Classificazione generale dei Tag RFID

Classificazione generale dei Tag RFID

I tag RFID si distinguono in attivi, semiattivi e passivi. I tag RFID attivi sono alimentati da batterie, i tag RFID semiattivi sono alimentati da batterie solo per la parte di trasmissione e i tag RFID passivi (la maggior parte funziona con una frequenza del campo elettromagnetico di 13.56 MHz oppure 125 KHz) non hanno nessuna fonte di alimentazione interna, ma traggono l’energia per attivarsi dall’onda radio inviata dal lettore che li interroga; il loro raggio d’azione non è molto lungo, meno di un metro contro i trenta metri o più dei tag attivi, ma hanno il vantaggio di essere meno costosi dei tag attivi e di non richiedere manutenzione.

Vi sono, inoltre, tag RFID dotati di memorie non volatili (qualche kilobyte) che possono anche contenere informazioni molto articolate sull’oggetto cui sono associate. La modalità Read/Write permette non solo una trasmissione di informazioni ma un loro aggiornamento sul chip.

Tag RFID Attivi

Sono dotati di una sorgente di alimentazione, la quale, il più delle volte, è una batteria (i tag attivi possono trarre potenza dall’energia solare o da altre sorgenti). Di solito sono i più grandi e costosi. Sono usati su beni di grandi dimensioni, come grandi containers, camion, che devono essere seguiti su lunghe distanze. Parlando in generale esistono due tipi di tag attivi: i Transponder (radarfaro) e i Beacon (radiofaro).

I transponder vengono “risvegliati” quando ricevono un segnale da un reader. Sono usati principalmente nei  sistemi di pagamento, nei controlli di tipo checkpoint e in altri sistemi. Esempio più diffuso di questo tipo di tag è il Telepass delle automobili; quando il veicolo si avvicina al casello il reader del casello invia un segnale che risveglia il transponder il quale invia il suo ID. Ha una vita abbastanza lunga (anche più di 10 anni) in quanto invia segnali solo quando è nelle vicinanze di un reader.
I beacon sono usati negli RTLS (Real-Time Location Systems) dove è necessario conoscere la posizione precisa dell’oggetto in determinati istanti di tempo. Un tag di questo tipo emette il segnale contenente il suo ID a intervalli presettati in funzione di quanta precisione si voglia usare nel tracciare gli eventuali spostamenti. Un tag potrebbe inviare un segnale una volta al giorno o anche tre volte al secondo. Il segnale emesso dal tag è ricevuto da (minimo) tre antenne posizionate attorno al perimetro dell’area che si vuole monitorare.
Un tag attivo può essere letto anche a distanze considerevoli (oltre 100 m), ma ha un costo considerevole che dipende dalla quantità di memoria, dal tempo di vita della batteria richiesto e dagli eventuali accessori voluti (per esempio sensori termici). Possono essere dotati di un tipo di rivestimento estremamente duro, ma ciò farebbe incrementare il costo.
Tutti questi elementi ovviamente influiscono anche sulla grandezza di un tag, che può aumentare considerevolmente a seconda della batteria e degli accessori.
I tag attivi si preferiscono nelle situazioni in cui è necessaria l’identificazione automatica di oggetti in movimento, per i quali la distanza di rilevamento può non essere fissa e, a volte, abbastanza grande.

Tag RFID Semiattivi:

Hanno in dotazione una batteria che alimenta solo il chip per la parte di trasmissione. L’energia per la comunicazione è anche fornita dal campo elettromagnetico generato dall’antenna del reader, garantendo, così, una lunga durata della batteria. La presenza di una fonte indipendente di alimentazione garantisce migliori prestazioni, a costi evidentemente maggiori rispetto ai tag passivi.

Tag RFID Passivi:

Sono il tipo di tag più economico in circolazione, in quanto non dispongono di una fonte di alimentazione vera e propria, ma si alimentano dallo stesso campo elettromagnetico generato dal reader. Per tale motivo il range di lettura (e di scrittura) è più breve (a seconda della frequenza e in particolari condizioni può raggiungere massimo dai tre ai cinque metri). Sono più economici dei tag attivi e non richiedono grande manutenzione, ragion per cui vengono già usati per le vendite a dettaglio di beni di basso costo o per monitorare i beni durante tutta la supply chain. Ovviamente, in assenza di batteria, le dimensioni del tag diminuiscono notevolmente, per questo i tag passivi sono molto usati in modalità layer, montati su supporti adesivi o inseriti in pass. La forma del supporto del tag cambia a seconda dall’applicazione interessata, ma particolari incapsulamenti possono far lievitare sensibilmente i costi.

