ITNA20090028A1 - INTELLIGENT CONTAINER EQUIPPED WITH RFID SYSTEM ABLE TO TRACK, IDENTIFY AND RECOGNIZE OBJECTS. - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE DELL'INVENZIONE AVENTE PER TITOLO "CONTENITORE INTELLLIGENTE DOTATO DI SISTEMA RFID PER LA TRACCIATURA, INDIVIDUAZIONE DI OGGETTI TAGGATI" DESCRIPTION OF THE INVENTION HAVING THE TITLE "SMART CONTAINER EQUIPPED WITH RFID SYSTEM FOR TRACKING, IDENTIFYING TAGGED OBJECTS"
DESCRIZIONE DESCRIPTION
Campo di applicazione Field of application
Contenitori dotati di lettore RFID ad ampia portata di rilevazione, di antenne disposte in modo da garantire la migliore condizione di copertura elettromagnetica tale da rendere possibile la rilevazione dei tag di tipo UHF integrati su oggetti anche piccoli qualunque sia la loro posizione spaziale, di dispositivo di chiusura e apertura, che può essere sbloccato previa identificazione univoca dell'operatore, effettuata tramite diversi sistemi di riconoscimento dell'utente. Containers equipped with RFID reader with wide detection range, antennas arranged in such a way as to guarantee the best condition of electromagnetic coverage such as to make it possible to detect UHF type tags integrated on even small objects whatever their spatial position, of closing and opening, which can be unlocked after univocal identification of the operator, carried out through various user recognition systems.
Controllori dotati di middleware implementato secondo standard EPC GLOBAL, in grado di agire da strato intermedio tra i contenitori e l'applicativo di gestione delle informazioni, generalizzando le librerie di cui sono dotati i singoli lettori e consentendo una rilevazione periodica ed affidabile degli oggetti; di base dati, per la persistenza delle informazioni; di interfaccia per mettere a disposizione dell'operatore l'informazione aggiornata sullo stato corrente degli oggetti. Controllers equipped with middleware implemented according to the EPC GLOBAL standard, able to act as an intermediate layer between the containers and the information management application, generalizing the libraries with which the individual readers are equipped and allowing periodic and reliable detection of objects; database, for the persistence of information; interface to provide the operator with updated information on the current state of the objects.
Il sistema trova diverse applicazioni, tra cui a titolo esemplificativo: The system has various applications, including but not limited to:
individuazione di fascicoli documentali, testi o opere d'arte muniti di tag indipendentemente dall'archiviazione, ad ogni spostamento dell'oggetto dal suo contenitore, identification of document files, texts or works of art with tags regardless of archiving, each time the object is moved from its container,
inventariazione continua dei farmaci, registrazione delle eventuali operazioni di asporto dell'operatore responsabile e verifica del corretto abbinamento farmaco-paziente, continuous inventory of drugs, registration of any take-away operations of the responsible operator and verification of the correct drug-patient combination,
tracciatura delle merci movimentate tra diversi scaffali, tra differenti magazzini di uno stesso operatore logistico o in un sistema di filiera, tracking of the goods handled between different shelves, between different warehouses of the same logistics operator or in a supply chain system,
controllo degli utensili della manutenzione aeronautica al fine di eliminare i cosiddetti "danni da oggetti estranei", control of aviation maintenance tools in order to eliminate so-called "damage from foreign objects",
tracciatura del percorso dei visitatori e valutazione - ad es. - del numero complessivo di ospiti del singolo stand e del tempo medio di permanenza. tracking of the visitor path and evaluation - eg. - the total number of guests at the single stand and the average time of stay.
Stato dell'arte State of the art
La tecnologia RFID (di seguito per "IDENTIFICAZIONE a RADIO FREQUENZA"), nata essenzialmente per soppiantare il codice a barre, trova molte applicazioni nei più disparati ambiti civili e industriali. Rispetto al codice a barre e ad altre tecnologie di identificazione, la tecnologia a radiofrequenza offre infatti numerosi vantaggi: la lettura non richiede contatto diretto, né "vista ottica", e quindi non c'è bisogno di una particolare orientazione verso il lettore o scanner. RFID technology (hereinafter referred to as "RADIO FREQUENCY IDENTIFICATION"), essentially created to supplant the bar code, finds many applications in the most disparate civil and industrial fields. Compared to barcodes and other identification technologies, radiofrequency technology offers numerous advantages: reading does not require direct contact or "optical sight", and therefore there is no need for a particular orientation towards the reader or scanner. .
Diversi tag (marcatori per RFID) possono essere letti contemporaneamente; essi possono lavorare in ambienti sporchi, contaminati e resistere anche a condizioni (agenti ambientali, sollecitazioni termiche, chimiche, meccaniche) molto difficili. Sono quindi più durevoli e contengono più dati rispetto al barcode e possono essere riscritti e aggiornati con nuove informazioni. Inoltre il codice a barre identifica solo il tipo di prodotto, ma non univocamente il singolo oggetto. Il tag, invece, può contenere un numero di serie unico e univoco per identificare ogni singolo prodotto fabbricato nel mondo. Several tags (RFID tags) can be read at the same time; they can work in dirty, contaminated environments and also withstand very difficult conditions (environmental agents, thermal, chemical, mechanical stresses). They are therefore more durable and contain more data than the barcode and can be rewritten and updated with new information. Furthermore, the barcode only identifies the type of product, but not uniquely the single object. The tag, on the other hand, can contain a unique and unique serial number to identify every single product manufactured in the world.
