UN SISTEMA RFID IN BANDA UHF PER L AUTOPRESTITO IN BIBLIOTECA

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1 UN SISTEMA RFID IN BANDA UHF PER L AUTOPRESTITO IN BIBLIOTECA di Franco Ricci e Andrea Crisanti Il Dipartimento di Fisica insieme al CASPUR ha avviato due anni fa lo sviluppo di un sistema di auto-prestito per le Biblioteche dell Università La Sapienza. Questo sistema, che fa uso della tecnologia a radio frequenza RFID (Radio Frequency IDentification) in banda UHF per identificare il lettore ed i volumi in prestito, è attualmente in fase di installazione in due biblioteche della Sapienza per le necessarie operazioni di collaudo. Franco Ricci Dip. di Fisica Università La Sapienza, Piazzale A. Moro, Roma, franco.ricci@phys.uniroma1.it Andrea Crisanti Dip. di Fisica Università La Sapienza, Piazzale A. Moro, Roma, andrea.crisanti@phys.uniroma1.it Extended abstract Department of Physics and CASPUR have been starting, in the past 2 years, a collaboration in order to develop a new RFID (Radio Frequency IDentification) system for automatic library loan procedures. These systems (generally known as self-check equipments) uses radio signals in the UHF frequency range to interact with antennas (passive tags) used to identify books. Users identification is made through special cards with an embedded tag. The entire loan process is completely managed by users through programs which run on a PC (terminal) directly attached to the reader. In our project we used an approach different from current commercial solutions, that works with RFID reader in the range of HF. We think in fact, that this new technology could be very promising in the future for the enhancements it could bring vs the old one (e.g. for massive inventory of library items in a single shot, not permitted then using HF RFID technology). In this report we not only demonstrate that UHF RFID readers can be used inside libraries as effectively as HF RFID readers (despite the latter is a more mature and stable technology), but also illustrate a solution that makes use of UHF RFID components which are relative simple to maintain and to upgrade, open for systems integration, web manageable and with an Ethernet port for direct local network connection. Users interactions with library loan system is performed through a simple Web interface on a network attached terminal. A software library fully compatible with SIP2, the protocol used by library management systems for automatic loan procedures is also available for Internet community. Currently a prototype of our solution is going to be installed in two libraries of Università La Sapienza of Rome for testing procedures in real environments. In questo breve articolo si intende descrivere un innovativo sistema RFID (acronimo anglosassone che sta per identificazione a radio-frequenza) dedicato all auto prestito in biblioteca e sviluppato da personale del Dipartimento di Fisica in collaborazione con il CASPUR. Tale sistema (di seguito denominato xfid) verrà a breve installato in due biblioteche dell Università La Sapienza: quella del Dipartimento di Fisica e quella del Dipartimento di Statistica. xfid fa uso della tecnologia a radio frequenza RFID in banda UHF per identificare il lettore che accede al pre-

2 UN SISTEMA RFID IN BANDA UHF PER L AUTOPRESTITO IN BIBLIOTECA CASPUR ANNUAL REPORT EDIZIONE 2009 stito ed il volume richiesto. La progettazione e realizzazione di questo sistema di auto prestito trova la sua origine nella richiesta fatta circa due anni fa da un gruppo di lavoro composto da bibliotecari della Sapienza, con l intento di cercare una valida alternativa ai prodotti commerciali allora disponibili sul mercato. Il Dipartimento di Fisica, seguendo la sua naturale inclinazione alla ricerca e allo sviluppo, ha avviato la realizzazione di xfid grazie a finanziamenti regionali veicolati attraverso il progetto SBN della Sapienza 1 e con l efficace partnership tecnologica ed economica del consorzio CASPUR. Scenario Per sviluppare un generico sistema di automazione completo delle operazioni di prestito e restituzione dei volumi di una biblioteca, è in primo luogo necessario un protocollo di comunicazione tra i punti di accesso al prestito e la Base Dati dove si trovano archiviate le informazioni relative ai volumi soggetti al prestito (Library items) e agli utenti abilitati (Library users). È inoltre fondamentale sapere quale tipo di tecnologia si vuole utilizzare per identificare gli utenti ed i volumi. 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 2, sviluppato diversi anni fa dalla 3M.È quindi sembrato logico nel progetto di xfid utilizzare questo protocollo per colloquiare con il gestionale utilizzato dalla maggioranza delle biblioteche della Sapienza. Relativamente al secondo aspetto, la tecnologia utilizzata in xfid per l identificazione dei volumi e delle persone è 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 denominato RFID reader). Lo scenario è, dunque, quello di una Base Dati con le informazioni sensibili interrogabile utilizzando il protocollo SIP2, e di utenti e volumi riconoscibili attraverso tag passivi attivati da antenne collegate a lettori RFID. Sistemi RFID esistenti Prima di passare alla descrizione del sistema xfid, è importante illustrare brevemente i sistemi di auto prestito esistenti. Innanzitutto gli attuali sistemi RFID di auto prestito, utilizzano antenne e tag passivi nella banda di frequenza HF. Le transazioni di prestito vengono inoltre svolte da terminali (tipicamente Personal Computer) ai quali i reader RFID si collegano attraverso la porta seriale o USB. Ogni PC è un unità logica indipendente con il proprio reader RFID in grado di operare autonomamente dagli altri. Una tale soluzione (che nel seguito indicheremo 1 Il progetto SBN (Sistema Bibliotecario Nazionale) prevede la partecipazione di più di novanta biblioteche dell Ateneo ad un progetto nazionale, 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. 8

