RFID UHF passivo: un vantaggio per le applicazioni IoT

Molte persone usano oggi il pagamento contactless, un'applicazione resa possibile dalle comunicazioni RF a corto raggio tra un terminale di pagamento e una carta bancaria, un telefono cellulare o un orologio intelligente compatibile. Ciò evita la necessità di inserire fisicamente una carta nel terminale di pagamento e digitare un PIN; a prima vista potrebbe sembrare una cosa da poco, ma chiunque effettui regolarmente dei pagamenti in questo modo può velocizzare significativamente il processo di acquisto.

La tecnologia RF reca con sé il potenziale per cambiare molti altri aspetti della vita moderna. Una delle forme più consolidate di comunicazione RF utilizzata nell'IoT è la tecnologia RFID. Gli studi dimostrano che la sua adozione nella vendita al dettaglio, come nel caso ad esempio dell’etichettatura dell'abbigliamento, è destinata ad aumentare in modo massiccio. La codifica degli articoli consente la loro identificazione da parte del terminale di pagamento non appena questi vengono presentati alla cassa, rendendo ancora più rapida l'esperienza di acquisto del cliente.

La tecnologia RFID esiste da molti anni e il suo utilizzo in campo IoT è totalmente sinergica. Poiché ogni dispositivo RFID ha un'identità unica, è possibile identificare praticamente qualsiasi bene. Se il lettore fa parte di un sistema connesso, il potenziale per lo sviluppo di nuove applicazioni è praticamente illimitato. Recentemente, l'introduzione della tecnologia RFID Ultra-High Frequency (UHF) ha ulteriormente aumentato tale potenziale.

RFID UHF

L'RFID è una tecnologia contactless che può operare su un range che va da pochi centimetri a diversi metri, utilizzando frequenze comprese fra 120 e 150 kHz (bassa frequenza o LF), a 13,56 MHz (alta frequenza o HF) e da 860 a 960 MHz (frequenza ultra-alta, o UHF). La maggior parte delle applicazioni esistenti (per esempio identificazione, controllo degli accessi o pagamento) utilizza dispositivi passivi. In pratica, il dispositivo RFID non dispone di una propria fonte di alimentazione, come ad esempio una cella primaria (batteria). Questa è la caratteristica principale dei dispositivi RFID. Di solito, le soluzioni che operano nelle gamme di frequenza LF e HF ricevono la loro alimentazione attraverso l'accoppiamento induttivo (o near-field), mentre i dispositivi UHF utilizzano la propagazione dell'onda elettromagnetica (o far-field).

Le organizzazioni di standardizzazione, tra le quali ISO, IEC e EPC Global, stanno attivamente sviluppando le norme (Standard) necessarie per rendere la tecnologia RFID più ampiamente fruibile; nel 2009, le ISO/IEC hanno integrato la tecnologia UHF EPC Gen 2 nella norma ISO 18000-6, identificandola come "Mode C". Le bande RFID UHF variano da paese a paese e includono frequenze comprese tra 860 MHz e 960 MHz (standard EPCglobal).

Caratteristiche essenziali dell’RFID

La caratteristica più importante per quanto concerne le prestazioni di un sistema RFID è la portata, cioè la distanza massima da cui un lettore RFID può leggere o scrivere informazioni sul tag. Il range del tag è definito in termini di tasso di lettura/scrittura senza errori ed è espresso in percentuale. La velocità varia in funzione della distanza, ma dipende anche dalle caratteristiche del lettore RFID e da come l'ambiente operativo influenza la propagazione del segnale.

In generale, gli intervalli di lettura e scrittura sono diversi a causa della potenza richiesta dal chip del transponder per ciascuna di queste operazioni.

Le principali sfide legate allo sviluppo e al funzionamento di un sistema RFID UHF risiedono nel lettore e nel tag passivo, così come descritto di seguito.

Limitazioni dei tag:

  • la limitazione più importante dei tag è la soglia di sensibilità del chip. Questa è la quantità minima di energia RF ricevuta necessaria per alimentare il chip RFID;
  • guadagno dell'antenna;
  • polarizzazione dell'antenna. Per la portata massima l'antenna del tag e l'antenna del lettore devono essere accordate;
  • adattamento d’impedenza tra l'antenna e il chip RFID.

Limitazioni del lettore:

  • EIRP (potenza isotropica irradiata equivalente). Questo parametro determina la potenza del segnale trasmesso dal lettore nella direzione del tag;
  • sensibilità del lettore. Questo parametro è solitamente definito rispetto a un certo rapporto segnale/rumore o alla probabilità di errore sul ricevitore.

