تكنولوجيا التعريف بترددات الراديو RFID

التعريف :-

مختصر للتعبير الفني Radio-Frequency IDentification ويطلق هذا المصطلح التقني على نظام التحقق من بعد على هوية شيء ما كالإنسان أو غيره طال ما كان مثبتاً به ما يعرف ببطاقة RFID tag ووجود جهاز يسمى قارئ RFID reader في الموقع الذي يمر به الإنسان أو غيره. بدأ الاهتمام يزداد في تركيب أنظمة RFID مع بداية القرن الحالي وأصبحت حاجة ملحة خاصة في أمن المنشآت على سبيل المثال، حيث يمكن عن طريقها التعرف على هوية العاملين في جهة ما. بل يتعدى الأمر ذلك إلى متابعة تحركات العاملين من مكان لآخر باستخدام موجات الراديو Radio Waves حيث أن البعض من بطاقات التعريف هذه يمكن قراءتها على بعد بضعة أمتار من الموقع الذي يتواجد فيه جهاز قارئ البطاقات. وأن معظمها يتكون من جزءين على الأقل: الأول عبارة عن دائرة متكاملة لتخزين ومعالجة المعلومات والثاني عبارة عن هوائي لاستقبال وإرسال موجات الراديو. المثال الآخر المهم على ذلك هو استخدام هذه التقنية من قبل الشركات المصنعة للسيارات حيث يتم لصق بطاقة RFID على هيكل السيارة وعند انتقال هذا الهيكل من خط إنتاج إلى آخر وبمجرد قراءة الكمبيوتر للبطاقة التي يحملها هيكل السيارة تعطيك فكرة عن ما تم إنجازه في المراحل السابقة والمرحلة القادمة من الإنتاج أو التصنيع.

مكونات أنظمة RFID

- بطاقة RFID tag والتي يحملها الفرد أو مادة أخرى.

- قارئ البيانات مع الهوائي والذي يقوم بقراءة بيانات البطاقة وينشطها.

- جهازإ استقبال البيانات ويكون مرتبطاًٍ بجهاز كمبيوتر أو خادم ملفات.

لكي تعمل المكونات أعلاه بصورة طبيعية يجب أن تتوفر لها بنية تحتية من شبكة عمل محلية LAN سواء كانت بالكابلات Wired أو بدون WiFi wireless، فعند مرور المادة التي تحمل بطاقة RFID تتم قراءة الرقم الخاص بها Identification Code من قبل جهاز قارئ البيانات ومن ثم يتم إرسال إشارة إلى جهاز استقبال البيانات الذي يقوم بتحليلها وإظهار بياناتها على جهاز الكمبيوتر.

من هنا نرى أن المكونات الأساسية لهذه الأنظمة بسيطة وغير معقدة ولا تحتاج إلى الكثير من الاستثمار لتركيبها في موقع ما، كما أن المنافع التي يمكن أن يجنيها الموقع كثيرة خاصة عندما يتطلب الأمر توفير الأمن لموقع معين أو تتبع ممتلكات المنشأة وحمايتها من السرقات أو الضياع وتكمن أهميتها عندما يتم تركيبها في أماكن الدخول والخروج للمباني أو المجمعات السكنية أو مواقف السيارات وغيرها. يمكن للقارئ أن يتفهم أهميتها في مدخل موقع معين للتحقق من شخصية معينة أو بضاعة أو مادة، أما في منافذ الخروج فأن أهميتها تكمن في منع خروج كل ما هو غير مسموح له بالخروج.

طبعاً من الممكن جدا أن يتم تركيب أنظمة RFID في مجمع يحتوي على مجموعة من المباني بشرط أن تتوفر شبكة عمل محلية تربط هذه المباني وأن يتم تركيب نقاط تقوية تحتوي على جهازي قارئ البيانات واستقبالها لكي تكون عملية قراءة ومتابعة البيانات الموجودة على بطاقة RFID tag متاحة في جميع أجزاء الموقع.

