Notice: Trying to access array offset on value of type bool in /home/rksana/domains/abuzargurakani.com/public_html/wp-content/plugins/best-editor/best-editor.php on line 202

Notice: Trying to access array offset on value of type bool in /home/rksana/domains/abuzargurakani.com/public_html/wp-content/plugins/best-editor/best-editor.php on line 207
سیستم های RFID - وب سایت شخصی مهندس ابوذر گورکانی
مهندس ابوذر گورکانی

پژوهشگر

محقق

مخترع

عضو نخبگان علمی کشور

مشاور علمی و کسب و کار

مهندس ابوذر گورکانی

پژوهشگر

محقق

مخترع

عضو نخبگان علمی کشور

مشاور علمی و کسب و کار

نوشته های بلاگ

سیستم های RFID

۴ اردیبهشت ۱۴۰۰ مقالات
سیستم های RFID

 

نام و نام خانوادگی: ابوذر گورکانی

موضوع: سیستم های RFID

نام استاد: خانم مورایی

 

ترکیب تکنولوژی های RFID و WSN

تعیین هویت به وسیله فرکانس رادیویی (RFID) و شبکه حساس بدون سیم (WSN) دو نمونه از مهم ترین تکنولوژی های بیسیم هستند. که از نظر کاربرد، تنوع گسترده ای دارند و آینده بالقوه و نا محدودی را میسر می کنند. ردیابی و تشخیص هویت اشیا مورد نظر که بوسیله تکنولوژی RFID به آسانی انجام می گیرد با سنسور های فعال کنونی به آسانی قابل اجرا نیست. گرچه، RFID اطلاعاتی در مورد شرایط (مکانی) اشیائی که تشخیص می دهد، ارائه نمی کند. اما حسگر ها در طرف دیگر اطلاعاتی درباره محیط اطراف را به خوبی مهیا می کند. پ

س بنابر این، ترکیب و ادغام این تکنولوژی ها باعث گسترده شدن عملکرد ها و ظرفیت آنها می شود.

در اینجا ابتدا به معرفی RFID به صورت مختصر و بعد از آن به بررسی کار های تحقیقاتی اخیر، اختراعات جدید دراین زمینه و نتایج علمی و کاربردی ادغام RFID و حسگرهای ارتباطی می پردازیم.

از ادغام این دو تکنولوژی چهار گروه یا کلاس مطرح می شود: ۱- ترکیب تگها و حسگرها

۲- ترکیب تگها و نود های حسگر بیسیم و وسایل وایرلس   ۳- ترکیب کارت خوان ها و نودهای حسگر بیسیم و وسایل بیسیم   ۴- ترکیب RFID و WSN

چالشها و کارهای آینده در آخر مورد بحث قرار می گیرند.

 

۱۳-۱- مقدمه

RFID به تعبیری از ذخیره کردن و بررسی دوباره داده ها از طریق امواج الکترومغناطیسی به وسیله مدار های مجتمع سازگار با امواج RF می باشد. این تکنولوژی معمولا برای برچسب زدن و مسیر یابی اشیا در سوپر مارکت ها و کارخانه ها به کار می رود. به عنوان مثال : در  Wal-Mart، Procter and Gamble، و دایره دفاعی ایالات متحده، سیستم های RFIDرا با زنجیره تدارکات گسترش داده اند. گرچه عملکرد بالقوه RFID بیش از اینها می باشد. امروزه، RFID در زنجیره مسیریابی، مدیریت سهام فروش، مسیریابی کتاب در کتابخانه، کنترل اجازه ورود پارکینگها، مسابقات ماراتن، مسیریابی چمدان ها در هواپیمایی، کلیدهای امنیتی الکترونیکی، جمع آوری عوارض، پیشگیری از سرقت و … کاربرد وسیعی دارد.پیش بینی ها و گرایشات کنونی نشان دهنده آن است که بازار این تکنولوژی در ده سال آینده به سرعت رشد خواهد کرد. در سال ۲۰۰۶ فقط ۲/۱ میلیارد تگ RFIDفروخته شد.

به صورت مختصر سیستم RFID شامل دو جز اصلی می باشد: تگها و کارت خوان ها. هر تگ دارای یک شماره شناساسییو یک حافظه است که اطلاعات اضافی را در خود ذخیره می کند. مانند نام کارخانه سازنده، نوع محصول و فاکتور های محیطی مثل حرارت و رطوبت و … . کارت خوان به وسیله ارتباطات بیسیم قادر به خواندن و نوشتن داده روی تگها می باشد. به طور اساسی دو نوع ارتباط بین تگها و کارت خوان ها وجود دارد. اول به صورت اتصال القایی که به وسیله آنتن های تگها و کارت خوان ها صورت می گیرد. و دوم تزویج امواج می باشدکه به صورت انتشار امواج الکترومغناطیسی انجام می گیرد. در نمونه ی کاربرد RFID تگها به اشیایی که نیاز به مسیر یابی و شناسایی دارند وصل شده و یا در آنها جاسازی می شود.

شبکه سنسورها از تعداد زیادی نود سنسور تشکیل شده که می توانند در زمین، هوا، اتومبیل ها، داخل ساختمانها و حتی در بدن انسان قرار بگیرند. شبکه سنسورها به صورت گسترده در کنترل (مانیتورینگ) محیط اطراف، مشاهده داروهای زیستی، نظارت، امنیت و … به کار می رود.

