مقاله استفاده ازRFID در خودروها فراتر از کارت هوشمند سوخت

استفاده از RFID در خودروها با امکاناتی فراتر از کارت هوشمند سوخت

محمودرضا سمیعی زفرقندی

Email : astronomy@board.ir

واژه های کلیدی : RFID ، EPC ، ETC ، EVR ، شناسایی از طریق امواج رادیویی ، کد الکترونیکی محصول، عوارض الکترونیکی

چکیده :

امروزه فناوری شناسایی از طریق امواج رادیویی ( RFID ) با استقبال و کاربرد روز افزون در امور مردم مواجه شده است . در ابتدای این مقاله به تاریخچه RFID پرداخته و به چگونگی عملکرد و اجزای سیستمهای شناسایی از طریق امواج رادیویی ( برچسبهای RFID ، آنتنها ، دستگاه های قرائتگر اطلاعات ، نرم افزارها و پایگاه های داده ) می پردازیم و با بررسی انواع باند فرکانسی RFID و نمونه کاربرد در هر باند به EPC به عنوان کد الکتریکی استاندارد اشاره کرده و کلاسهای مختلف RFID را مطرح می سازیم ؛ سپس به مزایا و محدودیتهای RFID می پردازیم و با مطرح ساختن کارت هوشمند سوخت ، مقایسه ای بین کارتهای هوشمند و RFID ها خواهیم داشت و به مسئله عملکرد RFID در خودرو از جمله پرداخت عوارض و هزینه ها به صورت الکتریکی و مسائل AVI و EVR خواهیم پرداخت .

تاریخچه RFID :

پیشینه فناوری شناسایی از طریق امواج رادیویی به کشف فارادی[4] در سال 1864 مبنی بر اینکه نور و امواج رادیویی هر دو اشکالی از انرژی الکترو مغناطیس می باشند ، باز می گردد . در سال 1946 لئون ترمین[5] ابزاری را برای دولت اتحادیه جماهیر شوروی اختراع کرد که قادر بود امواج رادیویی ایجاد شده ناشی از هرگونه وقایع و حوادث را در قالب صوت 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. این وسیله به‌عنوان نخستین دستگاه مبتنی بر ساختارRFID شمرده می شود . ولی برخی منابع معتقد می باشند که فناوری RFID از سال 1920 در بین کارشناسان و متخصصان رواج داشته و در دهه 1960 تکمیل شده است . فناوری دیگری که شباهت زیادی به RFID داشت و IFF[6] نام گرفته بود، در سال 1939 در بریتانیا اختراع شد و به‌عنوان وسیله‌ای کارآمد در جنگ جهانی دوم مورد استفاده قرار گرفت تا هواپیماهای آلمانی به عنوان هواپیمای دشمن آسان‌تر شناسایی شوند. هری استاکمن[7] یک محقق آمریکایی نیز در سال 1948 مقاله‌ای را منتشر کرده بود که نشان می‌داد او نیز به RFID فکر کرده است. وی عنوان مقاله خود را "ارتباط بوسیله نیروی انعکاس" گذاشته بود و پیش‌بینی کرده بود که اگر بخواهیم از نیروی امواج رادیویی برای شناسایی اشیا و وسایل مختلف استفاده کنیم،باید تحقیقات فراوانی را روی آن انجام دهیم. به جز این‌ها ده‌ها نفر دیگر نیز در زمینه RFID تحقیق کرده بودند و هر یک از آن‌ها توانسته‌بودند به نوبه خود در این زمینه مفید واقع شوند.در سالهای اخیر پیشرفت این فناوری موجب انفلابی در سیستمهای شناسایی و تبادلات تجاری شده است.در شکل (2) نمودار پیشرفت این فناوری ملاحظه می شود و در جدول ( 1 ) نیز پیشرفت در فواصل هر دهه نمایش داده شده است . ] 1 ، 2 ، 3 ، 4 ، 5 ، 6 ، 7 ، 8 ، 9 [

شکل ( 1 ) : کاربرد RFID در جنگ جهانی دوم با عنوان IFF ] 3 [

شکل ( 2 ) : خط زمانی پیشرفت RFID ] 1 [

جدول ( 1 ) : نمایش پیشرفت RFID در هر دهه ] 1 ، 2 ، 3 ، 4 ، 5 ، 6 ، 7 ، 8 ، 9 [

چگونگی عملکرد RFID و اجزای سیستم آن :

هدف اصلی از راه‌اندازی یک سیستم RFID دریافت اطلاعات مورد نظر از یک شی‌ء در حال حرکت است که به‌وسیله دستگا‌ه‌های مخصوص خوانده می‌شود تا مورد استفاده قرار گیرد. این اطلاعات می‌تواند در مورد هویت یک شخص، محل استقرار وی و یا تمامی اطلاعات مربوط به یک محصول مشخص مثل قیمت،‌رنگ، تاریخ تولید، تاریخ انقضا و غیره باشد. مطابق شکل ( 3 ) ، اجزای سیستم RFID شامل چهار قسمت برچسب[8] ( آنتن + تراشه )، قرائتگر اطلاعات ذخیره شده در برچسب‌ها[9] ( شامل آنتن ) و پایگاه داده[10] . در این سیستم، قرائتگر امواج الکترومغناطیسی را ارسال کرده و برچسب با دریافت این امواج ، اطلاعات از پیش ذخیره شده خود را برای قرائتگر ارسال می نماید و این اطلاعات در پایگاه داده ذخیره شده و به وسیله نرم افزارهای مربوطه پردازش می شوند . ] 2 ، 6 ، 10 ، 11 ، 12 [

شکل ( 3 ) : اجزای سیستم RFID ] 6 [

الف ) برچسب و انواع آن :

هر برچسب RFID شامل دو قسمت اصلی تراشه جهت حفظ و تامین حافظه و آنتن جهت ارسال اطلاعات ( در نوع غیر فعال ، تامین انرژی ) می باشد . برای شناسایی هر شیئ یا شخص در سیستمهای RFID ، نیازمند به نصب یک برچسب بر روی آن می باشیم . مطابق شکل ( 4 )، مراحل ساخت یک نمونه برچسب RFID نمایش داده شده است. در مرحله نخست زیر لایه از جنس PVC ، PET یا کاغذ و یا موادی نظیر آن در نظر گرفته می شود و سپس آنتن از جنس رسانا ( جهت بر قراری ارتباط رادیویی با دستگاههای خواننده ) بر روی آن قرار می گیرد در مرحله بعد، تراشه از جنس نیمه هادی به آنتن جوش داده شده و دست آخر به وسیله یک لایه محافظتی پوشیده می شود . ] 2 ، 6 ، 10 ، 11 ، 12 [

