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Stampante di cartellini RFId: la “single-tag printer” per bigliettazione e card intelligenti

Andrea Capello — Wed, 06 Apr 2011 06:02:33 +0000

La stampa a trasferimento termico l’abbiamo trattata nei post relativi ai sistemi TOSHIBA TEC per la stampa delle etichette (come programmare tag HF / UHF con stampanti Toshiba TEC).

Il panorama dei dispositivi RFId passivi è ormai vastissimo: si passa dalle etichette autoadesive ai cosidetti Hard-Tag, ovvero quei tag RFId con case di materiale plastico, solitamente solidali al prodotto da identificare tramite sistemi di ancoraggio particolari e/o viti. Ovviamente è comprensibile che le etichette autoadesive siano da personalizzare tramite la stampa, mentre gli hard-tag sono solitamente oggetti che non vengono modificati nell’aspetto (alcuni hanno un barcode mono- o bi-dimensionale prestampato che rispetta il codice ID del tag stesso). A metà strada tra le etichette e gli hard tag ci sono i cartellini, plastici o cartacei, solitamente non autoadesivi.

Figura 1: I cartellini singoli sono fondamentalmente dei sandwich di strati

I cartellini sono un mix di quanto descritto sopra: non sono etichette e non sono hard-tag: ma vanno solitamente personalizzati. Ecco perché esistono le stampanti per cartellini, dette anche stampanti per cartellini singoli, single tag printers o semplicemente tag printers, capaci di sfruttare la medesima tecnologia a trasferimento termico su supporti indipendenti e già singolarizzati. I cartellini sono spessissimo usati per la bigliettazione elettronica, come oggetti per l’identificazione appesi ai capi di vestiario, ai prodotti alimentari e molto altro ancora.

La stampante che stiamo analizzando è Single Tag con modulo di programmazione UHF. Costruita su core Toshiba (esiste in due versioni: 200dpi da 4 pollici o 300dpi da 5 pollici), questa unità è in grado, tramite un prelievo pneumatico, di raccogliere uno per volta i cartellini e di inserirli nel gruppo di stampa e programmazione RFId di Toshiba. Tutto il sistema è fortemente integrato e flessibile: i comandi da utilizzarsi con questa macchina sono i medesimi dei core Toshiba standard, ovvero quelli per stampante SX4T ed SX5T.

Figura 2: la stampante per cartellino singolo Single Tag

Si veda la sezione prodotti per una descrizione dettagliata della macchina.

RFId OCA: proviamo MURATA

Andrea Capello — Wed, 30 Mar 2011 06:01:03 +0000

In qualche post scorso abbiamo introdotto il concetto di On-Chip-Antenna (simpaticamente OCA: leggi qui), i quali presentano, brevemente, le seguenti caratteristiche:

- dimensioni microscopiche, di poco maggiori del solo chip RFid;

- lettura in prossimità (pochi millimetri) a causa della ridotta area di antenna disponibile.

Ultimamente siamo stati in grado di testare MURATA MagicStrap, di cui viene presentata un’immagine in figura 1 e le dimensioni in figura 2.

Le dimensioni di tale tag RFId sono sorprendenti: 3mm di larghezza, 1.5 di larghezza e 0.7 di altezza e le performance sono di leggibilità a contatto con antenna induttiva standard (e reader MRU02) e fino a 8-9mm di distanza con antenna progettata ad hoc e potenza di 1 watt ERP. Inoltre muRAta si è dimostrato anche ottimo on-metal: le prestazioni calano ma non superano il 50% del caso in aria. La cosa ancor più sorprendente, che rende muRAta un tag di qualità eccezionale, è la possibilità di disegnare un antenna PCB ad hoc su cui installarlo (non è necessaria nemmeno la saldatura, basta l’accoppiamento antenna muRAta-antenna PCB) e ottenere un aumento delle prestazioni dipendente dalla nuova area di antenna: muRAta riesce anche a diventare un tag LONG RANGE, purché l’antenna disegnata abbia l’area sufficiente per comunicare.

