RFID (Radio Frequency IDentification o IDentificazione a Radio Frequenza) è un metodo di archiviazione remota e ricezione dati che si basa essenzialmente sulla combinazione di tre elementi principali:
La tecnologia RFID si compone di tre elementi fondamentali:

• Tag: un transponder a radiofrequenza di piccole dimensioni costituito da un circuito integrato (chip) con funzioni di semplice logica di controllo, dotato di memoria, connesso ad un’antenna ed inserito in un contenitore o incorporato in una etichetta di carta, una Smart Card, una chiave. Il TAG permette la trasmissione di dati a corto raggio senza contatto fisico. Salvo eccezioni, i dati contenuti nella memoria del TAG sono limitati ad un codice univoco (identificativo).
• Reader: un ricetrasmettitore controllato da un microprocessore ed usato per interrogare e ricevere le informazioni in risposta dai TAG.
• Sistema di gestione:un sistema informativo che, quando esiste, è connesso in rete con i Reader. Tale sistema consente, a partire dai codici identificativi provenienti dai TAG, di ricavare tutte le informazioni disponibili associate agli oggetti e di gestire tali informazioni per gli scopi dell’applicazione.

I TAG (chiamati a volte Trasponder) vengono distinti, in primo luogo, per la gestione delle fonti energetiche. I TAG, infatti, possono essere:

Passivi

• ricavano l’energia per il funzionamento dal segnale proveniente dal Reader; non possiedono un vero e proprio trasmettitore, ma reirradiano, modulandolo, il segnale trasmesso dal Reader e riflesso dalla propria antenna. Le distanze a cui possono operare sono, al massimo, dell’ordine di alcuni metri o di alcuni centimetri a seconda della frequenza operativa.
• Attivi
  alimentati da batterie. Incorporano ricevitore e trasmettitore come i Reader. Possiedono memorie di dimensioni notevoli, spesso riscrivibili e possono contenere sensori. Le distanze a cui possono operare dipendono da trasmettitore e batterie, in genere sono, al massimo, dell’ordine di 200 metri.
• Battery-Assisted Passive (BAP) TAG
  usano una fonte di energia per alimentare solo alcuni componenti dei TAG. Vengono anche classificati come:
  • Semi-passivi
    dotati di batteria utilizzata solo per alimentare il microchip o apparati ausiliari (sensori), ma non per alimentare un trasmettitore in quanto in trasmissione si comportano come TAG passivi. Le distanze a cui possono operare sono, al massimo, dell’ordine di qualche decina di metri.
  • Semi-attivi
    definizione di uso incerto e spesso confusa con quella di semi-passivi. Propriamente dovrebbe indicare TAG dotati di batteria utilizzata per alimentare chip e trasmettitore. Per motivi di risparmio energetico, però, il TAG è normalmente disattivato. L’attivazione si ottiene tramite un ricevitore che opera con la tecnologia dei TAG passivi. In assenza di interrogazioni il TAG può quindi operare per tempi molto lunghi.

