RFID چيست ؟
امروزه ضرورت شناسايی خودکار عناصر و جمع آوری داده مرتبط به آنان بدون نياز به دخالت انسان جهت ورود اطلاعات در بسياری از عرصه های صنعتی ، علمی ، خدماتی و اجتماعی احساس می شود . در پاسخ به اين نياز تاکنون فناوری های متعددی طراحی و پياده سازی شده است .
به مجموعه ای از فناوری ها که از آنان برای شناسايی اشياء ، انسان و حیوانات توسط ماشين استفاده می گردد ، شناسايی خودکار و يا به اختصار Auto ID گفته می شود . هدف اکثر سيستم های شناسايی خودکار ، افزایش کارآيی ، کاهش خطاء ورود اطلاعات و آزاد سازی زمان کارکنان برای انجام کارهای مهمتر نظیر سرویس دهی بهتر به مشتریان است .
تاکنون فناوری های مختلفی به منظور شناسايی خودکار طراحی و پياده سازی شده است . کدهای ميله ای ، کارت های هوشمند ، تشخیص صدا ، برخی فناوری های بيومتريک ، OCR ( برگرفته شده از optical character recognition ) و RFID ( برگرفته شده از radio frequency identification ) نمونه هايی در اين زمينه می باشند .
در ادامه با فناوری RFID بيشتر آشنا خواهیم شد .
آشنايی اولیه با فناوری RFID
اجازه دهيد برای آشنايی بيشتر با فناوری RFID چندین تعريف از آن را با یکدیگر مرور نمائيم :
-
RFID با استفاده از ارتباطات مبتنی بر فرکانس های راديويی امکان شناسايی خودکار ، رديابی و مديریت اشياء ، انسان و حيوانات را فراهم می نماید . عملکرد RFID وابسته به دو دستگاه تگ و کدخوان است که جهت برقراری ارتباط بين يکديگر از امواج راديويی استفاده می نمایند .
-
به مجموعه ای از فناوری ها که در آنان برای شناسايی خودکار افراد و اشياء از امواج راديويی استفاده می گردد ، RFID گفته می شود . از روش های مختلفی برای شناسايی افراد و اشياء استفاده می شود. ذخيره شماره سريال منتسب به يک فرد و يا شی درون یک ريزتراشه که به آن یک آنتن متصل شده است ، يکی از متداولترین روش های شناسايی خودکار است .
به تلفيق تراشه و آنتن ، تگ RFID و يا فرستنده خودکار RFID گفته می شود . تراشه به کمک آنتن تعبيه شده ، اطلاعات لازم جهت شناسايی آيتم مورد نظر را برای يک کدخوان ارسال می نماید . کدخوان امواج راديويی برگردانده شده از تگ RFID را به اطلاعات ديجيتال تبدیل می نماید تا در ادامه ، امکان ارسال داده برای کامپيوتر و پردازش آن فراهم گردد.
-
RFID يک پلت فرم مهم جهت شناسايی اشياء ، جمع آوری داده و مديريت اشياء را ارائه می نماید . پلت فرم فوق مشتمل بر مجموعه ای از فناوری های حامل داده و محصولاتی است که به مبادله داده بین حامل و يک سيستم مديريت اطلاعات از طریق یک لینک فرکانس راديويی کمک می نماید . تگ های RFID با استفاده از يک فرکانس و بر اساس نياز سيستم ( محدوده خواندن و محيط ) ، پياده سازی می گردند . تگ ها به صورت فعال ( به همراه يک باطری ) و یا غيرفعال ( بدون باطری ) پياده سازی می شوند . تگ های غيرفعال، توان لازم جهت انجام عمليات را از ميدان توليد شده توسط کدخوان می گيرند .
کدخوان RFID ، معمولا" به یک کامپيوتر متصل می شود و دارای نقشی مشابه با یک اسکنر کد میله ای است . مسئوليت برقراری ارتباط لازم بين سيستم اطلاعاتی و تگ های RFID برعهده کدخوان RFID است.
شکل 1 ، یک نمونه تگ RFID را نشان می دهد .
شکل 1 : یک نمونه تگ RFID
شکل 2 ، یک نمونه کدخوان RFID بی سیم با برد 80 متر را نشان می دهد .