شکل ( 4 ) : مراحل ساخت برچسبهای RFID ] 10 [

بسته به نوع نیاز ، محل و برد لازم تفاوتهایی در اندازه و قیمت این برچسبها خواهد بود . لذا این برچسبها را در انواع مختلف و جهت کاربردهای مختلف طراحی کرده اند. به طور کلی چهار نوع برچسب شامل غیر فعال[11] ، نیمه غیر فعال[12] ، نیمه فعال[13] و فعال[14] وجود دارند. حافظه انواع برچسب بین 16 بیت[15] تا بیش از 512 کیلو بایت[16] بوده و می تواند از نوع نوشتنی یا خواندنی/نوشتنی باشند و تحت فرکانسی بین 125 کیلو هرتز تا 5.8 گیگا هرتز کار کرده و با فیمتی بین چند سنت تا چند صد دلار آمریکا می باشند .

برچسب غیر فعال : این برچسب که کاربرد گسترده ای دارد . نیروی لازم برای فعال کردن مدار تراشه را توسط آنتن خود از امواج الکترومغناطیسی تولید شده توسط قرائتگر ، دریافت می‏کند ( با ازدیاد فاصله این انرژی به شدت کاهش می یابد ) . سپس تراشه امواجی را که باید برگشت داده شود، توسط آنتن خودش برای آنتن قرائتگر ارسال می‏دارد و قرائتگر هم آنها را به پایگاه داده انتقال می‏دهد . جهت فروشگاهها از این برچسبها استفاده می شود .

برچسب نیمه غیر فعال و برچسب نیمه فعال: این برچسب ها دارای باتری می باشند و با دریافت نیروی فعال کننده از قرائتگر ، باتری را به کار می‏اندازند و اطلاعات درون تراشه را ارسال می‏کنند. با توجه به عدم فعالیت همیشگی ،  مصرف باتری در این برچسبها صرفه‏جویی می‏شود و عمر باتری افزایش می‏یابد . برد این برچسبها حدود 4 تا 50 متر است چراکه جهت راه اندازی ارتباط نیاز به دریافت سیگنال از قرائتگر خواهد بود . حافظه این برچسبها نسبت به نوع غیر فعال بیشتر می باشد .

برچسب فعال و برچسب نیمه فعال: این برچسب ها دارای باتری بوده و خود توانایی ایجاد فرکانس رادیویی بوده و به طور مداوم فعال ( در مواردی امکان زمان بندی فعالیت برچسب نیز وجود دارد و یا برچسب خود در هنگام نیاز عمل می کند که نوع نیمه فعال می باشد ) و در حال ارسال اطلاعات به قرائتگر است و حافظه بیشتری نسبت به نوع غیر فعال دارند . ] 3 ، 6 ، 9 ، 10 ، 13 ، 14 ، 18 [

تراشه زیر لایه آنتن محافظ کاغذی

شکل ( 5 ) : یک نمونه از برچسبهای RFID نوع غیر فعال ] 6 [

جدول ( 2 ) : مقایسه انواع برچسب RFID ] 3 ، 6 ، 9 ، 10 ، 13 ، 14 [

از نکات پر اهمیت در برچسبهای RFID، فرکانس کار این برچسبها است. همانطور که بیان شد، RFID ها تحت فرکانسی بین 125 کیلو هرتز تا 5.8 گیگا هرتز عمل می کنند. این فرکانس بیانگر برد برچسبها، میزان نفوذ در مواد، انرژی مورد نیاز و نرخ انتقال داده ها است. در جدول ( 3 ) مقایسه ای بین انواع محدوده فرکانسی مورد استفاده در برچسبهای RFID نمایش داده شده است . البته باندهای فرکانسی در رنج  UHFبسته به استانداردهای موجود در هر کشور متفاوت می باشند . در شکل ( 6 ) نمایشی از باندهای فرکانسی UHF در کشورهای مختلف نمایش داده شده است .

شکل ( 6 ) : باندهای فرکانسی UHF جهت برچسبهای RFID در کشورهای مختلف ] 17 [

جدول ( 3 ) : فرکانس مورد استفاده در برچسبهای RFID  ]6 ، 7 ، 10 ، 11 ، 13 ، 15 ، 16 ، 18 ، 19 [

نکته دیگر در هنگام کار با برچسبهای RFID اثرات مواد گوناگون بر روی سیگنال این برچسبها است این اثرات خود را به چهار صورت ( انعکاس و انکسار ، جذب یا تلف ، اثرات دی الکتریک و اثرات پخش ) نشان می دهند در جدول ( 4 ) نمونه ای از چگونگی اثر مواد مختلف بر روی سیگنال برچسبهای RFID مشاهده می شود . ] 18 [

جدول ( 4 ) : اثرات مواد بر سیگنال برچسبهای RFID  ] 18 [

در برچسبهای RFID نوعی دیگر از دسته بندی بر اساس کارکرد برچسب و حافظه داخلی آن وجود دارد که در پنج دسته می باشند و در جدول ( 5 ) نمایش داده شده اند . در این پنج دسته از سه نوع حافظه استفاده شده است :

دسته صفر ، برچسبهایی با حافظه های فقط خواندنی می باشند که در آنها یک کد ساده توسط کارخانه سازنده وارد حافظه شده است و پس از تولید دیگر قابل تغییر نمی باشند؛ بدین ترتیب از سطح بالای امنیت برخوردار خواهند بود . از این نوع برچسب می توان جهت اموری چون تعیین نوع کالا و همچنین جلوگیری از سرقت استفاده کرد ؛ نوعی از این برچسبها وجود دارد که بدون کد شناسایی است و تنها  با عبور از میدان دستگاههای خواننده خود را نمایان می سازند .

