شناسایی امواج رادیویی (Radio Frequency Identification) یا به اختصارتکنولوژی RFID یک سیستم شناسایی خودکار است. RFID در سالیان اخیر محبوبیت زیادی برای نگهداری و پیگیری اشیاء بدست آورده است. در سیستم های RFID شناسایی اشیاء بدون تماس فیزیکی مستقیم صورت می پذیرد. ارتباطات در این تکنولوژی با استفاده از سیگنال های رادیویی انجام می شود.
ارتباط با کمک سیگنال های رادیویی مهم ترین تفاوت تکنولوژی RFID با سیستم های نظیر بارکد سنتی می باشد. این خصوصیت(ارتباط بدون نیاز به تماس مستقیم) باعث می شود که در یک زمان کوتاه بتوان با تعداد زیادی از اشیا ارتباط برقرار کرد.
هزینه تولید پایین تجهیزات RFID باعث شده در طیف گسترده ای از کاربردها مورد استفاده قرار گیرند. کاربردهای نظیر :
- اینترنت اشیا
- شهر هوشمند
- مدیریت زنجیره تامین کالا
- بهداشت و درمان
- نظارت بر انسان(زندانیان)
- ردیابی حیوانات
- شبکه های WSN
اجزای یک سیستم RFID :
یک سیستم RFID به طور کلی شامل سه جزء اصلی می باشد :
- فرستنده (transponder) یا tag که روی اشیا قرار می گیرد. این تگ وظیفه شناسایی اشیا را برعهده دارد. هر تگ دارای یک شناسه منحصربفرد(ID) می باشد. این شناسه نشان دهنده نام تولید کننده،نوع محصول و سطح دسترسی می باشد.
- خواننده(Reader) که با ایجاد یک میدان مغناطیسی اطلاعات تگ ها را از طریق امواج رادیویی می خواند.
- سرور Backend که داده های دریافتی از reader ها را پردازش می کند.
انواع تگ های RFID :
تگ ها در پیاده سازی دارای محدودیت های بسیاری هستند. به طور کلی سه نوع تگ داریم که عبارتند از :
- تگ غیرفعال (Passive)
- تگ نیمه فعال(Semi Passive)
- تگ فعال(Active)
تگ های فعال و نیمه فعال به یک باطری مجهز شده اند. امّا تگ های غیرفعال انرژی خود را از فرکانس های رادیویی Reader ها بدست می آوند. در مقایسه با تگ های فعال و نیمه فعال ، تگ های غیرفعال طول عمر طولانی تر دارند. همچنین از نظر اندازه کوچک و سبک وزن هستند. با این حال محدوده سیگنال آنها کوتاه تر از تگ های فعال و نیمه فعال می باشد.
تگ های غیرفعال از لحاظ تراشه و قدرت محدودیت دارند و انرژی آنها توسط Reader ها تامین می شود. امّا در اکوسیستم اینترنت اشیا دارای کاربرد بیشتری هستند. در ادامه در هرکجا که از تگ صحبت می کنیم منظورمان یک تگ غیرفعال می باشد.
