فناوري شناسایی از طریق امواج رادیویی (RFID)

RFID یک تکنولوژی قدرتمند با پتانسیل بالا جهت استفاده در تجارت و مبتنی بر تکنولوژی انتشار رادیویی و رادار می باشد . این تکنولوژی ابزاری برای شناسایی یک شخص یا شیء با استفاده از ارسال یک فرکانس رادیویی می باشد . RFID می تواند برای   طبقه بندی ، ردگیری ، دسته بندی و شناسایی الکترونیکی و بیسیم رنج گسترده ای از اشیاء ، انسان ها و حیوانات مورد استفاده قرار گیرد .

به طور کلی ، در حال حاضر تکنولوژی های متعددی برای کاربردهای شناسایی خودکار (Automatic Identification Technologies) وجود دارد ، که RFID نیز از جمله آنها است . سيستم هاي شناسايي خودکار در مواردي مانند امنيت و کنترل دسترسي ، رديابي محصولات در زنجيره تاٌمين و کنترل شناسه محصولات در نقطه فروش استفاده مي شوند .  در زیر نمونه هايي از این تکنولوژی ها لیست شده اند :

-                    OCR (Optical Character Recognition)

-                    نوار مغناطیسی (Magnetic Stripe)

-                    بارکد

-                    بایومتریک

-                    روش های جدید Chipless (رادار ، SAW)

-                    RFID

 

در واقع RFID از دسته تکنولوژی های ADC (Automatic Data Capture)می باشد ، که امواج رادیویی را برای ارسال دیتا بین یک ریدر و آیتمی که موقعیت مکانی آن تغییر پذیر است ، مورد استفاده قرار می دهد. این تکنولوژی سریع و قابل اطمینان می باشد و نیازی به دید فیزیکی یا تماس بین ریدر و آیتم مورد نظر نمی باشد . چنانچه در بالا ليست گرديده است ، بارکد نيز از دسته تکنولوژي هاي ADC مي باشد . با اين حال RFID برتري هاي زيادي نسبت به بارکد دارد که در زير به چند نمونه از مهمترين موارد اشاره مي شود:

-                    عدم نياز به خط ديد مستقيم

-                    سرعت عمل بالا

-                    قابليت خواندن و نوشتن

-                    شناسه واحد بين المللي

-                    ظرفيت ذخيره سازي بيشتر براي داده ها

-                    امنيت بالاتر

 

ساختار سیستم RFID

در یک سیستم نوعی ، tag به آیتم مورد نظر بسته می شود . هر tag دارای میزان معینی حافظه داخلی (EEPROM) می باشد ، که در آن اطلاعاتی در مورد آن آیتم از قبیل شماره شناسایی واحد ، تاریخ ساخت و ... را ذخیره می کند . هنگامی که tag ها از میدان تولید شده توسط ریدر عبور می کنند ، اطلاعات خود را به ریدر برمی گردانند و بدینوسیله آیتم شناسایی می گردد . پیش از این بیشتر تمرکز تکنولوژی RFID بر روی سیستم هایی بود که با حجم نسبتاً کمی از داده ها کار می کنند . اما در حال حاضر رویکرد به سمت سیستم های با حجم داده ای بزرگ می باشد که با سیستم های IT پشتیبانی می گردند .  هر سیستم مبتنی بر RFID دارای سه جزء اصلی (شکل ) زیر می باشد :

-                    Tag یا Transponder که شامل تراشه و آنتن می باشد . RFID tag تحت عناوین دیگری نظیر IC tag ، e-tag ، Transponder ، بارکدهای بیسیم و برچسب های هوشمند نیز شناخته می شود . آیتم هایی که این tag ها به آنها متصل می گردند ، را اصطلاحاً tagged item می نامند .

-                    ریدر که شامل ماژول RF ، واحد کنترل ، یک المان تزویج برای ارتباط با tag از طریق امواج رادیویی و اینترفیس های متعدد (مانند RS-232 ، RS-485) برای ارتباط با کامپیوتر میزبان می باشد . تزویج (Coupling) ریدر با tag ها در فرکانس های 100کیلوهرتز تا 30 مگاهرتز ، تزویج القایی و در سیستم های HF و مایکروویو تزویج الکترومغناطیسی می باشد . بدین دلیل هر چه فرکانس بالاتر باشد ، نرخ ارسال داده ها بیشتر است . قابل ذکر است که سیستم های RFID با کوپل القایی (فرکانس LF) بیشتر از سیستم های UHF و مایکروویو از تداخل الکترومغناطیسی رنج می برند . لذا احتمال اینکه سیستم های مایکروویو در کارخانجات و اتوماسیون صنعتی استفاده شوند ، بیشتر است . در کاربردهای خاصی نظیر شناسایی واگن قطارها که با سرعت زیاد حرکت می کنند ، از تزویج انتشاری (Propagation Coupling) نیز استفاده می شود .

