RTLS, Real Time Location Systems

I sistemi RTLS, per certi versi evoluzione dell’identificazione automatica in radiofrequenza e prima basati su proposte proprietarie, si stanno evolvendo verso soluzioni standard che ne permettono un’integrazione diretta nelle reti WiFi aziendali.

I sistemi RTLS possono essere definiti come “positioning systems”, denominazione che deriva da una doppia funzionalità: identificazione di differenti tipologie di item, quali asset, attrezzature, container, Work In Progress, ma anche eventualmente persone, e feedback continuo, automatico e in realtime di questa informazione, consentendo quindi di sapere sempre ed esattamente dove un certo item si trova (ma anche dove eventualmente si trovava a seguito di successivo spostamento) come immediata conseguenza di una comunicazione costante tra sistema di controllo e gestione e specifico item tracciato. Come esempio emblematico si può considerare il caso in cui si debba tener traccia di più container distribuiti su un’area mediamente estesa: con le usuali tecnologie di identificazione automatica RFID-based è ovviamente possibile registrare l’arrivo e la partenza dei container ma non si possono avere accurate informazioni in tempo reale della loro posizione nell’area di stoccaggio, cosa invece possibile con l’identificazione RTLS, risultato di un mix di tecnologie reso possibile dagli sviluppi delle comunicazione wireless e degli algoritmi software di analisi dei segnali radio.

RTLS e RFID, le differenze

Un sistema RFID è costituito da due componenti base: un ricetrasmettitore o lettore (reader), sia di tipo handheld che fisso, e un trasponder (da TRANSmitter/resPONDER) denominato RF tag o, più semplicemente, tag, con lettore e tag che comunicano tra loro tramite un segnale modulato in radiofrequenza. I tag RFID, solidali con gli oggetti da identificare, si configurano a tutti gli effetti come “data carrier” in quanto contengono le informazioni che caratterizzano quel dato item, e possono essere di sola lettura o di lettura/scrittura, e a questa differenziazione si aggiunge quella tra tag passivi e tag attivi. I tag RFID passivi ricevono l’energia necessaria al loro funzionamento direttamente dal lettore, con l’antenna del reader che genera un campo elettromagneticomagnetico che induce una tensione nell’avvolgimento presente nel tag, da cui la necessaria energia per la comunicazione dei dati da parte del tag. I tag attivi prevedono invece una batteria interna che alimenta i circuiti, con vita media dell’ordine degli anni, sono più grandi e più costosi dei tag passivi, ma consentono distanze e rate di trasmissione superiori. Questi tag “self powered” sono caratterizzati dal poter effettuare il broadcast di segnali RF verso il reader a intervalli di tempo predefiniti e rappresentano quindi un elemento fondamentale per la realizzazione di sistemi RTLS. In sintesi, le differenze tra sistemi RFID e sistemi RTLS sono sostanzialmente le seguenti: i tag RFID interagiscono con il sistema di acquisizione dei dati solo quando letti o in punti ben precisi di un processo, per esempio portali di accesso a un magazzino o tramite handheld reader utilizzati dagli operatori, mentre in un sistema RTLS si ha in costante comunicazione con il sistema di acquisizione dati e controllo; i sistemi RFID permettono di conoscere la presenza di un item per esempio in un magazzino, ma non esattamente la sua collocazione fisica, mentre i sistemi RTLS danno la precisa posizione in tempo reale. La sintesi precedente potrebbe apparire incompleta, in quanto se è aderente al comportamento dei tag RFID passivi non pare esserlo con quello dei tag attivi, dove vi è capacità autonoma di comunicazione continua: questa caratteristica da sola però non basta in quanto, come si vedrà, serve una specifica parte software dedicata specificatamente alla localizzazione

I sistemi RTLS sono “positioning systems” che coniugano identificazione e rilevamento della posizione fisica di item, amplificando la catena del valore dalle materie prime al prodotto finito.

