مقاله تکنولوژی RFID و کارت های با تراشه هوشمند

تکنولوژی  RFID و کارت های با تراشه هوشمند

نام نویسنده : سمیرا ظهیری

واحد تحقیق و توسعه

شرکت فن آوران انیاک

از جمله فن آوری های شناسایی خودکار داده ها که همچنان در مراحل اولیه ورود به دنیای واقعی می باشد RFID یا تراشه های شناسایی هویت مبتنی بر امواج رادیویی است.

ذخیره سازی اطلاعات کالا یا اشخاص مورد نظر در تگ ها یا برچسب های RFID و یا کارت های هوشمند غیر تماسی صورت می پذیرد، ردیابی و خواندن اطلاعات این برچسب ها توسط ریدرهای خاص RFID صورت می پذیرد.

در این مقاله سعی بر آن داریم که با معرفی این تکنولوژی برتر و ذکر شرح مختصری از مزایای استفاده از آن، گامی در جهت پیشرفت و اطلاع رسانی در این حوزه برداریم.

مقدمه

شرکت فن آوران انیاک  (Eniac-Tech) با بدست آوردن تجارب ارزنده کاربردی در زمینه سیستم های پرداخت الکترونیکی و سیستم های مکانیزه جمع آوری داده ها طی سالیان گذشته، با هدف بهینه سازی فرآیندهای شناسایی اشخاص، اموال، کالاها و ... فعالیت خود را در حوزه سیستم های شناسایی مبتنی بر امواج رادیویی(RFID) نیز بصورت گسترده ای آغاز کرده است و هم اکنون با بررسی ها و تحقیقات صورت گرفته در چگونگی پیاده سازی این تکنولوژی برتر یکی از پیشگامان این صنعت به شمار می رود.

همچنین شرکت از سال 81 با ایجاد واحدی تخصصی در زمینه ارائه سیستم های کارت و نرم افزارهای مربوطه، فعالیت خود را به صورت کاملاً حرفه ای در کنار سیستم های مکانیزه جمع آوری داده ها، ادامه داده است. در این خصوص می توان یکی از عوامل موفقیت را، ارائه به روز ترین تکنولوژی های مورد استفاده این صنایع نام برد.

تاریخچه RFID

ظهور این پدیده در تاریخ به سال 1946 باز می گردد، زمانی که (Léon Theremin) ابزاری را برای دولت جماهیر شوروی اختراع کرد،  این وسیله قادر بود امواج و فرکانس های رادیویی ایجاد شده از وقایع مختلف را به محل مورد نظر انتقال دهد این امواج صوتی با به حرکت درآوردن دیافراگمی که به یک دستگاه مرتعش‌کننده متصل بود، بازتاب امواج رادیویی را به زبان قابل فهم ترجمه می‌کرد.

با وجود اینکه این دستگاه قابلیت زیادی نداشت، نامش به عنوان نخستین دستگاهی که با تکنولوژی RFID کار می کرد، ثبت گردید.

ذکر این نکته ضروری ایست که بنا بر اعلام برخی منابع، پیدایش RFID در جهان از سال 1920 بوده و در دهه 1960 نیز تکمیل شده است.

تکنولوژی دیگری که شباهت زیادی به سیستم RFID داشت، سیستمIFF بود که در سال 1939 در بریتانیا ظهور کرد و به عنوان وسیله ای کارآمد در جنگ جهانی دوم جهت شناسایی هواپیماهای دشمن مورد استفاده قرار گرفت، پس از آن یک محقق آمریکایی به نام (Harry Stockman) نیز در سال 1948 مقاله ای در خصوص RFID با عنوان ارتباط به وسیله نیروی انعکاس منتشر کرده و پیش بینی کرده بود که جهت شناسایی اشیا و وسایل مختلف و حتی انسان ها می توان از امواج رادیویی استفاده کرد که این امر مستلزم تحقیقات بیشتر می باشد.

تحقیقات در مقوله RFID از سوی چندین نفر دیگر نیز طی سالیان گذشته صورت گرفته که مسلماً هر کدام به نوعی مفید واقع شده اند.

معرفی RFID

از جمله فناوری های شناسایی خودکار داده ها که همچنان در مراحل اولیه ورود به دنیای واقعی می باشد RFID(Radio Frequency Identification)   یا تراشه‌های شناسایی هویت مبتنی بر امواج رادیویی است.

این سیستم  دریافت اطلاعات مربوط به یک شخص یا کالا را در قالب شماره مشخصه ممکن می سازد، شماره مشخصه در یک برچسب یا Tag شامل یک پردازنده کوچک متصل به یک سیم پیچ (آنتن کارت) ذخیره می شود. یک دستگاه کارت خوان یا reader با برچسب یا Tag ارتباط برقرار کرده و شماره مشخصه آن را می خواند.

