توسعه کاربردهای کلیدی فناوری برچسب RFID و وضعیت فعلی پژوهش بین المللی

　　RFID اصطلاحی کلی برای فناوری شناسایی فرکانس رادیویی است. مانند بارکدها، کارت های IC و سایر روش های شناسایی، وظیفه اصلی آن شناسایی شناسه یکتا (UID) مورد هدف است. تفاوت این است که از انتقال فرکانس رادیویی برای دستیابی به شناسایی خودکار بدون تماس استفاده می کند و امکان شناسایی اهداف متحرک و چند هدف را فراهم می سازد. RFID همچنین یک فناوری ارتباط داده است که اجزای پایه سیستم های ارتباطی مانند ارسال، دریافت، کانالیزه و انتقال اطلاعات را در اختیار دارد. تفاوت این است که اطلاعات منتقل شده مصنوعی و استاندارد شده است. با ظرفیت ذخیره سازی بزرگ، شناسایی چندین هدف، فاصله خواندن طولانی و رمزنگاری داده ها، و همچنین پتانسیل توسعه اش، RFID به عنوان یکی از فناوری های مهم امروزی شناخته می شود. کلید کاربرد و توسعه سیستم RFID در برچسب های الکترونیکی نهفته است. این مقاله بر فناوری های کلیدی برچسب های الکترونیکی و وضعیت فعلی پژوهش در داخل و خارج کشور تمرکز دارد و اقدامات مقابله ای پایه ای برای کاربرد و توسعه برچسب های الکترونیکی در چین در این مرحله را پیشنهاد می دهد.

　　۱ فناوری برچسب الکترونیکی و وضعیت فعلی پژوهش در داخل و خارج کشور

　　در ادبیات پژوهشی داخلی و بین المللی، پژوهش های جاری درباره برچسب های الکترونیکی عمدتا بر شش جنبه زیر متمرکز است.

　　۱.۱ فناوری تراشه

　　فناوری تراشه یکی از فناوری های هسته ای در فناوری RFID است. چیپ تگ سیستمی است که تمام مدارها به جز آنتن تگ و خطوط تطبیق را یکپارچه می کند، از جمله ماژول هایی مانند رابط جلویی RF، رابط جلویی آنالوگ، باند پایه دیجیتال و واحدهای حافظه. نیازهای پایه ای برای چیپ ها سبک، نازک، کوچک، کم هزینه و کم هزینه است.

　　در خارج از کشور، تولیدکنندگان مدار مجتمع مانند TI، Intel، Philips، STMicroelectronics، Infineon، NXP و Atmel نتایج برجسته ای در توسعه تراشه های RFID کوچک، کم مصرف و کم هزینه کسب کرده اند. برای مثال، برچسب های غیرفعال UHF Atmel می توانند حداقل توان ورودی RF تا ۱۶.۷ میکرووات داشته باشند. مؤسسه فدرال فناوری سوئیس یک تراشه تگ ۲.۴۵ گیگابایتی با حداقل توان ورودی تنها ۲.۷ میکرووات و فاصله خواندن/نوشتن تا ۱۲ متر طراحی کرده است. در کنفرانس ISSCC سال ۲۰۰۶، شرکت هیتاچی ژاپن یک تراشه برچسب با مساحت ۰.۱۵ میلی متر × ۰.۱۵ میلی متر و ضخامت تنها ۷.۵ میکرومتر پیشنهاد داد. در داخل کشور، تولیدکنندگان مدار مجتمع چینی توانسته اند به طور مستقل تراشه های فرکانس پایین و بالا را توسعه داده و تولید کنند و به سطوح پیشرفته بین المللی نزدیک شده اند. تراشه های سری QR باند UHF که توسط شرکت شانگهای کونروی توسعه یافته اند، قبلا مجوز و گواهی رسمی EPCglobal را دریافت کرده اند. در مجموع، طراحی تراشه های RFID در باندهای فرکانسی UHF و مایکروویو چین همچنان با چالش های قابل توجهی روبرو است که عمدتا در محدودیت های شدید مصرف انرژی منعکس می شود. فناوری سازگاری با آنتن. مشکلات بسته بندی بعدی. مشکلات حساسیت. قابلیت اطمینان و هزینه.