شکل 2 : یک نمونه کدخوان RFID بی سیم
RFID چگونه کار می کند ؟
تگ و يا دستگاه فرستنده خودکار ، شامل يک مدار الکترونيکی است که که به شی مورد نظری که لازم است دارای یک کد شناسايی باشد ، متصل می گردد . زمانی که تگ نزدیک و یا در محدوده کدخوان قرار می گيرد ، میدان مغناطيسی تولید شده توسط کد خوان باعث فعال شدن تگ می گردد .
در ادامه ، تگ بطور پيوسته اقدام به ارسال داده از طریق پالس های راديويی می نماید . در نهايت داده توسط کدخوان دريافت و توسط نرم افزارهای مربوطه نظیر برنامه های ERP ( برگرفته شده از Enterprise Resource Planning ) و SCMS ( برگرفته شده از Supply Chain Management systems ) پردازش می گردد .
شکل 3 نحوه انجام فرآیند فوق را نشان می دهد .
شکل 3 : نحوه کار RFID
آیا RFID بهتر از کد ميله ای است ؟
RFID و کدميله ای دو فناوری مختلف با کاربردهای متفاوت می باشند . علی رغم این که ممکن است وظايف این دو فناوری در برخی حوزه ها نقاط مشترکی داشته باشد ، وجود برخی تفاوت ها نیز به اثبات رسیده است :
-
نوع فناوری استفاده شده جهت خواندن کدها : يکی از مهمترین تفاوت های کد میله ای و RFID ، تبعيت کدهای ميله ای از فناوری موسوم به " خط دید " است . این بدان معنی است که یک دستگاه اسکنر لازم است کد ميله ای را ببيند تا بتواند آن را بخواند . بنابراین لازم است برای خواندن یک کد ميله ای ، کد مورد نظر در ديد اسکنر قرار بگيرد .
در مقابل ، شناسايی مبتنی بر فرکانس راديويی به "خط ديد " نیاز ندارد. تا زمانی که تگ های RFID در محدوده قابل قبول کد خوان باشند ، امکان خواندن آنان وجود خواهد داشت .
-
عدم امکان پويش کدشناسايی در صورت بروز مشکل برای برچسب حاوی کد ميله ای : در صورتی که برچسب حاوی کد میله ای خراب ، کثيف و يا پاره گردد ، امکان پويش کد ميله ای وجود نخواهد داشت . این وضعيت در رابطه با تگ های RFID صدق نخواهد کرد.
-
فقدان اطلاعات تکميلی : کدهای ميله ای استاندارد صرفا" قادر به شناسايی محصول و توليد کننده آن می باشند و منحصربفرد بودن کالا را تضمین نمی نمایند . به عنوان نمونه کد ميله ای که بر روی یک ظرف شیر وجود دارد همانند سایر کدهای موجود بر روی سایر محصولات مشابه همان توليدکننده است . این کار ، شناسايی محصولی را که تاریخ مصرف آن به اتمام رسيده است را غيرممکن می سازد .
-
ماهيت خواندن کدها : امکان خواندن تعداد بسيار زيادی از تگ های RFID در یک زمان و بطور اتوماتیک وجود دارد . این در حالی است که کدهای ميله ای می بايست بطور دستی و يکی پس از ديگری پويش گردند .
-
استفاده آسان و قابليت اعتماد : در سيستم های مبتنی بر فناوری RFID ، امکان خواندن تگ ها از مسافت بيشتری وجود دارد .همچنين درصد بروز خطاء در زمان خواندن کد کمتر از کدهای ميله ای است .
آيا فناوری RFID يک فناوری جديد است ؟
RFID يک فناوری تائيد شده از سال 1970 تا کنون است و به دليل قيمت بالای آن تاکنون در برنامه های تجاری اندکی مورد استفاده قرار گرفته شده است . در صورتی که بتوان تگ ها را با قيمت مناسب تری تولید کرد ، استفاده از فناوری RFID می تواند بسیاری از مسائل مرتبط با کدهای ميله ای را برطرف نماید . با توجه به این که امواج راديويی قادر به حرکت در بین اکثر مواد غیرفلزی می باشند ، امکان استفاده از فناوری RFID در حوزه های گسترده تری وجود دارد .
مزایای بکارگیری RFID
هم کدخوان ها و هم تگ ها می توانند دارای اندازه و شکل مختلفی باشند . با توجه به اندازه کوچک تگ ها و آزادی عمل جهت حرکت آنان ، سازمان ها و موسساتی که علاقه مند به استفاده از این فناوری می باشند از انعطاف بالائی در این رابطه برخوردار خواهند بود .