Le applicazioni della tecnologia RFID attualmente più diffuse vanno dalla tracciabilità delle merci all'interno della supply chain in attività di tipo industriale e commerciale, all'identificazione di persone, animali e cose; tali applicazioni pongono problemi tecnici e risultano onerose anche a causa delle soluzioni sin ora disponibili allo stato della tecnica. The most widespread applications of RFID technology currently range from the traceability of goods within the supply chain in industrial and commercial activities, to the identification of people, animals and things; such applications pose technical problems and are burdensome also due to the solutions available up to now in the state of the art.
Vi sono, infatti, ancora alcune problematiche non ancora ben risolte relative all'uso delle onde elettromagnetiche. In sistemi RFID a tag passivi - come d'altra parte succede anche per i radar - il trasmettitore invia un'onda elettromagnetica ed il ricevitore rileva lo scattering (impropriamente detto anche "riflessione") generato da un oggetto sul quale l'onda incide. Quando il ricevitore è co-locato con il trasmettitore, il fenomeno è chiamato backscattering (nel seguito, per semplicità il backscattering verrà anche chiamato riflessione, pur nella relativa improprietà del termine). Lo scattering è definito come "il processo per il quale l'energia di un'onda viaggiante viene dispersa rispetto alla direzione di propagazione, a causa dell'interazione con le non omogeneità del mezzo". Questo avviene quando un'onda elettromagnetica incide su un oggetto ed induce cariche oscillanti e correnti nell'oggetto e sulla sua superficie e, di conseguenza, si genera un nuovo campo elettromagnetico. I tag RFID modulano il backscattering attraverso la variazione dell'impedenza della propria antenna, e ciò consente la comunicazione con il lettore RFID, detto anche reader o scanner. There are, in fact, still some problems not yet well resolved regarding the use of electromagnetic waves. In RFID systems with passive tags - as on the other hand also happens for radars - the transmitter sends an electromagnetic wave and the receiver detects the scattering (improperly also called "reflection") generated by an object on which the wave affects. When the receiver is co-located with the transmitter, the phenomenon is called backscattering (in the following, for the sake of simplicity, backscattering will also be called reflection, albeit in the relative inaccuracy of the term). Scattering is defined as "the process by which the energy of a traveling wave is dispersed with respect to the direction of propagation, due to the interaction with the non-homogeneities of the medium". This occurs when an electromagnetic wave hits an object and induces oscillating charges and currents in the object and on its surface and, consequently, a new electromagnetic field is generated. RFID tags modulate backscattering by varying the impedance of their antenna, and this allows communication with the RFID reader, also called reader or scanner.
Un altro problema è che nel raggio di copertura di un reader possono essere presenti diversi tag da identificare. Quando i tag sono irradiati dal campo elettromagnetico del reader possono rispondere simultaneamente generando delle collisioni. E' necessario quindi dotare il sistema di comunicazione reader <-> tag di un meccanismo anticollisioni. Nei tag è presente un codice univoco di identificazione chiamato SID (Simulaneous I Dentifier) che permette l'identificazione simultanea di più tag all'interno del campo dello stesso reader. Il processo di comunicazione tra reader e tag può essere sintetizzato in due momenti: il reader invia un messaggio di interrogazione REQ (request) indicando al tag il tipo di operazione da eseguire; il tag risponde con un messaggio ATQ (Answer to Request) nel quale è presente il SI D, eventuali dati aggiuntivi, la correttezza del dialogo, la presenza di errrori, l'esito e il risultato delle operazioni eseguite. Esistono due modelli di gestione del meccanismo anticollisione: Another problem is that in the range of a reader there may be several tags to identify. When the tags are irradiated by the electromagnetic field of the reader they can respond simultaneously generating collisions. It is therefore necessary to equip the reader <-> tag communication system with an anti-collision mechanism. The tags contain a unique identification code called SID (Simulaneous I Dentifier) which allows the simultaneous identification of multiple tags within the field of the same reader. The communication process between reader and tag can be summarized in two moments: the reader sends a REQ (request) query message indicating the type of operation to be performed to the tag; the tag responds with an ATQ (Answer to Request) message containing the SI D, any additional data, the correctness of the dialogue, the presence of errors, the outcome and result of the operations performed. There are two models of management of the anti-collision mechanism:
Deterministico (ISO 14443 part 3 type A - "Binary search tree"); Deterministic (ISO 14443 part 3 type A - "Binary search tree");
Stocastico (ISO 14443 part 3 type B - "Slotted Aloha") il cui principio di funzionamento è basato sull'accesso multiplo a divisione di tempo TDMA (time division multiple access). Stochastic (ISO 14443 part 3 type B - "Slotted Aloha") whose operating principle is based on time division multiple access (TDMA).