In generale, la portata dei sistemi RFID UHF passivi è limitata da fattori quali le caratteristiche del tag, l'ambiente di propagazione e i parametri del lettore RFID. In generale, se la sensibilità del lettore è elevata, prevalgono le limitazioni dei tag. Tuttavia, il range del tag può essere massimizzato progettando un'antenna ad alto guadagno che sia ben adattata all'impedenza del chip.

RFID UHF nell'IoT

Per supportare l'utilizzo della tecnologia RFID UHF come soluzione IoT, nel 2014 è stata creata un'alleanza globale tra Google, Intel, Impinj, Smartrac e AIM (l'associazione che rappresenta l'industria dell'identificazione automatica). L'alleanza vanta attualmente 160 membri, tra cui NXP Semiconductors. Nota con il nome commerciale di "RAIN RFID", l’alleanza ha adottato la specifica EPC Gen 2 integrata nello standard ISO/IEC 18000-63. Se una soluzione viene indicata come RAIN RFID, questa utilizzerà la tecnologia RFID UHF in conformità con questo standard e con gli obiettivi dell'alleanza.

UCODE DNA semplifica il pagamento dei pedaggi

Le strade a pedaggio sono sempre più comuni in tutta Europa e mirano a fornire una soluzione alla congestione del traffico applicando dei pedaggi che aiutano ad ampliare e mantenere l'infrastruttura di trasporto. Il pagamento del pedaggio può spesso imporre al conducente di rallentare. Usando la tecnologia RFID UHF è possibile rendere trasparente il processo.

Lavorando insieme, Avnet Silica, l'integratore di sistemi Kathrein Solutions GmbH e lo specialista dell'identificazione dei veicoli Tönnjes hanno sviluppato con successo un sistema in grado di identificare i veicoli che viaggiano su un'autostrada a una distanza di 20 metri e una a velocità fino a 250 km/h. Grazie a queste caratteristiche, la tecnologia può essere installata sulle strutture che attraversano l'autostrada per raccogliere dati in modo assolutamente discreto. Tale approccio è in genere più affidabile e porta a un TCO inferiore rispetto ai sistemi basati sulle immagini raccolte utilizzando telecamere e algoritmi di riconoscimento della targa del veicolo.

Il sistema abbina l'unità di lettura RFID 4500 UHF RAIN sviluppata da Kathrein, i tag IDePLATE e IDeSTIX di Tönnjes. Abilitato dalla soluzione integrata UHF RFID "UCODE DNA" sviluppata da NXP, il tutto è anche compatibile RAIN RFID. IDePLATE è un tag che sostituisce la targa esistente del veicolo. La soluzione contiene il chip passivo RFID UHF. Il tag IDeSTIX contiene la stessa tecnologia, integrata in una semplice etichetta fissata all'interno del parabrezza del veicolo.

L'RFID rivoluziona l'autonoleggio

L'utilizzo della tecnologia RFID per individuare le risorse può semplificare molti processi, incluso il noleggio di automobili. Implementando la tecnologia RFID nei propri veicoli a noleggio, Sixt ha ridotto il tempo necessario ai clienti per individuare le chiavi. In aggiunta offre rilievi temporali più precisi in merito alla restituzione dei veicoli, permette di rintracciare più facilmente un mezzo restituito attraverso il sistema di prenotazione e consente di abbinare più rapidamente il cliente con ciò che ha noleggiato.

Con 2.200 filiali in tutto il mondo e una flotta di oltre 144.000 veicoli, Sixt ha potuto rivoluzionare il modo in cui opera proprio grazie alla RFID, riducendo l'attesa media dei clienti che ritirano le chiavi del loro veicolo da 3 minuti a soli 20 secondi. Poiché gli oltre 600 noleggi al giorno riguardano le filiali Sixt situate negli aeroporti, si tratta di un miglioramento significativo in termini di customer experience.

RFID e sicurezza

In un mondo sempre più connesso ogni applicazione che riguarda l'IoT deve anche prendere in considerazione l'esigenza di aumentare la sicurezza. L'RFID non fa eccezione. La tecnologia si è infatti evoluta, introducendo maggiori livelli di sicurezza in termini di autenticazione e crittografia. L'ultima versione della tecnologia RFID UHF di NXP, disponibile tramite Avnet Silica, è denominata UCODE DNA.

Tale soluzione prevede l'incremento dei livelli di sicurezza dell'attuale portafoglio RFID UCODE UHF a lungo raggio, combinando tutte le funzionalità e codificandole in un unico circuito integrato. Il tutto sfrutta due chiavi AES a 128 bit memorizzate in modo sicuro sul chip, che vengono utilizzate dall'acceleratore AES integrato per l'autenticazione crittografica. Le chiavi sono memorizzate in un'area bloccata in produzione; possono essere generate da NXP o dal cliente e in genere vengono utilizzate per l'autenticazione di tag e gruppi di tag.

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