　　روند توسعه فناوری طراحی و ساخت تراشه های RFID شامل مصرف توان کمتر، برد طولانی تر، سرعت خواندن/نوشتن سریع تر، قابلیت اطمینان بالاتر و کاهش مداوم هزینه ها است. علاوه بر افزایش ظرفیت ذخیره سازی برچسب برای حمل اطلاعات بیشتر، کاهش اندازه برچسب برای کاهش هزینه ها و بهبود حساسیت برچسب برای افزایش فاصله خواندن، نقاط داغ پژوهشی فعلی شامل: مدارهای فوق العاده کم توان هستند؛ فناوری امنیت و حریم خصوصی، عملکردهای رمز عبور و پیاده سازی؛ فناوری طراحی و ساخت تراشه های کم هزینه؛ فناوری های جدید ذخیره سازی؛ الگوریتم ها و فناوری های پیاده سازی ضد برخورد؛ یکپارچه سازی فناوری با حسگرها؛ راه حلی جامع که به طور نزدیک با سیستم های کاربردی یکپارچه شده است.

　　۱.۲ فناوری طراحی آنتن

　　کوچک سازی همواره نگرانی اصلی در طراحی آنتن های تگ RFID بوده است. برای گسترش دامنه کاربردها، پهنای باند کوچک آنتن، ویژگی های بهره و ویژگی های قطبش متقاطع نیز از مسیرهای مهم پژوهشی هستند. در حال حاضر، برچسب های RFID هنوز از آنتن های مستقل خارج از تراشه استفاده می کنند که مزایای Q-value بالا، سهولت ساخت و هزینه متوسط را دارند، اما اندازه بزرگ تر و مستعد شکستن هستند که برای ضد جعل یا کاشت برچسب های زیستی در حیوانات نامناسب است. اگر آنتن بتواند در تراشه تگ ادغام شود، می تواند بدون هیچ قطعه خارجی کار کند و اندازه کلی برچسب را کاهش داده و فرآیند ساخت برچسب را ساده تر کند تا هزینه ها کمتر شود. این موضوع باعث تحقیقات درباره فناوری آنتن روی تراشه شده است. علاوه بر این، پژوهش های فعلی بر آنتن های برچسب دار تمرکز دارد که شامل فناوری تطبیق آنتن، فناوری بهینه سازی ساختاری، طراحی آنتن پهن باند با پوشش چندین باند فرکانسی، فناوری بهینه سازی توزیع آنتن چندبرچسب، فناوری طراحی مقاوم در برابر فلز و فناوری سازگاری و ضد تداخل است.

　　۱.۳ فناوری بسته بندی

　　بسته بندی برچسب های الکترونیکی عمدتا شامل مراحل کلیدی مانند مونتاژ تراشه و ساخت آنتن است. با توسعه فناوری های جدید بسته بندی، تکنیک های فرآوری جدیدی در فناوری بسته بندی برچسب پدید آمده اند، مانند تولید برآمدگی با چیپ فلیپ (Bunping) و چاپ آنتن. در مقایسه با اتصالات سنتی سیمی یا حامل به حامل، فناوری چیپ فلیپ تراکم بسته بندی بالاتر، عملکرد الکتریکی و حرارتی خوب، قابلیت اطمینان خوب و هزینه پایین تر را ارائه می دهد. استفاده از آنتن های برچسب چاپ شده با جوهر رسانا به جای روش های سنتی حکاکی برای ساخت آنتن های برچسب، هزینه تولید برچسب الکترونیکی را به طور قابل توجهی کاهش داده است. علاوه بر این، نقاط داغ پژوهشی در فناوری بسته بندی برچسب شامل فرآیندهای بسته بندی پرس داغ با دمای پایین، بهینه سازی طراحی مکانیزم های دقیق، تشخیص و کنترل چند فیزیکی کمیت، کنترل حرکت با سرعت بالا و فناوری های بازرسی آنلاین است.

　　۱.۴ فناوری کاربرد برچسب

　　بر اساس ویژگی های منحصر به فرد برچسب های RFID برای شناسایی اشیاء، تحقیقات زیادی در زمینه برچسب های عملکردی مختلف صورت گرفته است. علاوه بر شناسایی سنتی، ردیابی و پایش اقلام، نقاط حساس تحقیق شامل برچسب های هوشمند تعاملی، موقعیت یابی و ردیابی فضایی، محاسبات فراگیر، پرداخت های موبایلی و ضد جعل اقلام نیز می شوند.