Le problematiche relative ai protocolli anticollisione sono di fondamentale importanza in situazioni in cui nella zona di interrogazione vi è la presenza di molti tag. All'aumentare dei tag infatti le collisioni aumentano e cresce il tempo in cui tutti i tag vengono rilevati correttamente. Tale crescita non è però lineare ma esponenziale: all'aumentare del numero di tag infatti, aumentano in modo significativo gli errori e bisogna impostare un ciclo di lettura più lungo. The problems related to anti-collision protocols are of fundamental importance in situations where there are many tags in the interrogation area. In fact, as the number of tags increases, collisions increase and the time in which all tags are correctly detected increases. However, this growth is not linear but exponential: as the number of tags increases, errors significantly increase and a longer reading cycle must be set.
Il collocamento del tag senza rispetto della polarizzazione del campo generato dal reader provoca significative riduzioni nella distanza operativa; un tag orientato ortogonalmente rispetto al campo generato dal reader potrebbe non essere letto. Gli apparati con accoppiamento EM passivi devono tener conto di due caratteristiche principali delle antenne (sia del reader sia del tag): The placement of the tag without respecting the polarization of the field generated by the reader causes significant reductions in the operating distance; a tag oriented orthogonally with respect to the field generated by the reader may not be read. Devices with passive EM coupling must take into account two main characteristics of the antennas (both of the reader and of the tag):
Diagramma di radiazione Radiation diagram
Polarizzazione del campo EM Polarization of the EM field
Il diagramma di radiazione è la rappresentazione tridimensionale del guadagno d'antenna, quest'ultimo misurato (in unità logaritmiche-dB) per confronto tra l'antenna considerata e un'antenna di riferimento isotropa (cioè che irradia egualmente in tutte le direzioni). Solitamente si preferisce considerare le sezioni orizzontali e verticali del diagramma (tridimensionale) di radiazione. L'intensità del campo generato da un'antenna è funzione del diagramma di radiazione dell'antenna medesima. Per il trasferimento ottimale di potenza tra reader e tag, i vettori di massima intensità dei diagrammi di radiazione delle due antenne devono essere allineati. The radiation diagram is the three-dimensional representation of the antenna gain, the latter measured (in logarithmic units-dB) by comparison between the antenna in question and an isotropic reference antenna (i.e. that radiates equally in all directions). It is usually preferred to consider the horizontal and vertical sections of the (three-dimensional) radiation diagram. The intensity of the field generated by an antenna is a function of the radiation pattern of the antenna itself. For optimal power transfer between reader and tag, the maximum intensity vectors of the radiation patterns of the two antennas must be aligned.
I tag passivi usano tecniche a modulazione di ampiezza e ricevono la potenza dal campo del reader. Il trasferimento di energia avviene in regime di "campo lontano". In questa regione dello spazio, nella teoria elettromagnetica, le componenti elettrica e magnetica del campo irradiate da un conduttore (antenna) si propagano nello spazio libero come un'onda combinata (onda elettromagnetica). Ad altissime frequenze (UHF) si opera sempre in "campo lontano" ovvero a distanze a cui l'accoppiamento induttivo non è più l'effetto prevalente, in modo che le antenne (tipicamente a dipolo) dei tag possano catturare il campo elettromagnetico come nei tradizionali sistemi di radiocomunicazione. Quando l'onda elettromagnetica emessa dal reader incide sull'antenna del tag una parte dell'energia è assorbita per fornire potenza al tag (attraverso un ordinario circuito rettificatore da tensione alternata a continua); una piccola parte, invece, è riflessa all'indietro verso il reader come backscattering. Passive tags use amplitude modulation techniques and receive power from the reader field. Energy transfer occurs in a "far field" regime. In this region of space, in the electromagnetic theory, the electric and magnetic components of the field radiated by a conductor (antenna) propagate in free space as a combined wave (electromagnetic wave). At very high frequencies (UHF) we always operate in a "far field" or at distances at which inductive coupling is no longer the prevailing effect, so that the antennas (typically dipole) of the tags can capture the electromagnetic field as in traditional radio communication systems. When the electromagnetic wave emitted by the reader affects the antenna of the tag, part of the energy is absorbed to supply power to the tag (through an ordinary alternating to direct voltage rectifier circuit); a small part, on the other hand, is reflected back towards the reader as backscattering.
I tag passivi non hanno fonti proprie di energia per trasmettere. Per la comunicazione tra tag e reader, quindi, si sfrutta la modulazione dell'effetto backscattering. La modulazione del backscattering è ottenuta tramite variazione cTimpedenza dell'antenna del tag durante la trasmissione del segnale da parte del reader. Il compito del reader è quello di captare le conseguenti variazioni nel segnale riflesso. Passive tags do not have their own sources of energy to transmit. For the communication between tag and reader, therefore, the modulation of the backscattering effect is exploited. The modulation of the backscattering is obtained through the variation of the antenna impedance of the tag during the transmission of the signal by the reader. The task of the reader is to capture the consequent variations in the reflected signal.