دسته یک ، برچسبهایی با حافظه های یک بار نوشتنی و سپس فقط خواندنی ( WORM[20] ) می باشند . ورود اطلاعات در این برچسبها تنها یک بار توسط کارخانه سازنده یا مصرف کننده صورت می گیرد ؛ سپس می تواند مانند یک برچسب فقط خواندنی عمل کند. بدین ترتیب از سطح بالای امنیت و انعطاف پذیری بهتری نسبت به کلاس صفر برخوردار خواهند بود . اگرچه این برچسبها می توانند از هر نوعی باشند اما اغلب از نوع غیر فعال می باشند .

دسته دو ، برچسبهایی با حافظه هایی با قابلیت خواندن – نوشتن می باشند . در این نوع ، مصرف کننده امکان نوشتن اطلاعات بر روی برچسبها و خواندن اطلـاعات از آنها را خواهد داشت . این برچسبها نسبت به برچسبهای دستـه صفـر که تنها یک کد ساده را حمل می کنند فضای بیشتری را اشغال می نمایند .

دسته سه ، برچسبهایی با حافظه هایی با قابلیت خواندن – نوشتن به همراه یک حسگر داخلی می باشند . با توجه به وجود یک حسگر که اطلاعاتی نظیر دما و رطوبت را ثبت می کنند ، این برچسبها را از نوع فعال یا نیمه فعال انتخاب می کنند .

دسته چهارم، برچسبهایی با حافظه هایی با قابلیت خواندن – نوشتن به همراه امکان ارسال اطلاعات به صورت هوشمند می باشند.این برچسبها جهت ایجاد شبکه با سایر برچسبها بدون نیاز به دستگاه خواننده مناسب بوده و همیشه به همراه یک منبع تغذیه فعال می باشند. جهت نوشتن اطلاعات بر روی این برچسبها می توان از برچسبی دیگر ( از نوع فعال ) یا دستگاههای  خواننده استفاده کرد . از مشکلات آن مسئله امنیت پایین و قیمت بالا است .

جدول ( 5 ) : دسته بندی برچسبهای RFID  ]7 ، 15 ، 18 ، 19 [

برای داشتن یک برچسب ارزان قیمت ، سریع و دقیق ، و تولید برچسبهایی که به عنوان یک اشاره گر به اطلاعات موجود در پایگاه اطلاعاتی عمل کنند، بایستی استانداردی جهت کد کردن برچسبها معرفی شود؛ تحقق این امر با پیدایش کد الکترونیکی محصول ( EPC ) ممکن می شود . این کد مانند کد جهانی کالا ( UPC[23] ) است که در بارکدها استفاده می شود . 

استانداردها ( EPC  و ISO[24] )

فرکانس رادیویی ، فاصله ، تغذیه و سرعت خواندن اطلاعات پارامترهای تاثیر گذار بر استانداردسازی RFID ها می باشند . جهت ایجاد یک استاندارد جهانی نیاز به رعایت مواردی چون پروتکل های واسط در هوا ( ارتباط بین برچسب و دستگاههای خواننده ) ، حجم اطلاعات ، هماهنگی قسمتهای مختلف با هم ، کاربردها و نحوه بسته بندی کردن برچسب می باشد . در جدول ( 6 ) ، استانداردهای ISO به عنوان استاندارد پرو تکل ارتباط دستگاههای خواننده با برچسبهای RFID نمایش داده شده است. جهت گسترش استانداردها از کد الکترونیکی محصول ( EPC ) استفاده می شود. ] 9،20[

جدول ( 6 ) : استانداردهای ISO برای برچسبهای RFID ]20 [

کد الکترونیکی محصول ( EPC ) در اکتبر 1999 در مرکز Auto-ID پدید آمد و از سال 2003 مرکز کامل تر دیگری به نام EPCglobal[25] متصدی توسعه استانداردهای EPC شد . از طریق EPC  بر خلاف بارکد ، می توان برای هر محصول شماره شناسایی منحصر به فردی داشت . این کد در بازه های 64 بیتی تا 256 بیتی با  4 قسمت مختلف می باشند. این چهار قسمت در جدول ( 7 ) برای چند نوع EPC نمایش داده شده است . همچنین مطابق شکل ( 7 )، بیتهای 0 تا 7 قسمت عنوان بوده و طول کد ( نسخه کد ) را مشخص می نماید . بیتهای 8 تا 35 قسمت مدیریت EPC بوده و اغلب اطلاعات تولید کننده برچسب در آن قرار داده می شود . بیتهای 36 تا 59 قسمت دسته شیئ بوده و نوع دقیق کالا را مشخص می نماید و مانند روش نگهداری کالا ( SKU[26] ) عمل می کنند . بیتهای 60 تا 96 شماره سریال را مشخص می نمایند و بدین ترتیب یک کد شناسایی جهت 2 به توان 96 محصول فراهم می شود . ] 6 ،7 ،10،13،16،20 [

جدول ( 7 ) : دسته بندی برچسبهای RFID  از لحاظ نوع EPC  ]7 [

28 بیت مدیریت ( بیش از 268 میلیون امکان ) 24 بیت دسته شیئ ( بیش از 16 میلیون امکان ) 36 بیت شماره سریال ( بیش از 68 بیلیون امکان ) 8 بیت عنوان ( 2 بیت نخست صفر بوده است ) کد الکترونیکی محصول

شکل ( 7 ) : قسمتهای مختلف کد الکترونیکی محصول از نوع 96 بیتی ] 6 [

ب ) آنتن ها

یکی از اجزای اساسی در سیستمهای RFID ، آنتن ها می باشند . همانگونه که در شکل ( 2 ) ملاحظه می شود ، آنتن ها هم در برچسبها و هم در دستگاههای قرائتگر وجود دارند . وظیفه اصلی آنتنها دریافت و ارسال امواج رادیویی می باشد . بطوریکه دستگاه قرائتگر در هنگام خواندن، با ارسال سیگنال رادیویی توسط آنتن خود موجب فعال سازی برچسب ( نوع غیر فعال یا نیمه غیر فعال ) می شود ، و برچسب اطلاعات خود را توسط آنتن خود به آنتن خواننده ارسال می نماید یک نمونه از آنتن برچسبهای غیر فعال در شکل ( 5 ) نمایش داده شده است ؛ بزرگی آنتن ارتباط مستقیمی با برد آنتن دارد . در بر چسبهای فعال نیز ارسال اطلاعات توسط آنتن های موجود در بر چسبها صورت می گیرد . ] 6 ، 10 ، 11 [

