در مطالب گذشته در مورد تکنولوژی RFID و کاربرد آن در سیستم های امنیتی و گیت های فروشگاهی صحبت کردیم. اکنون به بررسی اجزای یک سیستم RFID خواهیم پرداخت. اگر علاقمند هستید با ما همراه باشید.

اجزای تشکیل دهنده سیستم RFID:

  تگ :که به آن فرستنده خودکار و یا  transporterنیز گفته می شود، شامل یک تراشه نیمه هادی، یک آنتن و در برخی موارد یک باطری است.

 بررسی کننده :که به آن کدخوان و یا دستگاه نوشتن و خواندن نیز گفته می شود، شامل یک آنتن ، یک ماژول الکترونیکی RF و یک ماژول کنترلی است .

 کنترل کننده :که به آن هاست نیز گفته می شود، اغلب یک کامپیوتر شخصی و یا ایستگاه کاری است که بر روی آن بانک اطلاعاتی و نرم افزار کنترلی اجراء شده است .

مبادله اطلاعات بین تگ و بررسی کننده از طریق امواج رادیویی انجام می شود . زمانی که یک شی حاوی تگ RFID به محدوده خواندن یک بررسی کننده وارد می شود ، بررسی کننده با ارسال یک سیگنال به تگ اعلام می نماید که داده ذخیره شده در خود را ارسال نماید

 تگ ها قادر به ذخیره اطلاعات مختلفی در خصوص یک شی می باشند . ذخیره شماره سریال، شماره قطعه و یا دستورالعمل های پیکربندی نمونه هایی در این زمینه می باشد . بررسی کننده پس از دریافت داده ذخیره شده در تگ ، اطلاعات مربوطه را از طریق یک رابط شبکه ای استاندارد نظیر یک رابط اترنت شبکه محلی و یا حتی اینترنت برای کنترل کننده ارسال می نماید . در ادامه ، امکان استفاده از اطلاعات دریافتی برای کنترل کننده در زمینه های مختلفی فراهم می گردد .به عنوان نمونه ، کنترل کننده می تواند از داده دریافتی برای بهنگام سازی موجودی یک کالا در بانک اطلاعاتی و یا تغییر مسیر یک شی بر روی یک سیستم تسمه نقاله استفاده نماید .

یک سیستم RFID می تواند شامل بررسی کننده های متعددی باشد که در محدوده یک ساختمان انبار و یا خطوط مونتاژ توزیع شده اند . تمامی بررسی کننده ها می توانند به یک کنترل کننده متصل و شبکه ای را با یکدیگر ایجاد نمایند . یک بررسی کننده می تواند با بیش از یک تگ بطور همزمان ارتباط برقرار نماید . با توجه به وضعیت فعلی فناوری RFID ، امکان مبادله 1000 تگ در هر ثانیه بطور همزمان با دقتی معادل 98 % وجود دارد . تگ های RFID را می توان به هر چیزی متصل نمود از یک کفه بارگیری گرفته تا یک نوزاد و یا یک جعبه موجود در قفسه یک فروشگاه .

در ادامه به بررسی جزئیات هر یک از این اجزاء می پردازیم :

تگ ها

وظیفه اولیه یک تگ RFID ، ذخیره داده و ارسال آن به یک بررسی کننده است . در ساده ترین حالت ، یک تگ شامل یک تراشه الکترونیکی و یک آنتن است که در یک بسته در کنار یکدیگر قرار می گیرند . تراشه موجود در تگ های RFID از حافظه ای با قابلیت فقط خواندنی و یا خواندنی / نوشتنی به منظور ذخیره و بازیابی داده و در برخی موارد تغییر داده استفاده می نماید . در برخی تگ ها ممکن است از یک باطری نیز استفاده شود ( وجه تمایز تگ های فعال و غیرفعال ) .

