راهنمای جامع روش‌های اتصال در اینترنت اشیا (Internet of Things) — بخش پنجم: RFID و NFC

در بخش پنجم از سلسله آموزش‌های روش‌های اتصال در اینترنت اشیا به معرفی دو فناوری شناخته شده RFID و NFC می پردازیم. با ما تا انتهای این مطلب همراه باشید.

RFID

شناسایی فرکانس رادیویی (RFID) یک روش ارتباطی است که برای ردگیری و شناسایی اشیا به طور بی‌سیم مورد استفاده قرار می‌گیرد.

با این‌که این روش ممکن است پیچیده به نظر بیاید ولی در واقع یکی از ساده‌ترین روش‌های ارتباطی است که همین نکته آن را به روشی فراگیر و درعین‌حال ناپیدا بدل کرده است. این روش نه‌تنها برای ردگیری محصولات مصرفی در سراسر جهان مورد استفاده قرار می‌گیرد بلکه در ردگیری وسایل نقلیه برای اخذ عوارض نیز استفاده می‌شود. بیمارستان‌ها از آن برای ردگیری بیماران و دامداران برای ردگیری گاوهایشان استفاده می‌کنند. فناوری RFID به بخشی از زندگی ما تبدیل شده است در حالی که شاید حتی از چگونگی تأثیر آن بر خود مطلع نیستیم.

به بیان ساده تگ‌های RFID را می‌توان جایگزینی برای کد جهانی محصول یا بارکد دانست. اما این فناوری بسیار کارآمدتر است. تگ‌های RFID برخلاف بارکدهای سنتی، قابلیت خواندن و نوشتن دارند. می‌توانند به‌روزرسانی شوند، تغییر یابند و قفل شوند. فناوری RFID شامل تگ‌ها و اسکنرها است.

تگ‌ها

تگ‌ها در یک سامانه RFID نقاط انتهایی هستند. تگ‌ها اطلاعات شناسایی را همراه با اطلاعاتی که تگ به آن منظور تهیه شده است نگهداری می‌کنند. دو نوع تگ وجود دارد:

تگ‌های فعال: این تگ‌ها نوعی منبع توان در داخل خود دارند که معمولاً یک باتری است. این بدین معنی است که آن‌ها می‌توانند سیگنال‌های قوی‌تری ارسال کنند و از این ‌رو برد بیشتری دارند. این نوع تگ می‌تواند به طور دوره‌ای یک سیگنال را ارسال کند و نیازی به اسکنر ندارد.

تگ‌های غیرفعال: این تگ‌ها هیچ منبع توان درونی ندارند و در مجاورت یک اسکنر فعال می‌شوند. کارت مترو یا اتوبوس معمولاً یک تگ غیرفعال دارند که وقتی با اسکنر تماس می‌گیرد فعال می‌شود. این تگ‌ها انرژی رادیویی انتقال‌یافته از اسکنر را دریافت می‌کنند.

نمای درون یک تگ RFID – به باتری درونی توجه کنید.

یک تگ غیرفعال- به اندازه کوچک تگ توجه کنید.

تگ‌های RFID غیرفعال در سه برد فرکانسی عمل می‌کنند:

• فرکانس پایین (LF) 125 تا 134 مگاهرتز
• فرکانس بالا (HF) 13.56 مگاهرتز
• فرکانس فوق بالا (UHF) 856 تا 960 مگاهرتز

اسکنرها

اسکنرها هم ساختاری مشابه تگ RFID دارند. آن‌ها یک آنتن برای دریافت و ارسال سیگنال به/از تگ‌ها دارند. توان آنها ممکن است از باتری تأمین شود. در مواردی که نیاز باشد اسکنر سیگنال‌های RF قوی برای فعال‌سازی تگی (غیرفعال) که در مجاورتش قرار می‌گیرد داشته باشد توانش از پریز برق تأمین شود. اسکنر به کنترلر اسکنر متصل می‌شود که اطلاعات قرائت‌شده از سوی اسکنر را مدیریت می‌کند. اسکنر همچنین می‌تواند بسته به نوع کاربرد، اطلاعات تگ را بنویسد یا به‌روزرسانی کند. برای نمونه یک اسکنر در ایستگاه مترو در نقاط ورودی وجود دارد. وقتی یک مسافر کارت (تگ) خود را بر روی اسکنر قرار می‌دهد، پول موجود در کارت را می‌خواند و اجازه ورود به مسافر می‌دهد. در زمان خروج مسافر، این اسکنر مبلغ را محاسبه می‌کند و مقدار پول موجود در کارت را به‌روزرسانی می‌کند.