ج ) برچسب خوان ( قرائتگر یا خواننده )

یکی دیگر از اعضای سیستمهای RFID ، خواننده ها می باشند . این دستگاهها که به دو صورت ثابت ( نصب در محل ) و متحرک عرضه می شوند، وظیفه خواندن، ثبت ، نگهداری و ارسال اطلاعات از برچسبها به سرور اطلاعاتی را دارند . خواندن اطلاعات در یک گیرنده RFID توسط امواج رادیویی صورت می گیرد و نیاز به دید مستقیم نیست . مطابق شکل ( 2 ) برچسب خوانها نیاز به داشتن یک آنتن جهت ارسال و دریافت سیگنال و یک پردازشگر می باشند . مهمترین مسائل در دستگاههای خواننده به قرار ذیل است :

·  پشتیبانی از محدوده فرکانسی متفاوت: بعضی از شرکتها،برچسب خوان با توانایی پشتیبانی از محدوده فرکانسی مختلف تولید می کنند.

·  پروتکل سریع : یکی از مزایای بعضی از این دستگاهها پشتیبانی از پروتکل های متفاوت ( EPC یا ISO و ... ) است .

·  قوانین مختلف محلی : فرکانس UHF مورد استفاده در آمریکا MHz 930 – 902 و در اروپا MHz 869 است . منبع تغذیه مورد استفاده در آمریکا 4 وات و در اروپا 500 میلی وات است . مدیریت فرکانس نیز در آمریکا و اروپا متفاوت می باشند .

·         قابلیت اتصال به شبکه : TCP/IP , Wireless LAN (802.11) , Ethernet LAN ( 10base T) , RS 485

·  توانایی استفاده تعدادی برچسب خوان با هم : از طریق concentrators ، از طریق middleware

·  توانایی به روز کردن نرم افزار برچسب خوان : از طریق اینترنت ، از طریق اتصال به سرور اصلی .

·  مدیریت آنتنها : معمولا 4 آنتن برای هر برچسب خوان ، چند آنتن به هم وصل می شوند .

·         تعدیل شرایط آنتن : تنظیم دینامیکی .

·         ورودی خروجی دیجیتال برای حسگرهای خارجی و مدارات کنترلی .

در شکل ( 8 ) دو نمونه از گیرنده های RFID به صورت ثابت و دستی نمایش داده شده اند ؛ همانگونه که مشاهده می شود بسته به نوع استفاده دارای شکل ظاهری و اندازه متفاوتی خواهند بود . ] 6 ، 10 ، 11، 12 ، 15 ، 18 ، 19 [

شکل ( 8 ) : گیرنده های RFID در انواع مختلف] 15 [

د ) پایگاه داده و نرم افزار

از دیگر اجزای سیستمهای RFID ، پایگاه داده و نرم افزار آن می باشد ؛ این قسمت از سیستم ، در شکل ( 2 ) به صورت یک رایانه نمایش داده شده است . جهت پشتیبانی اطلاعاتی از برچسبهای RFID ، نیاز به محلی برای ذخیره و بازیابی اطلاعات می باشد . این محل توسط نرم افزارها و پردازشگرها و برقراری ارتباط با دستگاههای برچسب خوان به استخراج و تبدیل اطلاعات گیرنده ها می پردازد . بدین ترتیب پس از خواندن کد الکترونیکی محصول توسط قرائتگر و ارتباط با پایگاه داده ، امکان بدست آوردن حجم عظیمی از اطلاعات مربوط به آن محصول فراهم می آید . ] 6 ، 12 [

اجزای سیستمهای RFID در شرکتهای مختلف

در جدول ( 8 ) نمونه ای از مقایسه امکانات شرکتهای مختلف در زمینه فراهم آوردن اجزای سیستمهای RFID ( برچسب ، قرائتگر و نرم افزار ) نمایش داده شده است . ] 12 [

جدول ( 8 ) : مقایسه تولیدات اجزای سیستمهای RFID  در شرکتهای مختلف ]12 [

امنیت در سیستمهای RFID

یکی از مسائل بسیار مهم در سیستمهای RFID ، امنیت آن می باشد . جهت این امر نیاز به تعریف دسترسی برای دیدن ، حذف ، تغییر و یا کپی کردن داده ها می باشد . یک سیستم RFID ممکن است در معرض خرابکاری یا جاسوسی قرار گیرد این عمل به چند طریق رخ می دهد : استراق سمع[27] که رخنه در ارتباطات با برد زیاد ( مانند UHF که تا 100 متر بر دارد ) ، قرار دادن دستگاه قرائتگر جعلی متصل به یک کامپیوتر در خط تولید کارخانه ، استفاده از قرائتگر دستی .

برای جلوگیری از هرگونه سوء استفاده  یا هر حمله امنیتی نیاز به صرف هزینه و ایجاد برنامه های امنیتی می باشد . به عنوان نمونه می توان از رمزنگاری استفاده کرد و یا از RFID هایی استفاده کرد که تنها در هنگام لزوم امواج از آنها ساطع شود . ] 10 ، 19 [

مزایای RFID

چند نمونه از مزایایی فناوری RFID را می توان در ذیل مشاهده کرد :

ذخیره اطلاعات بیشتر نسبت به سایر سیستم‏ها ، افزایش نرخ بهره وری ، دقت بالاتر و سرعت بیشتر این سیستمها نسبت به سیستمهای دیگر ، افزایش انعطاف پذیری ، کاهش تلفات ( کاهش استفاده از نیروی انسانی و خطای انسانی ) ، امکان تغییر اطلاعات برچسبها در هر زمان و مکان، امکان خواندن و نوشتن برچسبها در هر زاویه ای و ازمیان اشیاء ( نیاز به دید مستقیم برچسب نیست )، امکان توسعه سیستم با پیشرفت فناوری ساخت اجزای سیستم ، امکان شناسایی منحصر به فرد  هر محصول ، امکان ردیابی در هر لحظه و موقعیت سنجی توسط اتصال به ماهواره و عملکرد از طریق سیستم تعیین موقعیت جهانی ( GPS[28] ) ، قابلیت چند بار استفاده ، پایین آمدن نرخ خطا ، امکان تهیه گزارشات گوناگون ، انجام اتوماسیون انبارداری ، قابلیت نصب حسگرها به برچسبها ( از نوع فعال یا نیمه فعال ) و ارسال اطلاعات حسگر ، طیف گسترده کاربرد این وسیله . ] 6 ، 10 ، 11 ، 15 [