I TAG passivi sono tipicamente dei dispositivi a basso costo e di piccole dimensioni che consentono di realizzare numerosi tipi di applicazioni. Spesso ciascuna applicazione è legata a particolari caratteristiche dimensionali del TAG medesimo. Essendo infatti costituiti solamente da un’antenna e da un circuito integrato, l’altezza dei TAG passivi può essere anche di poche centinaia di micron. I TAG, quindi, possono essere inseriti in carte di credito, etichette adesive, bottoni ed altri piccoli oggetti di plastica, fogli di carta, banconote e biglietti d’ingresso, generando così veri e propri oggetti “parlanti”. I TAG, inoltre, possono essere di tipo read-only o read-write. Questi ultimi consentono, durante il loro uso, oltre alla lettura, anche la modifica o la riscrittura dell’informazione in essi memorizzata. In passato i TAG passivi erano principalmente di tipo read-only sia perché la fase di scrittura richiede la disponibilità di una quantità elevata di energia che si ricava con difficoltà dal segnale ricevuto, sia perché le memorie riscrivibili hanno un costo elevato. I TAG passivi riscrivibili sono comunque in rapida diffusione. I TAG passivi non possono iniziare la comunicazione ma possono solamente essere interrogati. Per i TAG attivi o semi-passivi, oltre alla maggior quantità di memoria ed alla funzione di riscrivibilità della stessa, l’evoluzione tecnologica ha consentito di aggiungere, in alcuni casi, funzioni che superano di gran lunga la pura identificazione. Si ricordano, ad esempio, le funzioni di radiolocalizzazione (RTLS − Real Time Location System − identificazione della posizione dell’oggetto che contiene l’RFID) o la misura di parametri ambientali attraverso sensori (temperatura, umidità, movimento, ecc.). La differenza tra i due tipi non è tanto nelle funzioni di memoria o negli eventuali sensori, quanto nel fatto che i TAG attivi sono dei veri e propri apparati ricetrasmittenti mentre i TAG semi-passivi sfruttano la tecnologia di trasmissione dei TAG passivi e pertanto necessitano di risorse di alimentazione modeste. Conseguentemente i TAG semi-passivi non possono iniziare la comunicazione ma possono solamente essere interrogati mentre i TAG attivi sono in grado anche di iniziare la comunicazione. Nei sistemi RFID i TAG sono, in genere, associati ad oggetti. Quando il TAG passa attraverso il campo elettromagnetico generato da un lettore, trasmette a quest’ultimo le proprie informazioni. Tipicamente un TAG passivo che riceve il segnale da un lettore usa l’energia del segnale medesimo per alimentare i propri circuiti interni e, di conseguenza, attivare le proprie funzioni. Una volta che il TAG ha decodificato come corretto il segnale del lettore, gli risponde riflettendo, mediante la sua antenna, e modulando il campo emesso dal lettore. I protocolli di comunicazione tra lettore e TAG sono descritti in appositi standard. Le informazioni che il TAG trasmette al lettore sono contenute in una certa quantità di memoria che ogni TAG ha al suo interno. Le informazioni d’identificazione sono relative all’oggetto interrogato: tipicamente un numero di serie unico, spesso una estensione dell’UPC (Universal Product Code) contenuto nel codice a barre ed altre informazioni (date di produzione, composizione dell’oggetto, ecc.). Normalmente la quantità di dati contenuti in un RFID è piuttosto modesta (centinaia di byte o, al massimo qualche KByte). Ciò nonostante, la pervasività dell’uso dei TAG e di opportune tecniche a radiofrequenza che consentono di interrogare e ricevere risposte da tutti i TAG presenti in un particolare ambiente possono portare ad una “esplosione” della quantità di dati circolanti.

Esistono migliaia di tag diversi, ognuno caratterizzato da specificità particolari. Il substrato di base e i materiali di cui i TAG sono ricoperti per rispondere alle più diverse esigenze applicative ne influenzano l’aspetto esteriore. Si va dalle semplici etichette molto simili a quelle tradizionali, ai cosiddetti hard TAG progettati per resistere agli agenti atmosferici e alle sollecitazioni meccaniche, passando per svariate forme, dimensioni e materiali. Dal punto di vista costruttivo, in questo database i TAG sono classificati per tipo secondo le seguenti categorie:

• Dry inlay: Consistono di un’antenna dotata di chip e stampata su sottile supporto plastico. Sono forniti in bobina continua, non fustellata. I dry inlay sono prodotti semi-lavorati che possono essere convertiti in etichetta, biglietto, badge, oppure incapsulati in materiali di diversa natura per realizzare TAG Rfid capaci di rispondere a variegate necessità applicative.
• Wet inlay: A differenza dei dry inlay, sono fustellati e dotati di adesivo su un lato. Sono forniti in bobina.
• Label: Le etichette sono fustellate, dotate di adesivo su un lato e ricoperte di uno strato di materiale stampabile sull’altro. Ai fini della classificazione in questo database, sono considerate “Label” tutte le etichette che non presentano particolari capacità di resistenza ad agenti chimici ed atmosferici, che non sono realizzate per essere applicate direttamente su materiali metallici, oppure che non presentano caratteristiche distintive come per esempio quelle anti-manomissione.
• Special label: Sono le etichette che, grazie alle loro particolari caratteristiche, si differenziano dalle comuni etichette per possibilità di utilizzo o di applicazione all’oggetto da identificare.
• Ticket/Badge: Sono i TAG Rfid di tipo badge dalle dimensioni tipiche delle carte di credito o altri biglietti/ticket realizzati per applicazioni di controllo accessi, biglietteria, pagamenti elettronici ecc.
• Hard TAG: Sono TAG incapsulati in grado di resistere a particolari condizioni atmosferiche, a agenti chimici, a sollecitazioni meccaniche di diversa natura. Molto spesso sono realizzati appositamente per essere attaccati a materiali metallici. Ai fini della classificazione in questo database, sono considerati “hard TAG” i prodotti incapsulati rigidi, non flessibili.
• Special TAG: sono prodotti incapsulati che si differenziano dagli “hard TAG” per la loro flessibilità o per la particolarità del loro metodo di applicazione all’oggetto da identificare.
• Wristband: Sono braccialetti Rfid per applicazioni come il controllo accessi e l’identificazione dei pazienti.

