RFID چیست و 2 نوع عمده آن کدامند؟

در این مقاله از بلاگ بهنام رباتیک می‌خواهیم ببینیم RFID چیست و چگونه کار می‌کند و برخی از کاربردهای رایج آن کدامند.

RFID یا تشخیص فرکانس رادیویی چیست؟

RFID نوعی شیوه ارتباطی بیسیم است که شامل استفاده از انرژی الکترومغناطیس یا الکترواستاتیک و همگام‌سازی آن با فرکانس رادیویی اشعه الکترومغناطیس می‌شود تا بدین وسیله یک شیء، انسان یا حیوان شناسایی گردد.

RFID چگونه کار می‌کند؟

سیستم RFID سه بخش دارد؛ آنتن اسکن‌کننده، گیرنده و فرستنده. زمانی که آنتن اسکن‌کننده و گیرنده با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند، در حکم خواننده RFID خواهند بود. در واقع خواننده RFID یک دستگاه متصل از طریق شبکه است که می‌توان آن را حمل و یا دائماً به جاهای مختلف منتقل کرد. این فناوری از سیگنال‌های رادیویی بهره می‌برد که برچسب را فعال می‌کنند. در زمان فعال شدن، برچسب امواج را دوباره به آنتن برگشت می‌زند و آنها را به داده‌های قابل خواندن تبدیل می‌کند.

فرستنده در خودِ تگ RFID قرار دارد. رنج قرائت تگ‌های RFID با در نظرگیری فاکتورهایی نظیر نوع آنها، فرکانس آنها و پروتکل ارتباطی آنها در محیط اطراف و یا شیوه برقراری ارتباط با سایر تگ‌ها، متفاوت خواهد بود. لازم به ذکر است که تگ‌هایی که توان بیشتری دارند، رنج قرائت بیشتری نیز خواهند داشت.

منظور از تگ‌های RFID و برچسب‌های هوشمند چیست؟

تگ‌های RFID از یک IC، یک آنتن و یک لایه ارتباطی تشکیل شده‌اند. بخشی از یک تگ RFID که اطلاعات شناسایی شده را رمزگشایی می‌کند، لایه RFID نام دارد.

در مجموع دو نوع اصلی تگ RFID وجود دارد؛

RFID اکتیو: این نوع تگ‌ها منبع انرژی مختص به خود که غالباً یک باتری است را دارا می‌باشند.
RFID پسیو: این نوع تگ‌ها معمولاً انرژی مورد نیاز خود را از آنتن قرائت‌کننده به دست می‌آورند که امواج الکترومغناطیس را از خود ساطع می‌کند و شامل یک جریان الکتریکی در آنتن تگ می‌شود.

همچنین، تگ‌های نیمه پسیو نیز در بازار وجود دارند که مدار آنها بر پایه انرژی باتری می‌باشد و ارتباط از طریق یک خواننده RFID برقرار می‌گردد.

انرژی مصرفی بسیار کم و حافظه کافی، نقش بسیار مهمی در هر سیستم RFID ایفا می‌کند. تگ‌های RFID معمولاً کمتر از 2000 کیلوبایت داده دارند که این داده‌ها شامل شماره سریال خاص نیز می‌شوند. تگ‌ها می‌توانند صرفاً خوانده یا صرفاً نوشته شوند حال آنکه داده‌ها را می‌توان توسط خواننده دستخوش تغییراتی کرد.

رنج قرائت تگ‌های RFID با توجه به فاکتورهایی نظیر نوعی تگ، نوع خواننده، فرکانس RFID و مانع موجود در محیط یا سایر تگ‌ها و خواننده‌ها متفاوت خواهد بود. تگ‌های RFID اکتیو رنج قرائت وسیع‌تری دارند زیرا قدرت منبع نیروی آنها بیشتر است.

برچسب‌های هوشمند نوعی RFID ساده هستند. این محصولات به یک لیبل برچسبی درون خود مجهز شده‌اند که شامل یک بارکد می‌شود. همچنین، می‌توان از این برچسب‌ها در کنار خوانندگان RFID و بارکدها استفاده کرد. برچسب‌های هوشمند را می‌توان در زمان نیاز و با پرینترهای رایانه‌ای چاپ نمود. این در حالی است که تگ‌های RFID به تجهیزات پیشرفته‌تری نیاز دارند.

انواع سیستم‌های RFID کدامند؟

سه نوع سیستم RFID اصلی وجود دارد؛ فرکانس پایین (LF)، فرکانس بالا (HF) و فرکانس فوق بالا (UHF). سیستم RFID مایکروویو نیز در دسترس قرار دارد. نکته جالب این است که فرکانس سیستم‌های RFID با توجه به هر کشور و منطقه‌ای متفاوت خواهد بود.