WSN با RFID متفاوت است. سیستم WSN معمولا برای کنترل اشیا در محیط مورد نظر یا برای حس کردن فاکتورهای محیط اطراف به کار می‌رود، در صورتی که سیستم RFIDبرای تشخیص حضور و موقعیت اشیا مجهز به تگRFID به کار می رود. برای دو نمونه از کاربرد WSN، نود‌های واسط مخابراتی گسترش یافته اند تا داده‌هارا از سنسور‌ها به طرف منبع ازراه دور پیش ببرند. به این صورت یک شبکه‌ی multiple hop به وجود می‌آید. در صورتی که در سیستم RFID شبکه فقط به صورت single hop وجود دارد، که شامل یک دسته تگ و چندین کارت‌‌خوان می‌باشد. نود‌های سنسور از تگ‌های RFID هوش‌مند‌تر هستند. سخت‌افزار‌‌ نود‌های سنسور به آسانی قابل برنامه‌ریزی می‌باشند و این چیزی ا‌ست که برای سیستم RFID امکان‌پذیر نیست. کارت‌‌خوان‌های سیستم RFID قابلیت پارامتری‌شدن را دارند. اما آن‌ها به ندرت به وسیله‌ی کاربر برنامه‌ریزی می‌شوند. پس بنابراین شبکه‌ی RFID و سیستم WSN نمایان‌گر دو تکنولوژی مکمل هستند و تعداد زیادی هزینه و کاربرد در ترکیب این دو تکنولوژی وجود دارد. تعدادی از این کاربرد‌ها عبارتند از:

افزودن قابلیت ad-hoc به شبکه‌ی RFID، افزودن قابلیت حساس بودن به تگ‌های RFID و افزودن قابلیت مسیر یابی اشیایی به تگ‌های RFID مجهز شده‌اند، که از جهات دیگر پی بردن به آن مشکل است.

در این بخش به بررسی تحقیق‌های اخیر و نتایج جدید و کاربرد‌های ترکیب سیستم‌های RFID و WSN می‌پردازد. بررسی‌های کنونی را به چهار گروه طبقه‌بندی می‌کنیم. بر حسب حالت ترکیب که آن‌ها عبارتند از:

۱- ترکیب‌ تگ‌های RFID و سنسور‌ها

۲- ترکیب تگ‌های RFID با نود سنسور‌های بی‌سیم

۳- ترکیب کارت‌خوان‌های RFID و نود‌های سنسور بی‌سیم یا قطعات بی‌سیم

۴- ترکیب سیستم RFID و شبکه‌ی سنسور بی‌سیم (WSN)

 

تفاوت میان گروه ۱ و ۲ این است که تگ‌های ترکیب‌شده با سنسور‌ها همان تگ‌ها سنتی RFID هستند، که تنها با کارت‌خوان‌ها ارتباط برقرار می‌کنند. اما در گروه ۲ تگ‌ها قادر به برقرار ارتباط با یک‌دیگر هستند و یک شبکه‌ی چند لایه‌ای را تشکیل می‌دهند. بررسی‌ها با معرفی مختصری درباره‌یRFID شروع می‌شود.

۱۳-۱-۱) کار‌های قدیمی

بررسی و طبقه‌بندی ترکیب تکنولوژی RFID و WSN در چندین اثر انجام شده ولی آن‌ها یا قدیمی هستند و یا مطالعه‌ی قابل‌فهم و فراگیری روی آن‌ها انجام نگرفته است. با توجه به منبع ۴۱، سه نوع از ترکیب مورد نظر پیشنهاد شده در زیر می‌باشد:

اول، معماری شبکه‌‌ی غیر‌متجانس با ترکیب تگ‌های RFID و نود‌های WSN و یک ایستگاه هوش‌مند که برای جمع‌آوری اطلاعات از دو شبکه به کار می‌روند. نوع دوم، از ترکیب شامل ادغام کارت‌‌‌خوان‌ها و نود‌های WSN در یک دستگاه می‌باشد. نوع سوم، یک تگ هوش‌مند فعال می‌باشد که ادغام شده از نود‌های WSN و تگ‌های فعال است. این سه نوع گروه شبیه به نوع گروه‌های سه و چهار و دو می‌باشد. به ترتیب، ما در این بخش‌ها یک مطالعه‌ی قابل درک از راه‌حل‌های کنونی و بالقوه انجام داده‌ایم که با این گروه‌ها مطابقت دارد و مانند مرجع ۴۱ نمی‌باشد، که فقط به راه‌حل‌های مشخص اشاره کرده است. گذشته از این تعدادی نقص جدی در معماری پیشنهاد‌شده در منبع ۴۱ وجود دارد، مانند ایستگاه هوش‌مند مبتنی بر یک کارت‌خوان منفرد به همراه آنتن‌های متعدد است. در یک پیاده‌سازی علمی و مناسب کابل بین کارت‌خوان و آنتن‌ها باید کوتاه باشد.

بنابراین چنین راه‌حلی با یک کارت‌خوان منفرد عملی نیست. زمانی که نیازمند به پوشش منطقه‌ی نسبتاً بزرگ، جایی که هر دو واحد‌های RFID و WSN عمل می‌کنند.

در مرجع ۲۶، چندین گروه و نوع مختلف ارائه شده است. این مقاله راه‌های ممکن از ترکیب WSN  و شبکه‌ی RFID را شرح داده که بر پایه‌ی EPC GLOBAL تعریف کرده است. این مقاله از این بخش کتاب متفاوت است.

