1 A. A Roma, 2 Maggio 2006 UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI ROMA “TOR VERGATA” Facoltà di Ingegneria Corso di Laurea in Ingegneria Elettronica Studio ed Implementazione di un Ricevitore RFID-LF Multitag Candidato Andrea Tarascio Relatore Prof. Stefano Bertazzoni Correlatore Prof. Marcello Salmeri Tesi di Laurea Specialistica

2 A. A Roma, 2 Maggio 2006 Conclusioni e Sviluppi Futuri Conclusioni e Sviluppi Futuri Sistema di Rilevazione e Transponder Sistema di Rilevazione e Transponder Reader Reader Transponder e codifica Transponder e codifica Contesto Contesto Sistemi RFID Sistemi RFID Applicazioni Applicazioni Descrizione del problema Descrizione del problema Test effettuati Test effettuati Trasformata di Gabor Trasformata di Gabor Criterio di discriminazione dei transponder Criterio di discriminazione dei transponder Test e misure Test e misure Schema della presentazione

3 A. A Roma, 2 Maggio 2006 Sistemi RFID (Radio Frequency Identification) Effettuano identificazione automatica basata su tecnologia a radio frequenza Effettuano identificazione automatica basata su tecnologia a radio frequenza Offrono maggiore flessibilità di utilizzo rispetto alle tecniche di identificazione tradizionale, superandone i limiti Offrono maggiore flessibilità di utilizzo rispetto alle tecniche di identificazione tradizionale, superandone i limiti CODICI A BARRE BANDE MAGNETICHE SMART CARD I transponder RFID possono avere dimensioni molto ridotte (dell’ordine di qualche mm 2 ), offrendo spazio all’utilizzo di questa tecnologia in un vasto numero di applicazioni I transponder RFID possono avere dimensioni molto ridotte (dell’ordine di qualche mm 2 ), offrendo spazio all’utilizzo di questa tecnologia in un vasto numero di applicazioni Necessità di un contatto visivo Contatto – Sensibili alla Temperatura Scarsa Praticità

4 A. A Roma, 2 Maggio 2006 Applicazioni dell’RFID Alternativa alle tecnologie di personal identification Alternativa alle tecnologie di personal identification Utilizzati per la sicurezza sul lavoro Utilizzati per la sicurezza sul lavoro Sfruttati come sistemi anti-taccheggio Sfruttati come sistemi anti-taccheggio Tracciabilità degli animali Tracciabilità degli animali Entro il 1° gennaio 2008 sarà obbligatoria l’identificazione elettronica degli animali di allevamento, come stabilito dalla risoluzione della Comunità Europea n /03 del 9/12/2003

5 A. A Roma, 2 Maggio 2006 Non sono previsti sistemi di anticollisione Tracciabilità degli animali I sistemi RFID devono essere conformi alle norme ISO 11784/11785, riguardanti: frequenze di utilizzo (basse frequenze: 134,2 kHz);frequenze di utilizzo (basse frequenze: 134,2 kHz); layout (devono essere ricoperti da materiale biocompatibile);layout (devono essere ricoperti da materiale biocompatibile); facilità di impianto (una volta inserito, il tag non deve migrare dalla sua posizione).facilità di impianto (una volta inserito, il tag non deve migrare dalla sua posizione). Non sono previsti sistemi di anticollisione

6 A. A Roma, 2 Maggio 2006 Zona di lettura Descrizione del Problema Nel caso in cui due transponder si trovino contemporaneamente nella zona di lettura il sistema non è più in grado di rilevare nessuno dei due tag Control Module RF Module Reading Unit Power Supply External Power Supply Antenna Carica Data Management Computer LetturaLettura Errata

7 A. A Roma, 2 Maggio 2006 Sistema di Rilevazione RF Interface DataManagementComputerAntennaCustomController Controllare il modulo RFM per mezzo di sequenze di comando Controllare il modulo RFM per mezzo di sequenze di comando Gestire la comunicazione con il sistema host Gestire la comunicazione con il sistema host Ritrasmettere i dati ricevuti dai transponder verso l’host Ritrasmettere i dati ricevuti dai transponder verso l’host Modulare il segnale RF per trasmettere le informazioni ai transponder Modulare il segnale RF per trasmettere le informazioni ai transponder Demodulare il segnale RF ricevuto dai transponder Demodulare il segnale RF ricevuto dai transponder Fornire energia ai transponder (tramite l’antenna) Fornire energia ai transponder (tramite l’antenna) Transponder Transponder passivi Texas Instrument

8 A. A Roma, 2 Maggio 2006 Transponder Microsistemi elettronici dotati di un apparato ricetrasmittente Microsistemi elettronici dotati di un apparato ricetrasmittente Possono utilizzare due tipologie di trasmissione: Full Duplex, Half Duplex Possono utilizzare due tipologie di trasmissione: Full Duplex, Half Duplex Codifica Codifica FSK (Frequency Shift Keing) per lo scambio dati tra reader e transponder Codifica FSK (Frequency Shift Keing) per lo scambio dati tra reader e transponder Differenti frequenze di trasmissione dei due simboli 0 e 1 Differenti frequenze di trasmissione dei due simboli 0 e 1 Half Duplex: maggiore diffusione f 0 = 134,2 kHz f 1 = 123,2 kHz

