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RSSI: significato e suo utilizzo nella misura di distanza con tag RFID

Il parametro RSSI è indicativo della distanza fra transponder e controller. Vediamo il suo significato, come interpretarlo ed utilizzarlo per la valutazione della misura di distanza.

Riga_Rossa
Reader UHF con possibilità di misura RSSI
Tecnologia
RFID UHF passiva
Data/Revisione
Febbraio 2014 / rev. 1.0
Riferimenti
 Apparati RFID passivi UHF FEIG

 


L’RSSI (Receive Signal Strenght Indicator) è un parametro utilizzato nelle telecomunicazioni, ed in generale misura la potenza di un segnale. Nell’ambito dell’RFID, il parametro è utilizzato principalmente dal controller per misurare la potenza del segnale ricevuto dal transponder RFID UHF.

L’unità di misura utilizzata per l’RSSI sono i dBm, cioè dieci volte il logaritmo del rapporto tra la potenza (P) misurata alla fine della ricezione e la potenza di riferimento (Pref). La potenza di ricezione finale è inversamente proporzionale alla quadrato della distanza. Quindi l’RSSI potrebbe potenzialmente essere utilizzato come indicatore della distanza alla quale il transponder si trova rispetto al controller, che riceve il segnale di ritorno. Quando il segnale di ritorno del tag è ricevuto da diversi controller, la sua posizione può essere giudicata con ragionevole accuratezza.

Il parametro RSSI può essere utilizzato per:

  • Valutare la distanza fra il transponder ed il controller.
  • Identificare la direzione in cui si sta muovendo un tag RFID.
  • Utilizzare dei filtri in modo da ottimizzare l’area di rilevazione.
  • Localizzare dei tag.
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Il valore RSSI è indicativo della possibile distanza tra un lettore RFID e un tag RFID; tuttavia, l’ambiente ha un’influenza importante per la misurazione. Come regola generale, maggiore è il valore RSSI, più il tag RFID è vicino al lettore. Il valore RSSI può dare un’indicazione della distanza del tag, ma è necessario tenere conto dell’ambiente in cui il sistema opera.

Il valore RSSI può anche essere usato per determinare in quale direzione un tag si sta muovendo. Quando il tag si avvicina al controller, il valore RSSI aumenta, mentre quando si allontana diminuisce. Il valore RSSI indica solamente la distanza, non la direzione di movimento. In generale, sono necessari diversi controller per ottenere informazioni affidabili sulla direzione; inoltre, vengono utilizzate sofisticate tecniche di calcolo statistico per ottenere risultati più affidabili.

Il valore RSSI può essere utilizzato anche per ottimizzare la lettura e la scrittura dei transponder, in modo da utilizzare la minor energia possibile per eseguire le operazioni RFID in questione. Per quanto riguarda la localizzazione, l’intensità del segnale ricevuto dal tag può essere utilizzato per guidare l’utente in prossimità del transponder, sfruttando la proporzionalità del segnale rispetto alla distanza.

L’ambiente in cui si trova ad operare un sistema RFID influenza in modo decisivo l’intensità del segnale ricevuto. Questo può creare problemi quando si cerca di stimare la posizione ed i movimenti di un tag. I fattori che possono generare variabilità nella stima dell’intensità di segnale sono:

  • Metalli e altri materiali riflettenti, che provocano rimbalzo di segnale
  • Elementi liquidi che assorbono il segnale
  • Alcuni tipi di materiali a cui i tag RFID sono applicati
  • Oggetti che si frappongono tra il transponder ed il controller
  • Differenza di altezza tra il transponder ed il controller (la distanza appare più lunga)
  • Orientamento relativo fra il transponder ed il controller.

Un metodo semplice per stimare la distanza tramite l’RSSI, è quello di utilizzare l’equazione precedentemente definita, tenendo presente che, riassumendo, l’RSSI è inversamente proporzionale al quadrato della distanza.

Un altro metodo per determinare la distanza è quello di utilizzare l’equazione di Friis:

PR = PTGTGRl2/(4π)2dn

Dove:

  • PR: Potenza del segnale ricevuto in Watt
  • PT: Potenza del segnale trasmesso in Watt
  • GT: Guadagno dell’antenna trasmittente
  • GR: Guadagno dell’antenna ricevente
  • l: lunghezza d’onda
  • d: distanza in metri
  • n: costante di propagazione del segnale, che dipende dall’ambiente in cui si trova.
Etichette RFID HF e UHF. Smart Label disponibili in numerosi formati e chip RFID sia in banda HF che UHF EPC

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Queste formule possono essere effettivamente utili per stimare la distanza fra un transponder ed il controller, utilizzando l’RSSI. Tuttavia, per i motivi di variabilità sopra esposti, non è possibile determinare in modo semplice la distanza. E’ necessario utilizzare complessi algoritmi statistici per determinare con buona approssimazione la distanza; inoltre, il parametro può essere utilizzato in modo semplice per effettuare la ricerca di un tag, ma non per misurare la sua distanza o posizione.

L’RSSI, infatti, anche in scenari ideali non dà un comportamento coerente. In ambienti non ideali, la valutazione dell’RSSI può essere poco attendibile a causa della presenza di fattori di disturbo come l’interferenza di altri  oggetti, attenuazione dovuta a causa di barriere, malfunzionamento dei transponder a causa del loro utilizzo in condizioni ambientali critiche, ecc..

In secondo luogo, all’aumentare della distanza, aumenta anche l’errore nella misura dell’RSSI, che da risultati inconsistenti agli estremi della distanza (molto vicino o molto lontano dall’antenna).

L’utilizzo dell’RSSI come filtro per delimitare un’area di rilevazione deve inoltre essere effettuato con criterio, in quanto, se il numero di tag in campo non può essere ben controllato, il rapporto tra l’RSSI e la distanza di lettura non è lineare. Ciò rende difficoltoso determinare una ben definita area di rilevazione, e di conseguenza il filtro da applicare ai transponder per effettuare le letture desiderate. In generale, il filtro RSSI è utile quando la differenza fra la misura ottenuta per i tag da rilevare e quelli da non rilevare è almeno di 20 dBm.

 

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