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:: Reti wireless - IrDA, RFID ::
Appunti del 20 Marzo
Avevamo già introdotto lo standard IrDA (InfraRed Data Association) nella scorsa lezione, e avevamo detto che si tratta di un semplice protocollo wireless basato su infrarosso.
Qualche dettaglio sulla trasmissione:
Come abbiamo anticipato, sono stati definiti negli anni molti standard, sempre più performanti (sul sito www.irda.org ci sono tutti), tra cui citiamo:
Ipse dixit:
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Tutti gli altri protocolli venuti dopo il SIR sono dialetti IrDA che hanno sì velocità sempre più alte (fino al Gigabit per secondo), ma con impieghi dubbi e comunque difficili da trovare: ricordiamo che con l'infrarosso i dispositivi possono essere a massimo 1-2 metri di distanza, e si tratta di un vincolo non da poco. Appena è arrivato il bluetooth l'IrDA si è trovato immediatamente spiantato.
Dei vari protocolli che orbitano attorno lo standard IrDA è possibile fare una sorta di pila ISO/OSI ridotta, con circa quattro livelli (il "circa" si capirà meglio poi). Di questi, i primi tre che vedremo sono obbligatori, gli altri facoltativi e alternativi.
Il primo livello è quello fisico, quello più basso, e corrisponde al protocollo IrPHY (InfraRed Physical Layer Specification). Le sue caratteristiche sono tutte quelle che ci siamo raccontati finora, e che riassumiamo nel seguente punto elenco:
Il secondo livello obbligatorio è l' IrLAP (InfraRed Link Access Protocol), che si pone sopra quello fisico e rappresenta il livello datalink del modello ISO/OSI. Tra gli aspetti di cui si occupa vi sono: l'autenticazione, il rilevamento di altri dispositivi di comunicazione, lo stabilimento di una connessione bidirezionale, la negoziazione del ruolo dei dispositivi (master e slave, i primi che controllano e abilitano altri dispositivi al trasferimento, e i secondi che dipendono dai master). Si tratta quindi di un livello datalink molto semplificato, molto banale, ma allo stesso tempo essenziale. Quando l'IrDA è stato integrato nei PC ci si è subito preoccupati di integrare le funzioni di autenticazione con il sistema operativo, perché poteva rappresentare un cavallo di troia per entrare nel computer. E' chiaro che un livello di autenticazione su un telecomando non è necessario: degli utenti malevoli che mi attaccano il telecomando è quanto meno fantasioso.
Il livello tre è l' IrLMP (InfraRed Link Management Protocol), l'ultimo dei protocolli obbligatori perché lo standard sia conforme alla definizione IrDA. Lo possiamo distinguere in due parti:
Iniziamo ora una rapida carrellata sui protocolli opzionali che sono sopra i tre obbligatori:
Forse tutti questi protocolli avrebbero avuto una vita più lunga se non fosse arrivato il Bluetooth a soppiantare il livello fisico.
Uno dei primi problemi da affrontare in una comunicazione wireless è come capire se il trasmettitore e il ricevitore sono davvero quelli che dicono di essere. E' un problema nuovo, che in una comunicazione via cavo non si pone perché i due dispositivi sono fisicamente connessi tra loro.
Il problema è stato affrontato mettendo in campo diverse strategie, una delle quali è l'assegnamento di identificativi univoci ai dispositivi wireless. Questa operazione apparentemente improba è in realtà piuttosto semplice e collaudata, dal momento che dietro quasi tutti gli standard (IrDA, Bluetooth, Wi-Fi, ...) ci sono dei consorzi universalmente riconosciuti, che distribuiscono - dietro pagamento - ai costruttori di dispositivi che ne fanno richiesta, dei codici univoci. Se ad esempio per ogni componente è associato un identificativo di 64bit, i primi 10 sono assegnati dal consorzio e caratterizzano univocamente il produttore, mentre i rimanenti sono utilizzati in autonomia da questi ultimi. Questa tecnica (la stessa dei MAC Address sulle schede di rete) dovrebbe garantire che non ci siano sul pianeta due dispositivi con lo stesso id per un certo standard di trasmissione. Un altro vantaggio indiretto è che se succede un casino con un prodotto riusciamo subito a risalire al produttore, aspetto su cui torneremo meglio dopo.
Benissimo, ora che abbiamo un codice univoco che identifica il mio componente elettronico, che me ne faccio? Come lo associo all'altro componente con cui deve comunicare? Nella maggior parte dei protocolli sono definite delle procedure che effettuano questa associazione, ad esempio con il master della comunicazione che si ricorda l'id del componente con cui sta parlando. E' quello che succede quando colleghiamo un auricolare Bluetooth al nostro cellulare: chiediamo al telefono di fare una discovery dei dispositivi accesi in zona, e quando lo trova ci chiede se vogliamo associarlo; se rispondiamo di sì non ci verrà più chiesto di ripetere l'operazione di conferma, perché il master si sarà memorizzato sulla sua memoria flash l'identificativo dell'altro.