9 A. A Roma, 2 Maggio 2006 Schema delle misure e risultati Abbiamo acquisito il segnale direttamente inviato dai transponder amplificandolo per poi elaborarlo Abbiamo acquisito il segnale direttamente inviato dai transponder amplificandolo per poi elaborarlo Stadio Amplificatore Sequenze pronte per le elaborazioni Transponder RF interface DataManagementComputer Antenna Custom Controller Oscilloscopio

10 A. A Roma, 2 Maggio Condizioni per le elaborazioni Segnali non stazionari (FSK) Dobbiamo riuscire a discriminare le varie componenti spettrali nel tempo 0 0 Zone ad intensità elevata Zone ad intensità ridotta f0f0 f1f1 f A f0f0 f1f1 f A f0f0 f1f1 f A f0f0 f1f1 f A Transponder vicino Transponder lontano Tempo Frequenza f0f0 f1f1 Sequenze inviate

11 A. A Roma, 2 Maggio 2006 Short Time Fourier Transform Trasformata di Fourier Informazioni sulle componenti armoniche del segnale Informazioni sulle componenti armoniche del segnale Adatta a segnali stazionari Adatta a segnali stazionari STFT o Trasformata di Gabor Si recupera l’informazione sul tempo moltiplicando il segnale per la finestra g(t- τ ) Si recupera l’informazione sul tempo moltiplicando il segnale per la finestra g(t- τ ) Fissata la finestra e il numero di punti su cui effettuare la FFT, sono definite le indeterminazioni Δ t e Δ f Fissata la finestra e il numero di punti su cui effettuare la FFT, sono definite le indeterminazioni Δ t e Δ f

12 A. A Roma, 2 Maggio 2006 Short Time Fourier Transform Come ricavare la matrice Tempo-Frequenza di Gabor FFT Frequenza Tempo t A ΔfΔfΔfΔf ΔtΔtΔtΔt Δf e Δt Variando i punti sui quali si effettuano le FFT e aumentando o diminuendo la sovrapposizione delle finestre si possono modificare i parametri Δf e Δt SegnaleFinestra

13 A. A Roma, 2 Maggio 2006 Analisi dei risultati STFT di un singolo transponder STFT di un singolo transponder Sequenza 134,2 kHz f 0 123,2 kHz f 1 Tempo Frequenza

14 A. A Roma, 2 Maggio 2006 Metodo di rilevazione STFT di un due transponder in collisione STFT di un due transponder in collisione Transponder vicino Transponder lontano ,2 kHz f 0 123,2 kHz f 1

15 A. A Roma, 2 Maggio 2006 Metodo di rilevazione Grafico del contributo dovuto alle frequenze f 0 e f 1 Grafico del contributo dovuto alle frequenze f 0 e f 1 f 0 =134,2 kHz f 1 =123,2 kHz Soglia per determinare il primo tag

16 A. A Roma, 2 Maggio 2006 Scelta dei valori del secondo transponder Transponder vicino=0 Trasponder vicino=1 Simbolo assegnato al Transponder lontano=0 Valore 0 = alto Valore 1 = basso Valore 0 = medio Valore 1 = alto Simbolo assegnato al Transponder lontano=1 Valore 0 = alto Valore 1 = medio Valore 0 = basso Valore 1 = alto Valore da considerare Valore 0 Valore 1 Abbiamo ottenuto una tabella decisionale grazie al taglio effettuato alle frequenze f 0 e f 1 per assegnare i valori al secondo transponder Abbiamo ottenuto una tabella decisionale grazie al taglio effettuato alle frequenze f 0 e f 1 per assegnare i valori al secondo transponder

17 A. A Roma, 2 Maggio 2006 Risultati Corretto riconoscimento dei due transponder in collisione grazie all’algoritmo implementato Demodulato il codice identificativo del transponder vicino Demodulato il codice identificativo del transponder vicino Testato con successo il metodo implementato su più sequenze misurate in diverse condizioni Testato con successo il metodo implementato su più sequenze misurate in diverse condizioni Demodulato il codice identificativo del transponder lontano (più difficilmente rilevabile) Demodulato il codice identificativo del transponder lontano (più difficilmente rilevabile)

18 A. A Roma, 2 Maggio 2006 Conclusioni Studio delle problematiche derivanti dall’uso di un sistema privo di anticollisione per l’identificazione di animali Studio dei sistemi RFID Studio dei sistemi RFID Campionamento e analisi delle sequenze Campionamento e analisi delle sequenze Sviluppo di un metodo per la demodulazione di due transponder che si trovano contemporaneamente all’interno della zona di lettura Contributo originale Implementazione del metodo Implementazione del metodo Test e validazione del metodo in laboratorio Test e validazione del metodo in laboratorio

19 A. A Roma, 2 Maggio 2006 Sviluppi Futuri Ottimizzazione del metodo di rilevazione Integrazione del Sistema su DSP Applicazione di criteri di massima verosimiglianza Applicazione di criteri di massima verosimiglianza Soglie completamente dinamiche Soglie completamente dinamiche Applicazioni sul campo

20 A. A Roma, 2 Maggio 2006 UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI ROMA TOR VERGATA