid  deve  ancora  trovare  uno
standard unico che quindi uniformi tutti i sistemi informativi internazionali.
Una  volta  che  questo  problema  verrà  risolto  essa  potrà  essere  impiegata
dovunque si sposti qualcosa, merci o persone. Perciò nelle applicazioni di
logistica  e  trasporto,  nella  produzione  e  nella  distribuzione.  Ma  anche
dovunque si vogliano tenere sotto controllo gli inventari, come nella gestione
dei cespiti aziendali, oppure gli spostamenti di animali o anche di persone.
Ancora,  l’RFid  può  servire  a  controllare  lo  stato  di  qualcosa,  come  ad
esempio la scadenza dei cibi, la manutenzione degli impianti o la lettura dei
contatori. Deloitte1 (associazione che si occupa di supply management) ha
definito  tre  categorie  di  applicazioni  possibili.  La  prima  riguarda
applicazioni attuabili nel breve termine, la seconda nel medio e la terza nel
lungo termine Quello che comanda il passaggio dall’una all’altra categoria è
sostanzialmente  il  fattore  costo.  Così  sono  già  oggi  giustificabili  sotto  il
profilo  economico  le  applicazioni  sulla  supply  chain  e  di  controllo  della
produzione,  dove  il  tag  è  posto  su  pallet  o  su  contenitori  riutilizzabili.
Semaforo verde anche per le applicazioni con il tag posto su articoli costosi,
con  tag  asportabili  al  posto  dei  "lucchetti”  anti-taccheggio  sui  capi  di
abbigliamento nei negozi, oppure quando il tag è indossato da una persona,
come in campo medico o per il controllo degli accessi.
Nella  seconda  categoria,  quella  che  sarà  realizzabile  a  medio  termine,
Deloitte considera alcune applicazioni che prevedono il tag sulle confezioni
contenenti più pezzi di un articolo. Il terzo gruppo, infine, non è per domani
né per dopodomani. Si tratta di applicazioni che prevedono un tag su ogni
singolo  articolo,  anche  di  basso  costo.  Qui  ancora  per  lungo  tempo non
vediamo alternative al codice a barre perché viene giudicata dagli esperti del
settore  un  po’  ottimistica  la  previsione  di  riduzione  del  costo  del  tag
1 Sito internet www.deloittle.com
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avanzata da Alien Technology (produttore di tags), che peraltro parla di 5
centesimi  di  dollaro  a  tag  non  prima  della  fine  del  2005  e  ammesso  di
raggiungere un consumo di qualche centinaio di milioni di tag all’anno.
1.3 Funzionamento dell'RFid
Come già accennato il sistema di funzionamento dell'RFid è molto semplice
e  si  può  sintetizzare  in  tre  componenti  base:  il  lettore  fisso  o  terminale
palmare,  il  tag  o  smartlabel,  l'antenna.  Oltre  a  questi  elementi  hardware
serve  necessariamente  un  software  in  grado  di  interpretare  i  dati  e
immagazzinarli in memoria.
1.3.1 Tags o transponders
L’identificazione a radiofrequenza si  basa sull’uso di  tag (anche chiamati
transponders),  in genere di dimensioni  contenute,  che possono essere non
solo letti, ma anche programmati, da sistemi elettronici chiamati lettori.
Il trasponder, programmato,in fabbrica con un numero al suo interno, viene
fissato  all'oggetto  che  deve  essere  identificato  e  il  suo  codice  viene
trasmesso  ogni  qualvolta  il  tag  è  esposto  al  lettore.  Il  trasponder  riceve
l'energia  necessaria  per  trasmettere  il  proprio  codice  da  un  campo
elettromagnetico irradiato dall'antenna posta sul lettore. 
Esistono diverse  tipologie  di  tags  che usano vari  tipi  di  frequenze:  bassa
(LF),  media  (MF)  e  alta  (HF)  e  di  dispositivi  dedicati  alla  lettura  della
memoria presente nei tags.
In particolare la media frequenza "13,560 Mhz” garantisce:
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 Algoritmo  di  anticollisione,  cioè  la  possibilità  di  leggere  più  tags
contemporaneamente  in  un’area  ristretta  senza  che  questi
interferiscano  l’uno  con  l’altro.  Infatti,  questo  sistema  permette  di
leggere 30 o più tags in un pochi millesimi di secondo;
 Possibilità di selezione, cioè di individuare uno o più tags nell’ambito
di  un gruppo già  noto  e  lettura  solo  dell’informazione  presente  in
questi tags prescelti;
 Capacità  di  memoria  più  ampia,  con  maggiore  sicurezza
nell’inserimento e nella conservazione dell’informazione;
 Ulteriore  sofisticazioni  degli  algoritmi  di  protezione  dell’accesso
all’informazioni;
 Controllo  sempre  più  sofisticato  delle  condizioni  di  lettura  e
programmazione;
 Gamma sempre più ampia di modelli di packaging, con l’introduzione
di involucri flessibili e molto sottili, fino a raggiungere le dimensioni
e la funzionalità delle etichette adesive (smart labels).
I lettori comunicano con i tag tramite un’antenna.
I  tag  vengono impiegati  in  diversi  tipi  di  applicazioni  che  permettono di
identificare e controllare elementi ai quali essi vengono applicati  in modo
permanente o temporaneo.
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Fig. 1.2 – Trasponders stampati come etichette (smart labels)
1.3.2 I lettori o controller
I lettori hanno diverse caratteristiche che riguardano:
 le distanze di lettura e di programmazione
 l’orientamento
 la forma e la tipologia delle antenne
 la velocità di lettura
 l’automazione complementare.
Ecco presentata,  sinteticamente,  come avviene  la  comunicazione tra  i  tre
elementi del sistema.
L’energia viene trasmessa per induzione all’antenna di cui ogni tag è dotato;
essa  viene  trasformata  in  energia  utilizzata  per  il  funzionamento  del  tag
secondo il principio dell’induzione magnetica.  Nel momento in cui un tag
entra in un campo magnetico adeguato, un condensatore presente nel suo
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