معایب و محدودیتهای RFID

با وجود مزایای فناوری RFID که در فوق بیان شد این فناوری از محدودیتهایی نیز برخوردار است که در ذیل به آنها می پردازیم :

هزینه اولیه راه‏اندازی این سیستم در مقایسه با سیستم‏های دیگر بیشتر است ، با توجه به قوانین مختلف محلی ( محدوده فرکانس ، مدیریت فرکانسی و منبع تغذیه ) استاندارد کلی در این زمینه تدوین نشده است ، مشکلات ناشی از تداخل با سایر فرکانسها ( به علت وجود سایر دستگاههایی که با امواج رادیویی کار می کنند ) ، مشکلات امنیتی ( جاسوسی یا خرابکاری اطلاعات موجود در برچسبها یا سرورهای اطلاعاتی ) در این صورت امکان خوانده شدن برچسب از فواصل زیاد با آنتنهای قوی وجود دارد و یا تغییر و ذخیره اطلاعات بدون آگاهی برچسب یا سرور مرکزی ، تضعیف و در بعضی از برچسبها عدم عملکرد برچسب ناشی از مجاورت مایعات و فلزات ( این اثر خود را در فرکانسهای بالا بیشتر نمایان می سازد ) ، مشکلات ناشی از خواندن تعداد زیادی برچسب با هم که گاهی موجب خوانده نشدن چند برچسب می شود ( این امر با استفاده از الگوریتم مناسب حل می شود ) ، مشکلات ناشی از تداخل عملکرد دستگاههای خواننده ، آلودگی و تشعشعات ، آسیب ناشی از الکتریسیته ساکن ، شرایط آب و هوایی مانند باران و برف . ] 6 ، 10 ، 11 ، 15 [

انتخاب یک برچسب RFID

در جهت انتخاب بر چسب مناسب برای یک کاربرد خاص بایستی پارامترهای متعددی را در نظر گرفت که در ذیل آمده است :

اندازه و شکل ( برای تناسب برچسب و محل نصب نیاز به انتخاب یک برچسب با اندازه و شکل مناسب آن محل است ) ، نزدیکی برچسبها به یکدیگر چقدر است ، مقاومت ( آیا نیاز به یک پوشش محافظ برای جلوگیری از فرسایش و سائیدگی می باشد ) ، آیا برچسب چند بار مصرف است ، مقاومت مورد نیاز در عوامل محیطی از جمله بخار یا مواد فاسد کننده ، قطبی بودن ( برچسب در چه جهتی برای پاسخگویی به امواج رادیویی قرار بگیرد ) ، در چه رنج دمایی مورد استفاده قرار می گیرد ، فاصله ارتباطی چقدر است ، اثر موادی همچون فلزات و مایعات ، عوامل محیطی ( نویز الکتریکی و سایر دستگاههای رادیویی )، محدوده فرکانسی عملکرد برچسب ، پشتیبانی از استانداردها و پروتکل های ارتباطی ( ISO , EPC ) ، قوانین محلی ( آمریکا، اروپا و آسیا ) ، آیا لازم است برچسب اطلاعات بیشتری به غیر از شماره شناسایی را ذخیره کند ، ضد تداخل ( چه تعداد برچسب در یک میدان و در یک زمان خوانده می شوند و با چه سرعتی بایستی شناسایی شوند ) ، پشتیبانی دستگاههای خواننده ( چه دستگاههای خواننده ای توانایی خواندن این برچسب را دارند ) ، برچسب نیاز به چه درجه امنیتی دارد ( حفظ داده ها توسط رمز گذاری ) . ] 10 [

بررسی کارتهای هوشمند الکترونیکی و انواع آن

نخستین ابزاری که جهت استفاده در پرداخت‌های الکترونیکی در اختیار افراد متقاضی قرار می‌گیرد کارتهای پرداخت است. در دیدگاه اول، کارتها از لحاظ پذیرش در دستگاه کارت‌خوان به دو دسته تماسی و غیرتماسی تقسیم می‌شوند .

در کارتهای تماسی برای برقراری ارتباط کارت با دستگاه کارت‌خوان،قسمتی از کارت که حاوی اطلاعات است لزوماً باید درون دستگاه کارت‌خوان قرار گیرد و دستگاه کارت‌خوان با آن در تماس فیزیکی باشد.این کارتها بطور نسبی امنیت بیشتری نسبت به کارتهای غیرتماسی دارند و اکثر کارتهای بانکی و مالی را شامل می‌شوند. از انواع این کارتها می‌توان به کارتهای مغناطیسی و کارتهای تراشه‌دار اشاره کرد که طیف وسیعی از کارتهای امروزی را پوشش می‌دهند.در کارتهای مغناطیسی اطلاعات بر روی نوار سیاه رنگی که بر روی کارت است،بصورت مغناطیسی نوشته و خوانده می‌شود، این نوار خود بنابه استانداردISO 7811  ، شامل سه بخش است که بخش یک کارت معمولاً شامل اطلاعاتی از قبیل نام دارنده و شماره حساب شخص است و سایر اطلاعات کنترلی نیز در بخشهای دیگر قرار دارد . به علت محدودیتهای فیزیکی موجود ، این کارتها حجم اطلاعاتی زیادی را شامل نمی‌شوند. در برخی از خودپردازهای بانکها نوشتن بر روی این بخشها نیز ممکن است. به علت امنیت پایین‌تر این کارتها نسبت به کارتهای هوشمند و سهولت خواندن بخشهای موجود بر روی آنها و توانایی کپی کردن اطلاعات آنها روی کارت دیگر ، غالباً از این کارتها در ارتباطات آنلاین و یا به عنوان کارتهای شناسایی روزمره استفاده می‌گردد . در طرف مقابل،کارتهای تراشه‌دار از یک تراشه مدار مجتمع تشکیل شده که این تراشه می‌تواند شامل یک حافظه تنها و یا یک حافظه به همراه یک ریزپردازنده باشد . کارتهایی که تنها از یک حافظه تشکیل شده باشند، کارتهای حافظه نام دارند که این حافظه می‌تواند غیر قابل شارژ یا با قابلیت شارژ نیز باشد و معمولاً برای نگهداری اطلاعات از آنها استفاده می‌شود و امنیت بیشتری نسبت به کارتهای مغناطیسی دارند.درسویی دیگر کارتهای پردازنده‌دار ( هوشمند ) قرار دارند که به‌جز حافظه یاد شده از مزایای یک ریزپردازنده نیز سود می‌جویند ؛ مطابق شکل ( 9 ) ،  این کارتها معمولا متشکل از پردازنده‌ای جهت انجام امور کنترلی، حافظه‌ای فقط خواندنی شامل سیستم عامل کارت و حافظه‌ای تا 64 کیلوبایت جهت استفاده هستند. به علت وجود برنامه‌های کنترلی موجود و ساختار موجود در آنها ضریب امنیتی این کارتها بسیار فراتر از کارتهای مغناطیسی است و طبیعتاً از قیمت بالاتری نیز برخوردارند. کارتهای هوشمند از لحاظ ساختار داده‌ای موجود در آنها به دو دسته کارت اطلاعاتی و کارت کاربردی تقسیم می‌شوند. در دسته اول تنها فایل‌های داده‌ای ایجاد و قابلیت ذخیره‌سازی دارند، در صورتی‌ که در نوع دوم کارت قابلیت ذخیره سازی یک برنامه کاربردی ، اجرا و ذخیره سازی نتایج آن را دارد .