-                    کامپیوتر میزبان به عنوان زیرسیستم پردازش داده ها ، در بر گیرنده Middleware یا میان افزار می باشد . در سیستم ها بزرگ این بخش می تواند در ارتباط با شبکه های پر سرعت بوده و با دیتا بیس هایی در ارتباط باشد .

 

 

عملکرد کلی سیستم های RFID

در طرف ریدر ، یک مدار مجتمع سیگنال دیجیتالی را به یک فرستنده /گیرنده تحویل می دهد . فرستنده/گیرنده یک سیگنال رادیویی تولید می کند . این سیگنال توسط آنتن منتشر می گردد . میدان الکتریکی حاصل از سیگنال منتشر شده توسط ریدر ، باعث ایجاد اختلاف پتانسیلی در طول آنتن tag (که در معرض این انتشار قرار گرفته است) ، می گردد . این اختلاف پتانسیل باعث جاری شدن جریانی در یک خازن و در نتیجه شارژ شدن آن می شود . به منظور به دام انداختن این ولتاژ در خازن از یک دیود استفاده می شود که مدار تله (Trap) ایجاد می کند . ولتاژ دو سر خازن ، مدار مجتمع روی tag را تغذیه می کند . در این صورت این مدار مجتمع یک شناسه واحد را به صورت دنباله ای از ولتاژهای بالا و پایین (به ترتیب به عنوان یک و صفر دیجیتال) بیرون می فرستد . این سیگنال به یک ترانزیستور منتقل می شود . این ترانزیستور با بالا و پایین شدن سیگنال دیجیتال ، روشن و خاموش می شود و باعث می گردد که آنتن امواج رادیویی ساطع شده از ریدر را جذب یا منعکس کند . قابل ذکر است که سیگنال یکسانی برای ارسال توان و تبادل دیتا استفاده می شود . حداکثر توان ارسال شده در فرکانس های مختلف توسط نهادهای دولتی وضع می گردد . این مقررات نرخ اطلاعاتی که می تواند از ریدر به tag ارسال شود را محدود می نمایند .

تغییر دامنه سیگنال منعکس شده ، که مدولاسیون Backscatter نامیده می شود ، بستگی به الگوی روشن و خاموش شدن ترانزیستور دارد . فرستنده/گیرنده ریدر سیگنال های منعکس شده را آشکار نموده و آنها را به یک سیگنال دیجیتال تبدیل می کند و به مدار مجتمع تحویل می دهد . در این قسمت شناسه واحد tag تشخیص داده می شود .

 

تنوع tag های RFID

هر شیء که بخواهد در سیستم RFID شناسایی گردد ، نیاز دارد که یک tag به آن متصل شده باشد . tag ها در رنج وسیعی از شکل های ظاهری ، متناسب با کاربردها و محیط های مختلف طراحی و ساخته می شوند . ساختمان یک tag شامل یک ماده (کاغذ ، PVC ، PET و...) به عنوان زمینه (Substrate) می باشد که روی آن آنتنی از جنس رسانا مثل جوهر نقره ، آلومینیوم و مس ، ساخته می شود . سپس تراشه با استفاده از تکنیکی مانند سیم بندی یا Flip Chip ، به آنتن متصل می گردد . در نهایت یک پوشش با همان جنس زمینه روی آنها اضافه می شود . شکل مراحل اخیر را نشان می دهد .

 

مجموعه چیپ ، آنتن و بسته بندی مربوطه را tag می گویند . به منظور دسته بندی tag ها لازم است ابتدا مشخصه های tag را بشناسیم ، تا بر اساس این مشخصه ها دسته بندی صورت گیرد . مشخصه های tag عبارتند از :

-                    ابزاری که tag با آن تغذیه می شود .

-                    اختیارات حمل دیتا

-                    اختیارات برنامه ریزی

-                    شکل فیزیکی

-                    باند فرکانسی کار

-                    قیمت ها

-                    نرخ خواندن داده ها از tag

Tag ها بر اساس اینکه توان مورد نیاز آنها از کجا تامین می شود ، به دو دسته تقسیم می شوند :

-                    tag های فعال (Active)

-                    tag های غیر فعال (Passive)

Tag های فعال آنهایی هستند که توان مورد نیاز آنها توسط یک منبع تغذیه (باتری) داخلی تامین می شود . این tag ها به خاطر وجود باتری ، از یک طرف طول عمر محدود و از طرف دیگر برد بیشتری دارند . این tag ها نسبت به نوع دوم ، مصونیت بیشتری در مقابل نویز دارند . همچنین نرخ ارسال داده ها در این tag ها بالاتر است .