L'uso della tecnica della modulazione del backscattering in campo lontano introduce problemi differenti da quelli che si manifestano nei sistemi a frequenza più bassa. Uno dei maggiori problemi è dovuto al fatto che il campo emesso dal reader, non è riflesso solo dall'antenna del tag ma anche da tutti gli oggetti circostanti con dimensioni paragonabili alla lunghezza d'onda adoperata. Questi campi riflessi (cammini multipli o multipath) si sovrappongono al campo principale emesso dal reader e possono provocarne 10 smorzamento o perfino la cancellazione. Inoltre si potrebbero verificare problemi derivati dal segnale di risposta (modulato) sulla stessa frequenza del segnale di interrogazione del reader. The use of the far-field backscattering modulation technique introduces problems different from those that occur in lower frequency systems. One of the biggest problems is due to the fact that the field emitted by the reader is not only reflected by the antenna of the tag but also by all the surrounding objects with dimensions comparable to the wavelength used. These reflex fields (multipath or multipath) overlap the main field emitted by the reader and can cause it to be softened or even canceled. Furthermore, problems could arise deriving from the response signal (modulated) on the same frequency as the interrogation signal of the reader.
11 campo elettromagnetico è rappresentabile con due vettori campo elettrico E e magnetico H ortogonali tra loro e rispetto all'asse x di propagazione del segnale. Se la direzione dei due vettori rimane inalterata e solo l'intensità ed il verso variano in modo sinusoidale, il segnale si dice polarizzato linearmente. Se i vettori del campo elettrico E e magnetico H ruotano attorno all'asse x (direzione di propagazione del segnale), il segnale è detto a polarizzazione circolare. Una direzione parallela dei due vettori di campo elettrico (e necessariamente anche i due di campo magnetico) delle antenne del tag e del reader provoca il massimo trasferimento di energia. In altri termini, se le antenne sono a polarizzazione lineare è necessario che i relativi dipoli siano paralleli. Se almeno una della antenne è a polarizzazione circolare, quest'ultima condizione non è necessaria, ed è sufficiente che coincidano gli assi di massima propagazione del segnale. The electromagnetic field can be represented with two electric field vectors E and magnetic H orthogonal to each other and with respect to the x axis of propagation of the signal. If the direction of the two vectors remains unchanged and only the intensity and direction vary in a sinusoidal way, the signal is said to be linearly polarized. If the vectors of the electric field E and magnetic H rotate around the x axis (direction of propagation of the signal), the signal is called circular polarization. A parallel direction of the two electric field vectors (and necessarily also the two magnetic field) of the tag and reader antennas causes maximum energy transfer. In other words, if the antennas are linearly polarized, the relative dipoles must be parallel. If at least one of the antennas is circularly polarized, this latter condition is not necessary, and it is sufficient that the axes of maximum signal propagation coincide.
Tali problematiche tecniche - come illustrati nelle pubblicazioni e nelle domande brevettuali già riscontrate e di sotto riportate - hanno sollevato diverse importanti questioni che sono state affrontate e risolte per la realizzazione del contenitore sopra descritto. These technical problems - as illustrated in the publications and in the patent applications already encountered and reported below - have raised several important issues that have been addressed and resolved for the realization of the container described above.
Pubblicazioni e privative anteriori Prior publications and rights
[1] L Battezzati - J. Hygounet, RFI D Identificazione automatica a radio frequenza, Ulrico Hoepli Editore, 2003 [1] L Battezzati - J. Hygounet, RFI D Automatic identification by radio frequency, Ulrico Hoepli Editore, 2003
[2] http://RFIdjournal.com [2] http://RFIdjournal.com
[3] Progettazione di un Livello Fisico "lntelligente"per Reti Mobili ad Elevata Riconfigurabilità A. Massa, (1) C. Regazzoni,(2) G. Riccio(3) [3] Design of an "intelligent" Physical Level for Highly Reconfigurable Mobile Networks A. Massa, (1) C. Regazzoni, (2) G. Riccio (3)
http://www.eledia.ing.unitn.it/PRIN2005/MECSA/PaperMECSA.pdf http://www.eledia.ing.unitn.it/PRIN2005/MECSA/PaperMECSA.pdf
[4] J. Lee and A. Lai, "FDTD analysis of indoor radio propagation," Proc. IEEE-AP Symp., Atlanta, 1998, pp. 1664-1667. [4] J. Lee and A. Lai, "FDTD analysis of indoor radio propagation," Proc. IEEE-AP Symp., Atlanta, 1998, pp. 1664-1667.
[5] M.J Gans,. N. Amitay, Y.S. Yeh, Xu Hao, T.C. Damen, R.A. Valenzuela, T. Sizer, R. Storz, D. Taylor, W.M. MacDonald, Tran Cuong, and A. Adamiecki, "Outdoor BLAST measurement System at 2.44 GHz: calibration and results," IEEE J. Select. Areas [5] M.J Gans ,. N. Amitay, Y.S. Yeh, Xu Hao, T.C. Damen, R.A. Valenzuela, T. Sizer, R. Storz, D. Taylor, W.M. MacDonald, Tran Cuong, and A. Adamiecki, "Outdoor BLAST measurement System at 2.44 GHz: calibration and results," IEEE J. Select. Areas
Commun., voi. 30, pp. 570-583, 2002. Commun., You. 30, pp. 570-583, 2002.
