xfid an open RF Library identification system

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1 FrancoRicci Maggio2010 xfid an open RF Library identification system IlDipartimentodiFisica,insiemealCASPURhaavviatopiùdidueannifalosviluppodiunsistemadiauto prestito per le Biblioteche dell Università La Sapienza denominato xfid. Questo sistema fa uso della tecnologia a radio frequenza RFID (Radio Frequency IDentification) in banda UHF per identificare il lettore ed i volumi in prestito; è attualmenteinstallatoinduebibliotechede LaSapienza. Il sistema xfid è un sistema dedicato all auto prestito in biblioteca sviluppato dal personale del Dipartimento di Fisica in collaborazione con il CASPUR. xfid fa uso della tecnologia a radio frequenza RFID in banda UHF per identificareillettorecheaccedealprestitoedilvolumerichiesto.laprogettazioneerealizzazionediquestosistemadi autoprestitotrovalasuaoriginenellarichiestafattacirca3annifadaungruppodilavorocompostodabibliotecari dellasapienza,conl intentodicercareunavalidaalternativaaiprodotticommercialialloradisponibilisulmercato. IlDipartimentodiFisica,seguendolasuanaturaleinclinazioneallaricercaeallosviluppo,hainizialmenteavviatola realizzazione di xfid grazie a finanziamenti regionali veicolati attraverso il progetto SBN del La Sapienza 1 e con l efficace partnership tecnologica ed economica del consorzio CASPUR. Successivamente, a partire dal 1 Febbraio 2010,MotorolaItaliahadecisodifinanziareulteriormenteilprogettopercompletareillavorointrapresopiùdidue anniprima. Scenario Persviluppareungenericosistemaperl automazionedelprestitoerestituzionedeivolumidiunabiblioteca,èin primoluogonecessariounprotocollodicomunicazionetraipuntidiaccessoalprestitoelabasedatidovesitrovano archiviateleinformazionirelativeaivolumisoggettialprestito(libraryitems)eagliutentiabilitati(libraryusers).è, inoltre,fondamentalesaperequaletipoditecnologiasivuoleutilizzareperidentificaregliutentiedivolumi. Per ciò che concerne il primo punto, non esiste attualmente uno standard de iure, ma il protocollo di comunicazione più usato per le sessioni di prestito è il SIP2, sviluppato diversi anni fa dalla 3M. È quindi sembrato logico, nel progetto xfid, utilizzare questo protocollo per colloquiare con il gestionale utilizzato dalla maggioranza dellebibliotechede LaSapienza. Relativamentealsecondoaspetto,latecnologiautilizzatainxFIDperl identificazionedeivolumiedellepersoneè quella RFID nella banda UHF, che fa uso di antenne planari passive (denominate tag passivi) attivate da speciali ricetrasmettitori collegati a specifici lettori di segnale (l insieme del lettore e dell antenna è comunemente denominatorfidreader). Loscenarioè,dunque,quellodiunaBaseDaticonleinformazionisensibiliinterrogabileutilizzandoilprotocollo SIP2,ediutentievolumiriconoscibiliattraversotagpassiviattivatidaantennecollegatealettoriRFID. 1 IlprogettoSBN(SistemaBibliotecarioNazionale)prevedelapartecipazionedipiùdinovantabibliotechedell Ateneoadunprogettonazionale, gestito dall Istituto Centrale per il Catalogo Unico del Ministero per i Beni e le Attività Culturali, per la catalogazione partecipata ed i servizi interbibliotecari 2 SIP2 è uno specifico protocollo di comunicazione tra sistemi (Session Initiation Protocol) sviluppato dall IETF Networking Group (rif. 1