 

Tag های غیر فعال ، بدون باتری داخلی کار می کنند . توان مورد نیاز در آنها از میدان تولید شده توسط ریدر استخراج می شود . این نوع tag ها از نوع فعال ارزانتر بوده ، طول عمر نامحدود دارند (تا زمانی که آسیب فیزیکی نبینند) ، در معرض نویز بیشتری می باشند ، به ریدرهای قدرتمندتری نیاز دارند و به جهت حساسترند .

از نظر اختيارات حمل داده ها ، یک tag یا اینکه فقط در برگیرنده یک شناسه با طولی بین 1 تا 128 بیت باشد و یا در برگیرنده فایل های داده ای پرتابل مثلاً با حجم 64 کیلوبایت باشند . لذا از این نظر تنوعی در tag ها وجود دارد . نرخ خواندن این داده ها با فرکانس کاری tag در ارتباط می باشد ، به گونه ای که هر چه فرکانس بالاتر باشد ، نرخ خواندن بیشتر است . البته اين نکته بايد ذکر گردد که اين امر معايبي مانند افزايش ابعاد ، توان مصرفي و قيمت تمام شده را در پي دارد . اين نکته نيز نبايد فراموش گردد که فاصله قابل خواندن بودن tag افزايش مي يابد که در برخي کاربردها مي تواند مفيد واقع گردد .

از نقطه نظر اختیارات برنامه ریزی tag ها می توانند :

-                    فقط قابل خواندن (ارزان هستند)

-                    یکبار قابل نوشتن و چندین بار قابل خواندن

-                    قابل خواندن/ نوشتن (گران هستند)

باشند . علت استفاده از tag های قابل خواندن/ نوشتن ، انعطاف پذیری آنها می باشد . از آنجا که نیازهای مشتری متغیر می باشد و استانداردها نیز تغییر می نمایند ، به این tag ها نیاز می باشد .

شکل ظاهری Tag ها ، متناسب با نوع کاربرد ، در فرم های فیزیکی متنوعی ساخته می شود . tag های به فرم برچسب که می توانند روی کالاها چسبانده شوند ، به فرم دستبند که می توانند به دست افراد بسته شوند و برای کاربردهایی مانند ردگیری استفاده شوند و به فرم دیسک ها و دکمه هایی که می توانند به یک آیتم بسته شوند ، موجود می باشند . همچنین tag های شیشه ای وجود دارند که می توانند زیر پوست افراد و یا حیوانات کاشته شده و برای شناسایی و ردگیری آنها استفاده شوند .

با توجه به تنوع موجود در مورد tag ها ، ملاحظاتی که در انتخاب یک tag باید لحاظ شوند ، عبارتند از :

-                    اندازه و شکل فیزیکی با توجه به اینکه این tag کجا باید استفاده شود .

-                    آیا tag قابلیت استفاده مجدد دارد ؟

-                    دوام در محیط های خشن .

-                    فاصله ای که tag می تواند با ریدر ارتباط برقرار کند .

-                    محدوده حرارتی که tag می تواند بدون مشکل کار کند .

-                    پروتکل ها واستانداردهای ارتباطی پشتیبانی شده توسط tag .

-                    فرکانس کاری (LF ، HF یا UHF) .

-                    محیط کار (از نظر نویز الکتریکی محیط ، تجهیزات و دستگاه های رادیویی دیگر موجود در آن محیط) .

-                    اثر مواد دیگر از قبیل فلزات و مایعات بر روی tag .

-                    پلاریزاسیون (جهت قرار گرفتن tag برای پاسخ دهی به ریدر).

-                    ماندگاری (آیا tag نیاز به حفاظت در مقابل فرسودگی و پارگی دارد یا خیر ؟).

-                    Tag ها چگونه به هم متصل خواهند شد ؟

-                    مقررات منطقه ای که tag در آن بکار گرفته می شود .

-                    سرعت عبور tag ها از میدان ریدر .

-                    ریدرهای پشتیبانی شده (چه ریدرهای قادر به خواندن این tag خواهند بود ؟).

-                    آیا tag نیاز به اعمال مکانیزم های امنیتی از قبیل رمزنگاری دارد یا خیر ؟

-                    چه تعداد tag به طور همزمان می توانند در میدان ریدر خوانده شوند و این tag ها با چه سرعتی آشکار می شوند ؟

-                    چه حجمی از داده ها روی tag ذخیره خواهد شد ؟

 

 

ریدرهای RFID

ریدر یک المان کلیدی در هر سیستم RFID می باشد . ریدرهای RFID دستگاه هايي ثابت يا قابل حمل بوده که توانايي تحريک tag و آشکارسازي پاسخ دريافتي از آن را دارا هستند و معمولاً شامل آنتن ، منبع تغذيه و مدارات مي باشند . ریدرها از پورت سریال RS-232 یا واسط/پروتکل شبکه برای ارتباط با کامپیوتر ها استفاده می کنند . اين شبکه ها می توانند سیمی یا بدون سیم باشند . همچنين ممکن است يک ريدر علاوه بر توانايي خواندن tag ، قابليت نوشتن آنرا نيز داشته باشد . ريدر ممکن است با دستگاه هاي ديگري به صورت مجتمع ، ارائه گردد .

