Cos’è la RFID?

Per RFID (abbreviazione di radio-frequency identification) si intende una tecnologia di trasmissione basata su onde elettromagnetiche che servono allo scambio di dati senza contatto in sistemi mittenti-destinatari.

Come funziona la tecnologia RFID?

I sistemi RFID sono composti da almeno un lettore RFID e da un numero qualsiasi di transponder RFIS, i quali fungono innanzitutto da memoria dati mobile. Inoltre occorre un calcolatore che rilevi e valuti i dati letti. La trasmissione dei dati avviene senza contatto, via aerea. Si parla pertanto della cosiddetta interfaccia aerea tra trasmettitore e destinatario. A seconda del campo di applicazione del sistema RFID la struttura dei componenti tecnici di base, lo spettro funzionale e le frequenze operative alla base possono differire notevolmente.

Struttura di un lettore RFID

Un lettore RFID è un dispositivo tecnologico che, in base al modello e alla destinazione d’uso, genera un campo magnetico alternato di portata minima o onde radio ad alta frequenza.

Quando un transponder RFID giunge nel campo elettromagnetico generato dal dispositivo di lettura, avviene un accoppiamento con il dispositivo di lettura, che consente appunto la lettura del transponder RFID. Il processo di lettura è gestito da un software presente nel lettore. Questo si avvale generalmente di interfacce con altri sistemi EDP. A seconda del modello il transponder può essere riscrivibile e consente la modifica delle informazioni salvate sul chip.

I lettori RFID moderni sono in grado di leggere più transponder contemporaneamente. Questa abilità di lettura multipla è considerata uno dei vantaggi principali della tecnologia RFID rispetto ad altri metodi di identificazione di oggetti, ad esempio quello mediante codice a barre.

Per consentire ai lettori RFID una comunicazione contemporanea con più tag, sono stati sviluppati vari metodi anticollisione che assegnano ai transponder tempi di accesso o frequenze differenti. Questo sistema impedisce una sovrapposizione di segnali.

Struttura di un transponder RFID

Un transponder RFID è un apparecchio di comunicazione radio che riceve i segnali in arrivo e risponde automaticamente. La parola transponder nasce da una combinazione dei termini inglesi transmitter (trasmettitore) e responder (rispondente). I modelli più piccoli misurano solo pochi millimetri. Si distinguono i seguenti tipi di transponder:

  • passivo
  • attivo
  • semiattivo

I componenti base di ogni transponder RFID sono un microchip e un’antenna (generalmente in forma di bobina). La capacità di memoria del microchip di un transponder commerciale varia, a seconda del modello, da pochi bit a più kilobyte. Inoltre, in base alla versione, la capacità di memoria è sufficiente per una singola serie di numeri, che costituiscono un ID univoco di identificazione del chip, fino a una quantità di dati equivalente a diverse pagine dattiloscritte.

Insieme a un’antenna stampata, posata o incisa, il chip RFID forma il cosiddetto inlay. Questo è altamente sensibile e presenta una capacità di carico limitata. Pertanto gli inlay RFID vengono per lo più laminati, ad esempio, nel caso delle etichette autoadesive (Smart Label): i cosiddetti tag RFID (inglese per “etichetta”, “cartellino”). Se il transponder deve supportare carichi più pesanti, l’impianto elettronico può essere integrato in una scheda di plastica o protetto con un involucro di plastica.

Se il transponder è passivoosemiattivo, il chip RFID letto non genera alcun campo elettromagnetico. Al contrario, il campo alternato del lettore viene modificato per trasferire i dati richiesti. I transponder attivi sono dotati di un proprio trasmettitore.

  • I transponder RFID passivi né possiedono una propria fonte di energia né sono in grado di inviare segnali in modo autonomo. Nell’accoppiamento con il lettore il microchip di un transponder passivo viene alimentato prevalentemente con corrente mediante un condensatore (generalmente integrato). Nella maggior parte dei casi l’accoppiamento avviene mediante induzione.
  • I transponder RFID attivi e semiattivi dispongono di una fonte di energia in forma di batteria di riserva e sono quindi leggermente più grandi. Nei transponder RFID passivi la trasmissione dei dati è limitata a pochi metri. I transponder attivi e semiattivi consentono al sistema RFID una portata di più centinaia di metri. L’accoppiamento avviene mediante induzione o in modalità elettromagnetica.