　　(۱) تگ های هوشمند تعاملی. ساختار تگ های هوشمند تعاملی همچنان شامل یک فرستنده-گیرنده میکروپاور بی سیم تک تراشه ای و یک میکروکنترلر است. برنامه های مورد نیاز مختلف از پیش در میکروکنترلر نوشته می شوند و در صورت نیاز، این برنامه ها از طریق دستورات بی سیم فراخوانی می شوند تا برچسب ها بتوانند وظایف مختلفی مانند شناسایی، موقعیت یابی و جمع آوری داده ها را انجام دهند. برچسب هیچ سیگنالی را به بیرون ارسال نمی کند، بلکه به طور دوره ای سیگنال های ارسال شده توسط هماهنگ کننده از طریق پخش روی کانال پایش را دریافت و ثبت می کند. تنها پس از دریافت فرمان بیداری، به کانال کاری خواننده می پرد، دستورالعمل ها را از هماهنگ کننده دریافت می کند و طبق برنامه های از پیش نوشته شده وارد حالت تبادل اطلاعات با خواننده می شود و وظیفه مشخص شده را در زمان مشخص شده انجام می دهد و سپس به حالت نظارت و خواب بازمی گردد. واضح است که هسته اصلی این فناوری، فیلتر سریع سیگنال های نامعتبر است و انتقال بی سیم در مسافت های طولانی با قدرت بسیار پایین را به دست می آورد، هرچند نیاز به هماهنگ کننده اضافی دارد. از آنجا که تگ های هوشمند تعاملی مسائل کلیدی در کاربردهای اینترنت اشیا مانند هزینه پایین، مصرف برق پایین و انتقال بی سیم در مسافت های طولانی را حل می کنند، دامنه کاربردهای برچسب الکترونیکی را گسترش می دهند و می توانند به طور گسترده در سیستم های حمل ونقل هوشمند شهری، سامانه های پایه جمع آوری داده شهری و سایر حوزه هایی که نیاز به شناسایی، موقعیت یابی یا جمع آوری داده در مسافت های طولانی دارند، به کار روند.

　　(۲) برچسب های موقعیت یابی و ردیابی در زمان واقعی. سیستم های موقعیت یابی موجود عمدتا شامل سامانه های موقعیت یابی ماهواره ای، سیستم های موقعیت یابی مادون قرمز یا اولتراسونیک و سیستم های موقعیت یابی مبتنی بر شبکه موبایل هستند. با این حال، به دلیل محدودیت های زمان موقعیت یابی، دقت و شرایط محیطی، در حال حاضر فناوری موقعیت یابی وجود ندارد که بتواند مشکلات اطلاعات موقعیت یابی تأسیسات و اقلام در محیط های پیچیده داخلی مانند لابی های فرودگاه، سالن های نمایشگاه، انبارها، سوپرمارکت ها، کتابخانه ها، پارکینگ های زیرزمینی و معادن زیرزمینی را به طور کامل حل کند. فناوری RFID راه حل جدیدی برای موقعیت یابی فضایی و خدمات ردیابی ارائه می دهد که به ویژه برای موقعیت یابی داخلی مناسب است و سیستم های موقعیت یابی ماهواره ای در آن با مشکل مقابله می کنند. این روش عمدتا از ویژگی های شناسایی منحصر به فرد برچسب ها روی اشیاء استفاده می کند و موقعیت فضایی اشیاء را بر اساس قدرت سیگنال ارتباط فرکانس رادیویی بین خواننده و برچسب نصب شده روی شیء اندازه گیری می کند.

　　(۳) برچسب های محاسبات جهانی. با ترکیب با فناوری حسگر، برچسب های RFID همچنین می توانند اطلاعات وضعیت اشیاء یا محیط ها در گره های اینترنت اشیا مانند دما، رطوبت و نور را حس کنند و با استفاده از فناوری ارتباطات بی سیم، این اطلاعات و تغییرات آن در واحدهای محاسباتی را منتقل کنند که باعث بهبود دید محیطی ماژول های محاسباتی و ساخت زیرساخت محاسباتی فراگیر آینده می شود.

　　(۴) برچسب های پرداخت موبایلی. پرداخت موبایلی RFID از ارتباط کوتاه مدت بین ترمینال های موبایل و پایانه های POS استفاده می کند و امکان پرداخت مبلغ تراکنش ها از طریق هزینه های تلفن همراه یا اتصال سیم کارت به حساب های بانکی برای تراکنش های بانکی را فراهم می کند. پرداخت موبایلی RFID محصول ادغام صنعت RFID و صنعت مخابرات است. در حال حاضر، عمدتا چهار روش کاربردی وجود دارد: Felica، NFC، DISIM و RF-SIM. از جمله آن ها، RF-SIM یک فناوری ارتباط بی سیم برد متوسط تا کوتاه است که بر پایه سیم کارت ها ساخته شده است. این سیم کارت یک ماژول RF را درون سیم کارت تعبیه می کند که برای ارتباطات موبایل عادی و احراز هویت استفاده می شود و اتصال فیزیکی با تلفن برقرار می کند. سیم کارت های RF از تمام تلفن های همراه موجود در بازار پشتیبانی می کنند و به عنوان یک پلتفرم خدمات جامع عمل می کنند که می توانند جایگزین کیف پول، کلید و کارت شناسایی شوند.