لنا هنا وقفة أو ملاحظة للحديث عن الفرق بين أنظمة RFID وأنظمة Bar Coding، حيث قد يتصور البعض أن النظامين متشابهان وأن أنظمة RFID ما هي إلى عبارة عن تطوير لأنظمة Bar Coding، تكمن أوجه الاختلاف هو أن أنظمة RFID لا تحتاج إلى أجهزة المسح الضوئي سواء كانت الثابتة أو المحمولة يدويا لقراءة الكود المسجل على بضاعة معينة كما هي الحال مع أنظمة Bar Coding. كما أن قراءة RFID tag يمكن أن تتم من على بعد عن طريق ما يسمى High frequency RFID Systems.

بقي لنا أن نذكر بعضاً من الاستخدامات المهمة لمثل هذه الأنظمة كوجودها على جوازات المسافرين وفي المستشفيات لتتبع حالة المريض ومراحل علاجه وفي المستودعات للتعرف على الخزين وهكذا. كما لا يفوتنا أن نذكر أن هذه الأنظمة يمكن ربطها مع أنظمة تطبيقية أخرى كشئون الموظفين والرواتب والمستودعات.

تاريخ تقنية RFID

ةتقنية (RFID) وتعني (تحديد الهويه باستخدام موجات الراديو). والتقنيه عباره عن تحديد الهويه بشكل تلقائي بالاعتماد على جهاز يسمى (RFID Tags). هذا الجهاز (RFID Tags) عباره عن كائن صغير يمكن ادراجه بالمنتجات أو الحيوانات أو الإنسان. يحتوي هذا الكائن على شريحة مصنوعه من السيلكون وهوائي (انتينا) لكي يستطيع استقبال وإرسال البياناتوالاستعلامات من خلال موجات الراديو.

منذ مدة بدأت ثورة في أنظمة التعريف الآلية باستخدام الترميز بالأعمدة (Barcode) حيث تم استخدامها بشكل كبير في كافة الأنظمة الصناعية والاستهلاكية وذلك لتأمينها قراءة آلية ورخص تكلفتها ولكن مؤخراً بدأ يظهر عجز هذه التقنية في بعض التطبيقات

·   لقلة المعلومات الممكن تخزينها
·   وعدم قابلية إعادة البرمجة
·         وضرورة مواجهة اللاصقة إلى الماسح
·         وعدم إمكانية قراءة أكثر من لاصقة في نفس الوقت
·         وعدم إمكانية إعطاء رقم مستقل لكل وحدة وإنما يعطى رمز واحد لكل وحدات النوع نفسه.

نشأت فكرة الرقاقات اللاسلكية في بداية السبعينات، ومع التقدم التقني الكبير في مجال الشرائح الإلكترونية وانخفاض ثمنها في السنوات الأخيرة أصبحت الرقاقات الإلكترونية البديل الأمثل في نظم التعريف الآلية. وأكثر أنواع نظم التعريف الآلية المستخدمة اليوم هي البطاقات الذكية التي تعتمد على التلامس مع القارئ للتواصل، مثل بطاقات الهاتف والبطاقات البنكية. ولكن الاتصال الميكانيكي بين القارئ والبطاقة غير مناسب من الناحية العملية. إن التواصل دون التلامس مع القارئ يؤمن مرونة عالية في الكثير من التطبيقات، حيث تعمل الرقاقات على إصدار إشارات رقمية تنتقل عبر موجات الراديو القصيرة والطويلة ويقوم جهاز المسح أو الأقمار الاصطناعية على إيجاد هذه الإشارات وتحديد مكان ونقطة صدورها، ولهذا السبب يطلق على هذه التقنية “التعريف بترددات الراديو” (Radio Frequency Identification) واختصاراً تعرف (RFID)، وفي السنوات الأخيرة ازداد انتشار تطبيقات أنظمة RFID بشكل واسع.