مشکلات تکنولوژی RFID :
متاسفانه سیستم های RFID در عمل با چالش های گوناگونی مواجه اند . مهمترین چالش های این تکنولوژی عبارتند از :
- قابلیت اطمینان پایین
- کیفیت سرویس دهی پایین
- افزایش هزینه ها در مقیاس بزرگ
- عدم استاندارد سازی جهانی و تنوع در سیستم های RFID
- مشکل در ادغام سیستم های RFID (با استانداردهای مختلف)
- پیچیدگی تامین امنیت با توجه به قدرت پایین پردازشی تگ ها
- آسیب پذیری در مقابل حملات تجهیزات غیرمجاز
- عدم رعایت حریم خصوصی
تاریخچه تکنولوژی RFID :
RFID یک فناوری شناسایی از مجموعه فناوری های شناسایی خودکار محسوب می شود. فناوری های شناسایی خودکار دامنه گسترده ای دارند که مهمترین آنها عبارتند از :
- بارکدها(Barcode)
- کارت های تراشه یا کارت های هوشمند(Chip Cards or Smart Cards)
- سیستم های تشخیص نوری(OCR)
- تشخیص صدا
- بیومتریک
- شناسایی فرکانس های رادیویی(RFID)
توسعه تکنولوژی RFID
در دهه های گذشته نیاز به روش های شناسایی خودکار اشیاء و کالاها احساس شد. امکان شناسایی و ردیابی خودکار می توانست مدیریت بهتری در زنجیره تامین کالا و کنترل دسترسی ایجاد کند. تکنولوژی RFID به عنوان تکنیکی برای شناسایی اشیا از طریق فرکانس های رادیویی زیاد قدمتی ندارد. این تکنولوژی اولین بار توسط آلمانی ها در جنگ جهانی دوم به کار گرفته شد. آنها از این فناوری برای شناسایی هواپیماهای خودی از هواپیماهای دشمن استفاده می بردند. بعد از مدتی انگلیسی ها این قابلیت را در سیستم های راداری خود به کار گرفتند.
سامانه نظارت الکترونیکی بر مقالات علمی اولین کاربرد تجاری RFID بود. این سامانه وظیفه نظارت بر سرقت های علمی را برعهده داشت. امروزه این سیستم ها را در کتابخانه و فروشگاه پوشاک به طور گسترده مشاهده می کنیم. سازمان های بین المللی ا جمله ISO و کمیسیون بین المللی الکترونیک IEC استانداردهای گوناگونی را برای RFID تعریف کرده اند. (نگاهی بر تاریخچه RFID در ویکی پدیای فارسی)
در سال ۱۹۹۹ میلادی یک استاندارد جهانی به نام GS1 با یک فرکانس سطح بالای UHF برای RFID به تصویب رسید. همچنین یک مرکز شناسایی خودکار در موسسه ماساچوست تاسیس گردید. این موسسه به دنبال استاندارد جهانی EPC برای تگ های RFID بود.
پیشرفت های اخیر در تکنولوژی های سیلیکون باعث شده تا هزینه تمام شده تگ های RFID کاهش یابد. از دیگر سو، قابلیت اعتماد به تگ ها نیز افزایش یابد. در جدول۱ می توانید انواع استانداردهای RFID را با توجه به کاربردهای آنها مشاهده کنید.
ساختار تگ های RFID :
امروزه با توجه به تنوع کاربردهای تکنولوژی RFID شاهد انواع مختلفی از تگ ها می باشیم. معروفترین تگ های مورد استفاده در صنایع مختلف عبارتند از:
- دیسک ها یا سکه ها
- شیشه ها یا پلاستیک ها
- کلیدها و زنجیرهای کلیدی
- برچسب های هوشمند
- تراشه های داخل تجهیزات هوشمند
- چیپ های موجود در کارت های هوشمند
در تصویر بالا می توانید انواع مختلف این تگ ها را مشاهده کنید.
فرکانس های مورد استفاده در فناوری RFID :
تگ های RFID از ۴ محدوده ی فرکانسی استفاده می کنند. این محدوده ها عبارتند از :
- فرکانس پایین (Low Frequency) :در این محدوده حداکثر فاصله تگ ها با Reader ها می تواند نیم متر باشد. مزیت این تگ ها قیمت بسیار پایین آنها می باشد.
- فرکانس بالا(High Frequency) :چنین تگ های نسبت به تگ های فرکانس پایین از نرخ انتقال داده بالاتری بهره می برند. این دسته از تگ ها به نسبت ارزان قیمت می باشند.