سیستم RFID شامل قسمتهای زیر می باشد:

·        برچسب ها (Tags)

·        کارت خوان ها (Readers)

·        سرورها (Backend Servers)

تگ های RFID دارای ریز پردازنده های کوچک، آنتن و شماره سریال واحدی هستند که در انواع پیشرفته این کارت ها امکان Cryptography نیز وجود دارد از جمله قابلیت های شخصی سازی این تگ ها می توان موارد Symmetric-key و Public-Key و Hashing را نام برد.

ریدر های RFID نیز اطلاعات را از تگ ها می خوانند و آنها را به سرور انتقال می دهند، اطلاعات تگ ها در بانک اطلاعاتی سرور ذخیره می گردد با این وجود قابلیت دریافت گزارشات آماری لحظه ای یا موردی جهت بررسی، محاسبات خاص و .. در خصوص اشخاص یا محصولات مزبور در سیستم موجود می باشد، به طور کل تامین فرکانس، تامین انرژی، انتقال اطلاعات و تامین پالس ساعت  از جمله قابلیت های ریدرها می باشند.  

RFID تکنولوژی انعطاف پذیری می باشد که علاوه بر سهولت دسترسی، جهت اتوماسیون سیستم های گوناگون مناسب و قابل پیاده سازی می باشد، مزایایی که در استفاده از این تکنولوژی در اختیار قرار می گیرد با هیچ یک از سیستم های شناسایی خودکار دیگر قابل دسترس نخواهد بود.

به طور کل سیستم RFID از لحاظ روش اجرایی بسیار به سیستم های بارکدی شباهت دارد، سیستم های بارکدی متشکل از بارکد ریدر و برچسبی بارکددار می باشند که روی اشیای انتخابی چسبیده می شوند و سیستم های مبتنی بر امواج رادیویی متشکل از ریدر و تگ RFID می باشند که به کالاها الصاق می گردند.

در سیستم های بارکدی تبادل اطلاعات بوسیله امواج نوری از برچسب به ریدر صورت می گیرد و در سیستم RFID ، امواج رادیویی RF اطلاعات را از تگ مخصوص به ریدر انتقال می دهند. 

این امواج رادیویی روشی جدید هستند که می‌توانند به کمک یک‌سری برچسب‌های مخصوص  (Tag) طلاعات را درون خود ذخیره کنند و به هنگام نیاز آن‌ها را به‌کار برند، هدف اصلی از راه اندازی سیستم RFID، دریافت اطلاعات خاص در مورد یک شی یا شخصی که جابجایی دارد می باشد.

بر خلاف سیستم های مبتنی بر بارکد که اطلاعات ذخیره شده روی بارکد باید از فواصل نزدیک توسط  بارکدخوان ها خوانده شود، تگ های RFID نیازی به قرارگیری در معرض دید ریدرها ندارند با این وجود چنانچه تگ داخل پالت یا هر گونه بسته بندی نیز باشد، توسط ریدهای RFID قابل شناسایی و خواندن است.  

 اطلاعات مورد نظر بوسیله فناوری خواندن اطلاعات در برچسب ها از طریق آنتن ها خوانده می شوند، این اطلاعات می توانند نشان دهنده مشخصات یک شخص، محل استقرار وی، جابجایی های احتمالی از محلی به محل دیگر یا اطلاعات مربوط به یک شی خاص اعم از نام محصول، تاریخ تولید، تاریخ انقضا، محل قرارگیری، قیمت و غیره باشند.

برچسب ها یا تگ های RFID به دو دسته تقسیم بندی می شوند که عبارتند از:

§         Passive (HF,UHF)

§       Semi-passive  یا  Active

تگ ها یا کارت های فعال (Active) دارای منبع تغذیه داخلی (باطری) می باشند و این امر موجب می گردد که برد بیشتری نسبت به تگ های  غیر فعال (Passive) داشته باشند، برد این تگ ها بسته به فرکانس تعریف شده آنها، گاهی به چند صد متر هم می رسد.

تگ های غیر فعال فاقد منبع تغذیه داخلی (باطری) می باشند و انرژی مورد نیاز را از سیگنالی که از کارت خوان دریافت می کنند، تامین می کنند، در این حالت کارت خوان امواجی را به سمت کارت ارسال می کند، پردازنده کارت با استفاده از انرژی دریافتی از این امواج رادیویی فعال می گردد و پیغام ارسال شده از سوی کارت خوان را پردازش می کند و بوسیله همان امواج رسیده از دستگاه، نتیجه پردازش را به کارت خوان ارسال می کند.