2 FrancoRicci Maggio2010 Sistemi di auto prestito esistenti (UHF vs. HF) GliattualisistemiRFIDdiautoprestito,utilizzanoantenneetagpassivinellabandadifrequenzaHF.Letransazioni di prestito vengono inoltre svolte da terminali (tipicamente Personal Computer) ai quali i reader RFID si collegano attraversolaportaserialeousb.ognipcèun unitàlogicaindipendenteconilproprioreaderrfidingradodioperare autonomamentedaglialtri.unatalesoluzione(chenelseguitoindicheremoconxhf)comportailvantaggiodiessere apparentementesemplicedainstallareedinonaverealcunrequisitoinfrastrutturaleperlasuamessainservizio.di controunsistemaxhfèaltamenteframmentatoenonesistealcuntipodirelazionelogicafralevarieperifericheche compongonol interosistemadiprestito. LaprincipaledifferenzafrailsistemaxFIDeisistemixHFèovviamentenellafrequenzautilizzatadailettori.Precise motivazioni tecniche ci hanno portato a privilegiare questa banda di frequenza. La tecnologia RFID HF è matura, stabile ed affidabile ma proprio per questo non ha più margine di sviluppo. Relativamente all implementazione di un applicazionediautoprestito,latecnologiahfèunavalidascelta.ilproblemasiponenelmomentoincuisivuole utilizzarelaradiofrequenzaperprocessidiidentificazionemassividelmaterialelibrario,comel inventariosimultaneo dipiùvolumi.inquestoambitolanuovatecnologiauhfpuòavereunruolodecisivoinquantolesuepotenzialitàsono sicuramentesuperioriaquelledell HF.D altrocanto,unadelleprincipalicritichemosseall usodellefrequenzeuhfè la grande distanza di lettura, che nel caso specifico di un sistema di auto prestito rappresenta sicuramente un problema. Per ovviare a questo ed altri problemi è però possibile modulare la potenza trasmissiva dell antenna in funzione della distanza di lettura desiderata. Tanto per dare un metro di paragone, il sistema xfid utilizza la stessa potenzaemessadaunaccesspointdiultimagenerazione.l unicadifferenzaèchenelcasodellanostrasoluzioneil campo elettromagnetico dell antenna è direzionale e non irradiato all interno dell intero angolo solido come per i dipolidelleantennewi fi. FID Library system Comeaccennato,ilnuovosistemaRFIDèstatoconcepitopersuperaretuttiiprincipalilimitideisistemiattualied introdurresoluzioniinnovativeperquantoriguardal applicazionedellatecnologiarfidall internodiunabiblioteca. Per raggiungere questo obiettivo abbiamo progettato un architettura centralizzata e sfruttato i vantaggi della bandauhfperilettorirfid.inquest ambitoillavorointrapresoèstatopercertiversipioneristico,dalmomentoche treannifa,quandoiniziammoalavorarealprogetto,labandauhferastataappenaliberalizzataedildipartimentodi FisicafulaprimaistituzioneUniversitariaItalianaadimportaredagliStatiUnitiunreaderRFIDUHF.NelsistemaxFID nonc èalcunlettorerfiddirettamentecollegatoallepostazionidiautoprestito:tuttiilettorirfidsonoconnessialla retelocaledellabibliotecaecomunicanotramiteilprotocollodiretetcp/ip.inquestoscenarioilettorirfidsono completamente indipendenti dai terminali e dalle altre periferiche; il loro compito è di eseguire una scansione continuadell areasensibileperidentificareeventualitessereutentie/ovolumi.iterminalisonodeipc,connessialla rete locale della Biblioteca, ed hanno installato un browser internet. Tutto il software gestionale dell autoprestito è infattiwebbasededhaun architetturaditipoclient server. Il server centrale remoto, a sua volta, comunica tramite il protocollo SIP2 con il server locale che gestisce l ambientedellabiblioteca(comemostratonelloschemasuccessivo).ilservercentrale,checontieneilgestionaledelle biblioteche (basato sul software Sebina nel caso della Sapienza), esegue tutte le transazioni provenienti dalle postazionidiautoprestitolocali.iterminalinoncontattanodirettamenteilserversip2remotomainoltrano(tramite pagineweb)lerichiestealserverlocalecheavvialetransazioniconilservercentrale.conunsimileapprocciodeltipo client server, è possibile centralizzare tutte le risorse di una singola Biblioteca in un server locale, semplificando, in questo modo, le operazioni di aggiornamento, manutenzione e sicurezza informatica. L unico vincolo (se vogliamo) all approccio da noi proposto, è l esistenza in Biblioteca di una rete locale adeguata alle necessità di collegamento previsteperilettori,iterminaliedilserverlocale.tuttavialadiffusionedeiserviziinternetditipoinformativohadi fattoimpostounadeguamentoinfrastrutturaledellebibliotecheuniversitarie,rendendolapresenzadiunaretelocale unalorocostantelogistica. 2

3 FrancoRicci Maggio2010 Schema di rete e requisiti della Biblioteca LaseguentefiguradescriveloschemadiretesemplificatodelsistemaxFID. Figura1.RetelocaledellaBiblioteca Glielementichiavediquestosistemasono: unserverlocaleconnessoallareteesternaeallaretelocalecheinoltraericevelerichiestesip2versoedaun serveresternosip2; unaretelocaleinternaallabiblioteca; idevicediretenecessariperimplementareunaretelocale; ilettorirfidconinterfacciadireteethernet. Specifiche tecniche Antenne La frequenza utilizzata per l identificazione è nella banda UHF che per l Italia è di circa 860 MHz. Le antenne utilizzatesonodeltipoa campocorto conpolarizzazionecircolareedunangolosolidodicirca60gradi.l antennaè montataaldisottodelpianodiappoggioadunadistanzadicirca10cm.lapotenzautilizzataèil20 25%diquella massima(30dbm=1w). Tags Per l indicizzazione dei volumi sono utilizzati tag omnidirezionali ad alta sensibilità; gli stessiutilizzatiperl indicizzazionedeibagaglinellestazioniaeroportuali. IlchipèunMonza3dellaImpinj( Per l indicizzazione degli utenti sono utilizzati tag ibridi con antenna a dipolo per il campo lungo e un loop magnetico per il campo corto. I tag delle tessere sono poco sensibilienonsonoomnidirezionali. 3