برخی از مزایای بکارگیری فناوری RFID عبارتند از :
-
تگ ها می توانند مخفی باشند و یا در اکثر مواد جاسازی شوند .
-
با توجه به این که تگ ها در ابعاد و اشکال مختلف ارائه می شوند ، کاربران می توانند با توجه به نیاز خود یکی از آنان را انتخاب نمایند.
-
جهت خواند کد لازم نيست که تگ در معرض ديد مستقیم کدخوان قرار بگیرد .
-
با توجه به ماهيت تگ ها ( عدم نیاز به تماس مستقیم ) ، استهلاک و فرسودگی وجود نخواهد داشت .
-
امکان دستکاری کدهای سریال ذخيره شده در تگ ها وجود نخواهد داشت .
برخی از کاربردهای RFID
از فناوری RFID در بسیاری از ساختمان های اداری و به منظور کنترل تردد کارکنان در بخش های مجاز و غیرمجاز استفاده می گردد . تعداد زیادی از فروشندگان کالا به منظور مراقبت الکترونيکی از محصولات خود در مقابل سرقت از این فناوری استفاده می نمایند . برخی نهادی دولتی نیز برای نظارت و کنترل متخلفین از فناوری فوق استفاده می نمایند .
برخی ديگر از کاربردهای فناوری RFID عبارتند از :
-
کنترل موجودی
-
کنترل دستيابی
-
تحليل آزمايشگاهی
-
کنترل تعداد دور . به عنوان نمونه ، ثبت اتوماتیک تعداد دفعاتی که يک دونده می بايست طی نماید
-
ثب زمان و مکان تردد . به عنوان نمونه ، ثبت اتوماتيک زمان و مکان گشت زنی برای برخی مشاغل خاص
-
شناسايی خودرو
-
امنيت ساختمان ها
-
رديابی دارايی ها
-
کنترل ترافيک ، رديابی رانندگان متخلف و ثبت اتوماتیک نخلفات
-
سيستم های حمل و نقل
-
و موارد متعدد ديگر
در پايان بد نيست به اين نکته نیز اشاره نمائيم که يکی از چالش های مهم توليد کنندگان RFID و کاربران ، فقدان استانداردهای لازم در این صنعت است . به عنوان نمونه سيستم های RFID استفاده شده در صنايع خرده فروشی دارای تفاوت اساسی با سيستم هايی می باشند که از آنان به منظور کنترل دستيابی استفاده می گردد .
اجزاء یک سيستم RFID : تگ ها
سيستم های RFID از فناوری مبادله اطلاعات بی سيم برای شناسايی انحصاری اشياء ، انسان و حيوانات استفاده می نمايند . توانمندی این گونه سیستم ها مديون بکارگیری سه عنصر اساسی زیر است .
-
تگ ( که به آن فرستنده خودکار و يا Transponder نیز گفته می شود ) ، شامل يک تراشه نيمه هادی، يک آنتن و در برخی موارد یک باطری است .
-
بررسی کننده ( که به آن کدخوان و يا دستگاه نوشتن و خواندن نيز گفته می شود )، شامل یک آنتن ، يک ماژول الکترونيکی RF و يک ماژول کنترلی است .
-
کنترل کننده ( که به آن هاست نيز گفته می شود ) ، اغلب یک کامپيوتر شخصی و یا ایستگاه کاری است که بر روی آن بانک اطلاعاتی و نرم افزار کنترلی اجراء شده است .
شکل 1 ، اجزاء اصلی یک سيستم RFID را نشان می دهد .
شکل 1 : اجزاء یک سيستم RFID
مبادله اطلاعات بین تگ و بررسی کننده از طریق امواج راديويی انجام می شود . زمانی که يک شی حاوی تگ RFID به محدوده خواندن يک بررسی کننده وارد می شود ، بررسی کننده با ارسال يک سيگنال به تگ اعلام می نماید که داده ذخيره شده در خود را ارسال نمايد . تگ ها قادر به ذخيره اطلاعات مختلفی در خصوص یک شی می باشند . ذخيره شماره سریال ، شماره قطعه و یا دستورالعمل های پيکربندی نمونه هايی در این زمينه می باشد .
