• تلفن تماس : 02166952240

شناسایی از طریق امواج رادیوییRFID

گروه شرکت های آ د پارس

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

اشتراک بگذارید

Submit to DeliciousSubmit to DiggSubmit to FacebookSubmit to Google PlusSubmit to StumbleuponSubmit to TechnoratiSubmit to TwitterSubmit to LinkedIn
گروه شرکت های آ د پارس