Le dimensioni dei TAG sono estremamente ridotte: hanno una superficie di circa un millimetro quadro e uno spessore di soli 0.2 millimetri. Ogni transponder è abbinato a un supporto flessibile che può essere quindi inserito su varie tipologie di materiale come la carta o film plastico. Nasce quindi la così detta Smart Label o etichetta intelligente che potrà poi essere personalizzata da stampanti in tecnologia a trasferimento termico o impressione diretta.

Il lettori (Reader chiamato anche “interrogator” o “controller” se distinto dalla sua antenna) è l’elemento che, nei sistemi RFID, consente di assumere le informazioni contenute nel TAG. Si tratta di un vero e proprio ricetrasmettitore, governato da un sistema di controllo e spesso connesso in rete con sistemi informatici di gestione per poter ricavare informazioni dall’identificativo trasmesso dai TAG. Questo, infatti, specie nei TAG passivi, è un semplice codice che ha però (a differenza dei codici a barre) la particolarità di essere univoco. Entrando quindi in un sistema informativo ed usando un codice univoco come chiave di ricerca, si possono ricavare dettagliate informazioni (anche aggiornate nel tempo) sul particolare oggetto a cui il TAG è associato. I Reader per TAG attivi sono dei ricetrasmettitori controllati, che possono usare le più diverse tecniche a radiofrequenza. I TAG attivi, ad oggi, sono solo in piccola parte coperti da standard specifici. I Reader per TAG passivi (e semi passivi), invece, devono emettere segnali RF di tipo particolare, in grado di fornire al TAG anche l’energia necessaria per la risposta. Le tecniche di comunicazione e trasferimento dati utilizzate nei sistemi RFID sono molto diverse tra loro per applicazioni che possono andare dalla lettura, a pochi centimetri di distanza, di TAG passivi, fino a prevedere letture di TAG attivi a distanza di parecchie centinaia di metri. Esistono Reader fissi (montati sui portali di accesso ai magazzini, sui nastri trasportatori, negli scaffali, ecc.) e Reader portatili (una sorta di “pistole elettroniche” esteticamente simili a quelle in uso per i codici a barre.

Il codice a barre è stato inventato negli anni Settanta per accelerare il processo di check out, ma ha alcuni svantaggi. Al fine di tenere il passo con gli inventari, le aziende devono eseguire la scansione di ogni codice a barre su ogni confezione di un prodotto particolare. In più, quando il cliente arriva alla cassa bisogna eseguire nuovamente la scansione per ogni singolo prodotto, con una notevole perdita di tempo. Infine, il codice a barre è una tecnologia di sola lettura, il che significa che non è possibile inviare alcuna informazione. Le etichette RFID sono un miglioramento rispetto a codici a barre perché i tag hanno la capacità di essere letti e inviare informazioni. I dati memorizzati sui tag RFID possono essere modificati, aggiornati e bloccati. Alcuni negozi che hanno cominciato a usare tag RFID hanno scoperto che la tecnologia offre un modo migliore per tenere traccia della merce per scopi di stoccaggio e di commercializzazione. Inoltre, i tag RFID permettono di leggere le informazioni in un decimo di secondo, senza che il chip debba essere per forza visibile o a contatto con il lettore. Questo significa, implicitamente, che se il chip è sporco o parzialmente coperto, la scansione può avvenire ugualmente. In più, la lettura dei dati può essere cifrata, per una maggiore sicurezza. Oltre alla merce al dettaglio, le etichette RFID sono state aggiunti ai dispositivi di trasporto come le tessere di pedaggio autostradale e quelle della metropolitana. A causa della loro capacità di memorizzare dati in modo efficiente, le etichette RFID possono catalogare i costi dei pedaggi e le tariffe e dedurre i costi elettronicamente dalla scheda.