　　(۵) برچسب های ضد جعل. فناوری های سنتی ضد جعل مانند ضد جعل فیزیکی، ضد جعل زیستی، ضد جعل ساختاری، بارکد و ضد جعل دیجیتال فاقد یکتایی و انحصار هستند، به راحتی قابل تکرار هستند و نمی توانند اثرات واقعی ضد جعل ارائه دهند. فناوری RFID مزایای مطلقی در مقابله با جعل دارد، زیرا هر برچسب دارای شماره شناسه یکتای جهانی است که قابل تغییر یا جعل نیست. علاوه بر این، فناوری ضد جعل RFID فاقد فرسودگی فیزیکی است، امنیت بالای رابط فیزیکی خواننده، داده های قابل رمزنگاری برچسب و احراز هویت متقابل بین خواننده و برچسب را دارد، بنابراین اساسا تکثیر کامل آن غیرممکن است و بنابراین عملا از جعل جلوگیری می کند. در حال حاضر، ضدجعل RFID به تدریج در مدیریت اسناد، مدیریت بلیت ها، پلاک های الکترونیکی، ضد جعل الکل و ضدجعل گنجینه های هنری به کار گرفته شده است که روندی رو به رشد را نشان می دهد.

　　۱.۵ پژوهش درباره مسائل استاندارد

　　در حال حاضر، استانداردهای اصلی ارتباطات بین المللی مرتبط با برچسب های الکترونیکی عبارتند از: (۱) استانداردهای ISO/TEC18000. (2) استانداردهای EPC، (۳) استانداردهای DSRC. (4) استاندارد UID. علاوه بر این، بسیاری از کشورها و نهادها به طور فعال در حال تدوین استانداردهای اتحاد منطقه ای، داخلی یا صنعتی مرتبط با RFID هستند تا بتوانند آن ها را از طریق کانال های مختلف به استانداردهای میان رشته ای ارتقا دهند. هر سیستم استاندارد بر اساس فرکانس عملیاتی به چندین بخش تقسیم می شود و عمدتا در روش های ارتباطی، پروتکل های پیشگیری از برخورد و فرمت های داده ناسازگار هستند. در ژانویه ۲۰۰۸، تیم پروژه FP7 اتحادیه اروپا حامی انجمن جهانی استانداردهای RFID جهانی (GRIFS) بود که هدف آن دستیابی به حداکثر انسجام جهانی در استانداردهای RFID از طریق همکاری های پیشرفته بود. با توسعه فناوری RFID، استانداردهای مختلفی برای برچسب های الکترونیکی در حال ادغام هستند. برای مثال، استاندارد ISO/IFC15693 برای فرکانس بالا ۱۳.۵۶ مگاهرتز بخشی از استاندارد ISO18000-3 شده و استاندارد EPC GEN2 به استاندارد ISO18000-6C تبدیل شده است. در حال حاضر، ایالات متحده، اتحادیه اروپا و سایر کشورها هر کدام استانداردهای متفاوتی را اتخاذ می کنند. به دلیل دشواری هماهنگی منافع، اگرچه یکپارچه سازی استانداردها ضروری است، این روند نسبتا طولانی باقی می ماند.

　　۱.۶ پژوهش درباره مسائل امنیت و حریم خصوصی

　　مکانیزم های امنیتی مورد مطالعه و پذیرش عمدتا شامل روش های فیزیکی، مکانیزم های رمزنگاری و ترکیب های آن ها است. روش های فیزیکی معمولا در برچسب های کم هزینه استفاده می شوند و اطلاعات برچسب ها را از طریق محافظت الکترواستاتیک یا تداخل فعال محافظت می کنند. در مقایسه با سازوکارهای امنیتی سخت افزاری مبتنی بر روش های فیزیکی، مکانیزم های امنیت نرم افزاری مبتنی بر فناوری رمزنگاری ترجیح داده می شوند و عمدتا از طرح ها و سازوکارهای رمزنگاری بالغ برای طراحی پروتکل های رمزنگاری که الزامات امنیتی RFID را برآورده می کنند، استفاده می کنند.