تگ‌های RFID می‌توانند سه نوع عمده داشته باشند:

• یک مدار مجتمع (IC) برای ذخیره اطلاعات شناسایی، پردازش و مدوله/دمدوله کردن سیگنال‌های RF
• یک آنتن برای ارسال و دریافت سیگنال‌های رادیویی
• یک منبع نیرو (باتری) در صورتی که تگ فعال باشد.

اسکنر همراه با تگ‌ها یک سامانه RFID را تشکیل می‌دهد.

تصویر فوق یک سامانه بسیار ساده RFID را نشان می‌دهد. تراشه‌ی تگ یک مدار مجتمع در تگ RFID است. این آی سی کارکردهای محاسبات، حافظه و خصوصیات دیگر تگ را فراهم می‌سازد. این تراشه تگ، یک آنتن برای ارسال و دریافت اطلاعات آیتم متصل به آن دارد. آنتن گیرنده سیگنال RF را می‌گیرد و ممکن است تحریک مورد نیاز برای تگ RFID غیرفعال را نیز فراهم سازد. اطلاعات خوانده‌شده به یک کنترل اسکنر وارد می‌شود و توسط نرم‌افزار مدیریت می‌شود.

NFC

 ارتباط میدان نزدیک (NFC) یک پروتکل ارتباطی بر پایه RF است. این پروتکل زیرمجموعه‌ای پروتکل RFID است و به همین دلیل شبیه RFID است اما اختلاف‌های قابل‌توجهی دارد. NFC به یک فناوری رایج تبدیل شده است و 9 مورد از هر 10 گوشی همراه، امروزه دارای قابلیت NFC هستند. این امر امکان پرداخت‌های بدون تماس مانند اپل پِی (Apple Pay) و گوگل وَلِت (Google Wallet) را فراهم ساخته است.

گوشی‌های همراه دارای NFC از طریق کنار هم قرار دادن دو دستگاه، اطلاعات را از یک گوشی به گوشی دیگر منتقل می‌کنند که اشتراک اطلاعاتی مانند اطلاعات مخاطبین یا عکس را به کاری ساده تبدیل کرده است. برنامه‌هایی مانند اندروید بیم این کار را راحت‌تر کرده‌اند در حالی که NFC گوشی‌های اپل هم‌اکنون تنها می‌تواند برای پرداخت مورد استفاده قرار گیرد.

NFC برای باز کردن در خودرو در کلیدهای NFC دار خودروهای ساخت کارخانه‌هایی مانند بی ام و استفاده می‌شود. همچنین ممکن است با تبلیغات یا محتوای بازاریابی مواجه شده باشید که از شما می‌خواهد گوشی تلفن همراه خود را برای دانلود یک برنامه یا دریافت اطلاعات بیشتر در مورد یک محصول استفاده کنید. NFC برای ارتباط‌های با برد بسیار کوتاه (چند سانتی‌متر) طراحی شده است. این فناوری یکی از کارآمدترین پروتکل‌های ارتباطی در زمینه توان مصرفی است. NFC در باند 13.56 مگاهرتز نیز کار می‌کند که توسط RFIDهای فرکانس بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد. ازاین‌رو NFC می‌تواند تگ‌های RFID از نوع HF را نیز بخواند.

NFC دو نوع دستگاه دارد (نکته‌ای که باید به آن توجه کرد این است که در NFC، دستگاه می‌تواند به عنوان تگ یا اسکنر عمل کند):

آغازگر: دستگاهی که ارتباط را آغاز می‌کند به عنوان آغازگر شناخته می‌شود. این دستگاه به طور فعال یک میدان RF ایجاد می‌کند که می‌تواند توان مصرفی هدف غیرفعال را فراهم کند.

هدف: دستگاهی که اطلاعات را از آغازگر دریافت می‌کند هدف نامیده می‌شود. هدف می‌تواند غیرفعال باشد (در مورد تگ‌های ساده NFC) یا برای ارتباط همتا به همتا مانند گوشی‌های تلفن همراه از نوع فعال باشد.

RFID در برابر NFC

به دلیل مشابهت ذاتی بین این دو پروتکل ارتباطی، اغلب در مورد تفاوت‌های این دو فناوری سؤالاتی پیش می‌آید.

از آنجا که هم NFC و هم RFID فناوری‌هایی همه‌جا حاضر هستند و توسط مجموعه وسیعی از اشیا و دستگاه‌های پیرامون ما استفاده می‌شوند، در مورد استفاده برای پروژه‌های اینترنت اشیا هر دو آنها پروتکل‌های سودمندی محسوب می‌شوند. این پروتکل‌ها نه‌تنها با ایجاد ارتباط بین تگ و اسکنر، بلکه از طریق اتصال همه آنها به اینترنت، پلی به اشیای مختلف پیرامون ما می‌سازند.