I sistemi che utilizzano tecniche RFId sono molteplici. Una prima classificazione può esser fatta in base alle seguenti caratteristiche:

• Frequenza di lavoro
• Raggio d'azione e quindi distanza massima d'applicabilità
• Tipo di accoppiamento fisico

Le frequenze utilizzate da questi sistemi, come illustrato dalla figura 3.1, sono diverse e spaziano tra valori che vanno da 135 kHz (longwave) a 5,8 GHz (microwave). Esistono delle norme ben precise, diverse per ogni stato, che stabiliscono quali sono le bande di trasmissioni possibili. I campi elettrici, magnetici ed elettromagnetici sono impiegati per l’accoppiamento fisico. In fine il raggio d’azione di questi sistemi varia da pochi centimetri fino a 15 m di distanza. I sistemi RFId a piccolo raggio, tipicamente nell’intorno di qualche centimetro, sono conosciuti come sistemi ad accoppiamento vicino (close coupling systems). Per il loro funzionamento il tag deve essere molto vicino al lettore, quasi a contatto. Questi sistemi utilizzano l’accoppiamento del campo elettrico e magnetico e possono in teoria operare a qualsiasi frequenza tra la continua e 30 MHz, perché il funzionamento del tag non dipende dalle radiazioni del campo. Il contatto tra il lettore e il supporto facilita la fornitura di elevate quantità di potenza in questo modo, anche se nel tag si utilizzano componenti che hanno un assorbimento elevato di corrente, questi possono funzionare senza alcun problema. Questi sistemi sono soprattutto usati nelle applicazioni che richiedono severi requisiti di sicurezza, ma non un ampio raggio. Alcuni esempi sono: sistemi di porte a chiusura elettronica o smart card senza contatto con funzioni di pagamento; tuttavia, l’interesse di questi sistemi c’è già stato. I sistemi RFId che scrivono e leggono fino alla distanza di 1 m sono conosciuti con il termine comune di sistemi ad accoppiamento a distanza (remote coupled system). Quasi tutti i sistemi di questo tipo sono basati su un accoppiamento (magnetico) induttivo, e sono anche conosciuti come sistemi radio induttivi. Esistono anche alcuni sistemi con accoppiamento (elettrico) capacitivo, ma sono pochi rispetto ai primi. Quasi il 90% di tutti i sistemi di RFId, attualmente venduti, sono sistemi ad accoppiamento induttivo. Le frequenze tipicamente impiegate sono intorno a 135 KHz o a 13.56 MHz. Alcune applicazioni particolari invece funzionano a 27.125 MHz. I sistemi di RFId con raggio superiore a 1 m sono conosciuti come sistemi a lungo raggio (long range systems). Tutti i sistemi di questo tipo funzionano usando le proprietà di propagazione delle onde elettromagnetiche nella banda delle microonde e UHF. Questi sistemi inoltre sono conosciuti anche come sistemi backscatter, dovuto proprio al loro principio di funzionamento fisico. Inoltre, esistono sistemi che usano tag con interfaccia acustica nella banda di frequenze delle microonde. Le frequenze tipicamente utilizzate sono di 868 MHz (Europa) e di 915 MHz (U.S.A.) per quanto riguarda la banda UHF, mentre sono di 2.5 GHz e di 5.8 GHz nella banda delle microonde. Per quanto riguarda il raggio d’azione di questi sistemi, esso è molto interessante, dal punto di vista dell’applicabilità in diversi settori; infatti, le distanze variano dai 5 ai 15m. Una seconda classificazione dei sistemi RFId può essere fatta in base alle funzioni di elaborazione dati offerte dal transponder (lettura, lettura/scrittura, etc.) e alle dimensioni della relativa memoria, ottenendo un ampio spettro di varianti.