3 RICCI FRANCO, CRISANTI ANDREA con xhf) comporta il vantaggio di essere apparentemente semplice da installare e di non avere alcun requisito infrastrutturale per la sua messa in servizio. Di contro un sistema xhf è altamente frammentato e non esiste alcun tipo di relazione logica fra le varie periferiche che compongono l intero sistema di prestito. UHF vs. HF La principale differenza fra il sistema xfid e i sistemi xhf è ovviamente nella frequenza utilizzata dai lettori. 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. Certamente per implementare un applicazione di auto prestito costituisce una valida scelta. Il problema si pone nel momento in cui si vuole utilizzare la radiofrequenza per processi di identificazione massivi del materiale librario, come nell inventario simultaneo di più volumi. In questo ambito la nuova tecnologia UHF può avere un ruolo decisivo in quanto le sue potenzialità sono sicuramente superiori a quelle dell HF. D altro canto, una delle principali critiche mosse all uso delle frequenze UHF è 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 potenza emessa da un access point 3 di ultima generazione. L unica differenza è che nel caso della nostra soluzione il campo elettromagnetico dell antenna è direzionale e non irradiato all interno dell intero angolo solido come per i dipoli delle antenne wi-fi. Per quanto detto in precedenza, il coronamento ideale del lavoro intrapreso con questo progetto rimane la realizzazione di un sistema di inventario massivo non presidiato. Il nuovo RFID Library system Come accennato, il nuovo sistema RFID è stato concepito per superare tutti i principali limiti dei sistemi attuali e introdurre soluzioni innovative per quanto riguarda l applicazione della tecnologia RFID all interno di una biblioteca. Per raggiungere questo obiettivo abbiamo progettato un architettura centralizzata e sfruttato i vantaggi della banda UHF per i lettori RFID. In quest ambito il lavoro intrapreso è stato per certi versi pioneristico, dal momento che due anni fa, quando iniziammo a lavorare al progetto, la banda UHF era stata appena liberalizzata ed il Dipartimento di Fisica fu la prima istituzione Universitaria Italiana ad importare dagli Stati Uniti un reader RFID UHF. Nel sistema xfid non c è alcun lettore RFID direttamente collegato alle postazioni di auto prestito: tutti I lettori RFID sono connessi alla rete locale della Biblioteca e comunicano tramite il protocollo di rete TCP/IP. In questo 3 L access point è un elemento fondamentale delle reti wireless che permette di collegare i vari nodi di rete (PC, portatili, PDA) all interno di una rete a radiofrequenza. 9

4 UN SISTEMA RFID IN BANDA UHF PER L AUTOPRESTITO IN BIBLIOTECA Figura 1 Rete locale della Biblioteca. CASPUR ANNUAL REPORT EDIZIONE 2009 Figura 2 L utente Mario Rossi procede a ritirare un libro in prestito. scenario i lettori RFID sono completamente indipendenti dai terminali e dalle altre periferiche; il loro compito è di eseguire una scansione continua dell area sensibile per identificare eventuali tessere utenti e/o volumi. I terminali sono dei PC, connessi alla rete locale della Biblioteca, ed hanno installato un browser internet. Tutto il software gestionale dell autoprestito è infatti web based ed ha un architettura client-server. Il server centrale remoto, a sua volta comunica tramite il protocollo SIP2 con il server locale che invece gestisce l ambiente di gestione completa della biblioteca (come mostrato nello schema successivo). Il server centrale, che contiene il gestionale delle biblioteche (basato sul software Sebina nel caso della Sapienza), esegue tutte le transazioni provenienti dalle postazioni di auto prestito locali. I terminali non contattano direttamente il server SIP2 remoto ma inoltrano (tramite pagine web) le richieste al server locale che avvia le transazioni con il server centrale. Con un simile approccio del tipo 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 10

5 RICCI FRANCO, CRISANTI ANDREA è l esistenza in biblioteca di una rete locale adeguata alle necessità di collegamento previste per i lettori, i terminali ed il server locale. Tuttavia la diffusione dei servizi internet di tipo informativo ha di fatto imposto un adeguamento infrastrutturale delle biblioteche universitarie, rendendo la presenza di una rete locale una loro costante logistica. Conclusioni Lo sviluppo del sitema xfid a livello prototipale è stato completato a fine Sono state rilasciate, nel linguaggio open-source PHP 5, tutte le librerie SIP2 conformi alla versione 2.21 rilasciate dalla 3M nel 1997; il reader RFID è stato interfacciato attraverso una codifica di tipo XML con il server locale. Sono altresì state create le interfacce utente sia per il prestito automatico che per le procedure di catalogazione di nuovi volumi soggetti al prestito (operazione di tagging) e creata la necessaria manualistica software per l uso e la manutenzione dell applicativo. Tralasciando gli aspetti legati alle prove di test e validazione attualmente in corso in due biblioteche dell ateneo, riteniamo che la vera sfida del futuro sia quella di sfruttare a pieno le potenzialità della tecnologia RFID UHF, a partire dal progetto di inventario massivo non presidiato, per il quale un gruppo di studio è già al lavoro a partire dallo scorso gennaio. Ringraziamenti L intero sistema è stato sviluppato grazie all impegno ed al contributo del Sig. Emanuele Bolle, contrattista CASPUR, al quale vanno i nostri più sentiti ringraziamenti. Un ulteriore ringraziamento va alle Direttrici delle biblioteche del Dipartimento di Fisica (dott.ssa Maria Luisa Libutti) e del Dipartimento di Statistica (dott.ssa Adriana Magarotto), che hanno contribuito al progetto mettendo a disposizione i locali della loro biblioteca e fornendo preziosi suggerimenti nella fase di progettazione del software. 11