Progettazione di sistemi basati su tecnologie RFID: potenzialità tecnologiche e casi applicativi reali

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1 Progettazione di sistemi basati su tecnologie RFID: potenzialità tecnologiche e casi applicativi reali Prof. Giuliano Manara Dipartimento Ingegneria dell Informazione Università di Pisa Presidente CUBIT Port&Shipping Tech Genova 06/11/2009

2 Agenda CUBIT Introduzione ai sistemi RFID Integrazione in apparati portatili Integrazione in sistemi per la logistica Short Range Communications

3 CUBIT Consortium Ubiquitous Technologies C ostituito periniziativa di: Dipartimento di Ingegneria dell Informazione, Università di Pisa Polo Tecnologico din avacchio Alcune società dell am bito IC T C U BIT rappresenta un nuovo m odello di trasferimento tecnologico dall U niversità alle im prese operantinelsettore delle tecnologie wireless. K no w how : R ic erc a e S viluppo T elec o m unic a zio ni,e M C N etw ork ing, E lettro nic a W ireles s I nno va tio n Lab

4 CUBIT S oc i Fo nda tori Partner KBC

5 Gli oggetti si parlano L Internet delle cose è la realizzazione della legge di Metcalfe (uno dei progettisti di Ethernet), secondo la quale l utilità di una rete cresce come il quadrato delle cose funzionali ad essa interconnesse. Le cose in questione sono oggetti di varia natura che, una volta interconnessi ad Internet, conferiscono alla rete una crescita di vantaggi e proprietà nuove. La combinazione dell infrastruttura abilitante con servizi ICT trasforma la Rete in RETE DEGLI OGGETTI, con l Uomo al centro e allo stesso tempo ovunque: Internet diventa una nuvola con i 5 sensi Con la rivoluzione dei sensori, l ICT diventa il cuore del prodotto, che, in uno scenario di totale globalizzazione, necessita di essere riconosciuto ovunque e in modo univoco: ecco l importanza dell RFid. Internet

6 Un mondo di cose Gestione traffico/parcheggi Autodiagnosi e Teleassistenza AUTOMOTIVE BUILDING AUTOMATION APPLIANCE CONTROL BIOMEDICALE Gestione magazzino Controllo processi Gestione & Controllo ambientale Controllo remoto TV, VCR, DVD/CD ENVIRONMENTAL MONITORING INDUSTRIAL CONTROL HOME AUTOMATION Sicurezza Controllo consumi energetici Gestione elettrodomestici

7 Come comunicano gli oggetti TECNOLOGIE RADIO ABILITANTI ALL IDENTIFICAZIONE TECNOLOGIE RADIO ABILITANTI AL TRASPORTO IN RETE DI DATI HSPA

8 Le e-tag, anche dette smart tag, smart label, RFID (Radio Frequency IDentification) sono memorie dotate di un apparato rice-trasmettitore. Chip: si tratta di una memoria contenente le informazioni relative all oggetto fisico al quale la etag è applicata Antenna: utilizzata per trasmettere e ricevere le informazioni Packaging: ingloba il chip e l antenna consentendo alla e-tag di essere applicata agli oggetti fisici Tipologia RFID Passivi RFID Attivi Alimentazione Frequenza Range Non necessaria 125 KHz, MHz, <6 m 868/915 MHz Batteria 433, 868/915 MHz, 2.45 o 5.8 GHz Processing Memoria (~ 1Kbit), processore <80 m Memoria (~128KByte) processori, sensori Costi (volumi) ~ 0.10 Euro ~ 3 Euro

9 TAG RFID Passivi Questi TAG non generano da soli la frequenza portante del segnale a radio frequenza, ma essi reirradiano, modulando opportunamente, il segnale ricevuto dal Reader Accoppiamento induttivo (magnetico) in condizioni di campo vicino : Accoppiamento elettromagnetico in condizioni di campo lontano con effetto backscatter:

10 Accoppiamento induttivo (magnetico) Quando il tag transita attraverso il campo magnetico vicino del reader, ai terminali del coil viene indotta una tensione in grado di attivare il chip Il massimo accoppiamento tra i due coil si ha quando l antenna ricevente è sintonizzata alla portante (f0) irradiata dal reader. Viene inserito un condensatore di tuning (CT) in parallelo al coil in modo che la frequenza di risonanza del circuito in ricezione sia: Il microchip del tag connette o disconnette un condensatore interno che desintonizza il circuito del tag. La corrente raccolta dal reader risulta quindi modulata in AM, FSK, PSK