4 FrancoRicci Maggio2010 Reader Il reader utilizzato è un Motorola Symbol XR480 ( Questo lettore RFID può pilotare fino a 8 antenne singole (trasmissione e ricezione sullo stesso canale) o quattro antenne combinate (trasmissione e ricezione separati su due canali). Le comunicazioni tra lettore RFID e server locale utilizzano messaggi XML su protocollo HTTP. Questa caratteristica è particolarmente importante poiché, l utilizzo di messaggi XML ci permette di scrivere semplici applicazioni indipendenti dal particolare reader assicurando estrema flessibilità all intero sistema. È, inoltre, molto semplice implementare la tecnologia XLM su HTTP, in quanto quasi ogni linguaggio di programmazione ha le proprie librerie per leggere e/o creare documenti XML. Software Ilsoftwaresviluppatofinoadoraècompostoda8moduli: 1. SIP2PHP: Librerie di comunicazione con il server remoto SIP2. Le librerie implementano un client SIP2 conformealleultimespecifiche3m.tuttiimessaggielerispostesonosupportati.lelibreriesonoscrittein PHP5; 2. SIP2TEST:modulowebperiltestdellaconnessioneSIP2; 3. xcatalog: modulo web per l associazione dei tag con le tessere utenti e/o i volumi. L associazione fra il TagID(campoEPCdeltagUHFGen2)edilnumerodinventariodelvolumeoilcodiceutente,vienearchiviato suldatabaseresidentesulserverlocaledellabiblioteca.utilizzandoquestosistema,ilreadernondevemai scriveresultagesipossonofornireallabibliotecadeitaggià programmati inmododaevitarel acquistodi hardwareaggiuntivo(stampantiuhfditag); 4. xreader: Librerie di comunicazione con il reader UHF. Le librerie comunicano con il reader utilizzando messaggixmlsuhttp; 5. SELFCHECK:Applicazionewebperl auto prestito.frontendperl autoprestito.ilmoduloèstatodisegnato perlavorareconmonitortouchscreen; 6. DBrelazionale:DataBaseperl associazionedeitag.ildbèpostgresql8.4x; 7. xgate: varco anti taccheggio. Il sistema di anti taccheggio utilizza due anatenne a doppia polarizzazione circolare.leantenneirradianoadunapotenzadi1wsolonelmomentoincuiunapersonaattraversa,inuna delle due direzioni, il gate. È importante sottolineare, che le imnformazioni che attivano il gate non sono memorizzatesultagmarisiedonosuldbrelazionale. 8. xinventory: sistema di inventario semi automatico. Il sistema di inventario xinventory è in gardo, utilizzandouna paletta RFID,dieseguireunaricognizionecompletadelmaterialeBiblioteacrio.Lostatodel materialeèricavatoautomaticamenteutilizzandoilprotocollosip2.tuttelericognizioniinventarialiedilloro risultatosonoarchiviatepermanentementeneldbrelazionale. 4

5 FrancoRicci Maggio2010 Figura2L utentemariorossiprocedearitirareunlibroinprestito Conclusioni LosviluppodelsitemaxFIDalivelloprototipaleèstatocompletatoafine2008.Sonostaterilasciate,nellinguaggio open sourcephp5,tuttelelibreriesip2conformiallaversione2.21rilasciatedalla3mnel1997;ilreaderrfidèstato interfacciatoattraversounacodificaditipoxmlconilserverlocale.sonoaltresìstatecreateleinterfacceutenteperil prestitoautomatico,perleproceduredicatalogazionedinuovivolumisoggettialprestito(operazioneditagging)e per le operazioni di inventario. È stata scritta la necessaria manualistica software per l uso e la manutenzione dell applicativo. Nelcorsodel2009dueBibliotecade LaSapienza hannoiniziatoasperimentareattivamenteilsistemaxfid.a partiredal1febbraiodel2010,grazieadunfinanziamentodellamotorolaitalia,abbiamopotutoriavviarelosviluppo delsistemaxfid,aggiungendo2nuovimoduli:xgateexinventory. 5