Frequenze RFID

Nei sistemi RFID commerciali vengono impiegate frequenze di trasmissione delle bande di frequenza ISM senza licenza che possono essere utilizzate gratuitamente e senza approvazione da dispositivi ad alta frequenza nell’industria, in campo scientifico e medico, oltre che in ambito domestico. Si distinguono sistemi RFID operanti nei campi di frequenza Low Frequency (LF), High Frequency (HF), Ultra-high Frequency (UHF) e Super-high Frequency (SHF). Essi si differenziano notevolmente in termini di portata e velocità di trasferimento. Non esiste uno standard RFID internazionale che imponga l’uso di determinate frequenze.

  • Low Frequency, LF (bassa frequenza): Nei sistemi LF-RFID vengono impiegate onde lunghe nel campo di frequenza compreso tra 125 kHz e 135 kHz. Gli intervalli di lettura realizzabili sono decisamente al di sotto di un metro. La velocità di trasferimento viene altrettanto ridotta. Nei campi di applicazione, come produzione, montaggio o controllo accessi e nell’identificazione degli animali si sono affermati i sistemi RFID con una frequenza di 125 kHz. I transponder RFID passivi in campi a bassa frequenza vengono alimentati con energia mediante accoppiamento induttivo.
  • High Frequency, HF (alta frequenza): I sistemi HF-RFID sfruttano onde corte con una frequenza di lavoro di 6,78 MHz, 13,56 MHz o 27,125 MHz e sono caratterizzati da un’elevata velocità di trasferimento. L’intervallo massimo di lettura e scrittura ammonta fino a 3 metri. I transponder HF funzionano con un minor numero di giri di antenna. Ciò consente design più ridotti. Per le etichette smart in campo logistico si è affermata la frequenza di 13,56 MHz come standard globale.
  • Ultra-high Frequency, UHF (frequenza ultra elevata): I sistemi RFID nel campo UHF consentono una portata e una velocità di trasferimento elevate. L’intervallo massimo di lettura e scrittura è di 10 metri. Nei sistemi con transponder attivi è possibile una portata fino a 100 metri. Per via della lunghezza ridotta delle onde è sufficiente un dipolo come antenna. In Europa si è diffuso come standard per transponder UHF un campo di frequenza di 868 MHz. La frequenza 915 MHz, diffusa negli USA per i sistemi RFID, non è ammessa in Europa. Parti di edifici, oggetti e altri ostacoli portano a una significativa attenuazione e riflessione delle onde UHF.
  • Super-high Frequency, SHF (microonde): Con frequenze di 2,45 GHz e 5,8 GHz, le bande ISM nella gamma di microonde vengono utilizzate anche nell’ambito della tecnologia RFID. I sistemi RFID nel campo SHF si contraddistinguono per un’elevatissima velocità di trasferimento. La portata di transponder SHF passivi ammonta fino a 3 metri, i transponder attivi consentono di coprire distanze fino a 300 metri. Come le onde UHF, anche le microonde sono fortemente attenuate dagli ostacoli fisici.

La seguente tabella offre una panoramica delle bande di frequenza impiegate nei sistemi RFID e delle loro proprietà.

  Bassa frequenza Alta frequenza Frequenza ultra alta (passiva/attiva) Microonde (passive/attive)
Gamma di frequenza Meno di 135 kHz 13,56 MHz 868 MHz (EU), 915 MHz (USA) 2,45 GHz, 5,8 GHz
Intervallo di lettura Meno di 1 metro Fino a 3 metri Fino a 10 o 100 metri Fino a 3 o 300 metri
Tipo di accoppiamento di lettore e transponder Induttivo (campo vicino) Induttivo (campo vicino) Elettromagnetico (campo lontano) Elettromagnetico (campo lontano)
Velocità di trasferimento Scarsa Elevata Elevata Molto elevata
Influsso di disturbo dei liquidi Scarso Scarso Molto elevato Molto elevato
Influsso di disturbo dei metalli No No
Orientamento del transponder necessario No No Parzialmente Sempre
Standard ISO/IEC 11784/85 e 14223 14443, 15693 e 18000 14443, 15693 e 18000 18000
Supporto del chip del transponder (esempi) Involucro di vetro,involucro di plastica, scheda chip, Smart Label Smart Label, transponder per l’industria Smart Label, transponder per l’industria transponder di ampio formato
Ambito di applicazione Controllo di accessi e percorsi, immobilizzatori lavaggio del bucato, lettura del gas identificazione di animali lavaggio del bucato, ticketing, tracking & tracing, rilevamento multiplo magazzino, logistica rilevamento pallet, tracciamento di container identificazione veicolo, pedaggio
Accettazione a livello mondiale a livello mondiale EU/USA Non accettato nell’area UE

Accoppiamento

Nella prassi l’accoppiamento di lettore e transponder ha successo con uno dei seguenti metodi.