سیستم‌های RFID فرکانس پایین

فرکانس این سیستم‌ها از 30 تا 500 کیلوهرتز متفاوت است هرچند فرکانس معمول آنها 125 کیلوهرتز می‌باشد. سیستم‌های RFID فرکانس پایین رنج ارسال ضعیفی دارند به طوری که از چند اینچ تا کمتر از 2 متر می‌رسد.

سیستم‌های RFID فرکانس بالا

فرکانس این سیستم‌ها از 3 تا 30 مگاهرتز متفاوت است هرچند فرکانس معمول آنها 13.56 مگاهرتز می‌باشد. رنج استاندارد نیز از چند اینچ تا چند متر خواهد بود.

سیستم‌های RFID فرکانس فوق بالا

فرکانس این سیستم‌ها از 300 تا 960 مگاهرتز متفاوت است هرچند فرکانس معمول آنها 433 مگاهرتز می‌باشد و می‌توانند داده‌های موجود در فاصله بیش از 7.5 متری را بخوانند.

سیستم‌های RFID مایکروویو

فرکانس این سیستم‌ها 2.45 گیگاهرتز است و می‌توانند داده‌های موجود در فاصله بیش از 9 متری را بخوانند.

فرکانس استفاده شده بستگی به کاربرد RFID دارد. برای مثال، وقتی دولت ایالات متحده اعلام کرد که به زودی پاسپورت‌های الکترونیکی با چیپ RFID ارائه می‌کند، خبر داد که داده‌ها را می‌توان تنها از فاصله 4 اینچی به دست آورد. با این حال، مجلس آمریکا بعدها متوجه شد که خوانندگان RFID می‌توانند داده‌ها را حتی از فاصله‌های بیشتر نیز مطالعه کنند.

اگر رنج خواندن طولانی‌تری می‌خواهید، با استفاده از تگ دارای توان بیشتر می‌توان رنج قرائت را تا بیش از 90 متر افزایش داد.

کاربردهای RFID و موارد استفاده از RFID

تکنولوژی RFID در دهه 1940 اختراع شد ولی در دهه 1970 بیشتر به کار رفت. برای مدت طولانی، قیمت بالای تگ‌ها و خواننده‌ها اجازه نمی‌داد تا از آنها استفاده تجاری شود. با این حال، از آن جایی که قیمت‌های سخت‌افزار مربوطه در سالیان اخیر کاهش یافته، استفاده از RFID روند افزایشی به خود گرفته است.

برخی از کاربردهای رایج RFID شامل موارد زیر می‌شود:

ردیابی حیوانات و لوازم منازل
مدیریت انبار و انبارداری
ردیابی خدمات و تجهیزات
ارسال بار و لجستیک
ردیابی وسایل نقلیه
خدمات‌رسانی به مشتریان
سیستم‌های کنترل ایمنی
خدمات درمانی
حوزه تولید
فروش عمده
پرداخت بیسیم و سریع از طریق گوشی‌های هوشمند

RFID و بارکدها

استفاده از RFID به عنوان جایگزین بارکدها روزبه‌روز در حال گسترش است. تکنولوژی‌های مربوط به RFID و بارکدها برای ردیابی محصولات مختلف یکسان می‌باشد اما تفاوت‌هایی میان آنها وجود دارد که در ادامه و در جدول زیر به این موارد اشاره می‌کنیم:

بارکدها	تگ‌های RFID
برای اسکن شدن، به نور مستقیم نیاز دارند	می‌توانند بدون نور، اشیاء مختلف را تشخیص دهند
برای اسکن شدن، باید به شیء مدنظر نزدیک شوند	می‌توانند اشیاء را از فاصله‌های کم و زیاد اسکن کنند (بستگی به نوع تگ نیز دارد)
داده‌ها صرفاً برای خوانده شدن هستند و امکان تغییر آنها وجود ندارد	داده‌ها را می‌توان به صورت لحظه‌ای آپدیت کرد
به منبع نیرو نیاز ندارند	به منبع نیرو نیاز دارند
مدت زمان خواندن اطلاعات نیم ثانیه است	مدت زمان خواندن اطلاعات کمتر از 100 میلی‌ثانیه است
روی بخش خروجی چاپ می‌شود و تحت تأثیر پوشش قرار می‌گیرد	دارای سنسوری متصل به آنتن هستند که غالباً روی آنها کاور پلاستیکی دیده می‌شود و قیمت بیشتری نسبت به بارکدها دارند

RFID و NFC

ارتباط نزدیک میدانی یا همان NFC سبب می‌شود که داده‌ها میان دستگاه‌ها و با استفاده از فرکانس‌های بالا و رنج کوتاه جابه‌جا شوند. NFC رابط کارت هوشمند و خواننده را با یکدیگر ترکیب و به یک وسیله تبدیل می‌کند.