11 Accoppiamento elettromagnetico Modificando il carico ai terminali dell antenna in sincronia con i dati si ottiene una modulazione del segnale retrodiffuso verso il reader backscatter modulation Switch on: antenna disadattata riflessione Switch off: antenna connessa al carico assorbimento

12 Standardizzazione nei sistemi Wireless RFID: Applicazioni e frequenze

13 Gestione permessi parcheggi Espandibilità: l utente può gestire direttamente via web i propri permessi I tag RFID hanno un ciclo di vita di molti anni; questo comporta un notevole risparmio sulle annuali spese da sostenere per la generazione e la gestione dei permessi Operazioni di controllo più efficaci, veloci e sicure Informazioni statistiche in tempo reale sulla distribuzione delle vetture nell area urbana Riduzione dei casi dubbi Riduzione dei contenziosi legati alle sanzioni amministrative nel caso di automobilisti che non hanno esposto l autorizzazione

14 Gestione Permessi Parcheggi TAG RFID-UHF architettura flessibile per applicazione in molteplici altri casi di verifica e controllo del territorio Palmare industriale: GPS, scanner RFID-UHF, bluetooth, photo camera, Wi-fi, IP 66, GPRS per ricezione/invio dati in real time Stampante: bluetooth, stampa termica, lettore smart card

15 RFID in apparati mobili Integrazione Palmare - reader Contenimento dei consumi Contenimento dei costi Garanzia delle prestazioni a radiofrequenza

16 RFID in apparati mobili Rilevazione delle caratteristiche RF Piano E Piano H

17 RFID in apparati mobili Ottimizzazione delle prestazioni Schermo a λ/4 Piano E Piano H Raddoppio delle distanze di lettura

18 RFID per la logistica Partner: Obiettivo Realizzazione di un sistema integrato di mobilità per l ottimizzazione degli spostamenti delle merci e dei vettori. Si vuole garantire lo sviluppo dei processi logistici di nuova generazione e un miglioramento nella distribuzione e sicurezza dei colli trasportati, aiutando, inoltre, alla riduzione della congestione del traffico urbano

19 Piattaforma INES_Logi T a g R FI D S is tem a P eriferic o (P eriphera l S ys tem, P S ) Wireless Multi technology Communication Data Analysis Services Input Data Services Location Based Services CS Data Management OBU (on-board unit): unità di bordo Acquisisce dati sugli elementi del sistema Impacchetta i dati in base al protocollo scelto Invia i dati al sistema di controllo (CS) R U OTA ITS Riceve le informazioni sugli elementi Memorizza, elabora e presenta i dati S ervizi a va lore a g g iunto Servizi per terzi 19

20 Architettura dell unità di bordo GPS Module Tx GSM/GPRS Reader RFID (HF) Gate PC on board Reader RFID (UHF) Tx UMTS Tx WiFi / HiperLAN Trasmissione dei dati Acquisizione dei dati Memorizzazione ed elaborazione dei dati Tx Bluetooth Power system 20

21 Unità di bordo Piattaforma per il controllo dei sensori Antenna RFID in banda UHF 21

22 Varchi elettromagnetici UHF RFID Gate for Access Control Speed (Kmh) Number of readings About 3/second Tag RFID in banda UHF per l identificazione di veicoli 22

23 Scenari di applicazione RFID Reader portatile Reader fisso Tag passivi Tag semi-passivi Tag attivi L interferenza fra portali vicini può essere eliminata utilizzando per il reader un antenna focalizzata in campo vicino.

24 Caratteristiche del sistema Un antenna ad array focalizzata in campo vicino può garantire livelli di campo più intensi in una regione delimitata (spot), posta nelle vicinanze della superficie dell array, in confronto a quanto può garantire un array convenzionale focalizzato in campo lontano. Reader RFID a 2.4 GHz Area dello spot: 1x1m2 Distanza focale: 1.5m Polarizzazione circolare (indipendenza dall orientazione del tag) Antenna planare a basso profilo

25 Effetto della focalizzazione Curve di livello dell intensità del campo su un piano parallelo all antenna (f=2.4 GHz, d =1.5m) Array focalizzato in campo vicino Array convenzionale focalizzato in campo lontano

26 Prototipo Il prototipo dell antenna ed i test sperimentali per la sua caratterizzazione sono stati realizzati presso i laboratori della Yuan-Ze University a Taipei, Taiwan, utilizzando un sistema NSI 300V-12 x12 Planar Near Field Scanner.

27 Risultati sperimentali Curve di livello per il campo generato in zona vicina su un piano parallelo all antenna (f=2.4 GHz, d =1.5m) Risultati della simulazione Misure

28 Grazie per l attenzione info@cubitlab.com

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