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UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI NAPOLI FEDERICO II FACOLTÀ DI INGEGNERIA CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA DELLE TELECOMUNICAZIONI ELABORATO DI LAUREA TECNOLOGIA.

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Presentazione sul tema: "UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI NAPOLI FEDERICO II FACOLTÀ DI INGEGNERIA CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA DELLE TELECOMUNICAZIONI ELABORATO DI LAUREA TECNOLOGIA."— Transcript della presentazione:

1 UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI NAPOLI FEDERICO II FACOLTÀ DI INGEGNERIA CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA DELLE TELECOMUNICAZIONI ELABORATO DI LAUREA TECNOLOGIA RFID: UNAPPLICAZIONE IN AMBITO MEDICALE RELATORE CANDIDATO CH.MO PROF. LUIGI PAURA ALESSANDRO RICCARDI CORRELATRICE MATR. 039/1491 ING. ANGELA SARA CACCIAPUOTI

2 Sommario Introduzione ai sistemi RFID Introduzione ai sistemi RFID Descrizione del sistema RFID Descrizione del sistema RFID TAG TAG Lettore Lettore Controllore Controllore Tipologia di TAG Tipologia di TAG Trasmissione dati Trasmissione dati Codifica Codifica Modulazione Modulazione Applicazione in ambito medicale Applicazione in ambito medicale Conclusioni e sviluppi futuri Conclusioni e sviluppi futuri

3 Introduzione ai sistemi RFID Sistemi RFID (Radio Frequency IDentification) 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 lelemento identificante sia necessariamente visibile. Vantaggi: - assenza di contatto tra Lettore ed elemento identificante - possibilità di rendere invisibile loggetto identificante (es. sistemi antitaccheggio) Vantaggi: - assenza di contatto tra Lettore ed elemento identificante - possibilità di rendere invisibile loggetto identificante (es. sistemi antitaccheggio)

4 Descrizione del sistema RFID Un sistema RFID è costituito da: 1)TAG, lelemento identificante: antenna; antenna; microchip che contiene dati tra cui lUID; microchip che contiene dati tra cui lUID; Può essere dotato o meno di una batteria. Può essere dotato o meno di una batteria. 2)Lettore, lunità di lettura e scrittura dei dati sul TAG: unantenna; unantenna; un modulo elettronico a radiofrequenza (RF) per la comunicazione con i TAG; un modulo elettronico a radiofrequenza (RF) per la comunicazione con i TAG; un modulo elettronico di controllo per la comunicazione con il controllore. 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

5 Tipologie di TAG I TAG possono essere di diversi tipi e distinti in base a: I TAG possono essere di diversi tipi e distinti in base a: metodo di alimentazione e tipo di memoria metodo di alimentazione e tipo di memoria 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 dazione superiore Metodo di alimentazione 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

6 Frequenze operative La frequenza di lavoro influisce su: La frequenza di lavoro influisce su: la distanza operativa del sistema (range) la distanza operativa del sistema (range) interferenze con altri sistemi radio interferenze con altri sistemi radio velocità di trasferimento dei dati velocità di trasferimento dei dati dimensioni dellantenna e dei TAG. dimensioni dellantenna e dei TAG. Banda LF (Low Frequency) KHz - Banda LF (Low Frequency) KHz - Banda HF (High Frequency) - centrata su 13,56 MHz Banda HF (High Frequency) - centrata su 13,56 MHz Banda UHF (Ultra High Frequency) MHz, range di copertura più esteso rispetto alle bande LF e HF. Banda UHF (Ultra High Frequency) 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). Banda UHF alta - centrata su 2,4 GHz. TAG più piccoli; banda molto affollata da altre tecnologie (WiFi, Bluetooth).