Classificazione dei tag RFID per modalità di trasmissione

La distanza di lettura è determinata da molti fattori. Un fattore molto importante è costituito dalla maniera in cui il tag trasmette i dati al lettore. Secondo questa classificazione esistono due diversi tipi di tag:

  • Ad accoppiamento induttivo (inductive coupling)
  • Ad accoppiamento capacitivo (propagation coupling)

Per comprendere appieno il diverso funzionamento bisogna ricordare alcune proprietà dei fenomeni elettromagnetici che vengono descritte nelle seguenti leggi:

  • Legge di Ampere:  “la corrente che attraversa un conduttore crea dei campi magnetici”.
  • Legge di Faraday: “I campi magnetici variando nel tempo generano campi elettrici indotti”.

Inductive coupling

I tag che adottano il sistema Low-frequency o High-frequency generalmente sono ad accoppiamento induttivo. Questi tag sono anche detti magnetici. L’antenna del reader forma con l’antenna del tag una campo elettromagnetico, che crea delle correnti parassite all’interno del tag. Queste correnti vengono usate per alimentare il chip che a sua volta muta il carico elettrico dell’antenna. L’antenna del reader avverte il cambiamento del campo magnetico e interpreta questi cambiamenti in una sequenza di uno e zero da passare all’elaboratore.
Questa modalità presenta dei problemi in tutte quelle occasioni in cui il campo magnetico viene distorto o tagliato prima che il tag ne assorba l’energia. Il campo magnetico può essere disturbato, tra le altre cose, da:

  • Presenza di fili elettrici alimentati che generano campi magnetici di disturbo.
  • Effetto “eco” dovuto alla presenza di materiali metallici nelle immediate vicinanze.
  • Liquidi polari (come l’acqua distillata) che assorbono il campo magnetico

Inoltre, dovendo il tag assorbire energia dal campo magnetico generato dall’antenna del lettore, la distanza tra l’antenna e il tag stesso non deve essere eccessiva. Per questo motivo i tag magnetici risultano inefficaci su grandi distanze.

Inductive coupling tag RFID

Associative coupling

I tag che utilizzano l’accoppiamento capacitivo vengono anche detti tag elettrici. Diversamente dall’accoppiamento induttivo, non vi è la formazione di un campo magnetico. L’antenna del lettore emette onde radio, il tag assorbe energia che viene usata dal chip per cambiare il carico sull’antenna inviando al lettore un segnale alterato. Questo segnale di ritorno è detto Backscatter, e analogamente il funzionamento è denominato backscattering.
I tag elettrici possono trasmettere la sequenza binaria in tre diversi modi.

  • Il primo consiste nell’inviare al lettore lo stesso segnale giunto al tag ma cambiandone l’ampiezza (amplitude shift keying)
  • il secondo riflette il segnale cambiato di fase (phase shift keying)
  • il terzo effettua un cambiamento di frequenza (frequency shift keying).

Il lettore riceve il segnale riflesso e lo interpreta come una sequenza binaria da passare all’elaboratore, analogamente al caso induttivo, che lo convertirà nel numero seriale dell’oggetto a cui si riferisce il tag RFID.

Associative coupling tag RFID

 A differenza del caso induttivo, qui la propagazione del campo è sostanzialmente lineare, per cui si incontrano problemi in quelle situazioni in cui il campo delle cariche elettriche viene assorbito o riflesso prima di giungere all’antenna del tag. Questa modalità incontra qualche problema sulle brevissime distanze, ma, a differenza del caso induttivo, permette la lettura anche su lunghe distanze.

Il campo elettrico può essere disturbato, tra le altre cose, da:

  • presenza di altre fonti radio nelle vicinanze, con frequenza identica o multipla della frequenza utilizzata.
  • materiali impenetrabili alle onde radio.