Figura 1: la “mattonella“ muRAta

Figura 2: le dimensioni di muRAta

RFId IN-METAL: tracciabilità di oggetti metallici a basso impatto visivo

Andrea Capello — Wed, 23 Mar 2011 06:01:18 +0000

Che i metalli siano un problema per i tag RFId è ormai risaputo, indipendentemente dalla frequenza operativa che si sta considerando (vedi: tracciabilità in ambienti difficili).

Sono stati presentati da tempo prodotti sia HF che UHF capaci di alimentarsi e rispondere alle sollecitazioni di un reader (ovvero, in poche parole, funzionare) anche quando solidali a superfici metalliche; adesso si riesce a proporre anche qualcosa di molto più performante: il concetto di IN-METAL.

Con IN-METAL si intende una tecnologia capace di essere completamente immersa nel metallo. E’ una evoluzione del tag On-Metal poichè viene rivoluzionata la forma dell’antenna: ci sono alcuni vincoli di accoppiamento (lasciare Y millimetri di aria attorno al tag e non annegarlo per più di X decimi di millimetro) ma una volta rispettati si ottengono delle ottime caratteristiche di lettura, addirittura superiori al semplice tag in aria. Quest’ultima frase non deve stupire: quando un tag viene progettato per funzionare solidale al metallo vengono cambiati dei parametri operativi (area e forma dell’antenna) al fine di funzionare al meglio sul metallo: in aria le prestazioni è quindi giusto che calino.

Stiamo collaudando in questi giorni i tag della famiglia IN-METAL di Xerafy, ottenendo veramente ottime performance in termini di distanza di lettura ed affidabilità.

La famiglia di Tag IN-METAL di Xerafy. Le diverse aree occupate dal tag si riflettono in distanza di lettura: aumenta l’area e cresce il range.

Questi tag incorporano un chip Alien Technology UHF, EPC Class1, Gen2.

Linee guida per affrontare un progetto RFId con successo

Andrea Capello — Wed, 12 Jan 2011 06:01:18 +0000

Abbiamo voluto pubblicare questo post per descrivere le competenze che devono presentare le aziende che si qualificano come RFId Integrator e, parallelamente, l’approccio che vogliamo consigliare alle aziende, potenziali clienti, che si vogliono avvicinare alla tecnologia. L’argomento è stato diviso in 7 punti: ogni punto descrive un aspetto.

RFId non è la soluzione a qualsiasi problema

State lontani da qualsiasi integratore che si propone di vendervi la soluzione ad ogni problema della vostra azienda usando l’RFId: nessuna tecnologia e nessuna gestione vi risolverà tutti i problemi! RFId e RTLS (Real Time Location System: sistemi di localizzazione in tempo reale in radiofrequenza; solitamente basati su RFId, principalmente attivi ma anche passivi) sono tecnologie che riescono ad inquadrare problemi di logistica e di gestione ben precisi e molto spesso non risolvibili con altri sistemi di identificazione più usuali (barcode, ad esempio).

La tecnologia RFId non è omogenea

Sappiamo già da tempo che esistono numerosissime differenze tra RFId e RFId:

- frequenze che variano da 125KHz a 2.4GHz;

- RFId passivi, semi-passivi o attivi;

- RFId con memoria o senza;

- RFId con memoria scrivibile una volta sola (OTP) o più volte indistintamente;

- …altro…

La scelta tra le tipologie descritte va fatta in funzione dell’uso e non bisogna partire dal presupposto che possano essere mischiate tra loro! Ciò non significa che non si possano avere due tecnologie diverse: l’importante è che gestiscano due processi distinti!