در کارتهای غیرتماسی ارتباط از طریق امواج رادیویی ( سیگنال RF ) صورت می گیرد. در سیستمهای RFID ، با توجه به نوع کارت و دستگاه کارت‌خوان انتخاب شده، کارت ( برچسب ) ، می‌تواند با فواصل مختلف از کارت‌خوان ( برچسب خوان ) قرار بگیرد. ] 21 ، 22 [

شکل ( 9 ) : نمایی از ساختار داخلی کارتهای هوشمند ] 22 [

جدول ( 9 ) : مقایسه سیستمهای RFID و کارتهای هوشمند ]22 [

کارت هوشمند سوخت و سیستم عرضه سوخت

سیستم عرضه سوخت توسط کارتهای هوشمند، به مجموعه سخت افزارها و نرم افزارها وشبکه های ارتباطی اطلاق می شود که کلیه عملیات کنترل و عرضه سوخت را بااستفاده ازکارتهای هوشمند مکانیزه نموده و بستر مناسبی برای اجرای فعالیتهای متعدد، ازجمله امکان دسترسی دقیق به آمار و ارقام سوخت مصرفی کلیه وسایل نقلیه در سراسر کشور جهت بهینه سازی و مدیریت مصرف انرژی و همچنین پرداخت وجه سوخت را به صورت الکترونیکی میسر می سازد . مطابق شکل ( 10 ) جهت استفاده از این سیستم ، کارت خود را داخل کارت خوان قرار دهید. درپوش باک خودرو را باز کنید. نازل را برداشته سوخت گیری کنید. نازل را سر جای خود قرار دهید. کارت خود را بردارید.

 شکل ( 10 ) : طریقه استفاده از کارتهای هوشمند سوخت ] 23 [

این کارت از نوع کارتهای تماسی بوده و در جهت نگهداری از آن  بایستی مواردی را رعایت کرد : از قرار دادن کارت در مجاورت میدانهای مغناطیسی ( نظیر دفترچه تلفن های مغناطیسی، گوشی تلفن همراه، دستگاههای صوتی و تصویری و ...) خودداری فرمائید. از شستن کارت با آب خودداری و از آلوده شدن آن به هر نوع مایعات بویژه مواد شوینده شیمیائی و فرآورده های نفتی جلوگیری فرمائید. از خم کردن، وارد آوردن فشار به کارت بویژه قرار دادن آن در جیب عقب خودداری فرمائید. از قرار دادن کارت در معرض تابش نور خورشید و یا مجاورت وسایل گرما زا اجتناب فرمائید. نظر به اینکه اعمال هر گونه دستکاری بر روی تراشه کارت هوشمند سوخت و یا قرار دادن آن در کارت خوان های متفرقه موجب از دست رفتن اطلاعات آن خواهد شد. در حفظ و نگهداری تراشه هوشمند دقت فرمائید. ] 23 [

اهداف طرح کارت هوشمند سوخت و شرح عملکرد سیستم

اهداف طرح کارت هوشمند سوخت به قرار ذیل است :

1.  ایجاد بانک اطلاعات مصرف سوخت وسایل نقلیه جهت : ایجاد سیستم نوین مدیریت توزیع ومصرف سوخت،دسترسی دقیق به میزان واقعی مصرف سوخت وسایله نقلیه به تفکیک مناطق جغرافیایی کشورو نوع کاربری ( عمومی ، خصوصی ، دولتی و ...) ، جلوگیری ازقاچاق سوخت به خارج ازمرزهای کشور ، بهره گیری ازگزارشات آماری دقیق برای سیاست گذاری های کلان درزمینه مصرف سوخت انواع وسایل نقلیه به منظور مدیریت و بهینه سازی مصرف سوخت درکشور

2.  ایجاد سیستم مکانیزه فروش فراورده درجایگاه های عرضه سوخت

3.  فرهنگ سازی درکاربرد فن اوری اطلاعات و تجارت الکترونیک دربین آحاد مردم

4.  امکان پرداخت وجه سوخت درجایگاهها توسط کارتهای هوشمند به منظور: افزایش ضریب ایمنی درجایگاهها باتوجه به کاهش حجم نقدینگی ، کاهش فرسایش اسکناس وجلوگیری ازهدر رفتن سرمایه های ملی جهت تجدید اسکناس فرسوده ، افزایش ضریب بهداشت عمومی با جلوگیری از انتقال بیماری ازطریق اسکناس، امکان ادغام کارت هوشمند با کارت شناسایی خودرو

بطور کلی شبکه اطلاعاتی و مخابراتی کارت هوشمند بنزین از لایه های عملیاتی ذیل تشکیل گردیده است:

الف) بخش ترمینال که این بخش مستقیما با مشترکین یا متقاضیان دریافت بنزین در ارتباط بوده و اطلاعات مربوطه را به سیستم کنترل مرکزی جایگاه ارسال یا دریافت می نماید.