  • Accoppiamento chiuso: i sistemi di accoppiamento stretto (close coupling) sono implementati in modo che la distanza massima tra lettore e transponder misuri al massimo un centimetro. Ciò è sostanzialmente possibile in tutti i campi di frequenza. I dati vengono trasmessi mediante induzione. I relativi sistemi sono impiegati in aree con elevati requisiti di sicurezza. Sono campi di applicazione classici il pagamento senza contatto con carta dotata di chip o l’autenticazione presso gli impianti con serratura. Considerando la distanza minima, sono sufficienti transponder passivi.
  • Accoppiamento remoto: il metodo di accoppiamento remoto (remote coupling) consente la trasmissione dei dati a distanze fino a un metro. Anche in questo caso l’accoppiamento è generalmente induttivo. La consueta frequenza è di 135 kHz (LF) o 13,56 MHz (HF). Anche per l’accoppiamento remoto vengono impiegati transponder passivi. Questo tipo di trasmissione è ideale nei magazzini, nel settore logistico e dell’automazione industriale.
  • Sistemi a lungo raggio: i sistemi RFID a lungo raggio operano generalmente nella gamma di frequenza ultra alta (868 MHz o 915 MHz) e presentano un intervallo di lettura/scrittura di più centinaia di metri. I sistemi a lungo raggio nel campo delle microonde sono ancora in fase di sviluppo. Per consentire una portata il più elevata possibile vengono impiegati transponder RFID attivi con alimentazione energetica propria. Un potenziale ambito di applicazione dei sistemi a lungo raggio è quello dell’identificazione del veicolo agli impianti di pedaggio.

Funzioni di scrittura e lettura

La funzione di base di un sistema RFID è l’identificazione di un transponder mediante lettura di un ID chiaro. Per le applicazioni più complesse vengono impiegati transponder scrivibili. Questi sono suddivisibili in tre tipologie:

  • Read-only: i transponder RFID più semplici vengono scritti una sola volta dal produttore e possono essere letti tutte le volte che si desidera. Non è possibile aggiungere, sovrascrivere o eliminare a posteriori le informazioni.
  • Write once, read many (WORM): i transponder WORM vengono consegnati dal produttore non scritti e gli utenti possono integrarvi dei dati un’unica volta. Questi possono essere poi letti tutte le volte che si desidera.
  • Read and write: i transponder RFID di questa categoria sono riscrivibili. Ne deriva un numero di accessi di scrittura e lettura illimitato che permette di aggiungere, modificare o eliminare dei dati. Laddove necessario, l’accesso di scrittura può essere limitato anche in questo tipo di transponder.

I transponder RFID possono essere dotati di varie funzioni aggiuntive a seconda del modello.

I tag RFID, dotati di un cosiddetto “Kill-Code”, vengono disattivati in modo permanente dopo il ricevimento di un determinato segnale. Questa funzione è utile anche nei sistemi di protezione della merce su base RFID e impedisce che i prodotti dotati di transponder possano essere contattati e letti anche al di fuori dell’esercizio.

Se sui chip RFID vengono salvate informazioni sensibili come i codici di accesso per sistemi con serratura o coordinate bancarie, è disponibile un sistema di cifratura. Inoltre i chip per transponder vengono programmati tra di loro in modo che la comunicazione con il lettore richieda una password segreta. I relativi transponder verificano innanzitutto l’identità del lettore prima di garantirgli l’accesso di lettura alla memoria.

I sistemi RFID nella prassi

I sistemi RFID vengono impiegati in particolare in campo logistico e nel commercio al dettaglio. Sono possibili applicazioni anche nel settore produttivo e nella gestione di merci e inventario, nell’identificazione dei veicoli, nella lotta alla pirateria dei prodotti o nell’identificazione di animali. I consumatori vengono spesso a contatto con la tecnologia RFID nei sistemi di pagamento senza contanti. Attualmente i transponder RFID sono impiegati anche per rilevare l’orario di lavoro e negli impianti con serratura elettronica. Quando integrati in documenti di identità e passaporti, i chip RFID consentono anche l’identificazione di persone.