- فرکانس فوق بالا(Ultra-High Frequency) : این تگ ها می توانند در فاصله ۳ تا ۶ متری از Reader ها عمل نمایند. این تگ ها به شدت گران قیمت هستند و در مقابل مایعات و فلزات آسیب پذیرند. این تگ ها برای فعالیت نیاز به اخذ مجوز از سازمان های مرتبط دارند.
- مایکروویو(Micro wave) : سرعت انتقال داده در این نوع تگ از سه دسته قبلی بالاتر است. اما آسیب پذیری آنها در محیط های مرطوب بیشتر می باشد. با توجه به پایین بودن زمان خوانش اطلاعات در این نوع تگ ها ، از این دسته از تگ ها برای اشیا متحرک استفاده می شود.
با کاهش فرکانس در تگ ها ، دامنه ارتباطات نیز کاهش می یابد. همچنین با کاهش فرکانس طول آنتن افزایش می یابد ، به همین دلیل اندازه تگ بزرگتر می شود.
کاربردهای RFID درصنعت :
تگ های RFID مزایایی بسیاری را با خود به همراه دارند. آنها به آسانی توسط Reader ها مورد خوانش قرار می گیرند. تگ های کوچک به راحتی می توانند در تجهیزات جاسازی شوند. امروزه اشیا زیدی تگ های RFID را در درون خود جای داده اند. آنها با کمک آنتن های کوچک موجود بر روی خود اطلاعات را به سرورهای متصل به اینترنت منتقل می کنند.
۱- تدارکات و مدیریت زنجیره تامین کالا
یکی از مشهورترین کاربردهای RFID ،مدیریت زنجیره تامین می باشد. هر محصول با داشتن یک تگ به راحتی امکان ردیابی شدن پیدا می کند. Reader ها می توانند از نقطه تولید تا نقطه فروش آن محصول را زیر نظر داشته باشند. این قابلیت باعث می شود تا تولیدکنندگان بتوانند خدمات بهتری را به مشتریان خود ارائه کنند.
با کمک تکنولوژی RFID می توان مدیریت محصول و کنترل کیفیت را به راحتی انجام داد و محصول را در جایی مناسب و زمان مطلوب به دست مشتری رساند و سود را به حداکثر ممکن رساند. این فناوری می تواند در تحویل محصولات به مشتری بسیار راهگشا باشد. ما می توانیم بوسیله آن فرآیند تحویل کالاها را پیگیری کنیم. از آنجا که تگ ها برای خوانده شدن (برخلاف بارکد) نیازی به یک خط دید مستقیم ندارند، امکان خوانش آنها در مقیاس بزرگ وجود دارد.
۲-بلیط فروشی آنلاین
با توجه به انندازه کوچک و انعطاف پذیری آنتن های موجود در تگ های RFID ، می توان از آنها به طور گسترده ای در بلیط های الکترونیکی استفاده کرد. بلیط هایی که در نمایشگاه های بین المللی، استادیوم ها و پارک های تفریحی مورد استفاده قرار می گیرند. در مقایسه با بلیط معمولی، بلیط الکترونیکی در برابر جعل مقاوم تر است. اینگونه بلیط ها بدون هیچ تماس مستقیمی قابل شناسایی خواهند بود.
مهمترین مزیت بلیط الکترونیکی این است که می توان از آنها برای کنترل جمعیت و جریان ورودی به درب های استادیوم ها استفاده کرد. در این تگ ها(بلیط ها) می توان اطلاعات شخصی افراد از جمله عکس، اطلاعات پاسپورت، آدرس منزل و .. را قرار داد. با توجه به ویژگی های بلیط الکترونیکی در چند سال آینده این بلیط ها جایگزین بلیط های سنتی خواهند شد که باعث تسهیل در خدمت رسانی خواهند شد.
۳-مراقبت های بهداشتی
هدف از مراقبت های بهداشتی، افزایش دقت در توزیع، دسترسی و فرآیندهای مرتبط با دارو و کاهش خطاهای انسانی می باشد. بنابر گزارش موسسه پزشکی IOM ، بی توجهی های بیماران یکی از مهمترین دلایل مرگ و میر در جهان می باشد. فناوری RFID به پزشکان و کارکنان در انجام وظایف آنان کمک می کند. همچنین باعث کاهش خطاهای پزشکی می شود.