　　۲ روندهای توسعه و اقدامات مقابله ای برای برچسب های الکترونیکی

　　کاربرد و توسعه برچسب های الکترونیکی بر پایه زنجیره صنعتی RFID بنا شده است؛ هرگونه تأخیر در هر لینک بر رشد کلی صنعت تأثیر خواهد گذاشت. زمان تحقیق و توسعه ما در حوزه RFID عقب تر از اروپا، آمریکا، کره جنوبی و ژاپن است و هنوز زنجیره کامل صنعتی در باندهای فرکانسی UHF و مایکروویو را نداریم. برای توسعه برچسب های الکترونیکی چینی بر اساس فناوری RFID داخلی و بازار موجود، باید کل زنجیره صنعت RFID را هدف قرار دهیم و اقدامات و استراتژی های خاصی تدوین کنیم.

　　(۱) افزایش تلاش های تحقیق و توسعه و جستجوی پیشرفت های فناوری. در حال حاضر، برچسب های الکترونیکی هنوز دارای نقص های زیادی هستند، مانند قابلیت اطمینان پایین در خوانش تک برچسب به دلیل جهت گیری آنتن که به راحتی منجر به از دست رفتن خوانش ها می شود؛ سیگنال های RFID به راحتی تحت تأثیر مواد رسانا مانند فلز و آب قرار می گیرند که منجر به کاهش فاصله شناسایی می شود؛ وقتی سیستم های RFID به طور همزمان با سایر سیستم های ارتباطی بی سیم با باندهای فرکانسی مشابه کار می کنند، تداخل الکترومغناطیسی ممکن است عملکرد آن ها را تحت تأثیر قرار دهد؛ و زمانی که تعداد زیادی تگ RFID کنار هم قرار داده شوند، آنتن تگ ممکن است اثرات آرایه ای متفاوت از آنتن های تگ منفرد را نشان دهد. تمام این موارد چالش هایی برای توسعه برچسب های الکترونیکی ایجاد می کنند.

　　(۲) تعیین استانداردهای مرتبط برای برچسب های الکترونیکی در اسرع وقت.

　　(۳) شناسایی نقاط عطف در کاربردها و گسترش مقیاس کاربردهای صنعتی. سازمان ها اغلب در سطح سطحی باقی می مانند، با فرآیندهای کسب وکار ساده، منطق واحد و فاقد یکپارچه سازی سیستم های پشتیبان، بنابراین برچسب های الکترونیکی نقش واقعی خود را در مدیریت زنجیره تأمین و اطلاع رسانی سازمانی ایفا نکرده اند. بنابراین، چگونگی ادغام RFID با سیستم های اطلاعاتی سازمانی موجود مانند ERP، SCM، MIS و غیره، نوآوری در فرآیندهای کسب وکار، بهره برداری کامل از مزایای برچسب های الکترونیکی، گسترش مقیاس کاربردهای صنعتی و تشکیل یک زنجیره صنعتی کامل، مسئله ای فوری است که به زودی باید حل شود.

　　(۴) تقویت یکپارچگی فناوری برای دستیابی به کاربردهای فرامنطقه ای و فراصنعتی. با گسترش مستمر توسعه RFID، اخیرا کاربردهای جدیدی در مدیریت بلیت اکسپو، حمل ونقل هوشمند، لجستیک، ایمنی مواد غذایی، ضد جعل کالاها، برق و سایر حوزه ها پیدا کرده است. صنعت RFID چین از تقاضای دولتی به تقاضای بازار تغییر یافته است. در فرآیند توسعه RFID، مهم است که هم پتانسیل صنعت RFID و هم مشکلاتی که در این فرآیند به وجود می آید را بشناسیم و با استفاده از روش های علمی تر، کاربردهای RFID را به طور مستمر تعمیق بخشید و بدین ترتیب توسعه صنعت RFID در منطقه را ترویج دهیم.

　　۳. نتیجه گیری

　　این مقاله عملکردهای پایه، مزایا و روندهای توسعه RFID را شرح می دهد. همچنین فناوری های کلیدی برچسب های الکترونیکی را معرفی می کند و مسائل استانداردها و مسائل حریم خصوصی امنیتی را که هم در داخل و هم در سطح بین المللی به وجود آمده اند، تحلیل و مطالعه می کند. در نهایت، سیاست ها و روندهای توسعه پایه ای برای کاربرد و توسعه فعلی برچسب های الکترونیکی در چین پیشنهاد می کند. این موضوع نقش حیاتی در توسعه RFID ایفا کرده است.