چرا که این مقاله فقط ترکیب چارچوب WSN  و RFID را در نظر گرفته. و در کنار RFID، این مقاله فقط تکنولوژی RFID بر پایه‌ی EPC GLOBAL در نظر گرفته است. گرچه تعدادی از انواع و ساختار‌های کار‌ها را مشخص کرده است. تگ‌های RFID به همراه سنسور‌ها به همراه تگ‌های سنسور‌دار با عمل‌کرد متغیر و ثابت طبقه‌بندی شده‌اند. تگ‌های همراه با سنسور با عمل‌کرد جعبه‌های سیاهی هستند که عمل‌کرد از پیش تعریف شده دارند. تگ‌های به همراه سنسور با عمل‌کرد متغیر می‌توانند کارایی خود را به عنوان مثال به پروتکل هوا تغییر دهند. در مرجله‌ی ترکیب و ادغام، چهار مدل مبنا مطرح شده است. آن‌ها عبارتند از: ۱- ترکیب RFID و WSN به همراه ترکیب در مرحله‌ی کاربرد ۲- ترکیب RFID و WSN به همراه ترکیب /۳ در مرحله‌ی فیلترینگ و جمع‌آوری (این مرحله در چارچوب EPC برای تهیه‌ی داده‌های غیر مازاد کار‌های برنامه‌ریزی شده برای مرحله‌های بالاتر) ۳- ترکیب سخت‌افزاری که در کارت‌‌خوان‌های RFID عامل جمع‌آوری اطلاعات و داده‌ها از روی تگ‌ها و WSN می‌باشد. ۴- ترکیب منطقی در مرحله‌ی EPCIS که ترکیب RFID و WSN را امکان‌پذیر می‌کنند در مرجع ۶ و رده‌بندی ابزار‌های شبکه‌ی سنسور‌های بی‌سیم که شامل قطعات RFID می‌شود، مطرح شده است. ویژگی‌ها بری تشریح خصوصیات وسایل و قطعات بی‌سیم، عبارتند از:

۱- ارتباطات ۲- قدرت ۳- حافظه ۴- سنسور‌ها ۵- ویژگی‌های دیگر این مقاله به ترکیب قطعات نپرداخته، اما یک کلاس یا نوع یک‌نواخت ارائه کرده است. که می‌توان برای ترکیب WSN و RFID بکار برد. هر ویژگی تقسیم *

* ویژگی‌های ارتباطی خود به پروتکل‌های ارتباطی و استاندارد حالت‌های ارتباطی، ماژول‌های ارتباطی و قابلیت‌های جابه‌جایی تقسیم می‌شوند. حالت‌های ارتباطی شامل «DTF».

ایستگاه هدایت، «AD-HOC» و «کنترل توسط کاربر» می‌باشد.

قدرت به سه طبقه تقسیم می‌شود: ذخیره سازی – مکانیزم حاصل انرژی – انتقال.

در ذخیره سازی انرژی از باتری و قطاعات غیر فعال همانند خازن‌ها استفاده می‌شود. تبادل انرژی راهی‌ است که قطعات RF غیر فعال به وسیله‌ی آن‌ها تغذیه می‌شوند. مکانیزم‌های تبادل انرژی به صورت تزویج القایی یا کوپلینگ خازنی و باز پخش غیر فعال می‌باشد. حافظه هم می‌تواند به فقط خواندنی، یک‌بار نوشتنی و خواندنی و خواندنی و نوشتی طبقه‌بندی شود.

۱۳-۱-۲) تکنولوژی RFID

۱۳-۱-۲-۱) انواع تگ‌های RFID

بر مبنای منبع تغذیه تگ‌های RFID را می‌توان به سه دسته‌ی اصلی طبقه‌بندی کرد: ۱- تگ‌های فعال ۲- تگ‌های غیر فعال ۳- تگ‌های نیمه غیر معال (نیمه فعال)

تگ‌های فعال شامل فرستنده گیرنده، و باتری می‌باشند. که برای فرستنده و گیرنده‌های قدرت به‌کار می‌رود.

تگ‌های غیر فعال سیگنال RF که از کارت‌خوان یا فرستند گیرند به آن‌ها ارسال شده است را بازتاب می‌کند و اطلاعات را به وسیله‌ی مدلاسیون سیگنال بازتاب شده اضافه می‌کند. هر تگ غیر فعال شامل یک آنتن برای جمع‌آوری انرژی الکترومغناطیسی برای این‌که تگ را فعال کند، بازتاب می‌باشد. همچنین تگ‌ها دارای مدارات فرستنده / گیرنده، مدارات تولید قدرت و انرژی و منطق ماشینی وضعیت لازم است. برای این‌که از پروتکل RFID پیروی کند، و قابلیت ارتباطات بین کارت‌خوان و تگ‌ها را فراهم کند، همانند تگ‌های غیرفعال، تگ‌های نیمه غیرفعال، نیز از امواج رادیویی فرستند به عنوان منبع تغذیه برای انتقال و تبادل اطلاعات استفاده می‌کند. گرچه یک تگ نیمه غیرفعال ممکن است به بعضی از عملکرد‌های اضافی مجهز باشد. تگ‌های فعال قدرت‌مند‌تر از تگ‌های غیرفعال و نیمه غیرفعال هستند. به عنوان مثال برد، حافظه و عملکرد آن‌ها بیشتر است. گرچه آن‌ها گران‌تر از تگ‌های غیرفعال و نیمه فعال هستند. تگ‌های RFID بر مبنای نوع حافظه به دو نوع طبقه‌بندی می‌شوند: تگ‌های با حافظه‌ی خواندنی / نوشتنی، و تگ‌های با حافظه‌ی فقط خواندنی همچون که نام‌هایشان /۴ دلالت دارد (اشاره دارد). تگ‌های با حافظه‌ی خواندنی / نوشتنی هر دو عملیات خواندن و نوشتن برروی حافظه را ممکن می‌سازند، در حالی که داده در تگ‌های با حافظه‌ی فقط خواندنی پس از پردازش در کارخانه‌ها قابل تغییر نمی‌باشد. تگ‌های با حافظه‌ی خواندنی / نوشتنی گران‌تر از تگ‌های با حافظه‌ی فقط خواندنی هستند.