Questa classificazione di tag è strettamente correlata a quella vista prima, infatti, non avrebbe senso pensare ad un tag attivo ad accoppiamento induttivo, in quanto il tag attivo è dotato di una sorgente di alimentazione propria. Quindi a tutti gli effetti questa distinzione vale solo per i tag passivi.
Il tag attivo però ha più energia da spendere per il processo di backscattering, rendendo le comunicazioni più efficaci e permettendo quindi di raggiungere distanze più elevate.
Tenendo conto delle diverse classificazioni fin qui viste si può giungere ad una prima distinzione di massima fra i diversi tipi di tag, classificati nella seguente tabella per frequenza utilizzata:

Gamma di frequenza LF HF UHF Microonde
Frequenza tipica 124-135 kHz 13,56 Mhz 860-930 Mhz 2,45-5,8 Ghz
Caratteristiche generali Tag abbastanza costoso.

Le basse frequenze richiedono anche un’antenna più costosa.

Poco sensibile alla degradazione del segnale dovuta ad agenti esterni, non consente la lettura a distanze molto brevi.

Meno costosi dei tag induttivi LF.

Distanza di lettura e velocità di trasferimento dati abbastanza modesti paragonata ai tag UHF.

Particolarmente indicati per le applicazioni che non richiedono eccessiva distanza e che non coinvolgono numerosi tag.

In elevate quantità questi tipi di tag hanno il pregio di risultare meno costosi dei tag HF e LF grazie ai recenti miglioramenti nella progettazione e produzione dei relativi chip. Caratteristiche simili ai tag UHF ma con migliori prestazioni.

Offre un segnale più direzionale.

Elevata la degradazione del segnale ad opera di agenti esterni.

Alimentazione tag Generalmente tag passivi ad accoppiamento induttivo Generalmente tag passivi ad accoppiamento induttivo o capacitivo (meno diffusi dei primi) Tag attivi o tag passivi ad accoppiamento capacitivo Tag attivi o tag passivi ad accoppiamento capacitivo
Applicazioni tipiche Controllo accessi, tracciamento animali Smart cards, controllo accessi, tracciamento di prodotti e oggetti, librerie, videostore Tracciamento contenitori, sistemi di pedaggio elettronico, gestione bagagli Supply chain management, sistemi di pedaggio elettronico
Note Facilmente utilizzabili in molti ambiti dato l’uso ormai consolidato negli anni Frequenza più largamente usata nel mondo Manca uno standard. Le frequenze utilizzate variano da paese a paese, come anche le potenze di emissione.
Capacità di lettura in presenza di metalli o liquidi La migliore Media Bassa Molto bassa
Dimensioni del tag

(batteria esclusa)

Il più grande Medio Piccolo Il più piccolo

Classificazione per tipo di memoria dei tag RFID

Relativamente alla memorizzazione delle informazioni i tag si possono classificare in tre tipologie:

  • Read-only o RO (solo lettura): i tag di questo tipo possono essere codificati (scritti) una sola volta, tipicamente in fase di produzione. Sono i tag più economici in circolazione.
  • Write-once o WORM (solo lettura e una sola scrittura): questo tipo di tag permette un numero indefinito di letture ma una sola scrittura, non necessariamente effettuata dal costruttore.
  • Read-Write (lettura e scrittura): questo tipo di tag consente un indefinito numero di letture e scritture, pertanto, consente di sviluppare nuove soluzioni, prima impensabili con il codice a barre, nelle quali l’informazione posta sul prodotto può essere aggiornata dinamicamente durante un qualsiasi processo.

Particolari tipi di tag, dotati di accessori aggiuntivi, quali sensori di temperatura, pressione, vibrazione e umidità, potrebbero, quindi, permettere di acquisire e memorizzare questi valori (magari del più alto e/o più basso o dell’ultimo rilevato) aggiungendo ulteriore “intelligenza” all’oggetto e anche una maggior sicurezza in alcuni settori. Questa memoria è molto usata nei tag progettati per l’applicazione su beni da seguire durante la supply chain. In alcuni tag è presente anche una vera e propria “partizione” della memoria, in quanto una zona della memoria è adibita alla scrittura permanente di alcuni dati (come il numero di serie del tag stesso), costituendo quindi una memoria RO a tutti gli effetti, mentre la parte rimanente della memoria permette l’aggiornamento dinamico.

E’ facilmente intuibile la versatilità e l’efficacia di questo tipo di tag, allorquando viene interfacciato con un apposito sistema di raccolta dati. La quantità di memoria di ciascun tag, cosi come per il tipo di memoria da adottare, varia a seconda delle esigenze, costituendo ovviamente un fattore determinante nel costo finale del transponder.

Classificazione per tipo di memoria tag RFID

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