[6] Tesi di Laurea: "APPLICAZIONI DELLA TECNOLOGIA RFI D" Davide Brognoli Anno Accademico 2004-2005 UNIVERSITÀ' CATTOLICA DEL SACRO CUORE, SEDE DI BRESCIA Facoltà di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali [6] Thesis: "APPLICATIONS OF RFI D TECHNOLOGY" Davide Brognoli Academic Year 2004-2005 UNIVERSITY CATHOLIC OF THE SACRED HEART, BRESCIA OFFICE Faculty of Mathematical, Physical and Natural Sciences
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[9] Security in Near Field Communication (NFC), Strengths and Weaknesses -Ernst Flaselsteiner and Klemens BreitfuR - Philips Semiconductors - Workshop on RFID Security, Graz - July 2006. [9] Security in Near Field Communication (NFC), Strengths and Weaknesses -Ernst Flaselsteiner and Klemens BreitfuR - Philips Semiconductors - Workshop on RFID Security, Graz - July 2006.
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[11] RFID Technical Tutorial - Dale R. Thompson - Department of Computer Science and Computer Engineering - University of Arkansas. [11] RFID Technical Tutorial - Dale R. Thompson - Department of Computer Science and Computer Engineering - University of Arkansas.
[12] A Radio-Oriented Introduction to Radio Frequency Identification - Daniel M. Dobkin, Titus Wandinger - H igh Frequency Electronics - June 2005. [12] A Radio-Oriented Introduction to Radio Frequency Identification - Daniel M. Dobkin, Titus Wandinger - High Frequency Electronics - June 2005.
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[15] Receptivity - A TAG Performance Metric - Impinj - December 2005. [15] Receptivity - A TAG Performance Metric - Impinj - December 2005.
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[17] Binetti, Giulio, Boggia, Gennaro, Camarda, Pietro and Grieco, Luigi Alfredo (2007), "A Hashing-based Anti-Coll ision Algorithm for RFID Tag Identification", Proc. of ISWCSO7 . [17] Binetti, Giulio, Boggia, Gennaro, Camarda, Pietro and Grieco, Luigi Alfredo (2007), "A Hashing-based Anti-Coll ision Algorithm for RFID Tag Identification", Proc. Of ISWCSO7.
[18] EM MICROELECTRONIC - MARIN SA, 2002. "EM4022: Multi Frequency Contactless Identification Device". [18] EM MICROELECTRONIC - MARIN SA, 2002. "EM4022: Multi Frequency Contactless Identification Device".
[19] Harald Vogt. "Efficient Object Identification with Passive RFID Tags". Department Federai Institute of Technology (ETH). [19] Harald Vogt. "Efficient Object Identification with Passive RFID Tags". Department Federal Institute of Technology (ETH).
[20] John Capetanakis. "Tree Algorithms for Packet Broadcast Channels". IEEE trans, on information theory, vol.it-25,no.5, pp. 505-515, September 1979. [20] John Capetanakis. "Tree Algorithms for Packet Broadcast Channels". IEEE trans, on information theory, vol.it-25, no.5, pp. 505-515, September 1979.
[21] Ching Law, Kayi Lee, Kai-Yeung Siu. "Efficient Memoryless Protocol for Tag Identification", MIT Auto-ID Center, 2002. [21] Ching Law, Kayi Lee, Kai-Yeung Siu. "Efficient Memoryless Protocol for Tag Identification", MIT Auto-ID Center, 2002.
[22] Marcel Jacomet, Adrian Ehrsam, Urs Gehrig. "Contactless Identification Device with Anticollision Algorithm". University of Applied Sciences Berne Biel School of Engineering and Architeture. [22] Marcel Jacomet, Adrian Ehrsam, Urs Gehrig. "Contactless Identification Device with Anticollision Algorithm". University of Applied Sciences Berne Biel School of Engineering and Architeture.
[23] Augustus Janssen, Marc de Jong. "Analysis of Contention Tree Algorithm". IEEE trans, on information theory, voi. 46, no.6, pp.2163-2172. September 2000. [23] Augustus Janssen, Marc de Jong. "Analysis of Contention Tree Algorithm". IEEE trans, on information theory, vol. 46, no. 6, pp. 2163-2172. September 2000.
[24] M. Kaplan, E. Gulko, "Analytic properties of Multiple Access Trees". IEEE trans, on information theory, vol.it-31,no.2, pp. 255-263. March 1985. [24] M. Kaplan, E. Gulko, "Analytic properties of Multiple Access Trees". IEEE trans, on information theory, vol.it-31, no.2, pp. 255-263. March 1985.
[25] G. Fayolle, P. Flajolet,M. Hofri and P. Jacquet, "Analysis of a Stack Algorithm for Random Multi-Access Communication". IEEE trans. on information theory, vol.it-31, no.2, pp. 244-254, March 1985. [25] G. Fayolle, P. Flajolet, M. Hofri and P. Jacquet, "Analysis of a Stack Algorithm for Random Multi-Access Communication". IEEE trans. on information theory, vol.it-31, no.2, pp. 244-254, March 1985.