 

 

۱۳-۱-۲-۲) فرکانس رادویی

تگ‌های RFID در سه محدوده‌ی فرکانسی عمل می‌کنند: فرکانس پایین (۳۰ – ۵ KHZ, LF) و فرکانس‌های بالا (۱۰ – ۱۵ MHZ, HF) و فرکانس‌های خیلی زیاد (۸۵۰ – ۹۵۰ MHZ, UHF) (2.4 – ۲.۵ GHZ , 5.8 GHZ) تگ‌های LF با حضور سیالات و یا فلزات تاثیر گذاری کمتری دارند، و زمانی که با تگ‌های HF  مقایسه می‌شوند آن‌ها به مقدار کافی سریع هستند و برای اکثر کاربرد‌ها به کار می‌روند، همچنین ارزان‌تر از تگ‌های HF هستند. گرچه تگ‌های فرکانس پایین محدوده‌ی خواندن کوتاه‌تری و سرعت خواندن کمتری دارند. کاربرد نمونه‌ی تگ‌های LF: کنترل‌های ورودی، تشخیص هویت حیوانات و کنترل موجودی می‌باشد. اکثر فرکانس‌های معمول که برای LF استفاده می‌شوند، ۱۲۵ – ۱۳۴.۲ KHZ, 140 – ۱۴۸.۵ KHZ می‌باشد.

تگ‌های HF میزان و محدوده‌ی انتقال متوسط دارند، ولی از تگ‌های LF گران‌تر هستند.

کاربرد عمده‌ی تگ‌های HF: کنترل راه‌های ورودی و کارت‌های هوش‌مند می‌‌باشد. کارت‌های هوش‌مند RFID که در فرکانس ۱۳.۵۶ MHZ کار می‌کنند، معمول‌ترین عضو این گروه کارت‌ها هستند.

تگ‌های UHF بالاترین میزان محدوده‌‌ی انتقال را در میان تگ‌ها دارا می‌باشند. برد آن‌ها برای تگ‌های غیر فعال از ۳ تا ۶ متر و برای تگ‌های فعال بیش از ۳۰ متر می‌باشد. میزان بسیار بالای انتقال اطلاعات در تگ‌های UHF امکان خواندن یک تگ را در زمان بسیار کم میسر می‌کند. این ویژگی برای کاربرد‌هایی که در آن اشیای مجهز شده به تگ‌ها سریع حرکت می‌کنند و در محدوده‌ی کارت‌‌خوان فقط در زمان کمی هستند، بسیار مهم است.

همچنین تگ‌های UHF به سختی سیالات و فلزات تحت تاثیر قرار می‌گیرند. این ویژگی‌ها باعث می‌شود که تگ‌های UHF در بی‌سیم‌های جمع‌آوری خودکار عوارض و سیستم‌های مانیتورینگ و کنترل مناسب‌تر باشند. تگ‌های UHF گران‌تر از تگ‌های دیگر هستند.

فرکانس‌های نمونه‌ی واقعی تگ‌های UHF به این صورت می‌باشند: در اروپا ۸۶۸ MHZ در آمریکا ۹۱۵ MHZ و در ژاپن ۹۵۰ MHZ و ۲.۴۵ GHZ می‌باشد. فرکانس‌های تگ‌های LF و HF نیازی به جواز ندارند، و به صورت جهانی به کار می‌روند. در حالی که فرکانس‌های تگ‌های UHF به مجوز نیاز دارند، و از کشور تا کشور متفاوت است.

۱۳-۱-۳) انگیزه‌ و علت ترکیب RFID و WSN

۱۳-۱-۳-۱) کاربرد‌های RFID و WSN

کاربرد اصلی شبکه‌ی RFID تشخیص حضور اشیای مجهزبه تگ و یا مردم می‌باشد. یکی دیگر از کاربرد‌های مهم سیستم‌های RFID ارائه کردن مکان اشیاست. ما در میان چند راه مختلف برای ارائه‌ی مکان و موقعیت اشیا بوسیله‌ی کارت‌خوان‌ها بر پایه‌ی تشخیص تگ‌هایی که در مکان‌های شناخته شده ثابت هستند، و تشخیص موقعیت اشیا بوسیله‌ی تگ‌هایی بر پایه‌ی موقعیت کارت‌خوان‌های ثابت از RFID استفاده می‌کنیم. در صورتی که سیستم‌های RFID با برد بلند، ارزیابی موقعیت تگ‌های RFID می‌تواند بهتر شود. بوسیله‌ی استفاده از پیمایش مثلثات (تقسیم به قطعات سه‌گوش) یا تکنیک‌های پردازش سیگنال. /۵

WSN عمدتاً برای محیط پیرامون، موقعیت‌یابی و تشخیص اشیا و افراد به کار می‌رود. WSN برای حفظ کردن دما، رطوبت، فشار، شدت لرزش، شدت صوت، ولتاژ خط نیرو و تمرکز مواد شیمیایی و سطح آلاینده‌ها و غیره به کار می‌رود.    WSN می‌تواند به عنوان حس‌گر محیط یا پدیده‌ی مربوط به اشیا یا افرادی که به آن‌ها متصل شده، به کار رود.

با ترکیب ویژگی‌های سیستم RFID (شناسایی و موقعیت یابی) و WSN (حس کردن، شناسایی و موقعیت یابی) می‌توان چهار طرح کاربردی متفاوت تعیین کرد. بعضی از آن‌ها بیشتر به صورت صنعتی و آکادمیک استفاده می‌شود. همچنین، نود‌های WSN می‌توانند به صورت مستقل یا متصل به اشیا یا افراد باشند. مثال‌هایی از ترکیب این دو سیستم در مرحله‌ی کاربرد در زیر گفته شده است:

۱- ادغام به صورتی که RFID به عنوان تشخیص و شناسایی و WSN به عنوان حس‌‌گر استفاده می‌شوند.