La tecnologia RFId spesso non funziona al primo colpo

Questa frase è molto realistica se:

- le aspettative non sono realistiche;

- il progetto non è stato affrontato con una dettagliata analisi elettromagnetica;

- gli oggetti da taggare e le condizioni operative non rispettano quanto detto al punto 2 a riguardo delle varie tipologie di tecnologia;

- viene usato per fissare un problema di organizzazione anziché un problema di identificazione (progetto fuori target);

- viene implementato per ragioni sbagliate, nel luogo sbagliato o dalle persone sbagliate.

RFId può dare un valido ROI

La chiave per avere un ROI (Return From Investment: ritorno dall’investimento) vale per un sistema RFId tanto quanto per qualsiasi investimento aziendale. Un management accorto deve analizzare i punti di costo della propria azienda e se l’RFId è una valida soluzione (o l’unica) valutare il costo della soluzione ed il costo del problema: matematicamente si ottiene il ritorno dall’investimento.

Un sistema RFId richiede pensiero e pianificazione

Questo concetto è molto importante: ogni aspetto di un progetto, a maggior ragione RFId, deve essere preso in considerazione: pena il fallimento dello stesso. Quando parliamo di “aspetto” intendiamo non solo quello economico o tecnologico ma anche quello sociale. E’ possibile affrontare un favoloso progetto di monitoraggio delle risorse aziendali per migliorare i turni di lavoro, minimizzare gli sforzi umani e posizionare al meglio le proprie risorse ma tutto ciò non può funzionare se i lavoratori si sentono spiati e controllati: è importante che l’aspetto comunicativo venga affrontato al meglio: è praticamente più importante dell’aspetto tecnologico.

Le case history RFId sono utili ma ogni lavoro va considerato come unico

Sebbene esistano centinaia di esempi ben commentati di come la tecnologia abbia risolto problemi reali, è importante considerare ogni lavoro come unico, anche se somigliante al 95% con uno già affrontato. Prima di poter affermare che una case history spossa essere ripetuta è bene affrontare il punto 5 descritto sopra con cura!

Un sistema RFId non deve essere implementato “al risparmio”

Non stiamo parlando dell’hardware RFId: quello può essere trovato a basso costo praticamente ovunque in rete. Quello di cui parliamo è l’esperienza e la conoscenza dei campi elettromagnetici e di tutti i parametri tecnici dei materiali: skills non facilmente riconoscibili se il progetto è affrontato al risparmio. Mentre esiste un libro chiamato “RFId for dummies” che illustra la tecnologia, è bene notare che non esista un “RFId implementation for dummies”!!

Tag RFId con “antenna-sensore”

Andrea Capello — Wed, 22 Dec 2010 06:01:20 +0000

Qualche tempo fa abbiamo scritto un post tecnologico riguardante il particolare utilizzo di alcuni speciali transponder RFId come data-logger (www.rfid-soluzioni.com\data-logger) di grandezze fisiche particolari (temperatura, umidità, luce, ecc…).

Questi sistemi sono fondamentalmente tag attivi con una discreta quantità di memoria ed equipaggiati con un trasduttore per misurare la grandezza fisica interessata: sono, a tutti gli effetti, dei sistemi elettronici di misura completi.

L’idea che si vuole lanciare al MIT (Massachusetts Institute of Technology), presso il laboratorio di Auto-ID, è quella di utilizzare un tag passivo low-cost dotato di una antenna speciale in grado di degradare le proprie prestazioni se esposta ad una grandezza fisica particolare. Chiariamo il concetto con un semplice esempio: supponiamo di disporre di un tag UHF Class1Gen2 dotato di una antenna di materiale X. Il tag nuovo, appena apposto al prodotto, presenta una performance in termini di distanza di lettura pari a 5 metri (con un reader appropriato) ma il materiale X di cui è composta l’antenna ha la caratteristica di degradare le sue proprietà di conducibilità elettrica quando esposto alla luce: più luce riceve il tag e più le sue performance calano.

Il nostro prodotto campione viene spedito e ricevuto dopo qualche giorno di viaggio: in fase di ricezione si scopre che le performance del tag sono diminuite drasticamente e, a parità di reader, la distanza di lettura è di 25 centimetri.