[26] Marta Cavagnaro "Dosimetria dei campi elettromagnetici" Dip. Ing. Elettronica -Università "La Sapienza" di Roma ICEmB - Centro Interuniversitario Interazione tra Campi Elettromagnetici e Biosistemi [26] Marta Cavagnaro "Dosimetry of electromagnetic fields" Dept. of Electronics Engineering - "La Sapienza" University of Rome ICEmB - Interuniversity Center Interaction between Electromagnetic Fields and Biosystems
DESCRIZIONE DEL TROVATO DESCRIPTION OF THE FOUND
Il trovato consiste in un sistema integrato macchine o calcolatori / programmi o applicativi (hardware/software) che consente di individuare, riconoscere, tracciare, controllare, in modo automatico (Fig.5) gli oggetti immagazzinati all'interno di un contenitore chiuso o in uno spazio definito dai volumi dei solidi di irradiazione delle antenne in esso poste. The invention consists of an integrated machine or computer / program or application system (hardware / software) that allows the objects stored in a closed container or in a a space defined by the volumes of the irradiation solids of the antennas placed in it.
La soluzione tecnica prevede che ciò debba essere realizzato attraverso un sistema di rilevazione che sia: The technical solution provides that this must be achieved through a detection system that is:
indipendente dall'utilizzatore degli oggetti; independent of the user of the objects;
indipendente dalla marca e dal modello del lettore; independent of the make and model of the reader;
utilizzabile dovunque sia collocato il contenitore; usable wherever the container is placed;
capace di raccogliere e gestire le informazioni relative agli oggetti contenute nei tag; capable of collecting and managing information relating to the objects contained in the tags;
modulare e scalabile. modular and scalable.
Il sistema è costituito da contenitore e controllore. The system consists of a container and a controller.
Il contenitore The container
Il contenitore è un comune deposito, in cui è integrato un insieme di antenne ed un lettore RFID. All'interno del contenitore le antenne sono posizionate in modo da consentire la migliore condizione di copertura elettromagnetica tale da rendere possibile la rilevazione di tag qualunque sia la loro posizione spaziale. The container is a common deposit, in which a set of antennas and an RFID reader are integrated. Inside the container the antennas are positioned in such a way as to allow the best condition of electromagnetic coverage such as to make it possible to detect tags whatever their spatial position.
Il contenitore può essere configurato come recipiente chiuso, ovvero definito come spazio determinato dalla sovrapposizione dei volumi dei solidi di irradiazione di tutte le antenne collegate al lettore, per cui può essere, a titolo meramente esemplificativo, una stanza, un appartamento o un ufficio, un edificio, una città, a secondo di come e dove vengono distribuite le antenne. The container can be configured as a closed container, i.e. defined as a space determined by the superposition of the volumes of the irradiation solids of all the antennas connected to the reader, so it can be, by way of example only, a room, an apartment or an office, a building, a city, depending on how and where the antennas are distributed.
Il sistema è in grado di individuare, riconoscere, tracciare, controllare gli oggetti presenti anche in più contenitori, nonché identificare il responsabile della operazione di spostamento degli stessi. The system is able to identify, recognize, trace, control the objects present even in multiple containers, as well as identify the person responsible for moving them.
La funzionalità della rilevazione fisica, periodica e affidabile, degli oggetti è affidata ai lettori e alle antenne integrate all'interno dei contenitori. Le antenne rappresentano l'interfaccia tra il tag ed il lettore: sono a dipolo oppure di tipo patch (Fig.7); in quest'ultimo caso il campo elettromagnetico si propaga con polarizzazione sferica. The functionality of the physical, periodic and reliable detection of objects is entrusted to the readers and antennas integrated inside the containers. The antennas represent the interface between the tag and the reader: they are dipole or patch type (Fig.7); in the latter case the electromagnetic field propagates with spherical polarization.
La rilevazione di ogni oggetto viene resa possibile pre-marcando ognuno di questi con un tag RFID. La banda di frequenze utilizzata dal sistema in esame è UHF, il che consente di avere tag di dimensioni sufficientemente piccole per essere integrati sui diversi oggetti e una portata sufficiente per la loro rilevazione. I tag UHF (Fig.6) rappresentano i marcatori per l'identificazione dei singoli oggetti da parte del sottosistema di lettura del contenitore. Ogni tag deve essere agganciato fisicamente ad un oggetto. Per ogni tipo di oggetto deve essere scelto il tipo di tag più opportuno in relazione alla sua forma e alle sue dimensioni e al tipo di applicazione. La forma del tag non deve essere distorta in quanto ogni deformazione ne inficia le prestazioni. The detection of each object is made possible by pre-marking each of these with an RFID tag. The frequency band used by the system in question is UHF, which allows for tags that are small enough to be integrated on different objects and a sufficient range for their detection. The UHF tags (Fig. 6) represent the markers for the identification of the single objects by the reading subsystem of the container. Each tag must be physically attached to an object. For each type of object, the most appropriate type of tag must be chosen in relation to its shape and size and the type of application. The shape of the tag must not be distorted as any deformation affects its performance.
Individuato il meccanismo attraverso il quale il contenitore rileva gli oggetti dotati di tag, la funzionalità del sistema è realizzata attraverso la comunicazione del contenitore con un controllore che permette di mantenere in una base dati le informazioni relative agli oggetti che il contenitore ha rilevato o le operazioni su di essi registrate. Having identified the mechanism through which the container detects the objects with tags, the functionality of the system is achieved through the communication of the container with a controller that allows to keep in a database the information relating to the objects that the container has detected or the operations registered on them.