Il problema di sapere con chi sto parlando è un problema serissimo, e se è già critico per collegare le cuffie a un cellulare figuriamoci in applicazioni industriali. La tecnologia RFID (Radio Frequency IDentification) è uno dei sistemi wireless per l'identificazione automatica di oggetti, animali o persone. Prima di entrare nel merito, vediamo qualche caso di utilizzo:
Il sistema RFID si basa sulla lettura a distanza di informazioni contenute in un tag RFID, usando dei lettori RFID. I tag RFID sono in genere composti da un microchip (che contiene l'id) e un'antenna per comunicare. Esistono diversi tipi di tag:
Alcuni tipi di tag possono avere potenza di calcolo, e quindi montare un vero e proprio sistema operativo che permetta ad esempio di raggiungere velocità di trasmissioni maggiori, instaurare sessioni, crittare gli identificativi trasmessi, eccetera.
Gli ambiti di applicabilità di una tecnologia RFID sono molto ampi, soprattutto ora che nel mondo c'è un'esigenza sempre più grande di tracciare la provenienza e il tragitto di qualsiasi prodotto (dal ciclo di produzione della mozzarella campana, alla movimentazione degli armamenti bellici). Si tratta di un problema particolarmente sentito soprattutto per quanto riguarda generi alimentari o farmacologici. Ad esempio oggi l'ossigeno che arriva sopra la presa di un letto di ospedale è considerato un farmaco, e come tale deve seguire tutte le normative dei farmaci; quindi dovrò sempre sapere a quale lotto di produzione appartiene ogni boccata d'ossigeno, così come so in quale stabilimento è stata prodotta una confezione di aspirine e in quale lotto. Il motivo per cui è importante è evidente: se ci accorgiamo che un certo lotto è avariato dobbiamo essere in grado di risalire il più velocemente possibile a tutti gli altri prodotti realizzati insieme ad esso e già in commercio, così da poterli ritirare dal mercato. Nel mondo reale realizzare tutto questo è un casino, ma allo stesso tempo è un'esigenza ineliminabile e sempre più sentita.
Alcune di queste applicazioni fino ad ora venivano fatte con i codici a barre (bar code), una tecnologia molto solida e che funziona ancora benissimo, grazie soprattutto a vari accorgimenti come una pesante ridondanza delle informazioni che li rende molto robusti agli errori (ad esempio sono sempre riportati anche i numeri identificativi corrispondenti, così che l'operatore umano possa utilizzarli nel caso in cui lo scanner non riconoscesse il bar code). Ancora oggi molta logistica nei magazzini si fa coi codici a barre. L'unico difetto rispetto alle tecniche RFID è che i bar code per essere letti devono essere puntati, mentre i primi basta che entrino nel raggio di azione delle antenne; ciò vuol dire che anche se gli oggetti sono messi alla rinfusa, saranno comunque letti.
Esistono diversi tipi di tag RFID, alcuni dei quali disciplinati da standard ISO. A costo di ripeterci, accanto ad ogni standard metteremo le principali applicazioni:
Purtroppo questi standard cambiano a seconda dei vari paesi in cui sono applicati, perché molte frequenze sono ancora riservate per usi militari, anche se in realtà non sono più sfruttate. Un processo di unificazione potrebbe contribuire a un’ulteriore accelerazione nell’adozione su scala globale degli RFID.
Nei primi due standard l'accoppiamento è di tipo induttivo (in realtà lo è fino ai 30 MHz), e ci sono quattro sottostandard che dipendono dalla distanza a cui devono trovarsi i dispositivi perché funzionino (si arriva anche ad un metro di distanza, che è un buon valore per un tag passivo). Al di sopra dei 30 MHz l'accoppiamento diventa radiativo, ed è molto utile per il funzionamento in ambienti molto grandi (tag passivi possono trovarsi anche a diversi metri per essere rilevati e comunicare, quelli attivi a decine di metri, fino a 200m in campo aperto).
Altre caratteristiche dell'RFID in base alle frequenze a cui trasmettono:
Uno dei vantaggi dell'RFID è che non c'è nessun contatto tra i dispositivi che partecipano alla trasmissione, che quindi non sono soggetti a usura delle parti (cosa che succede invece con le bande magnetiche, che col tempo sono soggette a deterioramento). La lettura poi può essere sia volontaria (con tutte le agevolazioni del caso) che involontaria (difficilmente realizzata con tag passivi, per i motivi che ci siamo già detti).
Il costo di un tag è molto basso, dai pochi decimi di dollaro di quelli applicati sui prodotti commerciali (realizzati in grande quantità e destinati ad essere cestinati con tutta la confezione), a quelli utilizzati per identificare le persone (come le tessere) che possono andare da 1.50€ ai 7.50€ se sono a colori.
And last but not the least, non è richiesto un posizionamento preciso del tag RFID rispetto al lettore: possono essere tanto allineati quanto obliqui o capovolti, l'importante è che il tag si trovi entro il raggio di azione dell'antenna.