Figura 1: un esempio di possibile relazione tra grandezza fisica da monitorare e caratteristiche elettriche di una antenna.

L’informazione che tale tag ha raccolto è molto più povera di quella di un data-logger ma molto significativa: il prodotto è stato esposto alla luce ed il tag lo evidenzia perdendo le caratteristiche di performance. Ovviamente, oltre alla qualità di informazione, anche la quantità è molto ridotta rispetto ad un data-logger: quando il prodotto è rimasto esposto alla luce è un parametro ignoto e anche che tipo di luce e la sua intensità non sono dati conosciuti: sarebbe quasi corretto dire che questa antenna-sensore fornisce un’informazione binaria: luce si oppure luce no.

L’innovazione portata da tale studio è fondamentale: riuscire a monitorare merci deperibili a livello di singolo prodotto (item-level) utilizzando tag UHF low-cost garantendo così l’integrità del prodotto per tutta la supply-chain.

RFId ultra compatti: OCA, ovvero On-Chip-Antenna

Andrea Capello — Wed, 17 Nov 2010 06:02:14 +0000

Con il termine OCA si vuole identificare una tecnologia molto innovativa che permette la costruzione dell’antenna di comunicazione del tag direttamente sulla superficie del chip RFId. OCA, acronimo di On-Chip-Antenna, permette di ridurre drasticamente le dimensioni del chip a pochissimi millimetri, permettendo la costruzione di tag dalle dimensioni paragonabili alla semplice “mattonella” di silicio che costituisce il cuore del transponder.

I dettagli costruttivi di un RFId di tale specie sono piuttosto scarsi, vista l’innovazione che rappresenta, ma possiamo catalogarli in due tipi:

antenna disegnata su PCB e successivamente saldata al chip RFId
antenna direttamente disegnata sul chip RFId stesso

Nel primo caso l’antenna può avere sostanzialmente qualsiasi dimensione, purché maggiore del chip RFId stesso, visto che quest’ultimo è saldato sulla PCB. Visti i supporti, lo spessore di tale “sandwich” non può solitamente essere inferiore al millimetro. Nel secondo caso, invece, l’antenna ricopre la medesima area del chip (o del case, sempre in base alla tecnologia utilizzata) e lo spessore può essere di molto inferiore al millimetro..

La figura sopra mostra un tag UHF Gen2 composto da un chip NXP G2XM e da un’antenna di FEC international, un chip maker Malese, il cui attuale obiettivo è proprio lo sviluppo di tag OCA. Le applicazioni sono molteplici: dalla tracciabilità di esseri viventi quali insetti, alla lotta alla contraffazione e l’autenticità di documenti.

Ovviamente le performance, in termini di distanza di lettura, di tali tag sono ridotte drasticamente a pochi millimetri: un’antenna del tipo descritto è infatti troppo piccola per riuscire sia a trasmettere le informazioni al reader quanto a ricevere l’alimentazione necessaria ad accendere il transponder su distanze maggiori.

Questo è il prezzo da pagare per avere un tag di pochi millimetri di diametro!

Un esempio di codifica di un RFId

Andrea Capello — Wed, 10 Nov 2010 06:02:22 +0000

Alla luce di quanto detto nello scorso post a riguardo degli algoritmi di crittografia, presentiamo un esempio tipico di come organizzare la memoria di un tag RFId (nello specifico, anche se non di basilare importanza, di un tag HF ISO15693 con una memoria da 512 bit) mescolando le caratteristiche di sicurezza di cui disponiamo: password di accesso e DES.

Supponiamo quindi che l’azienda ACME ltd decida di utilizzare il tag per tracciare la merce in uscita dai suoi laboratori. ACME è interessata a scrivere 3 tipologie di informazione:

· informazioni di libero accesso e lettura: Nome prodotto e Codice articolo;

· informazioni ad accesso protetto da password: Magazzino di stoccaggio:

· informazioni ad accesso privato ed esclusivo protette da password e crittografate: Nome del cliente.