ب) دفتر جایگاه که تجهیزات نصب شده در این محل وظیفه جمع آوری اطلاعات کلیه تلمبه های جایگاه را بعهده داشته و مرکز دیتا اطلاعات خود را از سیستم مرکزی جایگاه می گیرد.

ج) بخش متمرکز کننده که در زمان لازم اطلاعات مورد نظر خود را از سیستم کنترل مرکزی جایگاهها گرفته و به مرکز دیتا ارسال  میکند.

د) مرکز دیتا که این قسمت وظیفه کنترل کل شبکه اطلاعاتی کارت هوشمند را بعهده دارد . نحوه انتقال اطلاعات از جایگاه تا متمرکز کننده ها از طریق خطوط اختصاصی تلفن و از متمرکز کننده ها تا مرکز دیتا از طریق خط تلفن می باشد . ] 23 [

نمونه عملکرد کارت هوشمند جهت خودرو

شرکت اکسان استفاده از کارت حمل و نقلى را در سطح ۱۴۰۰۰ پمپ بنزین در کشور آمریکا ارائه کرده است که این کارتها چندکاره بوده و داراى مزایایى نظیر :کنترل ناوگان حمل و نقل توسط کارفرما ( مطلع بودن کارفرما از محل سوختگیرى خودرو ) ، تخفیف هاى مخصوص برحسب میزان خرید سوخت ( سامانه امتیازدهى ) و گزارش ماهانه از وضع خودروها است .

روى کارت هاى حمل و نقل این شرکت اطلاعات زیر ذخیره مى شود :

نام و نشانى مشترى، نام تجارى سازمان حمل و نقل ، شماره و نام محل خرید ، نوع و مشخصات خاص سوخت مصرفى ، میزان حجم سوخت خریدارى شده ، میزان حجم روغن موتور خریدارى شده، اطلاعات مربوط به خرید محصولات غیر سوختى ، مالیات هاى مربوطه ، کل پول مبادله شده ، مشخصات شخصى راننده ، میزان مصرف سوخت به ازاى مسافت طى شده ، امکان محاسبه بازده مصرف سوخت در خودروها و ریشه یابى علت آن ، قیمت سوخت به ازاى هر گالن ، روز و ساعت خرید ، تعداد روزهایى که سوخت خریدارى شده است ، اطلاعات اضافى دلخواه مشترى ، آخرین عدد کیلومتر شمار خودرو که در سوختگیرى قبلى خوانده شده  است ، کد دریافتى فروش .

نکته مهم آن است که با اضافه کردن امکان پرداخت سریع به کارت مى توان فرستنده کوچکی در داخل خودرو قرار داد تا با فرستادن امواج رادیویى به گیرنده، خودرو شناسایى شده و با ارتباط با مرکز اطلاعات، مقدار موجودى شخص مشخص شده و خرید انجام گیرد. ]24[

شناسایی خودکار خودرو ( AVI[29] ) ، ثبت الکترونیکی خودرو ( EVR[30] )

فناوری شناسایی از طریق امواج رادیویی امکان شناسایی خودکار خودرو (  AVI) را نیز فراهم ساخته است . بدین ترتیب که با استفاده از نصب یک برچسب RFID بر روی خودرو ( معمولا بر روی شیشه اتومبیل ) می توان به این امکان دست یافت . و با استفاده از دستگاههای قرائتگر ، شناسایی خودکار خودرو انجام شده و موقعیت و زمان ورود و خروج آن مشخص خواهد بود و این اطلاعات به سرور مرکزی انتقال داده می شود . نمونه این عملیات در شکل ( 11 ) نمایش داده شده است . همانگونه که مشاهده می شود جهت کسب اطلاعات می توان از دستگاههای قرائتگر از هر نوع ( دستی یا ثابت ) استفاده کرد .

شکل ( 11 ) : نمایش چگونگی شناسایی خودکار خودرو ] 26 [

ثبت الکترونیکی خودرو (  EVR) یک کاربرد جدید از شناسایی خودکار خودرو( AVI ) می باشد. بدین طریق وضعیت و هویت خودرو ثبت می شود . این امر به یافتن خودکار وسایط موتوری، کنترل ترافیک ، اخذ خودکار جرائم رانندگی، اخذ الکترونیکی عوارض ( ETC[31] ) ، نظارت بر رفت و آمد خودروها ، یافتن خودروی سرقت شده و ... کمک شایانی خواهد کرد . همچنین از مسائلی چون گردش پول نقد جلوگیری کرده و باعث بهبود امنیت عمومی و کم شدن خطای انسانی خواهد بود .

با استقرار یک ثبت کننده الکترونیکی برای هر وسیله نقلیه در شرایطی که دارای سه مشخصه به شرح : کد شناسایی یکتا ( فقط خواندنی ) ، اطلاعات وسیله نقلیه ( نوشتنی – قفل شدنی ) و سایر اطلاعات ( نوشتنی – به روز شدنی ) باشد ، همچنین از نظر امنیتی از جاسوسی حفظ شده باشد و اتصال این کارت به پایگاه داده اصلی ، مزایای ثبت الکترونیکی خودرو تحقق می یابد . ] 25 ، 26 ، 27 ، 28 [

شکل ( 12 ) : نمایش چگونگی شناسایی خودکار خودرو ] 28 [

اخذ عوارض الکترونیکی و هزینه های خودرو

اخذ عوارض الکترونیکی بخشی از امکاناتی است که توسط برچسبهای RFID و امکان ثبت الکترونیکی خودرو ( EVR ) در اختیار قرار می گیرد . این عوارض می توان ناشی از عبور خودرو از بزرگراهها و یا توقف آن در پارکینگهای عمومی باشند . اصول کلی این طرح در شکل ( 12 ) نمایش داده شده است.بگونه ای که با ورود خودرو به محدوده آنتن قرائتگر، برچسب RFID وسیله نقلیه اعلام حضور می کند و از طریق امواج رادیویی تبادل اطلاعات صورت می گیرد و عوارض مربوطه به طور خودکار از محل ارجاع داده شده توسط برچسب (حساب بانکی یا کارت اعتباری)، اخذ می گردد در هنگام ورود وسیله امکان راه اندازی وسایل جانبی جایگاه ، مانند دوربینهای کنترلی و ... نیز در نظر گرفته شده است . اینکار جدا از صرفه جویی در وقت و هزینه ، امکان تشخیص خودرو و گزارش گیری های مورد نیاز ترافیکی را فراهم می سازد از آن جمله می توان به بهبود و تسریع در عملکرد پلیس را اشاره کرد که بدین وسیله دیگر نیاز به توقف وسایط نقلیه در پلیس راه نخواهد بود و با عبور خودرو از مقابل پلیس راه ، اطلاعاتی نظیر سرعت متوسط،زمان و ... گزارش می شود. در این روش، امکان اخذ عوارض با توجه به مسافت طی شده ، نوع خودرو ( عمومی، خصوصی و یا دولتی ) ، اندازه خودرو و ... فراهم می آید .