الف- RFID و WSN متصل شده به اشیا:

در این نوع تگ‌های RFID و سنسور‌های ترکیب شده (مجتمع) به اشیا متصل هستند، تا هم تشخیص و شناسایی هویت و حس کردن انجام شود. تگ‌ها برای تشخیص حضور اشیا و جسم مورد نظر استفاده می‌شوند، و سنسور‌های مجتمع برای حس کردن دمای اشیا، مقدار PH، مقدار لرزش، زاویه‌ی شیب، فشار خون، و ضربان قلب و غیره به کار می‌رود. در بعضی کاربرد‌های ترکیب کارت‌خوان‌های RFID با قطعات بی‌سیم و نود سنسور‌های بی‌سیم، سنسور ترکیب شده‌ی حس کردن و عملکرد ارتباطی را ارائه می‌کند. همانند مرجع ۱۱ و ۲۷.

ب- تگ‌های RFID به جسم مورد نظر وصل شده‌اند، و WSN نیز برای حس کردن اجسام نیز به کار می‌روند. مثل در رابطه با نوعی از استفاده از تگ‌های RFID برای تامین اطلاعات در رابطه با جسم مورد نظر، که در موزه از آن عکس‌برداری شده است، می‌باشد. در این‌جا کارت‌‌خوان‌ها با دوربین و تگ‌های متصل به اجسام درون موزه ترکیب شده است. پس از این‌که جسم حس شد، RFID می‌تواند اطلاعات اضافی در رابطه با جسم را ارائه دهد.

پ- تگ RFID به شی مورد نظر متصل شده و WSN نشز برای حس کردن محیط به کار می‌رود:

نمونه‌ی عملی کاربرد این نوع شامل ربات متحرک که وابسته به شناسایی اجسامی که قابل پیش‌بینی (حس) نیست می‌باشد، و WSN هم برای جمع‌آوری اطلاعات درباره‌ی دما، رطوبت و اطلاعات دیگر وابسته‌های محیطی به کار می‌رود.

۲- ترکیب RFID برای شناسایی اشیا و افراد به همرا سنسور‌ها:

یک راه جالب توجه از BROADCOM (HTTP://WWW.BROADCOM.COM) که اطلاعات RFID فقط بعد از اسکن اثر انگشت با اثر انگشتی که قبلاً در تراشه ذخیره شده مطابقت داشته باشد، از تگ‌ها خوانده می‌شود. در این راه سنسور و تکنولوژی RFID می‌توانند به هم ملحق شده تا امنیت را بالا ببرند.

۳- ترکیب RFID برای شناسایی اشیا و افراد و WSN برای ارائه‌ی موقعیت مکانی. /۶

سیستم RFID WSN هدف
تشخیص وجود و موقعیت مکانی اجسام مجهز به تگ حس کردن پارامتر‌های محیطی و اجسام مورد نظر
تگ‌ها، کارت‌‌خوان‌ها*        * SINGLE-HOAP تگ‌های متحرک متصل شده به جسم مورد نظر نود سنسور، نود باز پخش‌کننده، زیگبی (ZIGBEE)، WI-FI، MULTI-HOAP، نود‌های سنسور معمولاً ساکن هستند اجزای پروتکل ارتباطی
معمولاً به صورت سیستم‌های غیر قابل برنامه‌ریزی کارت‌خوان (گران) – تگ (ارزان) نود سنسور قابل برنامه‌ریزی – متوسط قابلیت برنامه‌پذیری
ثابت تصادفی / ثابت چگونگی اسقرار

جدول ۱۳-۱ تفاوت میان RFID و WSN

 

در مرجع ۱۰، RFID برای تشخیص هویت افراد در تور‌های موزه به کار رفته و WSN هم برای تعیین مکان سر گروه به کار می‌رود. پس از این‌که موقعیت سرگروه شناخته شد، افراد گمشده را راهنمایی می‌کند تا سرگروه را پیدا کند.

۴- ترکیب به صورتی که RFID با کمک سنسور‌ها برای موقعیت‌یابی و شناسایی به کار می‌رود:

در مرجع ۲۵ سیستم موقعیت‌یابی برای اولین پاسخ‌گویی شرح داده می‌شود. که سنسور‌های متفاوت برای ارزیابی موقعیت اولین پاسخ‌گویی به کار می‌روند و تگ‌های RFID در مکان‌های شناخته شده نصب شده‌اند و برای تصحیح ارزیابی مکان‌ها و موقعیت‌ها به کار می‌روند.

۱۳-۱-۳-۲) تفاوت میان تکنولوژی‌های RFID و WSN:

در این قسمت به تفاوت‌های اصلی بین تکنولوژی RFID و WSN اشاره می‌کنیم. جزء اصلی تکنولوژی WSN نود‌های سنسور می‌باشند. علاوه بر نود‌های سنسور، شبکه می‌تواند شامل باز پخش‌کننده‌ی امواج و نود‌های دیسگر باشد. ارتباطات در میان نود‌ها به صورت MULTI-HOAP می‌باشد. در طرف دیگر، سیستم RFID کلاسیک، از تگ‌های RFID و کارت‌‌خوان‌ها تشکیل شده‌اند. وقتی که مطرف توان و قیمت تگ‌ها موضوع مهمی‌ست، بیشتر پیچیدگی‌ها به سمت کارت‌‌خوان‌ها منتقل می‌شوند. ارتباطات میان تگ‌ها و کارت‌‌خوان‌ها به صورت SINGLE-HOAP می‌باشد. کوشش‌ها برای یکسان سازی شبکه‌های RFID مهم هستند. سرمایه و سهم زیادی در رابطه با RFID در صنعت وجود دارد. بنابراین تعداد معیار‌های سازمان‌های اصلی یکسان‌سازیِ EPC GLOBAL و ISO هستند. هر دو سازمان گروهی از استاندارد‌ها را که می‌توان به استاندارد داده‌ها و ارتباطات تقسیم کنیم، معین کرده‌اند. استاندارد‌های مربوط به داده‌ها، نوع شماره‌ی شناسایی (ID NUM) را معین می‌کند، و استاندارد‌های ارتباطی پروتکل میان مراحل مختلف بین دسته‌ها که شامل بین ارتباطات بین کارت‌خوان و تگ و لایه‌های سخت‌افزاری مختلف در میان ارتباطات را مشخص می‌کند. که این با روند کنونی در WSN بسیار متفاوت است. جایی که پیچیدگی‌های بیشتر و غیر صنعتی وجود دارد، سیستم  WSN معمولاً وابسته به استاندارد‌های موجودی است که از منطقه‌ی دیگر عاریه گرفته شده است. /۷