بررسی کننده پس از دریافت داده ذخيره 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 دريافتی برای کنترل کننده در زمينه های مختلفی فراهم می گردد . به عنوان نمونه ، کنترل کننده می تواند از داده دريافتی برای بهنگام سازی موجودی یک کالا در بانک اطلاعاتی و یا تغيير مسیر يک شی بر روی یک سيستم تسمه نقاله استفاده نماید .
يک سيستم RFID می تواند شامل بررسی کننده های متعددی باشد که در محدوده يک ساختمان انبار و یا خطوط مونتاژ توزيع 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 بيش 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 چيزی متصل نمود از یک کفه بارگیری گرفته تا يک نوزاد و یا يک جعبه موجود در قفسه یک فروشگاه .
در ادامه با تگ ها و انواع آن بيشتر آشنا می شويم .
تگ های RFID
وظيفه اوليه يک تگ RFID ، ذخيره داده و ارسال آن به يک بررسی کننده است . در ساده ترين حالت ، يک تگ شامل يک تراشه الکترونيکی و يک آنتن است که در يک بسته در کنار يکديگر قرار می گيرند . تراشه موجود در تگ های RFID از حافظه ای با قابلیت فقط خواندنی و یا خواندنی / نوشتنی به منظور ذخيره و بازیابی داده و در برخی موارد تغيير داده استفاده می نماید . در برخی تگ ها ممکن است از یک باطری نیز استفاده شود ( وجه تمایز تگ های فعال و غيرفعال ) .
در شکل 2 ، اجزاء اصلی یک تگ RFID نشان داده شده است .
شکل 2 : اجزاء اصلی یک تگ RFID
تگ های فعال در مقابل تگ های غیرفعال
تگ های فعال به آن دسته از تگ های RFID اطلاق می شود که بر روی برد اصلی آنان يک باطری نصب شده باشد .در زمانی که لازم است تگ RFID داده ذخيره شده در خود را برای بررسی کننده ارسال نمايد ، از این منبع برای کسب توان لازم جهت انتقال داده استفاده می گردد ( مشابه نقش باطری موجود در تلفن های همراه ) . بدين دليل ، تگ های فعال قادر به برقراری ارتباط با بررسی کننده هايی می باشند که دارای قدرت کمتری می باشند و می توانند اطلاعات را تا محدوده بيشتری نیز ارسال نمایند ( به عنوان نمونه ده ها متر) . علاوه بر این ، تگ های فعال عموما" دارای حافظه های زیادی نیز می باشند ( به عنوان نمونه تا 128 کيلوبایت ) .
تگ های فعال در مقام مقايسه نسبت به تگ های غیرفعال بزرگتر بوده و از پيچيدگی بيشتری نیز برخوردارند . همین موضوع باعث شده است که هزينه توليد آنان بالا باشد . عمر مفيد باطری موجود در تگ های فعال ، دو تا هفت سال پيش بينی می گردد .
تگ های غيرفعال ، دارای منبع تغذيه ای بر روی برد نمی باشد و قدرت خود برای ارسال داده را از سيگنال ارسالی بررسی کننده می گيرند . اين وضعيت باعث می شود که اندازه تگ ها کوچک تر شده و هزينه های توليد نيز کاهش يابد .علاوه بر این ، تگ های غيرفعال محدوده کمتری را نسبت به تگ های فعال پوشش می دهند ( به عنوان نمونه چندین متر ) . با توجه به این که تگ های غيرفعال توان لازم جهت ارسال داده را از بررسی کننده خود می گيرند ، این نوع بررسی کننده ها لازم است دارای توان مناسبی باشند . تگ های غيرفعال دارای حافظه بمراتب کمتری نسبت به تگ های فعال می باشند ( در حد چندین کیلو بایت ) .
برخی از تگ های غيرفعال ، ممکن است دارای باطری از قبل تعبیه شده ای بر روی برد اصلی خود باشند که از آن برای کمک در ارسال سيگنال های راديويی استفاده نمی گردد و کاربرد آن صرفا" فعال کردن مدارات الکترونيکی بر روی برد است .