 

لایه های تشکیل دهنده تگ

 

 

انواع تگ براساس منبع انرژی تامین کننده

فعال : تگ های فعال به آن دسته از تگ های RFID اطلاق می شود که بر روی برد اصلی آنان یک باطری نصب شده باشد .در زمانی که لازم است تگ RFID داده ذخیره شده در خود را برای بررسی کننده ارسال نماید ، از این منبع برای کسب توان لازم جهت انتقال داده استفاده می گردد ( مشابه نقش باطری موجود در تلفن های همراه ) . بدین دلیل ، تگ های فعال قادر به برقراری ارتباط با بررسی کننده هایی می باشند که دارای قدرت کمتری هستندو می توانند اطلاعات را تا محدوده بیشتری ارسال نمایند. علاوه بر این ، تگ های فعال عموما” دارای حافظه های زیادی نیز می باشند. تگ های فعال در مقام مقایسه نسبت به تگ های غیرفعال بزرگتر بوده و همچنین از پیچیدگی بیشتری برخوردارند . همین موضوع باعث شده است که هزینه تولید آنها بالا باشد . عمر مفید باطری موجود در تگ های فعال ، دو تا هفت سال پیش بینی می گردد . تگ های غیرفعال ، دارای منبع تغذیه ای بر روی برد نمی باشند و قدرت خود برای ارسال داده را از سیگنال ارسالی بررسی کننده می گیرند . این وضعیت باعث می شود که اندازه تگ ها کوچک تر شده و هزینه های تولید نیز کاهش یابد.

غیرفعال: تگ های غیرفعال محدوده کمتری را نسبت به تگ های فعال پوشش می دهند ( به عنوان نمونه چندین متر ) . با توجه به این که تگ های غیرفعال توان لازم جهت ارسال داده را از بررسی کننده خود می گیرند ، لازم است این نوع بررسی کننده ها دارای توان مناسبی باشند . تگ های غیرفعال دارای حافظه بمراتب کمتری نسبت به تگ های فعال می باشند ( درحدچندین کیلو بایت ). برخی از تگ های غیرفعال ، ممکن است دارای باطری از قبل تعبیه شده ای بر روی برد اصلی خود باشند که از آن برای کمک در ارسال سیگنال های رادیویی استفاده نمی گردد و کاربرد آن صرفا” فعال کردن مدارات الکترونیکی بر روی برد است .

Tag های نیمه غیر فعال : Semi-Passive Tags که علاوه بر استفاده از باطری داخلی شان، میتوانند از انرژی منتقل شده توسط Reader ها نیز بهره مند شوند.

Tag های دو طرفه Two way Tags که علاوه براستفاده از باطری داخلی شان میتوانند بدون کمک گرفتن از Reader ها، دیگر اقسام هم شکل خود را نیز شناسایی کرده و با آنها به گفتگو بپردازند.

 

انواع تگ بر اساس ویژگیهای فیزیکی ظاهری

Tag هایی که دارای کفه پلاستیکی از جنس PVC میباشند و معمولاً در وسط آنها یک سوراخ دیده میشود که بسیار با دوام بوده و میتوان از آنها بارها و بارها استفاده کرد.

Tag هایی که شبیه کارتهای اعتباری هستند ومعمولاً به آنها کارتهای هوشمند بدون تمـاس (Contact less Smart Cards) گفته میشود.

Tag هایی که بصورت لایه های کاغذی بر روی برچسب ساخته میشوند که به آنها برچسب های هوشمند (Smart Labels) گفته میشود.

Tag هایی که در محیطهای قابل فرسایش (مثلاً آب یا مایع) به خوبی کار میکنند. اینگونه Tag ها در کپسولهای شیشه ای قرار دارند.

Tag های کوچک که در داخل اشیاء عمومی مثل لباس، ساعت، دستبند و …. کارگذاشته میشود و اغلب ممکن است به شکل یک کلیه یا دسته کلید بنظر برسند.

 