پردازنده و آنتن این تگ ها بسیار کوچک می باشند همچنین برد خواندن اطلاعات این تگ ها نیز بسته به شرایط محیطی از 2 میلی متر تا پنج متر می باشد.

به طور کل برچسب های فعال مطمئن تر از برچسب های غیر فعال می باشند و کمتر با خطا مواجه می شوند، با توجه به وجود منبع تغذیه و نیرویی که از تگ های فعال تولید می شود، این دسته از برچسب ها تطابق بیشتری با تغییرات آب و هوایی، برد طولانی دریافت امواج و یا نوسانات موجود در ارسال فرکانس های رادیویی خواهند داشت. 

تکنولوژی RFID

کارشناسان مرکز تحقیقاتی RFID در آخرین مطالعات خود به این نتیجه رسیده‌اند که اگر فناوری شناسایی هویت براساس امواج رادیویی با همین روند توسعه پیدا کند، می‌تواند در آینده نزدیک ارزش بازار جهانی خود را به چندین میلیارد دلار برساند. این مطالعات که در یک دوره زمانی پنج ماهه انجام شده، پس از گفت‌وگو با مقامات ارشد کشورهای مختلف جهان اطلاعات فراوانی را در مورد اقتصاد بین‌المللی، بهداشت جهانی و... مورد بررسی قرار داده و در نهایت معلوم شده که هم‌اکنون ارزش بازار RFID در تمام کشورهای دنیا به 7/9 میلیارد دلار می‌رسد که احتمال می‌رود این رقم تا سال 2009 میلادی 8/14 میلیارد دلار شود. مرکز IDC در این تحقیقات هشت استفاده مختلف از RFID را مورد مطالعه قرار داده بود که شامل موارد زیر می‌شدند :سیستم ردیابی و پی‌گیری افراد، اطلاعات الکترونیکی بهداشتی و درمانی مربوط به هر یک از بیماران، سیستم‌های علمی و تحقیقاتی پیشرفته مبتنی بر امواج رادیویی، سیستم مدیریت و پی‌گیری نمونه‌های زیست‌محیطی، ‌سیستم الکترونیکی بررسی چرخه حیاتی، سیستم الکترونیکی دریافت مطالبات مردم در زمینه‌های مختلف پزشکی، سیستم مدیریت اموال و دارایی‌ها و سیستم مدیریت کارمندان و مشارکت بیشتر با آن‌ها در تصمیم‌گیری‌های شغلی، در این میان با توجه به فعالیت‌های ارزنده‌ای که انجمن ملی علوم آمریکا طی سال‌های اخیر در زمینه RFID انجام داده، دولت این کشور 1/1 میلیون دلار به آن‌ها هدیه داده است. این امر که می‌تواند به‌عنوان مشوقی تاثیرگذار محسوب شود، دیگر مراکز علمی و تحقیقاتی را وادار به آغاز فعالیت‌هایی در این عرصه می‌کند. گردانندگان انجمن ملی علوم آمریکا در نظر دارند این پول را صرف خرید تجهیزات جدید و به‌کارگیری کارشناسان متبحر کنند تا بتوانند دامنه تحقیقات خود در بخش  RFIDتوسعه بیشتری بخشند.

محققان مرکز IDC در گزارش خود اعلام کرده‌اند که در حال حاضر کشور مالزی به‌عنوان یکی از بزرگ‌ترین مراکز آسیایی در زمینه توسعه فناوری استفاده از امواج رادیویی محسوب می‌شود و پیش‌بینی می‌شود که تا چند سال آینده به یکی از قطب‌های اصلی جهان در این زمینه تبدیل شود.

طبق آخرین مطالعات صورت گرفته در این کشور، ارزش بازار RFID در کشور مالزی طی سال 2005 به 45/2 میلیون دلار رسید که در این میان احتمال می‌رود رقم یاد شده تا سال 2010 به 94/20 میلیون دلار برسد. رشد سالانه RFID برای کشور مالزی 84/45 درصد اعلام شده و در این میان گفته شده که دولت مالزی در سال گذشته 60 درصد کل درآمدهای خود در این زمینه را صرف تولید سخت‌افزارهای مربوط به RFID کرده که مابقی درآمدها نیز صرف تولید نرم‌افزارهای مورد نیاز شده است. بیشتر فعالیت‌های دولت مالزی در این سال برای رشد و توسعه RFID مربوط به اماکن عمومی، کارخانجات، مراکز عرضه‌کننده سرویس‌های اقتصادی، مراکز بیمه‌ای و سیستم‌های بهداشتی و درمانی ‌شده است.