فرکانس رادیویی ID	ارتباط میدانی نزدیک (NFC)
تک مسیره	دو مسیره
رنج فاصله تا 100 متر	رنج فاصله کمتر از 0.2 متر
· فرکانس پایین · فرکانس بالا · فرکانس فوق بالا · مایکروویو	فرکانس 13.56 مگاهرتز
نمونه‌گیری ادامه‌دار	نمونه‌گیری مقطعی و ناپیوسته
بیت‌ریت متغیر با توجه به فرکانس	بیت‌ریت تا 424 کیلوبیت بر ثانیه
توان متغیر با توجه به فرکانس	توان تقریبی 15 میلی‌آمپر

چالش‌های مربوط به RFID

RFID همواره در معرض دو مشکل اساسی است:

وجود موانع بر سر راه خواننده: زمانی که سیگنال از یک خواننده RFID با یک خواننده دیگر تداخل پیدا می‌کند، می‌توان با استفاده از پروتکل حذف موانع، امکانی را به وجود آورد تا تگ‌های RFID به نوبت سیگنال‌ها را به خواننده‌های مختلف ارسال کنند.

وجود موانع بر سر راه تگ‌ها: تداخل تگ‌ها زمانی به وقوع می‌پیوندد که تعداد زیادی تگ یک خواننده را با ارسال داده در یک زمان یکسان، اشتباه می‌گیرند. انتخاب یک خواننده که اطلاعات تگ را در یک لحظه جمع‌آوری می‌کند، از بروز چنین مشکلی جلوگیری می‌کند.

امنیت RFID و حریم شخصی

منظور از امنیت RFID و حریم شخصی آن است که داده‌های یک تگ RFID را هر کسی که وسیله لازم را دارد، می‌تواند مطالعه کند. این امکان وجود دارد که وقتی یک تگ از فروشگاه یا جایی خارج می‌شود، پس از قرارگیری در معرض منبع نیرو، اطلاعات خود را در اختیار کاربران قرار دهند. حتی می‌توان بدون اطلاع یک شخص و توسط افراد ناشناس نیز اطلاعات یک تگ را به دست آورد.

در این میان، چنان‌چه یک تکنولوژی شماره سریال خاصی داشته باشد، می‌تواند در اختیار یک مشتری مخصوص قرار گیرد. صرف‌نظر از اینکه خلاءهای نامبرده تهدیدی برای حریم شخصی افراد می‌باشد، در زمینه‌های گسترده‌تر نظیر حوزه نظامی یا پزشکی، مشکلات این‌چنینی می‌توانند به یک خلاء ملی و معضل اجتماعی بدل گردند.

به دلیل اینکه تگ‌های RFID توان محاسباتی ندارند، نمی‌توانند رمزگذاری شوند. البته یکی از موارد استثنا، تگ‌های RFID موجود در پاسپورت‌ها می‌باشد. در اینجا هر چیپ یک توان محاسباتی کافی دارد تا مقداری داده رمزگذاری شده را از خواننده رمزگشایی و اعتبار صاحب پاسپورت را تأیید کند.

در سمت خواننده، اطلاعات ثبت شده در پاسپورت توسط دستگاه اسکن شده و یک کلید ورودی به گذرنامه به حساب می‌آیند. در اینجا سه نوع اطلاعات استفاده می‌شوند؛ شماره پاسپورت، تاریخ تولد صاحب پاسپورت و تاریخ انقضای پاسپورت. لازم به ذکر است که در کنار هر کدام از موارد نامبرده، یک عدد به چشم می‌خورد.

محققان بر این باورند که با این روش، پاسپورت‌ها توسط یک پسورد محافظت می‌شوند. به علاوه، این پسورد تا زمان منقضی شدن پاسپورت یکسان خواهد بود بنابراین زمانی که یک شخص دسترسی یک‌باره به اطلاعات دارد، می‌تواند با یا بدون رضایت صاحب پاسپورت آنها را به دست آورد تا زمانی که تاریخ انقضای آن فرا برسد.

وزارت کشور ایالات متحده که در سال 2007 سیستم BAC را راه‌اندازی کرد، وسیله ضد خوانده شدن را به پاسپورت‌های الکترونیکی اضافه کرده تا تهدیدهای ناشناخته که سعی در سرقت اطلاعات شخصی افراد دارند را خنثی کنند.

استفاده نسل‌های آتی از RFID

استفاده از سیستم‌های RFID روزبه‌روز در حال گسترش یافتن برای پشتیبانی از اینترنت اشیاء است. ترکیب این تکنولوژی با سنسورهای هوشمند و GPS اجازه می‌دهد تا اطلاعات مربوط به جابه‌جایی، دما و مکان‌یابی به صورت بیسیم دست به دست شود.