 

 

 

مقررات و فرکانس های RFID

متناسب با نوع کاربرد ، هزینه ها و قوانین موجود ، برای هر دسته از tag ها و سیستم های مبتنی بر RFID یک باند فرکانسی انتخاب می شود . به طور کلی عملکرد سیستم RFID توسط نهادهای دولتی وضع می گردد . اغلب این سیستم ها در باندهای ISM (Industrial-Scientific-Medical) کار می کنند . فرکانس های رایج تر ، 13.56 مگاهرتز و 928-902 مگاهرتز می باشند . باند فرکانس پایین 135-9 کیلوهرتز نیز برای کاربردهای بدون مجوز در دسترس می باشد .

 

حفظ محرمانگی اطلاعات RFID

Tag ها نباید محرمانگی صاحبانشان را به مخاطره اندازند! و اطلاعات آنها نباید برای ریدرهای غیر مجاز نشت کند . همچنین دارندگان tag ها باید قادر باشند tag های خود را آشکار و غیر فعال کنند . خروجی tag که برای عموم آشکار است ، یا باید به صورت تصادفی درآمده باشد و یا اینکه به راحتی قابل تغییر باشد تا از هم خوانی ها در بلند مدت جلوگیری شود . محتویات خصوصی tag ها باید با اعمال کنترل دسترسی (Access Control) ، محافظت شده باشند . و نیز القاء خطا (Fault Induction) و یا توقف توان (Power Interruption) ، نباید راهی را برای حملات باز کند .   

به منظور حفظ محرمانگی اطلاعات روی tag ، از امنیت مبتنی بر تابع Hash تک راه ، استفاده می شود . هر tag که تابع Hash روی آن فعال شده باشد ، شامل یک بخش حافظه برای ذخیره Meta-id (id غیر آشکار) ، می باشد . این tag می تواند در حالت قفل شده و قفل نشده کار کند . در حالت قفل نشده ، عملکرد کامل و حافظه ، برای هر کسی قابل دستیابی است .

برای قفل نمودن یک tag ، دارنده tag یک مقدار Hash از یک کلید تصادفی را حساب کرده و آن را به عنوان یک پارامتر قفل به tag می فرستد . tag این پارامتر قفل را در موقعیت حافظه Meta-id خود ذخیره می کند و وارد حالت قفل می شود . در حالت قفل ، tag به تمام پرسش ها با پارامتر Meta-id پاسخ می دهد و درخواست های دیگر را رد می کند .

برای خارج کردن یک tag از حالت قفل ، ابتدا دارنده tag مقدار اصلی کلید (که در مرحله قفل استفاده شد) را به tag می فرستد . سپس tag این مقدار را Hash می کند و با پارامتر قفل (که قبلاً در موقعیت Meta-id ذخیره کرده) ، مقایسه می کند . در صورت تطبیق این دو مقدار با هم ، tag خود را از حالت قفل خارج می کند .

در صورت بروز رویداد Power loss ، tag به حالت قفل پیش فرض بر می گردد . در ضمن یک کانال امن می تواند برای مدیریت کلید و غیر فعال کردن tag ، پیاده سازی گردد .  

 

کاربردها

-                    کاربردهای تجاری

o        حمل ونقل و لجستیک

o        مدیریت زنجیره تاٌمین

o        کشاورزی

-                    کاربردهای دولتی

o        امنیتی و دفاعی

o        سیستم های کتابخانه ای

-                    کاربردهای مصرف کنندگان (مشتری)

o        ایمنی و خدمات اجتماعی

o        ورزش

o        فروشگاه ها

o        خانه هوشمند

تابلوی اعلانات

لیست کتب مرجع به روز رسانی شد

سرویس آموزش آنلاین تا اطلاع ثانوی قطع میباشد

آموزش DMR هایترا و موتورلا به روز رسانی شد

پکیج آموزشی طراحی شبکه به اتمام رسید .(آزاد)

کرک نرم افزار طراحی شبکه روی سایت قرار گرفت

 

درباره ما

واحد آموزش مجموعه شرکت های آدپارس

آدرس: تهران خیابان بهشتی ؛ میدان تختی پلاک 259

تلفن:02188543529

فکس : 02189778026

سامانه پیامک : 10002110001000