پروتکل‌های موجود همچون زیگبی نیز به صورت عمومی مورد قبول هستند. گرچه تعدادی راه‌حل بر ملاک و پایه‌ی استاندارد‌های مختلف وجود دارد. قرار گیری نود‌های WSN می‌تواند به صورت تصادفی و ثابت باشد. از طرف دیگر در صورتی‌که کارت‌خوان‌های RFID با برد طولانی را در نظر بگیریم، موقعیت آنتن‌های RFID می‌بایست، به دقت محاسبه شود. تا نه تنها تمام تگ‌ها را پوشش دهد، بلکه از دخالت پارازیت نیز جلوگیری کند. انواع مختلفی از پارازیت در شبکه‌های RFID موجود هستند. آن‌ها شامل پارازیت‌های تگ به تگ، کارت‌خوان به تگ و کارت‌خوان به کارت‌خوان می‌باشند. پارازیت تگ به تگ زمانی رخ می‌دهد که چندین تگ بخواهند با یک کارت‌خوان یکسان به طور همزمان ارتباط برقرار کنند. پارازیت کارن‌خوان به تگ، زمانی رخ می‌دهد که تگ به صورت همزمان از دو کارت‌‌خوان سیگنال دریافت کند. تگ‌ها قابل انتخاب نیستند و سردرگم می‌شوند.

پارازیت کارت‌خوان به کارت‌خوان، به این معنی‌ست که سینگال از کارت‌‌خوان مجاور، قوی‌تر از سیگنال منعکس شده از تگ باشد. تعدادی استاندارد وجود دارد، که با پارازیت تگ به تگ سر و کار دارد. استاندارد EPC کلاس نسل ۲ UHF بر پایه‌ی پروتکل ارتباطی کارت‌خوان به تگ ALOHA شکافته شده می‌باشد. برخورد و درگیری زمانی رخ می‌دهد که چندین تگ به صورت همزمان یک شکافت زمانی را برای برقراری ارتباط انتخاب می‌کنند. کارت‌خوان عامل اجرای الگوریتم بهینه‌سازی‌ است که زمان جستجو را کاهش می‌دهد. همین استاندارد راه‌حل پیشنهاد کرده برای از بین بردن پارازیت کارت‌خوان به کارت‌خوان به تگ بر پایه‌ی جدا سازی انتقالات حیاتی و موقتی بین کارت‌خوان‌ها و تگ‌ها می‌باشد. بنابراین تگ‌های RFID به صورت موقعیت ثابت مستقر می‌شوند.

عملکر و عاملیت تگ‌های RFID معمولاً به صورت متمرکز و ثابت می‌باشند. از زمانی که هدف اصلی در طراحی تگ‌های RFID رسیدن به مصرف کمتر انرژی و قیمت کمتر بوده است، تگ‌ها معمولاً به صورت سخف‌افزاری به مرحله‌ی اجرا در می‌آیند. کارت‌‌خوان‌های RFID معمولاً به صورت جعبه‌هایی سیاه، بدون امکان تغییر ساختار می‌باشند. از طرف دیگر در بعضی از نود‌های WSN میکرو کنترل‌ها قابل برنامه‌ریزی می‌باشند. این توانایی تغییر و آسان کردن جستجو در سیستم WSN را فراهم می‌‌کند.

از آنجایی که تفاوت‌ها میان تکنولوژی‌های WSN و RFID قابل توجه می‌باشد، ترکیب این دو ممکن است بیان‌گر امتیاز‌های تلفیق این دو تکنولوژی باشد.

سیستم WSN تعدادی مزیت عرضه می‌کند، که بیش از پیاده سازی سیستم سنتی RFID می‌باشد. مانند؛ قابلیت برقراری ارتباط به صورت MULTI-HOAP و نود‌های سنسور قابل برنامه‌ریزی با قابلیت حس‌گر بودن و از طرف دیگر سیستم WSN نیز نیازمند ترکیب با RFID به جای نود‌های سنسور بی‌سیم یک راه‌حل صرفه‌جویانه می‌باشد. این برای اجسامی صدق می‌کند که ما فقط به حضور و مکان آن‌ها اهمیت می‌دهیم. دوم، ترکیب با RFID نود‌های سنسور‌ را به تگ‌های دارای شماره شناسایی مجهز می‌کند. توجه داشته باشید که RFID یک تکنولوژی ذخیره سازی و بازیابی اطلاعات و داده‌ها به صورت جا افتاده می‌باشد.