خودکارسازی مراحل پذیرش، درمان و پشتیبانی از بیماران توسط تگ های RFID کنترل خواهد شد. با کمک تگ های RFID می توان موقعیت مکانی بیماران و علائم حیاتی آنها را از راه دور رصد کرد. همچنین امکان ردیابی تجهیزات پزشکی و مدیریت موجودی دارو و تجهیزات نیز وجود دارد. امروزه در برخی از مراکز درمانی از این تگ ها برای شناسایی کودکان تازه متولد شده استفاده می شود. مدیریت داروهای مخدر توسط تگ های RFID در مراکز درمانی بسادگی امکان پذیر است.
۴-امنیت و شناسایی
از تکنولوژی RFID می توان برای شناسایی اشخاص بوسیله کارت های شناسایی بهره برد. امروزه نسل جدیدی از کارت های شناسایی و کارت های دانشجویی مورد استفاده قرار می گیرند که مجهز به تگ های RFID هستند. گذرنامه های الکترونیکی با کمک تگ ها ، امکان ذخیره اطلاعات و شناسایی افراد را دارند.
کارت های شناسایی با کمک تکنولوژی RFID امکان کنترل سطوح دسترسی را به مدیران ارشد سازمانی می دهند. در برخی از سطوح بالای امنیتی چیپ های RFID در زیرپوست افراد قرار داده می شوند. معمولا چنین سیستم های برای تامین امنیت مناطق حساس به کار می روند.
۵-سیستم های پرداخت پول
امروزه سیستم های پرداخت وجه با کمک فناوری RFID برای جمع آوری عوارض الکترونیکی در بزرگراه ها و پارکینگ های به طور گسترده ای به کار گرفته می شوند. در این سیستم ها نیازی به تماس مستقیم وجود ندارد. در دیگر کاربردها ، از برنامه های پرداخت بدون تماس(Contact-less) برای پرداخت های مالی استفاده می شود.(مانند بلیط های اتوبوس و مترو)
۶-کاربردهای ردیابی
کاربردهای متنوعی برای ردیابی بوسیله تکنولوژی RFID وجود دارد از جمله:
- ردیابی اموال: محل قرارگیری اموال ودارایی ها برای سیستم های مراقبت بهداشتی یا لپ تاپ ها توسط یک سیستم RFID می تواند تعیین شود. هم چنین می توان از این فناوری در برخی از خدمات پستی و نظارت بر خودروها استفاده کرد.
- ردیابی حیوانات: در این کاربرد می توان از RFID برای کنترل مسیر حرکت دام ها یا یافتن آنها استفاده کرد. همچنین می توان از آنها جهت جلوگیری از شیوع بیماری های واگیردار بهره برد.
- ردیابی افراد: از این کاربرد می توان در بیمارستان ها یا زندان ها استفاده کرد. در یک بیمارستان می توان از این تکنولوژی برای ردیابی بیماران خاص که نیاز به مراقبت ویژه یا روانی دارند کمک گرفت.
بررسی زیرساخت های مورد نیاز در اینترنت اشیا
۷-اشیا هوشمند
کاربردهای پرطرفداری وجود دارند که فناوری RFID می تواند در آن ها مورد استفاده قرار گیرد. این کاربردها به اشیاء هوشمند معروف شده اند. در ادامه به ذکر چند نمونه در این مورد می پردازیم :
- یک اجاق هوشمند را در نظر بگیرید که می تواند دستورالعمل های آشپزی را دریافت کند و براساس آن غذا را طبخ کند. سپس غذای آماده شده را بسته بندی کرده و بر روی بسته یک تگ خاص شامل اطلاعاتی درباره نوع غذا، زمان تولید، سفارش دهنده و … را قرار دهد.