Logistica

In campo logistico la tecnologia RFID viene impiegata come alternativa al codice a barre. I transponder RFID consentono una chiara identificazione della merce lungo l’intera filiera e, dunque, il tracciamento trasparente del flusso di merci. I campi di applicazione centrali riguardano il tracciamento mobile, l’identificazione di oggetti e la localizzazione di merci.

La tecnologia RFID presenta del potenziale anche nell’ottimizzazione dei processi concernenti gli inventari, la gestione di contenitori e il controllo qualità, ad esempio nel monitoraggio della catena del freddo. I sistemi di accoppiamento remoto sono comuni. I transponder vengono fissati per lo più direttamente alla confezione merci o al pallet di trasporto. La lettura avviene mediante lettori manuali e sensori, ad esempio telaio della porta o nei denti dei carrelli elevatori a forche.

Gestione merci e inventario

I tag RFID si sono affermati nell’ambito della gestione merci e inventario non solo nel commercio al dettaglio ma anche in biblioteconomia. Un vantaggio della tecnologia RFID rispetto ai tradizionali sistemi di rilevamento mediante codice a barre è la possibilità di leggere in contemporanea più transponder RFID mediante rilevamento multiplo. Questo viene impiegato, ad esempio, alla restituzione dei libri in biblioteca. Il rilevamento multiplo consente di identificare tutti i libri di una pila senza scansionarli singolarmente.

I sistemi RFID si addicono anche alle superfici di vendita ad esempio per tracciare il flusso di merci, automatizzare gli ordini o monitorare la durata di conservazione minima dei prodotti deperibili. Questa applicazione tuttavia non viene sempre implementata nel settore della vendita al dettaglio anche per ragioni di protezione dei dati.

Protezione della merce

Nel commercio al dettaglio i sistemi RFID vengono impiegati sia nella gestione sia nella protezione della merce. La tecnologia RFID si è diffusa anche nell’industria tessile. I transponder RFID vengono cuciti in forma di etichette flessibili negli indumenti o applicati diversamente. I tag RFID per la protezione della merce sono generalmente già integrati nel processo di produzione e risultano pertanto meno appariscenti, più efficienti ed economici di altri metodi di protezione elettronica della merce. I sistemi di protezione della merce con tecnologia RFID sono tuttavia oggetto di critica in termini di protezione dei dati, in quanto i chip presenti nei prodotti possono essere letti anche dopo l’acquisto.

Produzione

I sistemi RFID sono impiegabili anche in ambito produttivo sia per il tracciamento di merci e materiale sia nell’automazione delle linee di produzione. La tecnologia RFID è finalizzata non solo ad accelerare i processi di produzione ma anche a garantire maggiore sicurezza alla postazione di lavoro e nel controllo della qualità. L’idea di base è che ogni (parte di) prodotto sia dotata/o di chip in grado di identificarla/o e di mettere anche a disposizione informazioni per la trasformazione, il montaggio, la manutenzione o lo smaltimento. La tecnologia RFID fa parte, insieme all’IoT (Internet of Things) dei fondamenti di una Smart Factory secondo la visione dell’industria 4.0.

Identificazione di veicoli

Un possibile campo di applicazione per i sistemi RFID a lungo raggio è l’identificazione di veicoli, ad esempio per controlli di accesso, sistemi di pedaggio, misurazione di velocità, offerte di car sharing o nella gestione dei parcheggi. Le targhe automobilistiche con chip RFID (le cosiddette e-Plates) potrebbero essere un’alternativa o un’integrazione al sistema di rilevamento della targa mediante telecamera. Anche il pagamento alle stazioni di servizio o ai pedaggi potrebbe essere effettuato al passaggio del veicolo mediante un chip RFID inserito nella targa.

Pirateria dei prodotti

Nell’ambito della lotta alla pirateria la tecnologia RFID potrebbe costituire un’alternativa o un’integrazione ad altri sistemi di sicurezza come ologrammi ottici o numeri di serie. Sono comuni le etichettature del marchio, in cui vengono già integrati in modo discreto transponder RFID passivi durante la produzione. Questi chip consentono di identificare i prodotti di marca durante l’intera filiera di distribuzione, verificarli quando necessario e documentare l’autenticità dell’articolo.

Un sistema RFID multiplo consente di verificare rapidamente anche quantità di merci più ampie con un dispendio minimo. Per prevenire una contraffazione delle informazioni salvate sul chip del transponder vanno utilizzati dei sistemi di cifratura. È anche pensabile una verifica da parte del consumatore finale, ad esempio mediante smartphone.