Ogni contenitore - in generale - si interfaccia attraverso una rete Ethernet o wi-fi con un server (Fig.9). Nel caso di contenitori mobili, deve essere prevista sia una connettività di rete wi-fi, attraverso la dotazione di un access point (Fig.8), sia un alimentatore (ad es. a batteria, a pannelli solari, etc.), solidale col contenitore, per fornire l'energia necessaria per il funzionamento del sistema di bordo. Each container - in general - interfaces through an Ethernet or wi-fi network with a server (Fig. 9). In the case of mobile containers, both a wi-fi network connectivity must be provided, through the provision of an access point (Fig. 8), and a power supply (e.g. battery, solar panels, etc.), integral with the container, to supply the energy necessary for the operation of the on-board system.
Il controllore The controller
Il controllore è - a sua volta - un sistema integrato hardware/software costituito da un calcolatore che gestisce i servizi (server), configurato con middleware, base dati, applicativi e interfacce, ossia programmi informatici atti a ricevere, elaborare, immagazzinare e presentare i dati provenienti dai contenitori e le informazioni degli utenti, dei contenitori stessi e degli oggetti. The controller is - in turn - an integrated hardware / software system consisting of a computer that manages the services (server), configured with middleware, databases, applications and interfaces, i.e. computer programs designed to receive, process, store and present the data from containers and information about users, containers themselves and objects.
La gestione delle informazioni ricevute dai tag attraverso i reader è soggetta a varie elaborazioni a seconda dello scopo a cui è destinato il sistema. Per rendere possibile la corretta gestione dei flussi di informazione lungo le fasi del processo di controllo dei tag è stato sviluppato un middleware in grado di agire da "interfaccia intelligente" tra il contenitore ed il sistema di gestione delle informazioni (Fig.l). The management of the information received from the tags through the readers is subject to various processes depending on the purpose for which the system is intended. To make it possible to correctly manage the information flows along the phases of the tag control process, a middleware has been developed that can act as an "intelligent interface" between the container and the information management system (Fig. 1).
Il middleware del trovato è una nuova implementazione del modello dello standard EPC GLOBAL. Questo standard, oltre a considerare l'integrazione delle singole tecnologie RFID, ha fornito al progettista del sistema un'astrazione di più alto livello dei dispositivi rispetto a quella fornita dalle singole applicazioni che controllano i lettori (Fig.2). The found middleware is a new implementation of the GLOBAL EPC standard model. This standard, in addition to considering the integration of individual RFID technologies, has provided the system designer with a higher level abstraction of the devices than that provided by the individual applications that control the readers (Fig. 2).
La metodologia utilizzata si basa su tale modello indipendente dalla specifica piattaforma implementativa. Nella Fig.4 è riportato lo schema UML che descrive i vari moduli software che compongono l'intero applicativo sviluppato. The methodology used is based on this model independent of the specific implementation platform. Fig. 4 shows the UML diagram that describes the various software modules that make up the entire application developed.
Il sistema di gestione della base dati è in grado di mantenere la persistenza dei dati, in particolare relativi a: The database management system is able to maintain the persistence of data, in particular relating to:
gli utenti e gli operatori, users and operators,
i diversi contenitori, the different containers,
gli oggetti presenti nei contenitori. the objects present in the containers.
Ciò comporta che il sistema prevede tutte le funzionalità per l'inserimento, la modifica, la cancellazione, la visualizzazione e il report delle informazioni relative a ciascun utente, contenitore, oggetto. This means that the system provides all the functions for inserting, modifying, deleting, viewing and reporting the information relating to each user, container, object.
In fase di configurazione del sistema si devono definire gli utenti, con i relativi dati di accesso. Il profilo deve essere stabilito in base al grado di accessibilità che si vuole garantire al sistema. During the system configuration phase, the users must be defined, with their access data. The profile must be established based on the degree of accessibility to be guaranteed to the system.
Per ogni contenitore il sistema centrale mantiene in un database una tabella con l'elenco corrente degli oggetti che contiene. Ogni contenitore è individuato da un nome logico univoco, un indirizzo IP, una porta logica di comunicazione e una maschera di sottorete. For each container, the central system maintains a table in a database with the current list of the objects it contains. Each container is identified by a unique logical name, an IP address, a logical communication port and a subnet mask.
Se tutti i contenitori comunicano con il controller (e non tra di loro, in rete a stella), quest'ultimo deve essere in grado di garantire lo scambio delle informazioni necessarie ai vari dispositivi per assicurare il funzionamento del sistema. In alternativa può essere sviluppata un applicativo distribuito su diversi controllori (ognuno integrato in un contenitore): in tal caso tutti i dispositivi comunicheranno tra loro in rete a maglia. If all the containers communicate with the controller (and not with each other, in a star network), the latter must be able to guarantee the exchange of information necessary for the various devices to ensure the operation of the system. Alternatively, an application distributed on different controllers (each integrated in a container) can be developed: in this case all the devices will communicate with each other in a mesh network.