- سی دی های هوشمندی که جلوی کپی شدن غیر مجاز را خواهند گرفت و باعث حفظ حقوق پدیدآورنده می شوند.
- کمدهای لباسی که با توجه به شرایط محیطی و روحی ، بهترین لباس ها را در اختیار شما قرار می دهند.
- سطل بازیافت هوشمند که هشدارهای لازم را به کمک تکنولوژی EPC برای کاهش مواد پلاستیکی صادر می کنند.
- لوازم خانگی هوشمندی نظیر یخچال هوشمند که با کمک تگ های موجود بر روی مواد غذایی زمان انقضا و یا خاتمه پذیرفتن آنها را به شما اعلام می کنند.
حملات امنیتی در سیستم های RFID :
تکنولوژی RFID مانند بسیاری از سیستم های الکترونیکی دیگر می تواند مورد حملات مختلفی از سوی هکرها قرار گیرد. این حملات می توانند باعث نقض حریم خصوصی در سیستم های اینترنت اشیا شوند. در ادامه به معرفی مهمترین حملات امنیتی که در فناوری RFID بوقوع می پیوندند می پردازیم .
معرفی انواع تهدیدات :
- تهدیدات فیزیکی : در این حملات مهاجم سعی می کند تا اطلاعات موجود در تگ ها را تغییر دهد.
- غیر فعال کردن تگ ها : در این دسته از حملات ، مهاجم با استفاده از مزیت بی سیم بودن سیستم های RFID تلاش می کند تا تگ ها را به طور موقت یا دائمی غیرفعال کند.
- تغییر و اصلاح یک تگ :اکثر تگ های RFID دارای حافظه ای برای نوشتن می باشند. مهاجم سعی می کند با تغییر اطلاعات و اصلاح آنها به نفع خود اهداف مخرب خود را عملیاتی کند.
- شبیه سازی تگ ها: در این حمله ، مهاجم بعد از پاک سازی اطلاعات تگ ها به جعل هویت تگ با یک تگ مجاز می پردازد. هر تگ برای شناسایی دارای یک شناسه منحصربفرد (ID) می باشد. اگر شناسه توسط یک مهاجم کشف شود، تگ به آسانی قابل کپی شدن می باشد.
- مهندسی معکوس و اکتشافات فیزیکی : مهاجم می تواند مکانیسم یک سیستم RFID را به صورت کوتاه مدت حدس بزند. مهاجم این امکان را دارد تا با دسترسی به یک تگ و مهندسی معکوس اطلاعات محرمانه ای را از داخل تگ استخراج کند و به شبیه سازی تگ ها بپردازد.
- تهدیدات کانال RFID : کانال ارتباطی بین تگ ها و Reader ها ناامن می باشد. این موضوع می تواند امکان استراق سمع و تجسس را برای مهاجمان فراهم آورد.
- حملات تکرار،بازپخش ،دست کاری و استراق سمع: یک مهاجم می تواند حملات متعددی را به سیستم های RFID وارد نماید.
- تداخل های الکترو مغناطیسی: مهاجم می تواند با ایجاد تداخل های الکترومغناطیسی، ارتباطات موجود در کانال های ارتباطی را با تاخیر و تخریب مواجه کند.
- رمزگشایی و ردیابی تگ ها: با توجه به ارزان قیمت بودن سیستم های RFID آنها از مکانیزم های پیچیده رمزنگاری بهره ای نمی برند. به همین دلیل امکان رمزگشایی آنها آسان می باشد.
- کشتن ، خواباندن و زندانی کردن تگ ها : در این شیوه ها تگ های موجد بر روی محصولات بعد از خریداری شدن به راحتی کشته می شوند. یا اینکه با فرمان Sleep آنها را می خوابانند. زندان های فیزیکی نیز با استفاده از میدان های الکترومغناطیسی بوجود می آیند.