Alla luce della descrizione sopra, si è deciso di organizzare la memoria come rappresentato dalla figura che segue.

E’ stato scelto un chip che dispone di due blocchi di memoria distinti, singolarmente accessibili e proteggibili da password, supponiamo da 256bit cadauno (32 caratteri alfanumerici). Il primo è completamente libero all’accesso mentre il secondo è protetto da password a 32 bit. Inoltre il secondo è suddiviso in due parti logiche dal software di accesso (spesso dal middleware): una in chiaro (16 caratteri) e una crittografata con un algoritmo DES (altri 16 caratteri).

Tutto il chip è protetto dalla scrittura tramite ulteriori password a 32 bit.

Un possibile agente della ditta ACME, previo che disponga della password di accesso, può leggere le informazioni del settore 2-A ma non può accedere alla parte crittografata poiché non in possesso della chiave di de-crittografia di DES: ciò che compare alla sua vista sono 16 bytes dal significato incomprensibile (spesso non sono nemmeno caratteri della tabella ASCII): solo ACME o organismi autorizzati da ACME possono accedere alle informazioni crittografate!

La parte libera (block 0) è invece accessibile a tutti: ogni reader che risponde allo standard ISO15693 può leggerne le informazioni contenute.

Come nascondere le informazioni nella memoria di un RFId

Andrea Capello — Wed, 03 Nov 2010 06:02:48 +0000

Più volte abbiamo discusso sul possibile accesso “non consentito” alla memoria user di un RFId: quando la lettura non è protetta da una password, ogni reader può accedere alle informazioni contenute in esso in virtù dei canoni di standardizzazione.

Una operazione possibile a tutela delle informazioni è quella di rendere incomprensibili i dati scritti all’interno di un tag: questa operazione è detta crittografia delle informazioni. L’operazione di data encryption consiste nel “rimescolare” tramite algoritmi matematici ed una “chiave”, ovvero una sorta di password di una certa lunghezza, le informazioni in chiaro ottenendo come risultato il codice crittografato non comprensibile.

L’operazione inversa, ovvero la de-crittografia del codice, viene effettuata applicando un algoritmo inverso a quello usato per la fase di crittografia e, di importanza basilare, la stessa medesima chiave usata in precedenza.

Molti e diffusi sono gli algoritmi di crittografia conosciuti: i più famosi sono indiscutibilmente DES, 3DES e AES, la cui tabella che segue riporta una basilare comparazione in funzione della lunghezza e/o dal numero di chiavi.

Nome	Descrizione	Chiave
DES	Data Encryption Standard	56 bit + 8 bit di controllo
3DES	Triple DES	3 chiavi da 64 bit
AES	Advanced Encryption Standard	128, 196 o 256 bit

Maggiore è il numero di bit della chiave (o maggiore è il numero delle chiavi) e maggiore è la difficoltà nell’attaccare l’algoritmo. Ci sono parametri numerici che descrivono la resistenza di un algoritmo di crittografia all’attacco (ovvero alla decodifica dell’informazione) e che, quindi, rappresentano la bontà dell’algoritmo stesso.

Proteggere le informazioni è basilare: una password di accesso da 32 bit ed un algoritmo di crittografia dei dati garantisce l’inviolabilità della user memory: “mescolare” questi due elementi permette poi di suddividere l’area di memoria in più parti distinte caratterizzate da livelli di accesso diversi. Nel prossimo post presentiamo un esempio di suddivisione della memoria e codifica delle informazioni che può essere semplicemente applicato a qualsiasi necessità di codifica.

Middleware per sistemi RFId – come implementarlo

Andrea Capello — Wed, 20 Oct 2010 06:01:56 +0000

La struttura software per la connessione di un reader RFId è riportato nella figura che segue. Gli attori sono:

- applicazione: si tratta del software gestionale, logistico o qualsivoglia applicativo che utilizza i dati raccolti dal reader RFId;

- middleware: si tratta dell’interfaccia tra applicazione e reader fisico;

- reader: ovvero lo strumento di lettura.