Alcune considerazioni funzionali

Un sistema RTLS utilizza tag attivi alimentati a batteria e sistemi di localizzazione per individuare la presenza e la posizione dei tag. Tali sistemi, spesso denominati Locating Processor, sono tipicamente collocati secondo un’organizzazione a matrice, su distanze che possono andare dalle decine alle centinaia di metri. Operativamente, è presente un database realtime delle localizzazione dei diversi tag, che viene continuamente aggiornato con frequenza dell’ordine dei secondi, per i casi in cui vi sia una costante movimentazione, oppure di ore, quando gli spostamenti dei tag, e degli item collegati, sono invece più limitati. La frequenza di aggiornamento del database deve ovviamente tener conto del numero di tag monitorabili e anche della durata della loro batteria. In una tipica applicazione RTLS, i tag sotto controllo possono essere un centinaio, con una vita media delle batterie di qualche anno, da 4 a 8, e le trasmissioni radio dai tag ai lettori, o meglio ai Locating Processor, fanno uso di comunicazioni wireless a 2,4 Ghz molto spesso proprietarie anche se sta crescendo il trend verso soluzioni standard, e recentemente, nel maggio 2012, l’Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) ha annuciato la pubblicazione del nuovo standard 802.15.4f-2012 per RFID attivi e RTLS, che permetterà un’interoperabilità tra sistemi diversi garantendo agli utenti la possibilità di scegliere tra fornitori diversi, andando oltre lo scenario precedente di piattaforme proprietarie e quindi di “single source” per le applicazioni.

Dettagli tecnologici

Per i sistemi RTLS si parla di “beaconing active RFID tag” solidali con l’item da tracciare, quando si ha la trasmissione a intervalli di tempo predefiniti, e programmabili dall’utente, di un breve “payload message” contenente l’ID (identificatore unico) del tag: più è breve l’intervallo, minore è la durata della batteria ma più precisamente si può definire la localizzazione dell’item. Questi tag possono poi essere dei WiFi tag, con ciò intendendo tag RFID che hanno tutte le caratteristiche dei tag attivi e che in più operano nella banda da 2,4 a 2,4835GHz con completa aderenza agli standard e ai protocolli IEEE 802.11: come conseguenza possono direttamente comunicare con un’infrastruttura WiFi senza necessità di hardware aggiuntivo o di firmware specializzato. I segnali periodici emessi dai tag sono ricevuti da più antenne presenti nell’infrastruttura e poi elaborati per determinare la locazione dell’item. Più precisamente, i reader in questo caso sono gli access point della rete WiFi, e la parte di elaborazione prevede specifiche applicazioni software di analisi dei segnali, installate anche a livello di PC, con una parte grafica per la visualizzazione del contesto sotto controllo, che può essere sia indoor che outdoor. I range operativi dei tag, e quindi delle possibilità di localizzazione item, variano ovviamente molto da produttore a produttore, ma valori tipici possono essere: 30-100m a 11Mbit/sec o 50-200m a 2Mbit/sec, per outdoor; 15-40m a 11Mbit/sec o 20-70m a 2Mbit/sec per indoor.

RTLS e processi produttivi

Con i sistemi RTLS si può avere una visibilità totale non solo dei materiali, ma anche, volendo “etichettarli”, degli addetti: quanti sono, dove sono, e quindi cosa stanno facendo o dovrebbero fare. E ancora, diventa più facile la gestione del cosiddetto “overflow”. Se il magazzino si trova in una località diversa rispetto alla fabbrica, con RTLS si monitorizza realtime l’uscita dei prodotti finiti e il loro arrivo al deposito, automaticamente, consentendo immediato confezionamento e spedizione al cliente finale, senza attendere il recupero delle informazioni necessarie per aggiornare l’inventario: maggiore produttività del personale addetto, maggiore “customer satisfaction”. Non si parla più di Inventory Management, ma di Perpetual Inventory Management, e nasce il Personal Location, con tag abbinati ai badge degli addetti, non tanto a scopi di puro controllo, ma anche per incrementare la sicurezza, potendo, tramite allarmi, impedire l’ingresso di personale non esperto in zone a particolare rischio, o impedire accessi indesiderati in aree riservate. Si incrementa anche il livello di sicurezza riferito alle attrezzature: tag non rimovibili possono essere resi solidali con apparecchiature di valore, che quindi restano sempre sotto controllo.

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