 الملخص

في السنوات الأخيرة أصبحت وسائل التعريف الآلية منتشرة في العديد من التطبيقات العملية لتأمين معلومات كافية عن الناس أو السيارات أو المنتجات الصناعية وهي في حالة حركة عادية دون إيقافها. في هذا البحث سيتم بإذن الله شرح تكنولوجيا الرقاقات اللاسلكية وهذه التكنولوجيا تعتمد على تقنية بدأت بالانتشار حديثا تسمى RFID. فما هي هذه التقنية وما هو مبدأ عملها وأشكالها واستخداماتها؟، هذا ما سنحاول هنا مناقشته وتوضيحه.

 تاريخ رقاقات RFID

في العام 1946م قام “ليون ثيرمن” باختراع أداة تجسس لصالح الاتحاد السوفيتي السابق تقوم بإعادة إرسال موجات الراديو المدمجة مع الأمواج الصوتية. يلتقط حجابٌ حاجزٌ الموجات الصوتية ويتذبذب بفعلها مما يؤدي إلى تغيير أو تعديل حالة قارئ الذبذبات والذي بدوره ينظم ذبذبة الإرسال المنعكسة. بالرغم من أن هذه الأداة كانت جهاز تنصت سري سلبي وليس بطاقة تعريف فهي تعتبر المقدمة لاختراع بطاقات التعريف بموجات الراديو RFID. مصادر أخرى تذكر أن تكنولوجيا RFID كانت موجودة منذ العام 1920 علماً بأن مصادر أخرى تحدد أن الستينات كانت البداية الأولى للتّعرف على هذه التكنولوجيا. ويقال أن بريطانيا استخدمت هذه التكنولوجيا في طائراتها في العام 1939م للتفرقة بين العدو والصديق.

حدثٌ آخـر يعتبر أسـاسـاً لبداية تكنولوجيا RFID هو البحث البـارز الـذي قـام “هـاري سـتوكمان” بكتابته في العـام 1948م بعنوان “الإتصال بواسـطة القـوة المنعكسـة” (Communication by Means of Reflected Power)، والذي أقّر فيه أن أبحاثاً وأعمالاً تطويرية يجب أن يتم تنفيذها قبل حل المشاكل الأساسية المتعلقة بالاتصال بواسطة القوة المنعكسة وقبل استكشاف حقل التطبيقات المفيدة في هذا المجال.

و في العام 1973 قامت الولايات المتحدة بتسجيل براءة اختراعٍ للمخترع “ماريو كاردولو” يعتبر السلف الحقيقي الأول لتكنولوجيا RFID، وهو جهاز استقبال وإرسال إذاعي سلبي يحتوي على ذاكرة. الجهاز الأولي كان سلبياً يعمل بواسطة إشارة استجواب وكان يحتوي على جهاز إرسال واستقبال بذاكرة سعتها 16بت الهدف منه حساب الخسائر، وقد قام المخترع بعرضه على سلطة ميناء نيويورك ومستثمرين محتملين في العام 1971م. براءة اختراع كاردولو الأصلية غطت استعمالات موجات الراديو باستخدام الصوت والضوء كوسط ناقل وقد أظهرت خطة العمل الأصلية التي عرضت على المستثمرين في العام 1969م إمكانية استخدام الاختراع في وسائل النقل، الأعمال المصرفية، الأمن والطب.

أول ظهور للقوة المنعكسة كان عبارة عن رقاقات RFID سلبية وشبه سلبية قام كل من “Steven Depp” و“Alfred Koelle” و“Robert Freyman” بصنعها في مختبر Los Alados العلمي في العام 1973م. النظام المتنقل عمل على تردد قدره 915 ميجاهيرتز واستخدم بطاقات بيانات سعتها 12بت. وأول براءة اختراع مرتبطة برقاقات RFID سجلت في الولايات المتحدة الأمريكية باسم “Charles Walton” في العام 1983م

أنواع رقاقات RFID

يمكن تصنيف رقاقات RFID اعتماداً على عوامل عدة، ورغم أننا ذكرنا أن هذه البطاقات لا تعتمد على بطارية كمصدر للطاقة إلاّ أن هذا الشرط لا ينطبق على كل الأنواع. هنالك نوعان رئيسيان من بطاقات RFID هما:

الرقاقات النشطة (Active Tags)

التي تعتمد على بطارية، وجود البطارية يجعل هذه الرقاقة تتواصل حتى 100 متر، بعض هذه الرقاقات مستقل تماماً عن حقل القارئ إذ أنها متكاملة مع وحدة إرسال خاصة مما يجعلها قادرة على التواصل لمسافة عدة كيلومترات باعتماد مبدأ الرادارات^[4]. قد يكون القارئ محمولاً بحيث لا يتجاوز وزنه النصف كيلوغرام ومزوداً بذاكرة سعتها أكثر من 128 ميغابايت ومن الممكن أن يتصل بالحاسوب لاسلكياً.

الرقاقات الخاملة (السلبية) (Passive Tags)

التي لا تعتمد على بطارية، عدم وجود مصدر الطاقة المستقل يحد من قدرة الإرسال الخاصة بهذه الرقات إلى عدة أمتار فقط، تتم تغذية هذه الرقاقة كما ذكرنا سابقاً بواسطة طاقة الموجات الكهرومغناطيسية. وتتناقص قدرة مجال القارئ بسرعة مع ازدياد المسافة مما يحدد مجال قراءتها إلى مسافة 4-5 متر باستخدام الترددات العالية جداً 860-930 MHz.

و يوجد شكل سيتم تحميله يبين مكونات الرقاقات الموجبة والسالبة^[5].

كل من هذين النوعين يتميز بصفات عن الآخر، والجدول التالي يقارن بينهما:^[3]

	الرقاقات النشطة	الرقاقات الخاملة
مصدر الطاقة	بطارية	الطاقة الصادرة عن القارئ
توفير الطاقة	دوماً	عند القراءة فقط
التردد	455 GHz,2.45 GHz,5.8 GHz	مختلفة من الترددات المنخفضة إلى المرتفعة UHF
مسافة القراءة	تصل إلى 100 متر	من مترين إلى 5 أمتار
حجم الذاكرة	تصل إلى 128 كيلو بايت	تصل إلى 256 بايت
جاهزية العمل	تكون دوماً في حالة تأهب وتنشط عند وصول الإشارة من القارئ	لا تعمل سوى بحالة القراءة وتكون الاستجابة بطيئة نسبياً
الصيانة الدورية	تحتاج	لا تحتاج
الاستعمال	عادة على صناديق الشحن الكبيرة	عادة على المعلبات والأشياء الصغيرة
السعر	10 – 100 دولار	دولار واحد

 الرقاقات شبه الخاملة (شبه السلبية) (Semi-Passive Tags)

مشابهة للرقاقات النشطة باعتمادها على مصدر طاقة خاص بها، ولكن البطارية موجودة داخل الشريحة ونتيجة لذلك يكون بإمكان الهوائي إرسال واستقبال المعلومات فقط وهذا يجعل هذا النوع أسرع من الرقاقات السلبية، كما أنها تتميز بـ:-

·         أنها حساسة أكثر من الرقاقات السلبية.

·         تدوم البطارية لفترة أطول من الرقاقات النشطة.

·         يمكن أن تؤدي وظائف نشطة (مثل تسجيل درجات الحرارة) باستخدام طاقتها الخاصة حتى بغياب القارئ.

الرقاقات ذات القابلية العالية (Extended Capability)

لهذه الرقاقات قدرات عالية جداً تفوق القدرات الأساسية لرقاقات الـ RFID كلوحة ترخيص أو كبديل لتقنية الترميز العمودي(Bar-code)، تتميز هذه الرقاقات بـ:-

·         قدرتها على إرسال واستقبال البيانات لمسافات عالية جداً.

·         قدرتها على العمل في البيئات الصعبة.

·         قدرة تخزين عالية جداً على البطاقة.

·         قدرتها على التكامل مع المجسات.

·         قدرتها على التواصل مع الأجهزة الخارجية.