Il controllore è dotato di un'anagrafica di tutti gli oggetti. Il sistema prevede un'interfaccia di amministrazione per l'inserimento e la modifica delle informazioni relative ad ogni oggetto. The controller has a registry of all objects. The system provides an administration interface for entering and editing information relating to each object.
All'attivazione dei contenitori viene effettuata in modo automatico un'operazione di popolamento delle relative tabelle associate, attraverso la rilevazione dei tag presenti nel singolo contenitore e la comunicazione dei relativi dati al controllore. Dopodiché per ogni oggetto in anagrafica viene periodicamente aggiornata l'informazione di stato relativa alla sua presenza o assenza all'interno dei contenitori. When the containers are activated, a population operation of the relative associated tables is carried out automatically, through the detection of the tags present in the single container and the communication of the relative data to the controller. After that, the status information relating to its presence or absence inside the containers is periodically updated for each object in the database.
Quando un oggetto esce dal controllo del contenitore, questo rileva che tale oggetto non è più presente e informa il controllore. Fissato un istante di controllo, un oggetto verrà considerato "fuori controllo" in tale istante, quando il sistema non rileva la sua presenza in nessun contenitore. Nel caso in cui un oggetto prelevato, anziché essere riposto nel contenitore di provenienza, viene depositato in un contenitore diverso, quest'ultimo rileva questo evento e lo comunica al controllore che aggiorna in automatico le tabelle associate ai due contenitori. When an object leaves the container's control, it detects that the object is no longer present and informs the controller. Once a check point has been set, an object will be considered "out of control" in that instant, when the system does not detect its presence in any container. In the event that an object withdrawn, instead of being placed in the container of origin, is deposited in a different container, the latter detects this event and communicates it to the controller, which automatically updates the tables associated with the two containers.
Dopo il login (l'identificazione dell'utente mediante l'inserimento di una coppia di credenziali univoche e segrete), un operatore deve associarsi logicamente a un contenitore: in questo modo l'operatore assume il controllo del contenitore e, di conseguenza, anche degli oggetti in esso contenuti. Questa associazione può essere effettuata mediante una workstation, un palmare, o eventualmente un'interfaccia touchable, portatile o solidale al contenitore stesso, attraverso cui il sistema mette a disposizione dell'operatore anche tutte le informazioni -secondo il suo profilo - aggiornate sullo stato dei singoli oggetti in anagrafica. After login (user identification by entering a pair of unique and secret credentials), an operator must logically associate with a container: in this way the operator takes control of the container and, consequently, also of the objects it contains. This association can be made through a workstation, a PDA, or possibly a touchable interface, portable or integral with the container itself, through which the system also makes available to the operator all the information - according to his profile - updated on the status of the individual objects in the registry.
Quando l'operatore effettua l'operazione di logout, o semplicemente di disassociazione dal contenitore, nell'eventualità in cui alcuni oggetti - prima presenti nel sistema - risultassero fuori controllo, riceve un warning, ovvero un messaggio di avviso o di attenzione, anche se ciò non risulta vincolante ai fini del logout. When the operator performs the logout operation, or simply disassociation from the container, in the event that some objects - previously present in the system - are out of control, he receives a warning, or a warning or attention message, even if this is not binding for logout purposes.
Il login può essere effettuato mediante sistemi di riconoscimento automatico dell'utente (lettori di impronta digitale o altri sensori biometrici, lettori RFID più tipicamente HF, telecamere, ecc.). Anche le operazioni di associazione e di disassociazione possono essere automatizzate, attraverso ad es. serrature a relè. The login can be done through automatic user recognition systems (fingerprint readers or other biometric sensors, RFID readers more typically HF, cameras, etc.). Even the operations of association and disassociation can be automated, through eg. relay locks.
Il soggetto responsabile della apertura viene registrato dal controller assieme all'eventuale operazione di sottrazione/inserimento di un oggetto. The subject responsible for opening is registered by the controller together with the possible subtraction / insertion operation of an object.
In definitiva il contenitore permette di effettuare la rilevazione fisica degli oggetti, mentre il controllore rende tale operazione periodica ed affidabile. Ultimately, the container allows the physical detection of the objects to be carried out, while the controller makes this operation periodic and reliable.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT000028A ITNA20090028A1 (en) | 2009-05-26 | 2009-05-26 | INTELLIGENT CONTAINER EQUIPPED WITH RFID SYSTEM ABLE TO TRACK, IDENTIFY AND RECOGNIZE OBJECTS. |
Applications Claiming Priority (1)
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| IT000028A ITNA20090028A1 (en) | 2009-05-26 | 2009-05-26 | INTELLIGENT CONTAINER EQUIPPED WITH RFID SYSTEM ABLE TO TRACK, IDENTIFY AND RECOGNIZE OBJECTS. |
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Family
ID=42227797
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| IT000028A ITNA20090028A1 (en) | 2009-05-26 | 2009-05-26 | INTELLIGENT CONTAINER EQUIPPED WITH RFID SYSTEM ABLE TO TRACK, IDENTIFY AND RECOGNIZE OBJECTS. |
Country Status (1)
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|---|---|
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2009
- 2009-05-26 IT IT000028A patent/ITNA20090028A1/en unknown
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