Identificazione di animali

Nell’ambito dell’identificazione di animali vengono impiegati transponder RFID sotto forma di involucri di vetro, i quali vengono inseriti direttamente nel corpo dell’animale da allevamento o domestico mediante un dispositivo di applicazione. La tecnologia RFID è un’alternativa a collari o ai marchi auricolari.

Carte di pagamento

RFID è la tecnologia di base per il metodo di pagamento senza contatto mediante carta con chip o dispositivo smart. Per ragioni di sicurezza i dati vengono trasmessi nell’ambito di un metodo di accoppiamento stretto (close coupling). Come standard di trasmissione internazionale si è affermata la cosiddetta comunicazione a campo vicino (Near Field Communication, NFC). Tra i metodi di pagamento senza contanti mediante NFC più comuni si annoverano Girogo, Paypass, Visa PayWave, Apple Pay e Google Pay.

N.B.

NFC è uno speciale metodo di accoppiamento per i sistemi RFID specificato dall’International Electrotechnical Commission (IEC) in cooperazione con l’Organizzazione internazionale per la standardizzazione (ISO). Gli standard centrali sono ISO/IEC 18092, 21481 e 14443.

Rilevamento temporale

I sistemi RFID sono ampiamente diffusi nell’ambito del rilevamento temporale, ad esempio in sostituzione dei cartellini orari. Invece di timbrare il cartellino i lavoratori posizionano il loro transponder davanti al relativo terminale per consentire la registrazione di inizio, fine e pause nell’arco della loro attività lavorativa. I dati vengono valutati da un sistema EDP di background con emissione di un conto orario riportante le ore di lavoro in eccesso o in difetto. Anche in ambito sportivo è pratica comune rilevare il tempo mediante tecnologia RFID. I transponder vengono applicati, ad esempio, a scarpe da corsa degli atleti, biciclette da corsa o auto sportive per segnalare l’arrivo a destinazione con la maggior precisione possibile.

Controllo di accesso e entrata

I transponder RFID in forma di portachiavi o schede con chip consentono un’identificazione degli impianti con serratura elettronica. Questo tipo di controllo degli accessi ha un grande vantaggio rispetto al metodo con chiave. Se un collaboratore perde il proprio transponder, si blocca solo il suo ID. La costosa sostituzione della serratura, necessaria in caso di perdita delle chiavi, viene meno. I controlli di sicurezza con tecnologia RFID per l’autenticazione dell’utente sono possibili anche per l’accesso a postazioni di lavoro, dispositivi, utensili e veicoli.

Identificazione di persone

La tecnologia RFID consente anche un ampliamento delle funzioni nei documenti di identità per favorire una lettura elettronica semplice dei dati personali. In Italia il passaporto è dotato di chip RFID dal 2006. In futuro è pensabile l’applicazione di chip di identificazione sottopelle. Questi non metterebbero solo a disposizione i dati personali ma anche informazioni utili in casi di emergenza e necessità di soccorso come allergie e intolleranze, malattie precedenti o medicinali.

Vantaggi e svantaggi della tecnologia RFID

Attualmente si discutono i vantaggi e gli svantaggi dei sistemi RFID in confronto ad altri metodi di identificazione senza contatto. Spesso negli ambiti di applicazione sopra menzionati invece dei sistemi RFID è possibile impiegare anche metodi che consentano un’identificazione ottica con codice a barre o QR. Da tale confronto deriva la seguente suddivisione di vantaggi e svantaggi della tecnologia RFID.

Vantaggi Svantaggi
✔ Trasmissione dei dati senza contatto (anche senza contatto visivo) ✘ Disturbo della trasmissione radio con liquidi o metalli (in base alla frequenza di lavoro)
✔ Ampio intervallo di lettura o scrittura possibile (in base al modello) ✘ Ancora poco standardizzato (in particolare a livello internazionale)
✔ Alta velocità di trasferimento dei dati possibile (in base al modello) ✘ Trasparenza e protezione dei dati
✔ Accesso di lettura e scrittura con vari materiali (es. legno o cartone) ✘ Diversamente dai codici a barre i transponder RFID possono essere letti con un dispositivo tecnico
✔ Possibile lettura multipla di più chip RFID in contemporanea  
✔ Basso livello di usura/molto resistente a seconda del supporto  
✔ Possibilità di cifratura  
✔ Scrivibilità a seconda del modello  

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