·         قدرتها على تحمل تقلبات الطقس.  

المعوقات

اعتبر تعريف الهوية لاسلكيا بطريقة التمييز بين الاشياء والاشخاص بالموجات الراديوية RFID المنبعثة من شارات موضوعة مختلفة والترحيب بها، نوع من الاختراق والابتكار في تقنية التعقب والاستقصاء، الا انها شجبت على نطاق واسع لكونها الاقرب إلى تقنيات المراقبة السرية وأداة للتجسس والاستطلاع على الغيرو لذلك فإن تطبيق تقنية RFID يواجه الكثير من المعوقات، ومن أهمها:

1-التكلفة العالية: يرجع السبب في بطء تطبيق المكتبات أو تحولها نحو تقنية RFID (مثلاً) هو أن تكلفة رقاقات RFID لا تزال مكلفة مقارنة بتكلفة أرقام الترميز العمودي. وحتى ولو أضيفت تكلفة عنصر الشرائط الممغنطة ضمن عناصر مقارنة التكلفة، فإن إجمالي تكلفة المواد لاستخدام تقنية RFID تبلغ من 4-5 أضعاف تطبيق واستخدام كل من الترميز العمودي والشرائط الممغنطة سوياً. ولكن مع هذا التفاوت، إلا أن الزيادة في الكفاءة الوظيفية التي تقدمها تقنية RFID تعتبر عظيمة بما فيه الكفاية لإقناع الأعداد المتزايدة من المكتبات لتنفيذ هذه التقنية، ومن الأمثلة أيضاً أن تكلفة الرقاقة الواحدة في الولايات المتحدة الأمريكية تساوي دولارً واحداً، ولكن هذه التكلفة عالية إذا وضعت هذه الرقاقات على البضائع التي تتلف بسرعة كالحليب مثلاً، وتسعى الشركات المصنعة إلى جعل هذه التكلفة أقل من سنت واحد عندها سيكون بالإمكان استبدال الترميز العمودي برقاقات RFID ليطغى فكر هذه التقنية في جميع أنحاء العالم.

2-عدم توافق رقاقات RFID المصنعة في الشركات المختلفة مع بعضها البعض: يلاحظ أن رقاقات RFID الواردة من مختلف الموردين لا تتوافق مع بعضها البعض، لذلك فإن التغيير من مورد إلى آخر سيتطلب إعادة تركيب رقاقات جديدة ويرجع ذلك إلى عدم توفر معايير ملزمة لهذه الشركات.

3-انتهاك الخصوصية والأخلاقيات:

شعار حملة ضد الرقاقات بواسطة German privacy group FoeBuD

مما لا شك فيه أن تقنية RFID لها العديد من المزايا في المجالات التي تستخدم فيها ولكنها أيضاً تسمح لأشخاص أخرىن بانتهاك خصوصية مستخدمي هذه التقنية، حيث أن رقاقات RFID يسهل قراءتها من أشخاص غير مرخص لهم في حال استخدموا جهاز قارئ RFID. فمثلاً سيكون بإمكان أي شخص يمتلك جهاز قارئ RFID أن يحصل على كل البيانات المخزنة عن الشخص إذا كانت مزروعة فيه مثلاً وبالتالي التعدي على خصوصيته واستخدام هذه البيانات بطرق غير شرعية. إضافة إلى الدخول خلسة إلى الأماكن المحظورة كما يقول بروس شنير أخصائي الامن في شركة (كاونترباين إنترنيت سيكيورتي). ويضيف أنه عندما تكون هذه الشرائح داخل بطاقات الهوية وداخل ثيابك وممتلكاتك، فأنت تقوم فعليا بإذاعة من أنت (هويتك) إلى أي شخص آخر يقع في مدى إرسال هذه الموجات من الشرائح. من هنا فإن مستوى الاستطلاع والمراقبة التي باتت ممكنة، ليس من قبل الحكومات

المصدر

http://rfidrfidtechnology1.wordpress.com/