RFID

من ويكيمكتبات الموسوعة الحرة في علم المكتبات والمعلومات والأرشيف.
اذهب إلى: تصفح، ابحث

الرقاقات الراديو لاسلكية أو التعرف بترددات الراديو الزيد Radio-frequency Identification واختصاراً تعرف بـ RFID.

تقنية (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 البيانات والاستعلامات من خلال موجات الراديو.


مقدمة[عدل]

  • 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 <ref name="minshawi">المنشاوي للدراسات والبحوث، استخدام أنظمة الرقاقات الذكية (RFID) للتعرف على الحجاج، د. محمد مهندس د. معن كوسا د. جميل باخشوين، مركز مشروع البطاقة الذكية. جامعة الملك فهد للبترول والمعادن. http://www.minshawi.com/other/mohandes.htm.</ref>.

الملخص[عدل]

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[عدل]

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 <ref name="WikiPedia">Wikipedia, the free encyclopedia http://en.wikipedia.org/wiki/RFID</ref>.

مبدأ عملها.[عدل]

للتعرف على مبدأ عمل رقاقات RFID علينا أن نتعرف على أجزائها أولاً. تكنولوجيا RFID تتكون من ثلاثة أجزاء رئيسية هي: 1. البطاقة التي تحتوي على جهاز الإرسال والمعلومات. 2. جهاز القراءة والإرسال. 3. برامج الحاسوب وقواعد البيانات.

رقائق الـ RFID تكون على شكل بطاقات يمكن لصقها أو تثبيتها على الأشياء، وهذه الرقائق الصغيرة جداً تحتوي على هوائي لاستقبال الموجات والذي يكون على شكل سلك رفيع ملفوف داخل البطاقة.

يقوم هذا الهوائي باستقبال الموجات المغناطيسية الصادرة من جهاز القراءة ويشغل الدارة الإلكترونية الموجودة داخل البطاقة والتي بدورها تبدأ عملية البث اللاسلكي للقارئ وتصل المعلومات عند نقلها إلى جهاز الحاسوب أو الشبكة في النهاية. كما ذكرنا سابقاً فإن بطاقات RFID تحتوي على ذاكرة بخلاف الرقم المرمز Barcode الذي يحتوي فقط على رقم يرسل للقارئ، هذه الذاكرة الصغيرة (عادة من نوع EEPROM) تتسع لمعلومات مفصلة وقد تصل سعتها إلى 256 بايت.

لابد أن نلاحظ أن هذه الرقاقة لا تحتوي على مصدر طاقة خاص بها (بطارية مثلاً) وذلك يسهل وضعها على البضائع، ولكن هذه التقنية تعمل على مبدأ دوائر الرنين (resonance circuit) والتي تقوم باستخدام طاقة الموجات الكهرومغناطيسية الصادرة عن جهاز القراءة، تتكون الدارة بشكل بسيط من ملف ومكثّف (Coil and Capacitor) وتصل الدارة إلى مرحلة الرنين عند توافق تردد موجات القارئ وتردد الدارة فتستخدم الطاقة الناتجة لإرسال المعلومات للقارئ. يقوم القارئ بدوره بتحويل الإشارات اللاسلكية الواصلة من البطاقة إلى بيانات رقمية قابلة للتعامل بالحاسوب حيث تتم معالجتها بالبرامج <ref name="Khateeb">تقنية RFID، جميل الخطيب/هندسة عربية. http://www.handasarabia.org/mambo/index.php?option=com_docman&task=doc_view&gid=49&lang=n.</ref>. والشكل التالي يوضح المكونات الأساسية لرقاقة RFID.

أنواع رقاقات RFID[عدل]

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)[عدل]

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<ref name="Klaus">Klaus Finkenzeller, RFID Handbook, Radio-Frequency Identification Fundamentals and Applications, Wiley, 1999</ref>. 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)[عدل]

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<ref name="RFIDT">Radio Frequency Identification Tags http://www.dkiff.co.uk/Documents/RFID_The%20Wider%20Implications.doc</ref>.

كل من هذين النوعين يتميز بصفات عن الآخر، والجدول التالي يقارن بينهما:<ref name="Khateeb"/>

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)[عدل]

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)[عدل]

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.

أنواع أخرى[عدل]

هنالك أنواع أخرى من هذه الرقاقات ولكننا لن نتعرض لها بالشرح المفصّل، وهي <ref name="WikiPedia"/> :

  • الرقاقات ذات الهوائي (Antenna types).
  • الرقاقات ذات البطاقة المرتبطة (Tag attachment).
  • الرقاقات التي تحدد المواقع (Tagging Position).