 

I sistemi EAS (Electronic Artiche Surveillance: sistemi elettronici di sorveglianza dell'articolo) rappresentano l'estremità inferiore dei sistemi low-end. Questi sistemi verificano e controllano la presenza possibile di un risponditore nella zona di interrogazione del lettore usando un semplice risuonatore LC (induttanza,capacità) accordato ad una fissata frequenza. I sistemi RFId con transponder passivi con microchip sono classificati come sistemi low-end. Questi transponder hanno un insieme di dati memorizzati in modo permanente in una ROM (Read Only Memory), che costituiscono generalmente il numero di serie unico (UID) composto da più byte. Se un transponder passivo è all’interno del campo elettromagnetico generato dal lettore, questo comincia a trasmettere continuamente il proprio numero di serie. Per il lettore non è possibile colloquiare con il transponder read-only, essendo il flusso dei dati unidirezionale dal transponder al lettore. Nel funzionamento pratico di un sistema passivo è necessario, inoltre, accertarsi che ci sia soltanto un risponditore nella zona di interrogazione del lettore, altrimenti la presenza di due o più transponder che trasmettono simultaneamente, provocherebbe uno scontro dei dati (collisione). In questo caso il lettore non sarebbe più in grado di individuare il transponder. Nonostante questa limitazione, i transponder read-only sono adatti per molte applicazioni in cui è sufficiente leggere il numero di serie. La semplicità del transponder passivo fa sì che l’area del chip può essere minimizzata, in modo tale da ottenere bassi consumi di energia e bassi costi di fabbricazione. I sistemi passivi funzionano a tutte le frequenze di lavoro dei sistemi RFId. Questi ultimi sono usati soltanto dove è richiesta l’uso di una piccola quantità di dati o dove si possono sostituire le tipiche funzioni dei sistemi barcode, ad esempio nel controllo di flussi dei prodotti, nell'identificazione di pallet, contenitori e bottiglie di gas (ISO 18000) e anche nell'identificazione degli animali (ISO 11785). I sistemi RFId con transponder con memoria riscrivibile sono classificati come sistemi mid-range, che comprendono la gran parte dei sistemi di auto identificazione come mostra la figura 3.2. Le capacità di memoria variano da alcuni byte ad oltre 100 Kbyte EEPROM (tipo passivo) o SRAM (tipo attivo). Questi transponder sono capaci di rispondere ai comandi semplici del lettore per la lettura selettiva e per la scrittura della memoria dati in modo permanente. Inoltre, i risponditori sostengono le procedure di anticollisione, di modo che se ci sono molti transponder situati nella zona di interrogazione del lettore, non interferiscono allo stesso tempo tra loro e possono essere interrogati selettivamente dal lettore. Procedure di crittografia logica, vale a dire autenticazione fra il risponditore e lettore, e crittografia del flusso di dati sono inoltre in fase di sviluppo per questi sistemi. Questi sistemi sono funzionanti a tutte le frequenze di lavoro dei sistemi RFId. Nella categoria dei sistemi high-end troviamo sistemi con un microprocessore e un sistema operativo smart card (OS smart card). L'uso dei microprocessori facilita la realizzazione di procedure complesse di autenticazione e di crittografia usando la logica hard-wired di una macchina a stati. L'estremità superiore dei sistemi high-end è occupata dalle smart card moderne ad interfaccia doppia, che hanno un coprocessore crittografico. La riduzione enorme dei tempi di computazione, che deriva dall'uso dei coprocessori, fa sì che le smart card senza contatto possono essere usate in applicazioni che impongono alti requisiti di sicurezza. I sistemi high-end operano alla frequenza di 13.56 MHz.

L'Internet delle cose è vista come una possibile evoluzione dell'uso della Rete. Gli oggetti si rendono riconoscibili e acquisiscono intelligenza grazie al fatto di poter comunicare dati su se stessi e accedere ad informazioni aggregate da parte di altri. Le sveglie suonano prima in caso di traffico, le piante comunicano all'innaffiatoio quando è il momento di essere innaffiate, le scarpe da ginnastica trasmettono tempi, velocità e distanza per gareggiare in tempo reale con persone dall'altra parte del globo, i vasetti delle medicine avvisano i familiari se si dimentica di prendere il farmaco. Tutti gli oggetti possono acquisire un ruolo attivo grazie al collegamento alla Rete. L'obiettivo dell'internet delle cose è di far sì che il mondo elettronico tracci una mappa di quello reale, dando un'identità elettronica alle cose e ai luoghi dell'ambiente fisico. Gli oggetti e i luoghi muniti di etichette Identificazione a radio frequenza (Rfid) o Codici QR comunicano informazioni in rete o a dispositivi mobili come i telefoni cellulari. I campi di applicabilità sono molteplici: dalle applicazioni industriali (processi produttivi), alla logistica e all’infomobilità, fino all'efficienza energetica, all'assistenza remota e alla tutela ambientale.