Il middleware si occupa di interpretare le richieste provenienti dal software applicativo e di comandare il reader RFId utilizzando il protocollo tipico del lettore e la porta di comunicazione a cui è connesso. Viceversa, i dati letti dal reader vengono solitamente filtrati, eliminando doppie o false letture e, secondo ipotetici canoni, riportati verso l’applicazione. Il middleware può utilizzare uno schema di collegamento diretto al reader, fornendo i comandi appropriati sul layer fisico (direttamente sulla porta di comunicazione) oppure si può appoggiare a librerie del produttore dell’hardware che istanziano un reader virtuale con il quale comunicare tramite chiamate API.

La vasta disponibilità di hardware (reader RFId) oggi in commercio vede sempre più utile lo strato di middleware. Al cambiare dell’hardware, passare ad esempio da un reader HF ad uno UHF o da una porta seriale ad una porta ethernet, l’applicazione software non cambia mentre il middleware si può agevolmente adattare alle nuove esigenze.

Spesso si discute, vista l’evoluzione crescente della tecnologia, se inglobare il middleware all’interno del reader stesso, programmandone il firmware allo scopo di ottenere le operazioni di filtraggio discusse sopra. La soluzione “embedded” ha il grande vantaggio della compattezza del flusso di informazione ma ha lo svantaggio della flessibilità: sostituire un reader con un modello diverso implica poter programmare anche questo ultimo secondo i canoni descritti sopra: tale operazione non è sempre possibile. Scrivere un middleware per Personal Computer genera un flusso dati più discontinuo ma garantisce la possibilità di manipolare sempre le informazioni, anche al cambiare dell’hardware.

Tracciabilità in ambienti difficili: TAG speciali

Andrea Capello — Wed, 13 Oct 2010 06:01:31 +0000

Con la terminologia di tag speciali si intendono quei transponder in grado di funzionare in ambienti particolarmente difficili. Nella categoria dei tag speciali rientrano quindi quei transponder capaci di:

1. resistere ad alte temperature

2. funzionare in presenza di materiali ostili al campo RF, come possono essere i metalli o i liquidi.

I tag in grado di resistere ad alte temperature sono particolari gusci di resine epossidiche o materiali plastici particolari che non compromettono il passaggio della radiazione RF ma che sono pessimi conduttori di calore.

La temperatura critica oltre la quale un dispositivo elettronico si guasta è nell’intorno dei 150-200 gradi centigradi (queste cifre possono variare in base al tipo di semiconduttore che viene usato: sono ritenute abbastanza valide per il silicio): il guscio di protezione deve essere in grado di garantire che il nucleo non raggiunga tale temperatura o che venga raggiunta per un breve tempo non sufficiente al danneggiamento.

Si vedano i datasheet della sezione prodotti a riguardo: vengono riportate sia il range di temperature ammesso per di funzionamento che la temperatura massima di picco a cui possono essere esposti.

Gli ambienti difficili sono invece, come accennato sopra, dipendenti dalla tecnologia in uso. In generale le superfici metalliche rappresentano un ostacolo sia per le frequenze HF che le frequenze UHF mentre i liquidi sono unfriendly per UHF. Le strategie progettuali che rendono i tag funzionanti e performanti in queste condizioni riguardano lo studio dell’antenna, sia per quanto riguarda il materiale che la forma. L’antenna viene infatti progettata per risuonare anche in presenza di materiali ostili, permettendo l’alimentazione e la comunicazione con il chip.

Esempi di tag On Metal, in grado cioè di essere a contatto e solidali con il metallo, sono riportati sotto: si distinguono dalle semplici etichette poiché hanno uno spessore non trascurabile ed un housing particolare per lo staffaggio.

Si confrontino i seguenti prodotti: IRONSIDE, CORONA e STEELWAVE.