ذخیره سازی و بازیابی اطلاعات و داده‌ها به صورت جا افتاده می‌باشد و به صورت گسترده تولیدی‌ها و کارخانه‌ها و خورده فروشی به کار می‌رود. استفاده از شماره‌ی شناسایی تگ‌ها به جای آدرس MAC راه‌حلی موثر برای نود‌های سنسور بی‌سیم می‌باشد. گذشته از این (علاوهبر این) با وجود آن‌که تکنولوژی RFID محدودیت‌هایی از قبیل تلورانس پایین در محیط سیال و فلزی دارد. می‌تواند توانایی شبکه‌ی سنسور‌ها را با ارائه‌ی ویژگی مناسب و محسوس برای دیگر اشیا به صورت نامحسوس گسترش دهد. برای نمونه نود‌های سنسور ممکن است در محیط سخت یا برای بعضی از کاربرد‌های خاص عمل نکند. و ممکن است RFID یک راه‌حل برای موضوع باشد. /۸

این دو تکنولوژی تقریباً عقاید به هم نزدیکی در راه‌حل تگ‌های فعال RFID در برد طولانی دارند. آن‌ها با به اجرا درآوردن و بکار گیری پروتکل RFID یا بعضی دیگر از استاندارد‌های قابل وسعت، ماننده WLAN و همچنین دارای شماره‌ی شناسایی منحصر به فردی می‌باشند. مانند تگ‌های RFID که معمولاً به یک یا چند سنسور متصل می‌شوند. آن‌ها همچنین نمایان‌گر نود سنسور هستند. در بعضی از راه‌حل‌ها آدرس MAC همچون تگ RFID بکار می‌روند.

 

۱۳-۲) ترکیب تگ‌های RFID و سنسور‌ها

ترکیب این کلاس برای مجهز کردن تگ‌های RFID به سنسور‌هایی که توانایی حس کردن را به تگ‌های RFID ارائه می‌کنند، به کار می‌رود. تگ‌های RFID به همراه سنسور (سنسور – تگ) پروتکل و مکانیزم یکسان برای خواندن کد شناسایی تگ‌ها و جمع‌آوری داده‌های حس شده، به کار می‌رود. به عنوان مثال، پروتکل کلاس ۱، نسل ۲ UHF از EPC GLOBAL جزئیات این‌که کدام قسمت از حافظه‌ی تگ برای خواندن بکار می‌رود را تصدیق کرده است. بدین ترتیب، داده‌ی حس شده می‌تواند به وسیله‌ی کارت‌خوان‌های پیروی EPC نسل ۲ انتخاب شده و خوانده شود؛ به وسیله‌ی استفاده از دستورات پیکربندی شده. از آن زمان که سنسور‌های هماهنگ در کنار تگ‌های RFID فقط به هدف حس کردن بکار می‌روند. پروتکل کنونی تگ‌های RFID مبتنی بر ارتباطات SINGLE HOAP هستند.

ترکیب این کلاس یک نمونه‌ی عملی در سیستم RFID به همراه قابلیت‌های اضافی حس کردن برای تگ‌های هماهنگ و انسجام یافته، به حساب می‌آیند.

یک ساختار توزیع‌یافته، و پراکنده برای شبکه‌ی حس کننده‌ی RFID فراگیر در مرجع ۳۰ و ۳۵ مورد مطالعه قرار گرفته است. اجسام مورد نظر که به تگ‌های RFID مجهز شده‌اند، کد EPC را برای شناسایی خودشان مکاتبه می‌کنند. مانند، یک هویت منحصر به فرد. سنسور‌های مجتمع در تگ‌ها برای حس کردن محیط و شی مورد نظر بکار می روند. سیگنال آنالوگ که از سنسور‌ها دریافت می‌شود، توسط یک ماژول A/D تبدیل می‌شود، و داده‌ی حاصل به وسیله‌ی کارت‌خوان‌ها به سمت ایستگاه اصلی، که سرویس عاملیت لایه‌ای را ارائه می‌دهد، فرستاده می‌شود. کارت‌خوان‌ها قادر به تشخیص نتیجه‌های مطمئن هستند، و اشیا را با برچسب‌های RFID استعلام می‌کنند، تا داده‌ی حاصل را به دست بیاورند. سیستم کاربردی زمانی که به این نتایج پاسخ داد و اقدامات مشابه پردازش می‌شوند، ساختار سیستم در شکل ۱۳-۱ به وجود می‌آید.

 

 

کاربرد‌های حس‌گر‌های RFID حال حاضر شامل مانیتورینگ خصیصه‌های فیزیکی، تشخیص اتوماتیک محصول، تشخیص عامل مضر، بخش زیادی از کاربرد‌ها برای اندازه‌گیری دمای اجسام مجهز به تگ و محیط به کار می‌روند. تعدای تگ‌ها یا RFID تحریک شده با سنسور، به صورت تجاری نیز وجود دارد. بر مبنای این‌که تگ‌ها چگونه تغذیه می‌شوند، می‌توان آن‌ها را به سه گروه تقسیم کرد: ۱- تگ‌های فعال ۲- تگ‌های غیر فعال ۳- تگ‌های نیمه غیر فعال، که در زیر به معرفی آن‌ها می‌پردازیم:

۱۳-۲-۱) تگ‌های غیر فعال با سنسور مشترک

چون سنسور‌های مجتمع به وسیله‌ی باتری‌های اضافی تغذیه می‌شوند، بیشتر تگ‌ها با سنسور‌های مجتمع نیز به صورت نیمه غیر فعال یا فعال هستند. به صورتی‌که به وسیله‌ی باتری تغذیه می‌شوند. گر چه بعضی از تگ‌های غیر فعال یا سنسور‌های مجتمع که بدون باتری عمل می‌کنند و با استفاده از سیگنال‌های RF کارت‌خوان تغذیه می‌شوند، وجود دارد. تگ‌های غیرفعال با سنسور‌های مجتمع در کاربرد‌‌های زیر استفاده می‌شوند:

حس کردن دما و کنترل آن، تشخیص سطح PH و شناسایی تصویر. در زیر چند نمونه را شرح می‌دهیم:

تگ‌های غیرفعال اینستر و منتال که به وسیله‌ی شرکت اینسترومنتال و مسئولیت محدود توسعه یافته‌اند، (HTTP://WWW.INSTRUMENTAL.COM) سنسور‌های قدرت توانا و سوئیچ‌های راه‌انداز هسته، و قابلیت نگه‌داری داده را دارد. تگ‌ها انرژی کافی را از سیگنال کارت‌خوان‌ها برای راه‌اندازی سنسور‌های مجتمع جذب می‌کنند. برعکس سنسور‌ها در تگ فعال. سنسور در تگ‌های اینسترومنتال فقط محیط را ارزیابی می‌کنند و زمانی که از طرف کارت‌خوان‌ها درخواست داده می‌شود، آن‌ها در فرکانس ۱۳.۵۶ MHZ کار می‌کنند و قادر به افزایش برد کارت‌خوان تا بیش از ۸ اینچ (۲۰۰ میلی‌متر) هستند، که این از برد تگ‌های RFID غیرفعال در حال حاظر در فرکانس ۱۳.۵۶ MHZ کار می‌کند بیشتر است. اندازه‌ی تگ‌های اینسترومنتال نزدیک به ۲۰ میلی‌متر در ۱۰ میلی‌متر می‌باشد، و قیمت هر کدام زیر پنج پوند پیش‌بینی شده است. در یکی از کاربرد‌هایش تگ اینسترومنتال با سنسور PH سنج در دندان‌های مصنوعی جایگذاری شده و مقدار اسیدی یا بازی غذای موجود در دهان بیماران آزمایشی را ارزیابی می‌کند. در استفاده از توانایی این تکنولوژی برای راه‌اندازی سوئیچ‌ها تگ اینسترومنتال می‌تواند با یک مکانیزم قفل کننده ترکیب شود. بنابراین می‌تواند برای محکم بسته‌بندی شدن کالا‌ها بر روی کانتینر‌ها و محفضه‌ها در تمام مدت زنجیره‌ی عرضه‌ی محصول، به کار گرفته شود. در این کاربرد محفضه‌ی هوش‌مند شامل یک تگ اینسترومنتال که قادر به نگه‌داری داده‌ها و بسته و باز کردن محفضه‌ها توسط سیگنال کارت است. این تکنولوژی برای محدوده‌ی وسیعی از کاربرد‌ها موثر بوده، که شامل محافظت مدارک پلیس و نمونه‌ی پزشکی نیز می‌باشد.

علاوه بر محصولات صنعتی چندین نمونه دانشگاهی و آکادمیک وجود دارد. تگ‌های RFID تغذیه شده با سیگنال RF با سنسور دما و تصویر در مرجع ۲۱ مطالعه شده است. این از یک مولد ولتاژ برای تغذیه‌ی اسیلاتور حلقویِ تصحیح دما، یک همزمان کننده، یک سنسور دما و یک سنسور تصویر تشکیل شده است. تگ انرژی را از سیگنال RF باند ISM (860 – ۹۶۰ MHZ) جمع‌آوری می‌کند و دمای محیط و نور را حس می‌کند. این تگ در سه مرحله عمل می‌کند: آمادگی، در حالت استنطاق (بازجویی) و فعال. تگ زمانی در مرحله‌ی آمادگی به سر می‌برد که سیگنال RF انرژی‌زا (نیرو‌بخش) را دریافت می‌کند. در حالت آمادگی فقط ژنراتورِ کلاک داخلی فعال است. تگ زمانی در حالت استنطاق قرار می‌گیرد که از مرکز درخواستی را دریافت کند. در این مرحله دمودولاتور و دیکودر فعال‌اند، تا یکی از دو سنسور را فعال کنند. زمانی که بلوک کاربردیِ انتخاب شده، فعال شود، تگ به مرحله‌ی فعال وارد می‌شود و داده‌ی درخواست شده به ایستگاه مرکز فرستاده می‌شود. این تگ بهطور اتوماتیک پس از مرحله‌ی فعال به مرحله‌ی آمادگی سوئیچ می‌کند. تگ در یک پردازش CMOS  ۲۵ میلی‌متری ساخته شده است. اندازه‌ی تراشته ۰.۶ * ۰.۷ mm به‌غیر از پد‌ها می‌باشد و توان مصرفی زمانی که در مرحله‌ی فعال است ۵.۱۴ uw است. راه‌حل و کاربرد تگ‌های RFID در مرجع ۲۳ مطرح شده است. این تگ از یک آنت رشته‌ای ریز مجزا و یک مدار تصحیح کننده که برای تقویت دی‌سی به کار می‌رود، شامل می‌شود. دو تگ غیرفعال پیاده‌سازی شده‌اند. تگ‌هایی که در محدوده‌ی ۸۶۰ – ۹۵۰ MHZ عمل می‌کنند /۱۰ و قابلیت خواندن تا سی متری را دارا می‌باشند. تگ‌هایی که در محدوده‌ی ۲.۴۵ GHZ با سنسور دما ترکیب شده‌اند، محدوده‌ی برد آن‌ها بیش از ۹ متر می‌باشد. تگ‌ها به ترتیب دارای اندازه‌های ۹۰*۶۰*۴ mm و ۶۰*۲۵*۴ mm که در فرکانس‌های ۹۰۰ MHZ و ۲.۴۵ GHZ کار می‌کنند.

۱۳-۲-۲) تگ‌های نیمه غیرفعال با سنسور‌های مجتمع:

اندازه‌گیری و مانیتورینگ دما و موقعیت مکانی، ردیابی ویژگی‌های مثبت اتومبیل‌ها و کنترل‌های ورودی KSW – TEMP SENS به وسیله‌ی شرکت KSW – MICROTECAG توسعه یافته‌اند و قادر به اندازه‌گیری دما به صورت متناوب و پشت سر هم در یک فاصله‌ی معین می‌باشند. این یک تگ نیمه فعال می‌باشد و می‌تواند آن‌را به محصولاتی که در زمانی حمل به علت تغییرات دما فاسد می‌شوند، متصل کرد یا در آن‌ها جاسازی کرد. به عنوان مثال می‌توان به مرغ‌های منجمدکه در معرض خطر فاسد شدن می‌باشند، متصل کرد.

 

برچسب:
یک دیدگاه بنویسید