انواع تگ بر اساس حافظه مورد استفاده

یکی دیگر از تفاوت های مهم بین تگ های بکارگرفته شده در سیستم های RFID ، نوع حافظه استفاده شده در آنهاست . از دو نوع حافظه فقط خواندنی و خواندنی / نوشتنی در تگ های RFID استفاده می گردد .حافظه فقط خواندنی ، حافظه ای است که فقط امکان خواندن اطلاعات از آن وجود دارد و نمی توان اطلاعات موجود در آن را تغییر داد . تگ های این نوع همانند کدهای میله ای می باشند که فقط یک مرتبه برنامه ریزی می گردند( توسط یک تولید کننده ) . این نوع تگ ها معمولا” با حجم اندکی داده نظیر شماره سریال و یا شماره قطعه که به صورت ثابت می باشند ، برنامه ریزی می گردند و می توان آنان را به سادگی با سیستم های موجود کد میله ای تلفیق کرد. تگ هایی از نوع RW که به آنان تگ های هوشمند نیز گفته می شود ، از انعطاف بالائی برخوردار هستند . در این نوع تگ ها امکان ذخیره حجم بالائی از اطلاعات وجود دارد . تگ های فوق از حافظه هایی با قابلیت آدرس دهی استفاده می نمایند که می توان به سادگی با آدرس دهی مناسب ، محتویات موجود در هر مکان حافظه را تغییر داد . اطلاعات موجود در تگ های RW را می توان به دفعات پاک کرد و مجددا” نوشت. با توجه به ویژگی مهم این گونه تگ ها ، می توان آنها را به منزله بانک های اطلاعاتی سیار در نظر گرفت که اطلاعات پویا و مهمی توسط آنان حمل می گردد، بر خلاف وضعیتی که داده ها بطور متمرکز بر روی کنترل کنننده ذخیره شده است  . با توجه به کاهش هزینه تولید این گونه تگ ها در سالیان اخیر و کاربرد گسترده آنان ، استفاده از سیستم های RFID همچنان روند رو به رشدی را با سرعت بالا طی می نماید.

علاوه بر دو نوع حافظه اشاره شده ، گونه های دیگری از حافظه  در تگ های RFID استفاده می گردد که بد نیست به آنها نیز اشاره ای داشته باشیم .

حافظه هایی با ویژگی یک مرتبه نوشتن و چندین مرتبه خواندن ( WORM برگرفته شده از write-once-read-many ) : این نوع حافظه ها همانند حافظه های فقط خواندنی می باشند که با حجم اندکی از اطلاعات ثابت برنامه ریزی می شوند و امکان تغییر اطلاعات موجود برای یک مرتبه در اختیار کاربر گذاشته می شود ( نظیر CD-ROM ) . از این نوع حافظه ها می توان در خطوط مونتاژ و برای ثبت تاریخ و یا مکان تولید پس از تکمیل فرآیند تولید  استفاده کرد . استفاده همزمان از دو نوع حافظه فقط خواندنی و خواندنی / نوشتنی. برخی از تگ های RFID با توجه به نوع کاربری ممکن است از دو نوع حافظه فقط خواندنی و خواندنی / نوشتنی بطور همزمان استفاده نمایند که هر یک دارای جایگاه مختص به خود می باشند .

کنترل کننده

 

  بخش های یک کدخوان 

کدخوان های RFID را می توان به منزله کامپیوترهای کوچکی در نظر گرفت که از سه بخش اساسی زیر تشکیل می گردد: یک آنتن، یک ماژول الکترونیک RF که مسئول برقراری ارتباط با تگ RFID است و یک ماژول کنترل کننده الکترونیکی که مسئولیت ارتباط با کنترل کننده را برعهده دارد .

  وظایف یک کدخوان

یک کدخوان RFID به عنوان یک پل بین تگ RFID و کنترل کننده عمل می نماید و دارای وظایف زیر است :

• خواندن محتویات داده یک تگ RFID نوشتن داده در تگ ( در خصوص تگ های هوشمند )
• باز انتشار داده برای کنترل کننده و بالعکس
• تامین انرژی مورد نیاز تگ ( در خصوص تگ های غیرفعال )

علاوه بر انجام عملیات فوق ، بررسی کننده های پیچیده تر RFID قادر به انجام سه عملیات مهم دیگر نیز می باشند:

• مقابله باتصادم :حصول اطمینان ازارتباطات همزمان با چندین تگ
• تائید تگ ها : پیشگیری از سوء استفاده احتمالی و دستیابی غیرمجاز به سیستم
• رمزنگاری : حصول اطمینان از یکپارچگی داده

مقابله با تصادم :هدف از پیاده سازی الگوریتم های ضد تصادمی، حصول اطمینان از توانائی بررسی کننده جهت برقراری ارتباط همزمان با چندین تگ می باشد . فرض کنید در محدوده تحت پوشش یک بررسی کننده صدها تگ وجود داشته باشد و تمامی آنان بخواهند در یک لحظه اطلاعات خود را ارسال نمایند . بدیهی است به منظور پیشگیری از بروز تصادم ، می بایست ازالگوریتم هائی خاص استفاده کرد. برای پیاده سازی الگوریتم های ضد تصادمی در بررسی کننده ها از سه روش مختلف استفاده می گردد :  سه بعدی،  فرکانسی ، زمانی

از تمامی روش های اشاره شده به منظور برقراری یک سلسله مراتب و یا سنجش تصادفی و با هدف پیشگیری از بروز تصادم در زمان ارسال اطلاعات استفاده می شود.