به عنوان نمونه ، يک توليد کننده مواد غذايی ممکن است تگ های RFID مجهز به حسگرهای حرارتی را در سکوهای حمل بار نصب نماید تا بتواند حرارت محصولات را در حین حمل و نقل کنترل نماید. پس از افزایش درجه حرارت یک محصول خاص به یک سطح مشخص ، مشخصات آن توسط حسگر بطور اتوماتيک بر روی تگ ثبت می گردد . در ادامه و در زمان توزيع و يا فروش کالا ، از اطلاعات موجود در تگ به منظور بررسی صحت فرآیند حمل و نقل و انبارداری استفاده می گردد . این نوع حسگرهای جانبی ممکن است نیازمند یک باطری بر روی برد اصلی خود باشند تا بتوانند در زمان حمل و نقل و یا انبارداری وظايف خود را به درستی انجام دهند .
تگ های هوشمند ( با قابلیت خواندن و نوشتن ) در مقابل تگ های فقط خواندنی
یکی دیگر از تفاوت های مهم بین تگ های بکارگرفته شده در سيستم های RFID ، نوع حافظه استفاده شده در آنان است . از دو نوع حافظه فقط خواندنی (RO ) و خواندنی / نوشتنی (RW ) 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 تغيير داد . تگ هايی از این نوع همانند کدهای ميله ای می باشند که فقط یک مرتبه برنامه ريزی می گردند( توسط یک توليد کننده ) . این نوع تگ ها معمولا" با حجم اندکی داده نظیر شماره سریال و یا شماره قطعه که به صورت ثابت می باشند ، برنامه ريزی می گردند و می توان آنان را به سادگی با سيستم های موجود کد ميله ای تلفيق کرد.
-
تگ هايی از نوع RW که به آنان تگ های هوشمند نیز گفته می شود ، از انعطاف بالائی برخوردار هستند . در این نوع تگ ها امکان ذخيره حجم بالائی از اطلاعات وجود دارد . تگ های فوق از حافظه هايی با قابلیت آدرس دهی استفاده می نمایند که می توان به سادگی با آدرس دهی مناسب ، محتويات موجود در هر مکان حافظه را تغيير داد . اطلاعات موجود در تگ های RW را می توان به دفعات پاک و مجددا" نوشت ( هزاران مرتبه ) . همانند نوشتن و پاک کردن اطلاعات بر روی یک فلاپی ديسک .
با توجه به ويژگی مهم این گونه تگ ها ، می توان آنان را به منزله بانک های اطلاعاتی سیار در نظر گرفت که اطلاعات پويا و مهمی توسط آنان حمل می گردد ( بر خلاف وضعيتی که داده ها بطور متمرکز بر روی کنترل کنننده ذخیره شده است ) . با توجه به کاهش هزينه تولید این گونه تگ ها در ساليان اخير و کاربرد گسترده آنان ، استفاده از سیستم های RFID همچنان روندی رو به رشد را با سرعت بالا طی می نماید.
علاوه بر دو نوع حافظه اشاره شده ، گونه های ديگری از حافظه ها در تگ های RFID استفاده می گردد که بد نيست به آنان نيز اشاره ای داشته باشیم .
-
حافظه هايی با ويژگی يک مرتبه نوشتن و چندين 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 تغيير اطلاعات موجود برای يک مرتبه در اختيار کاربر گذاشته می شود ( نظیر CD-ROM ) . از این نوع حافظه ها می توان در خطوط مونتاژ و برای ثبت تاریخ و یا مکان توليد( پس از تکميل فرآیند توليد ) 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 .
اندازه و شکل تگ ها
تگ های RFID می توانند در ابعاد و اشکال مختلف ارائه شوند . با توجه به این که تراشه و آنتن بکارگرفته شده در یک تگ RFID بسیار کوچک ساخته می شود ، امکان استفاده از تگ های RFID به هر شکل و اندازه ای وجود خواهد داشت ( نظیر گلوله های پلاستيکی کوچکی که همانند یک گوشواره به گوش حيوانات متصل می شوند).
اندازه و شکل يک تگ RFID به نوع کاربری آن بستگی خواهد داشت . برخی از تگ ها می بايست بگونه ای ساخته شوند که در مقابل عواملی نظیر حرارت بالا ، رطوبت و مواد شيميايی مقاوم باشند . برخی دیگر می بايست بگونه ای ساخته شوند که ارزان قیمت و مصرفی باشند نظیر برچسب های هوشمند . برچسب های هوشمند صرفا" یک نمونه از تگ های هوشمند می باشند .
در شکل 3 ، چند نمونه تگ RFID نشان داده شده است .
شکل 3 : چند نمونه تگ RFID