شکل ( 13 ) : نمایش چگونگی شناسایی اخذ عوارض الکترونیکی خودکار خودرو ] 30 [

در بعضی از کشورها ، امکان پرداخت هزینه سوخت مصرفی و همچنین خرید از فروشگاههای موجود در پمپ بنزین نیز از این طریق امکان پذیر می باشد و همچنین از همین طریق هزینه های ناشی از تخلفات رانندگی نیز قابل اخذ می باشد . ] 9 ، 24 ، 29 ، 30 [

نتیجه گیری و پیشنهادات

استفاده از فناوری شناسایی از طریق امواج رادیویی(RFID ) با پیشرفت روز افزون این فناوری و رسوخ در سیستمهای مختلف ، امری اجتناب ناپذیر به نظر می رسد . این فناوری امکانات بسیار گسترده تری نسبت به سایر فناوری های مشابه فراهم آورده است . از آن جمله امکاناتی است که با تلفیق آن با فناوری های دیگر حاصل می گردد.امکان استفاده از این وسیله غیر تماسی در پرداختهای الکترونیکی یکی از نقاط قوت آن می باشد؛این امر امکان طراحی برچسبهایی به عنوان کارت هوشمند سوخت را فراهم می سازد بدین ترتیب به غیر از تامین عملکرد کارت هوشمند سوخت و گزارش های مربوط به آن (ایجاد بانک اطلاعات مصرف سوخت وسایل نقلیه،ایجاد سیستم مکانیزه فروش فراورده درجایگاه های عرضه سوخت، فرهنگ سازی درکاربرد فناوری اطلاعات و تجارت الکترونیک دربین آحاد مردم ، امکان پرداخت وجه سوخت درجایگاهها توسط کارتهای هوشمند ) توانایی تهیه گزارشات دیگر اعم از میزان مصرف سوخت خودرو بر اساس مسافت طی شده و پرداخت هزینه های مربوط به خودرو از قبیل عوارض راهها و پارکینگهای عمومی، پرداخت خودکار تخلفات رانندگی و... را نیز خوهد داشت. همچنین از تلفیق این سیستم با GPS، امکام موقعیت سنجی و مکان یابی خودرو در هر لحظه فراهم می آید و لذا در محافظت از دزدی خودروها و کنترل نامحسوس ترافیک سودمند خواهد بود .

مراجع :

1. http://scissec.scis.ecu.edu.au/conference_proceedings/2005/forensics/bolan.pdf
2. http://www.itiran.com/?type=article&id=6818&print=1
3. http://projects.mindtel.com/2005/SDSU.Geol600.Sensor_Networks/03.RFID/03.RFID.pdf
4. http://www.aimglobal.org/technologies/rfid/resources/shrouds_of_time.pdf
5. http://www.rfid-conf.ir/rfid-article.asp?id=11
6. http://www.ccl.cityu.edu.hk/Research/Demo/RFIDTechnologyIntroduction.ppt
7. http://eprints.otago.ac.nz/280/01/RFID_Pre_Publication.pdf
8. http://www.itu.int/osg/spu/ni/ubiquitous/Papers/RFID background paper.pdf
9. http://213.190.52.9/Mokslai/Various/RFID/Articles/RFID_Wikipedia.pdf
10. http://www.printronix.com/library/assets/public/case-studies/rfid-laran-white-paper-english.pdf
11. http://www.akamaiuniversity.us/PJST7_2_144.pdf
12. http://www.make10.net/FILES/Reproduction%20Links/RFID As A Tool On the Dairy.pdf
13. http://www.commonlanguage.com/content/resources/commonlang/productshowroom/showroom/equip_id/carriers/eqpt_td_gen_wp_001.pdf
14. http://www.allaura.com/downloads/RFID-Making_the_Right_Choices_12_19_05.ppt
15. http://streams.evtek.fi/meng_seminars05/slides/hautaniemi_rfid_in_everyday_life.ppt
16. http://www.assetmanagementresources.com/About-Us/PDF/White-Papers/RFID-Whitepaper.pdf
17. http://docbox.etsi.org/workshop/gsc/gsc10archive/GSC10_GRSC3/gsc10_grsc3_34 ETSI_EAS+RFID.ppt
18. http://www.autoid.org/metatraffic2/track.asp?mtr=/presentations/2005/RFID-Making_the_Right_Choices_R2.ppt
19. http://theory.lcs.mit.edu/~cis/theses/weis-masters.pdf
20. http://www.iriscompany.com/articles/IEEEUSA_RFID_ebook.pdf
21. http://www.rfid-conf.ir/rfid-article.asp?id=6 , http://www.sohail2d.com/content/view/358/2/
22. http://diuf.unifr.ch/softeng/student-projects/completed/guinard/download/report_rfid_guinard_unifr.pdf
23. http://www.fsc.niordc.ir/
24. http://www.iran-newspaper.com/1385/850922/html/eghtesad.htm
25. http://www.transcore.com/pdf/eGo_etc_evr_brochure.pdf
26. http://www.transcore.com/pdf/EVR%20Application%20Profile_ITSA03.pdf
27. http://www.scdmvonline.com/forms/evrProgram.pdf
28. http://www.transcore.com/pdf/EVR_small2.pdf
29. http://www.sybis.com.au/GeneratedItems/RFID%20Whitepaper.pdf
30. http://csrc.nist.gov/publications/drafts/800-98/Draft-SP800-98.pdf