UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI NAPOLI FEDERICO II
FACOLTÀ DI INGEGNERIA
CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA DELLE
TELECOMUNICAZIONI
ELABORATO DI LAUREA
TECNOLOGIA RFID: UN’APPLICAZIONE IN AMBITO MEDICALE
RELATORE
CH.MO PROF. LUIGI PAURA
CORRELATRICE
ING. ANGELA SARA CACCIAPUOTI
CANDIDATO
ALESSANDRO RICCARDI
MATR. 039/1491
Sommario
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
Introduzione ai sistemi RFID
Descrizione del sistema RFID
 TAG
 Lettore
 Controllore


Tipologia di TAG
Trasmissione dati
 Codifica
 Modulazione
Applicazione in ambito medicale
 Conclusioni e sviluppi futuri
Introduzione ai sistemi RFID

Sistemi RFID (Radio Frequency IDentification)
La tecnologia Radio Frequency Identification (RFID) è una tecnologia di
comunicazione senza fili che permette agli utenti di identificare
univocamente oggetti, animali e persone senza contatti e soprattutto
senza che l’elemento identificante sia necessariamente visibile.
 Vantaggi: - assenza di contatto tra Lettore ed elemento identificante
- possibilità di rendere invisibile l’oggetto identificante (es. sistemi antitaccheggio)
Descrizione del sistema RFID
Un sistema RFID è costituito da:
1) TAG, l’elemento identificante:
•
antenna;
•
microchip che contiene dati tra cui l’UID;
•
Può essere dotato o meno di una batteria.
2) Lettore, l’unità di lettura e scrittura dei dati sul TAG:
•
un’antenna;
•
un modulo elettronico a radiofrequenza (RF) per la comunicazione con i TAG;
•
un modulo elettronico di controllo per la comunicazione con il controllore.
3) Controllore che assume spesso la forma di un PC o stazione di lavoro che gestisce
il database ed il software di controllo
Tipologie di TAG
 I TAG possono essere di diversi tipi e distinti in base a:
 metodo di alimentazione
e
tipo di memoria
Metodo di alimentazione
Passivi
- non contiene batteria; dimensioni, costo e memoria minori.
Semipassivi - hanno una fonte di alimentazione indipendente dal Lettore;
potenza necessaria alla comunicazione fornita dal lettore
Attivi
- hanno una batteria . Costo, complessità e dimensioni maggiori.
frequenze più alte e raggio d’azione superiore
Tipo di memoria
Lettura
- memoria Read Only che viene programmata una sola volta al momento della
realizzazione. Comunicazione unidirezionale
Lettura/Scrittura - memoria Read/Write che può essere letta e programmata. Comunicazione
bidirezionale
Frequenze operative
 La frequenza di lavoro influisce su:

la distanza operativa del sistema (range)