  تائید تگ ها :در سیستم هائی که نیازمند یک سطح خاص از امنیت می باشند ، بررسی کننده می بایست با استفاده از مکانیزم هائی خاص ، هویت کاربران سیستم را تائید نماید . در چنین سیستم هائی فرآیند تائید کاربران در دو سطح و یا دو لایه مجزا پیاده سازی می گردد . بخشی از فرآیند بر روی کنترل کننده و بخش دیگر ، بر روی بررسی کننده انجام می شود. برای تائید کاربران از دو روش عمده استفاده می گردد .  متقارن و مشتق از کلید.

در روش های فوق ، یک تگ RFID یک کد کلید را در اختیار بررسی کننده قرار می دهد تا در ادامه در اختیار یک الگوریتم گذاشته شود .در صورت تائید ( بر اساس خروجی الگوریتم ) ، امکان ارسال داده در اختیار تگ RFID گذاشته می شود .

رمزنگاری و رمزگشائی داده :رمزنگاری داده یکی دیگر از اقدامات امنیتی است که می بایست به منظور پیشگیری از تهاجم خارجی به سیستم ، پیاده سازی شود . به منظور حفاظت از یکپارچگی داده ارسالی و پیشگیری از رهگیری و استراق سمع داده از رمزنگاری استفاده می گردد . بررسی کننده رمزنگاری و رمزگشائی را پیاده سازی می نماید .

مکان استقرار و اندازه کدخوان ها :در سیستم های RFID ، لازم نیست که تگ ها در معرض دید دستگاه های کد خوان قرار بگیرند ( بر خلاف سیستم های کد میله ای ) . مهمترین مزیت ویژگی فوق ، آزادی عمل طراحان برای اتخاذ تصمیم در خصوص مکان استقرار بررسی کننده است . برخی از بررسی کننده ها را می توان بطور ثابت به درب ها متصل نمود ، برخی دیگر را می توان از سقف آویزان کرد و در بررسی کننده های کوچکتر قابل حمل دستی ، این امکان در اختیار کاربر گذاشته می شود تا با استقرار در یک مکان راه دور ، اقدام به خواندن اطلاعات نماید ( در مکان هائی که امکان نصب بررسی کننده ثابت وجود ندارد ) . در اغلب موارد می توان اینگونه دستگاه های بررسی کننده قابل حمل را  به صورت بی سیم و یا باسیم به کامپیوتر متصل نمود . نمونه ای از انواع این کدخوان ها در تصویر فوق به نمایش درآمده است.

 

کنترل کننده ها

کنترل کننده های RFID به منزله مغز متفکر یک سیستم RFID عمل می نمایند. از این دستگاه ها به منظور اتصال شبکه ای چندین بررسی کننده و تمرکز در پردازش اطلاعات استفاده می گردد . کنترل کننده در هر شبکه ، اغلب یک کامپیوتر شخصی و یا یک ایستگاه کاری است که بر روی آن بانک اطلاعاتی و یا سیستم نرم افزاری اجراء شده است ( و یا شبکه ای از این ماشین ها ). کنترل کننده بر اساس اطلاعات دریافتی قادر به انجام عملیات مختلفی با توجه به نوع سیستم RFID  می باشد :

نگهداری و بهنگام سازی موجودی کالا و اعلام اتوماتیک به واحد تدارکات ( در مواردی که موجودی یک کالا از سقف تعیین شده کاهش پیدا می نماید )، ردیابی جابجائی اشیاء در یک سیستم و حتی تغییر مسیر آنها ( نظیر سیستم تسمه نقاله در یک برنامه صنعتی ) ، بررسی هویت و اعطاء مجوزها، به روز رسانی حساب کاربران، ردیابی افراد و اشیاء در هر مکان ، جلوگیری از ورود و خروج بی مجوز و یا تسهیل در آن.