هنالك الكثير من التطبيقات التي تستخدم فيها رقاقات RFID، وحسب هذه التطبيقات يتم صنع الرقاقات اعتماداً التسلسل التالي:

  • وضع صفيحة ورقية أو بلاستيكية من الأسفل.
  • تثبيت هوائي مصنوع من مادة ناقلة مثل النحاس أو الألمنيوم.
  • توصيل الشريحة الإلكترونية إلى الهوائي.
  • تغطية الرقاقة بصفيحة بلاستيكية أو ورقية لاصقة.

وتتخذ الرقاقة أشكالاً مختلفة مثل :

1. رقاقات بحجم البطاقة البنكية مع خلفية لاصقة. 2. أقراص بلاستيكية. 3. رقاقات ضمن ساعة يد. 4. علاقات مفاتيح. 5. رقاقات ورقية. 6. وغيرها حسب طلب المستخدم.

أما عن مركبات الشريحة ضمن الرقاقة فإنها تتألف من وحدة طاقة ومعدل ومنسق أوامر ومحولات إلى قيم رقمية.<ref name="LARAN">Steve Lewis: A basic introduction to RFID Technology and its use in the supply chain, White paper, LARAN RFID, 2004. http://www.printronix.com/library/assets/public/case-studies/rfid-laran-white-paper-english.pdf</ref>

وقد تم التوصل إلى صناعة شريحة إلكترونية باستخدام تقنيات متطورة ومعقدة بحيث انه لا تتجاوز أبعادها 0.3 0.3 مم2 وتقوم بتنفيذ برمجيات محددة ضمن متطلبات عالية مثل الاستهلاك المتدني للطاقة ومعالجة إشارات غير صافية بسبب التداخلات. ومعظم الشرائح تحتوي على ذاكرة EEPROM لحفظ المعلومات حتى عندما لا تكون موصلة لأي مصدر طاقة. وسعة هذه الذاكرة من 96 بت إلى 64 كيلو بت وزيادة السعة تؤدي إلى زيادة مساحة الشريحة وسعرها. وتخفيض مساحة الشريحة أدى إلى إمكانية تخفيض كلفة الرقاقة إلى حدود 0.2 دولار (75 هللة سعودية)<ref name="minshawi"/>. وقد تم مؤخراً تطوير رقاقات بحيث يتم تركيب الهوائي على سطح الشريحة مباشرة<ref name="Panchalingham">Dargan, G.; Johnson, B.; Panchalingham, M.; Stratis, C. The use of Radio Frequency Identification as a Replacement for Traditional Barcoding</ref> بحيث يكون سطح الرقاقة صغير جداً ويمكن إخفاؤها ضمن أوراق نقدية.

المعايير والمقاييس[عدل]

قامت الهيئة العالمية للمقاييس The International Organization for Standardization-ISO بوضع أسس ومقاييس تقنية RFID وهذه قائمة ببعض المقاييس التي أقرتها الهيئة والتي تستعمل لإدارة المعلومات على البطاقات والأنظمة اللاسلكية للأجهزة<ref name="Khateeb"/>:

  • ISO 11784 كيفية توزيع المعلومات على البطاقة.
  • ISO 11785 طريقة التواصل عبر الأثير.
  • ISO 14443 طريقة التواصل عبر الأثير وتنظيم عملية الدفع بالبطاقات الذكية (Smart label).
  • ISO 18047 و ISO 18046 لفحص البطاقات والقارئ والتحقق من توافقها مع المعايير.
  • 18000—1: Generic parameters for air interfaces for globally accepted frequencies.
  • 18000—2: Air interface below 135 kHz
  • 18000—3: Air interface for 13.56 MHz
  • 18000—4: Air interface for 2.45 GHz
  • 18000—5: Air interface for 5.8 GHz
  • 18000—6: Air interface for 860 MHz to 930 MHz
  • 18000—7: Air

at 433.92 MHz

استخدامه في المكتبات[عدل]

روابط خارجية[عدل]

المصادر والمراجع[عدل]

references-column-count references-column-count-{{{1}}} }} }} }}" {{#if: | style="-moz-column-width:{{{عرض العمود}}}; column-width:{{{عرض العمود}}};" | {{#if: | style="-moz-column-count:{{{1}}}; column-count:{{{1}}};" }} }}> <references group=""></references>

<references />