interferenze con altri sistemi radio

velocità di trasferimento dei dati
 dimensioni dell’antenna e dei TAG.
 Banda LF (Low Frequency) - 125-134 KHz  Banda HF (High Frequency) - centrata su 13,56 MHz
 Banda UHF (Ultra High Frequency) - 433-868 MHz , range di copertura più esteso rispetto
alle bande LF e HF.
 Banda UHF alta - centrata su 2,4 GHz. TAG più piccoli; banda molto affollata da altre
tecnologie (WiFi, Bluetooth).
Trasmissione dei dati - Codifica
 I dati da trasmettere devono essere codificati in modo da generare un sequenza binaria che
verrà usato per la modulazione.
 Le tecniche di codifica hanno caratteristiche differenti riguardo:
 la difficoltà di ricostruire la temporizzazione in ricezione
 l’occupazione spettrale in banda base
 la complessità di decodifica
la sensibilità ai disturbi
 l’energia trasferita.
 LETTORE =>TAG , in genere, deve essere massimizzata l’energia consegnata in ricezione
 TAG => LETTORE deve essere minimizzata l’energia.
 Codifiche basate sulla durata degli impulsi (PIE – Pulse Interval Encoding)
 Codifiche basate sulle transizioni (Manchester, Miller, FM0)
• Comunicazioni Lettore- TAG
Manchester e PIE
• Comunicazioni TAG -Lettore
Miller e FM0
Tecniche di codifica
•
Codifica Manchester: uno 0 è
rappresentato da un livello basso nel
primo mezzo bit ed uno alto nel
secondo. Viceversa per il bit 1.
•
Codifica PIE: I bit 0 ed 1 sono
costituiti da un numero differente di
periodi TARI (durata d’impulso minima)
•
Codifica di Miller: time slot diviso
in due metà. Un 1 è rappresentato mantenendo il livello dello stato precedente e attuando una
transizione al semiperiodo. Per il bit 0, viene mantenuto il livello precedente per tutto il
periodo, se preceduto da 1, altrimenti si ha una transizione all’inizio del periodo e poi si
mantiene il livello costante per tutto il periodo.
•
Codifica FM0: c’è un inversione di fase ad ogni inizio di simbolo. Per lo 0 si ha un
inversione tra il primo mezzo bit ed il secondo.
Trasmissione dei dati - Modulazione
 Nella comunicazione tra TAG e Lettore e viceversa vengono usate tecniche di modulazione
tradizionali che richiedono bassa complessità circuitale.
 ASK (Amplitude Shift Keying)
 PR-ASK (Phase Reversal-ASK)
 FSK (Frequency Shift Keying)
• Banda LF
FSK
• Banda HF e UHF
 Nella modulazione TAG -Lettore
viene spesso usata una sottoportante che
sposta lo spettro del segnale modulato
dal TAG lontano dalla frequenza della
portante (generata dal Lettore)
PR-ASK o ASK
Campi d’applicazione
 Trasporti
• Gestione e controllo dei bagagli all’aeroporto
• Telepass, per il controllo degli accessi in autostrada
• Accesso controllato in zone a traffico limitato
Industriale
• Catena di rifornimento (controllo inventari, tracciatura prodotto, ecc.)
• Catene di montaggio (monitorare movimento pezzi in fase di produzione)
 Medico
• Monitoraggio degli strumenti diagnostici
• Controllo pazienti
• Trasporto farmaceutico
 Altri
•
•
•
•
Gestione e controllo libri in biblioteca
Controllo accessi
Eventi sportivi
Rilevamento dati ambientali
Applicazione in ambito medicale: Sistema per
la localizzazione degli strumenti diagnostici
Problemi:
 difficoltà di installazione dovuta a muri spessi e stanze di piccole dimensioni; creano barriere
per la propagazione dei segnali
 Interferenze elettromagnetiche con le apparecchiature mediche, compromettendone il corretto
funzionamento
 impatto biologico delle radiazioni:
- Basse frequenze => non provocano riscaldamento significativo dei tessuti
- Alte frequenze : 1) riduzione delle capacità mentali e fisiche di un individuo
2) riduzione della fertilità maschile
3) insorgenza della cataratta per opacizzazione del cristallino
4) influenza sullo sviluppo fetale
 applicazioni non replicabili, per cui non consentono di sfruttare le economie di scala
SCENARIO APPLICATIVO: STRUTTURA OSPEDALIERA DI BORGO SAN
LORENZO
•
•
•
LETTORE => TAG : ASK
TAG => LETTORE : ASK o FSK
Codifica: Manchester
Applicazione in ambito medicale:
Sistema per la localizzazione degli
strumenti diagnostici (2)
• Scelta del TAG:
• passivi
• read and write
• adesivi
• frequenza operativa di 13.56 MHz
• supporto standard ISO 15693
• compatibili con oggetti metallici
 Scelta del LETTORE:
• potenza max di 1 W
• distanza di lettura/scrittura fino a 150 cm
• multi- TAG lettore (ISO 15693)
Evoluzione del TAG – Il progetto
WISP
• WISP (Wireless Identification and Sensing Platform):
piattaforma wireless senza batterie, atta a rilevare grandezze
fisiche (pressione, temperatura, ecc..)
 sistemi del tipo “Install –and– Forget “ utilizzati
per monitoraggio delle attività cardiache
 implantable cardiac defibrillator-ICD
 prototipo WISPER, sistema costituito da:
 circuito RFID
 microcontrollore
Frequenza utilizzata: 915 Mhz
Conclusioni e sviluppi futuri
• Obiettivo fondamentale:
- ridurre fortemente i fattori di errore per rendere i processi più trasparenti e
controllabili
- erogare al paziente un servizio migliore e più sicuro
 Sviluppi futuri:




applicazione della tecnologia Ultrawide Band in ambito RFID, poiché:
bassissime potenze di emissione
forte resistenza alle interferenze per cammini multipli (multipath)
non crea interferenze con altre trasmissioni che operano con modulazione
tradizionale nella stessa banda
attraversa gli ostacoli tradizionalmente ostici per l’RFID, come i metalli o i liquidi