با وجود اینکه امروزه اخبار فراوانی مبنی بر نبود امنیت کافی در سیستم‌های مبتنی برRFID منتشر می‌شود، گزارش‌های اخیر منتشر شده از سوی مرکز تحقیقاتی In-Stat نشان می‌دهد که طی سال گذشته میلادی نزدیک به یک میلیارد برچسب RFID در جهان تولید شده که این رقم می‌تواند تا پایان دهه جاری میلادی به 33 میلیارد دلار برسد. اقبال قابل ملاحظه مدیران مرکز اقتصادی وال‌مارت (Wal-Mart) از مهم‌ترین عواملی محسوب می‌شود که میزان تولید برچسب‌های مخصوص امواج رادیویی را بیشتر کرده، باعث شده که تمایل دیگر مراکز بزرگ دنیا نیز به این فناوری‌ها بیشتر شود.

تکنولوژی RFID و کارت های با تراشه هوشمند

علاوه بر برچسب ها یا تگ های RFID که برای شناسایی و ردیابی اشیا به آنها الصاق می شوند، کارت های با تراشه هوشمند غیر تماسی از دیگر محصولات پرکاربرد RFID می باشند.

 به طور کل کارت های با تراشه هوشمند به دو دسته اصلی کارت های تماسی (contact card) و کارت های بدون تماس (contact less card) تقسیم شده اند، بزرگترین تفاوت این دو نوع کارت در بستر انتقال اطلاعات آنها می باشد که در نوع غیر تماسی آنها هیچگونه ارتباط فیزیکی بین کارت و کارت خوان وجود ندارد.

اطلاعات ذخیره شده در این کارت ها بدون نیاز به تماس فیزیکی با دستگاه کارت خوان، از طریق امواج رادیویی (RF) به ریدر منتقل می گردند.

این نوع ارتباط با دستگاه های کارت خوان ضمن تسریع در انتقال و خواندن اطلاعات، از ضریب امنیتی بالایی نیز برخوردار می‌باشد، امروزه در دنیا از این کارت ها در زمینه صدور کارتهای پرداخت کرایه تاکسی، اتوبوس های شهری، کارت های مترو، کارت های شناسایی، کارت های پرسنلی، کارت های چند منظوره دانشجویی، پاسپورت های الکترونیکی و ویزا به کرات استفاده می گردد.

کارت های غیر تماسی (Contact less Card)  دارای پردازنده می باشند که قابلیت خواندن، نوشتن و پردازش اطلاعات را دارا می باشند همچنین MIFARE یک استاندارد پیشرو در زمینه کارت های غیرتماسی و طرح های کارت های هوشمند دارای واسط 2 گانه است که دارای تکنولوزی ارتباطی امواج رادیویی برای انتقال داده ها بین کارت و کارت خوان است.

همان طور که اشاره شد تگ های RFID جهت شناسایی و ردیابی اشخاص یا اشیا استفاده می شوند، کارت های هوشمند بدون تماس نیز علاوه بر شناسایی افراد، با دارا بودن ضریب امنیتی بسیار بالا جهت ذخیره سازی اطلاعات مالی و ... افراد نیز استفاده می شوند.

با ظهور کارت های غیر تماسی در سال 2003 که مبتنی بر امواج رادیویی بودند، انقلابی در صنعت پرداخت های الکترونیکی بوجود آمد که همان پیدایش RFID  در این حوزه بود. 

طی چند سال گذشته، روش های پرداخت الکترونیکی جایگزین پرداخت های کاغذی شده اند و هم اکنون استفاده از انواع کارت های پرداخت الکترونیکی در صنایع و موارد مختلف دیده می شود.

مزایای موجود در استفاده از کارت های هوشمند غیر تماسی RFID

علاوه بر ضریب امنیتی بالای کارت های غیر تماسی، تبادل اطلاعات با دستگاه های کارت خوان و خواندن اطلاعات روی این کارت ها از سرعت بسیار بالایی برخوردار می باشد همچنین با توجه به اینکه این کارت ها نیازی به قرار گیری در دید کارت خوان ندارند نیازی به تراز کردن و تنظیم نیز ندارند که این امر منجر به سهولت استفاده از این کارت ها برای کاربران می شود.

حجم اطلاعات قابل ذخیره سازی روی این کارت ها می تواند بسیار بالا باشد و قابلیت استفاده مجدد را نیز دارا هستند.

قابلیت خواندن اطلاعات همزمان اطلاعات چند Item در ریدرهای این کارت ها یا تگ ها تعبیه شده است همچنین امکان پرکردن تگ ها (برنامه ریزی)، امکان اتصال تگ به آیتم، امکان شناسائی آیتم تگ دار، امکان استفاده از داده داخل تگ در Application و امکان تولید اطلاعاتی که قابلیت به اشتراک گذاری دارند از دیگر مزایای استفاه از تکنولوژی RFID در سیستم های مختلف می باشند.