7 Trasmissione dei dati - Codifica I dati da trasmettere devono essere codificati in modo da generare un sequenza binaria che verrà usato per la modulazione. 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: Le tecniche di codifica hanno caratteristiche differenti riguardo: la difficoltà di ricostruire la temporizzazione in ricezione la difficoltà di ricostruire la temporizzazione in ricezione loccupazione spettrale in banda base loccupazione spettrale in banda base la complessità di decodifica la complessità di decodifica la sensibilità ai disturbi la sensibilità ai disturbi lenergia trasferita. lenergia trasferita. LETTORE =>TAG, in genere, deve essere massimizzata lenergia consegnata in ricezione LETTORE =>TAG, in genere, deve essere massimizzata lenergia consegnata in ricezione TAG => LETTORE deve essere minimizzata lenergia. TAG => LETTORE deve essere minimizzata lenergia. Codifiche basate sulla durata degli impulsi (PIE – Pulse Interval Encoding) Codifiche basate sulla durata degli impulsi (PIE – Pulse Interval Encoding) Codifiche basate sulle transizioni (Manchester, Miller, FM0) Codifiche basate sulle transizioni (Manchester, Miller, FM0) Comunicazioni Lettore- TAG Manchester e PIE Comunicazioni Lettore- TAG Manchester e PIE Comunicazioni TAG -Lettore Miller e FM0 Comunicazioni TAG -Lettore Miller e FM0

8 Tecniche di codifica Codifica Manchester: 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: Codifica PIE: I bit 0 ed 1 sono costituiti da un numero differente di periodi TARI (durata dimpulso minima) Codifica di Miller: 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 allinizio del periodo e poi si mantiene il livello costante per tutto il periodo. Codifica FM0: Codifica FM0: cè un inversione di fase ad ogni inizio di simbolo. Per lo 0 si ha un inversione tra il primo mezzo bit ed il secondo.

9 Trasmissione dei dati - Modulazione Nella comunicazione tra TAG e Lettore e viceversa vengono usate tecniche di modulazione tradizionali che richiedono bassa complessità circuitale. Nella comunicazione tra TAG e Lettore e viceversa vengono usate tecniche di modulazione tradizionali che richiedono bassa complessità circuitale. ASK (Amplitude Shift Keying) ASK (Amplitude Shift Keying) PR-ASK (Phase Reversal-ASK) PR-ASK (Phase Reversal-ASK) FSK (Frequency Shift Keying) FSK (Frequency Shift Keying) Banda LF FSK Banda LF FSK Banda HF e UHF PR-ASK o ASK Banda HF e UHF PR-ASK o ASK 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) 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)

10 Campi dapplicazione Trasporti Trasporti Gestione e controllo dei bagagli allaeroporto Gestione e controllo dei bagagli allaeroporto Telepass, per il controllo degli accessi in autostrada Telepass, per il controllo degli accessi in autostrada Accesso controllato in zone a traffico limitato Accesso controllato in zone a traffico limitato Industriale Industriale Catena di rifornimento (controllo inventari, tracciatura prodotto, ecc.) Catena di rifornimento (controllo inventari, tracciatura prodotto, ecc.) Catene di montaggio (monitorare movimento pezzi in fase di produzione) Catene di montaggio (monitorare movimento pezzi in fase di produzione) Medico Medico Monitoraggio degli strumenti diagnostici Monitoraggio degli strumenti diagnostici Controllo pazienti Controllo pazienti Trasporto farmaceutico Trasporto farmaceutico Altri Altri Gestione e controllo libri in biblioteca Gestione e controllo libri in biblioteca Controllo accessi Controllo accessi Eventi sportivi Eventi sportivi Rilevamento dati ambientali Rilevamento dati ambientali

11 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

12 Applicazione in ambito medicale: Sistema per la localizzazione degli strumenti diagnostici Applicazione in ambito medicale: Sistema per la localizzazione degli strumenti diagnostici (2) Scelta del TAG:Scelta del TAG: passivi read and write adesivi frequenza operativa di MHz supporto standard ISO compatibili con oggetti metallici Scelta del LETTORE: Scelta del LETTORE: potenza max di 1 W distanza di lettura/scrittura fino a 150 cm multi- TAG lettore (ISO 15693)

13 Evoluzione del TAG – Il progetto WISP WISP (Wireless Identification and Sensing Platform):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

14 Conclusioni e sviluppi futuri Obiettivo fondamentale: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: Sviluppi futuri: tecnologia Ultrawide Band 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 lRFID, come i metalli o i liquidi


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